1 学习总结

2 关于字节码指令

本章内容不深入讲解指令的执行过程，只对指令列表的及其基本功能说明。

2.1 指令组成

字节码指令：指令编码+操作数组成。如下图所示：

1. 指令编码用二进制数来表示，分配1字节大小。因此字节码指令最多有2^8，即256条。
2. 操作数不使用对齐补零方式填充，因此如果超过1字节的数据，可能拆解成N部分来存储。如下所示：

譬如要将一个16位长度的无符号整数使用两个无符号字节存储起来（假设将它们命名为byte1和byte2），那它们的值应该是这样的：(byte1 << 8) | byte2
举例：
原数：1111 0000 0000 1111
拆解后：
byte1：1111 0000 
byte2 ：0000 1111
(byte1 << 8) | byte2  = (1111 0000)<<8 | (0000 1111)  = 111 0000 000 1111 

字节码指令设计方式优缺点：

1. 放弃了操作数长度对齐，省略掉大量的填充和间隔符号
2. 用一个字节来代表操作码，编译代码变得更加短小精干。求尽可能小数据量、高传输效率的设计是由Java语言设计之初主要面向网络、智能家电的技术背景所决定的，并一直沿用至今。
3. 缺点：解释执行字节码时增加了运算量，降低性能。

2.1 基本执行模型

可以用下面的这段伪代码来描述虚拟机执行字节码的过程：(不考虑异常)

do {
    PC寄存器的值加1; 
    根据PC寄存器指示的位置，从字节码流中取出操作码; //取指
    if (字节码存在操作数) 
        从字节码流中取出操作数;  //译码
    执行操作码所定义的操作;   // 执行
} while (字节码流长度 > 0);

3 字节码指令与数据类型

3.1 指令编码与数据类型相关性

1. 大多数指令都包含数据类型信息，例如：iload指令表示加载int型的数据，fload指令加载loat类型。
2. 操作码助记符：表明专门为哪种数据类型服务：i代表对int类型的数据操作，l代表long，s代表short，b代表byte，c代表char，f代表 float，d代表double，a代表reference。
3. 指令集：对于相同的执行内容，但是操作不同数据类型那些指令，可用指令集来概括表示。例如Tipush指令集包括bipush(int类型)和sipush(short类型)两个指令

3.2 指令不支持的数据类型转换

1. 基于指令数量的限制，并非每种数据类型和每一种操作都有对应的指令。对于没有指令支持的操作数类型，编译器会在编译期或运行期将该操作数扩展成可支持的类型，例如将byte和short类型的数据带符号扩展为相应的int类型数据，将boolean和char类型数据零位扩展为相应的int类型数据。（扩展过程暂不展开分析）

4 指令的分类说明

4.1 加载和存储指令

功能：在局部变量表和操作数栈之间执行数据的加载和写回。指令列表分类如下：

注意：尖括号结尾的，它际上代表了一组指令（例如iload_
，它代表了iload_0、iload_1、iload_2和iload_3这几条指令），
表示操作数已经包含在指令中 （实际上iload_0的语义与操作数为0时的iload指令语义完全一致）

4.2 运算指令

功能：对两个操作数栈上的值进行某种运算，并把结果重新存入到栈顶。

（关于入栈出栈的说明，可转入《深入理解计算机系统》专题学习）

4.3 类型转换指令

功能：将两种不同的数值类型相互转换
例如：

1. 用户代码中的显式类型转换操作
2. 指令不支持的数据类型转换

关于宽化/窄化转换类型对比：

4.4 对象创建与访问指令

创建指令：JVM对类实例和数组的创建与操作使用了不同的字节码指令
访问指令：对象创建后，通过对象访问指令获取对象实例中的字段或者数组实例中的元素

4.5 操作数栈管理指令

功能：操作操作数栈

4.6 控制转移指令

功能：判断并地修改PC寄存器的值。

4.7 方法调用和返回指令

方法调用指令如下：

方法返回指令：

1. 方法返回指令是根据返回值的类型区分的
2. ireturn（当返 回值是boolean、byte、char、short和int类型时使用）、lreturn、freturn、dreturn和areturn
3. return指令供声明为void的方法、实例初始化方法、类和接口的类初始化方法使用

4.8 异常处理指令

4.9 同步指令

monitorenter和monitorexit两条指令来支持synchronized关键字。
详细参考《3、Java并发 – synchronized详解》

1. jvm从方法常量池中的方法表结构中的ACC_SYNCHRONIZED访问标志得知一个方法是否被声明为同步方法。
2. 当方法调用时，调用指令将会检查方法的ACC_SYNCHRONIZED访问标志是否被设置，如果设置了，执行线程就要求先成功持有锁，然后才能执行方法
3. 最后当方法完成（无论是正常完成 还是非正常完成）时释放锁。
4. 在方法执行期间，执行线程持有了锁，其他任何线程都无法再获取到同一个锁。
5. 如果一个同步方法执行期间抛出了异常，并且在方法内部无法处理此异常，那这个同 步方法所持有的锁将在异常抛到同步方法边界之外时自动释放。

字节码例子说明同步指令：

void onlyMe(Foo f){
	synchronized(f){ 
		doSomething(); 
	} 
}

字节码指令部分如下：

注意：为了保证在方法异常完成时monitorenter和monitorexit指令依然可以正确配对执行，编译器会自动产生一个异常处理程序，这个异常处理程序声明可处理所有的异常，它的目的就是用来执行monitorexit指令。

原文地址：http://www.cnblogs.com/knowledgeispower/p/16879280.html