目錄：

1、字節(jié)碼與數(shù)據(jù)類型
2、加載和存儲(chǔ)指令
3感挥、運(yùn)算指令
4缩搅、類型轉(zhuǎn)換指令
5、對(duì)象創(chuàng)建與訪問指令
6链快、操作數(shù)棧管理指令
7誉己、控制轉(zhuǎn)義指令
8、方法調(diào)用和返回指令
9域蜗、異常處理指令
10巨双、同步指令

Java 虛擬機(jī)的指令由一個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度的、代表著某種特定操作含義的數(shù)字（稱為操作碼）以及跟隨其后的零至多個(gè)代表此操作所需參數(shù)（操作數(shù)）而構(gòu)成霉祸。由于 Java 虛擬機(jī)采用面向操作數(shù)棧而不是寄存器的架構(gòu)筑累，所以大多數(shù)的指令都不包含操作數(shù)，只有一個(gè)操作碼丝蹭。

1慢宗、字節(jié)碼與數(shù)據(jù)類型

在 Java 虛擬機(jī)的指令集中，大多數(shù)的指令都包含了其操作所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類型信息奔穿。例如镜沽，iload 指令用于從局部變量表中加載 int 型的數(shù)據(jù)到操作數(shù)棧中，而 fload 指令加載的則是 float 類型的數(shù)據(jù)贱田。這兩條指令的操作在虛擬機(jī)內(nèi)部可能會(huì)是由同一段代碼來實(shí)現(xiàn)缅茉，但在 Class 文件中它們必須擁有各自獨(dú)立的操作碼。

對(duì)于大部分與數(shù)據(jù)類型相關(guān)的字節(jié)碼指令男摧，它們的操作碼助記符中都有特殊的字符表明專門為哪種數(shù)據(jù)類型服務(wù)：i 代表對(duì) int 類型的數(shù)據(jù)操作蔬墩，l 代表 long，s 代表 short耗拓，b 代表 byte拇颅，c 代表 char，f 代表 float乔询，d 代表 double樟插，a 代表 reference。也有一些指令的助記符中沒有明確的指明操作類型的字母竿刁，如 arraylength 指令岸夯，它沒有代表數(shù)據(jù)類型的特殊字符，但操作數(shù)永遠(yuǎn)只能是一個(gè)數(shù)字類型的對(duì)象们妥。還有另外一些指令猜扮，如無條件跳轉(zhuǎn)指令 goto 則是與數(shù)據(jù)類型無關(guān)的。

2监婶、加載和存儲(chǔ)指令

加載和存儲(chǔ)指令用于將數(shù)據(jù)在棧幀中的局部變量表和操作數(shù)棧之間來回傳輸旅赢，這類指令包括如下內(nèi)容：

• 將一個(gè)局部變量加載到操作棧：iload齿桃、iload_<n>、lload煮盼、lload_<n>短纵、fload、fload_<n>僵控、dload香到、dload_<n>、aload报破、aload_<n>悠就。
• 將一個(gè)數(shù)值從操作數(shù)棧存儲(chǔ)到局部變量表中：istore、istore_<n>充易、lstore梗脾、lstore_<n>、fstore盹靴、fstore_<n>炸茧、dstore、dstore_<n>稿静、astore梭冠、astore_<n>。
• 將一個(gè)常量加載到操作數(shù)棧：bipush改备、sipush控漠、ldc、ldc_w绍妨、ldc2_w、aconst_null柬脸、iconst_m1他去、iconst_<i>、lconst_<l>倒堕、fconst_<f>灾测、dconst_<d>。
• 擴(kuò)充局部變量表的訪問索引的指令：wide垦巴。

3媳搪、運(yùn)算指令

運(yùn)算或算術(shù)指令用于對(duì)兩個(gè)操作數(shù)棧上的值進(jìn)行某種特定運(yùn)算，并把結(jié)構(gòu)重新存入到操作棧頂骤宣。大體上算術(shù)指令可以分為兩種：對(duì)整形數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算的指令與對(duì)浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算的指令秦爆，無論是哪種算術(shù)指令，都使用 Java 虛擬機(jī)的操作類型憔披，由于沒有直接支持 byte等限、short爸吮、char 和 boolean 類型算術(shù)指令，對(duì)于這些數(shù)據(jù)的運(yùn)算望门，應(yīng)使用操作 int 類型的指令代替形娇。整數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)的算術(shù)指令在溢出和被零除的時(shí)候也有各自不同的行為表現(xiàn)，所有的算術(shù)指令如下筹误。

• 加法指令：iadd桐早、ladd、fadd厨剪、dadd哄酝。
• 減法指令：isub、lsub丽惶、fsub炫七、dsub。
• 乘法指令：imul钾唬、lmul万哪、fmul、dmul抡秆。
• 除法指令：idiv奕巍、ldiv、fdiv儒士、ddiv的止。
• 求余指令：irem、lrem着撩、frem诅福、drem。
• 取反指令：ineg拖叙、lneg氓润、fneg、dneg薯鳍。
• 位移指令：ishl咖气、ishr、iushr挖滤、lshl崩溪、lshr、lushr斩松。
• 按位或指令：ior伶唯、lor。
• 按位與指令：iand惧盹、land抵怎。
• 按位異或指令：ixor奋救、lxor。
• 局部變量自增指令：iinc反惕。
• 比較指令：dcmpg尝艘、dcmpl、fcmpg姿染、fcmpl背亥、lcmp。

4悬赏、類型轉(zhuǎn)換指令

Java 虛擬機(jī)直接支持以下數(shù)值類型的寬化類型轉(zhuǎn)換（自動(dòng)轉(zhuǎn)換）：

• int 類型到 long狡汉、float 或者 double 類型。
• long 類型到 float闽颇、double 類型盾戴。
• float 類型到 double 類型。

相對(duì)的兵多，處理窄化轉(zhuǎn)換時(shí)尖啡，必須顯式的使用轉(zhuǎn)換指令來完成（即強(qiáng)轉(zhuǎn)）。這些轉(zhuǎn)換指令包括：i2b剩膘、i2c衅斩、i2s、l2i怠褐、f2i畏梆、f2l、d2i奈懒、d2l 和 d2奠涌。

5、對(duì)象創(chuàng)建與訪問指令

雖然類實(shí)例和數(shù)組都是對(duì)象磷杏，但 Java 虛擬機(jī)對(duì)類實(shí)例和數(shù)組的創(chuàng)建與操作使用了不同的字節(jié)碼指令溜畅。

• 創(chuàng)建類實(shí)例的指令：new。
• 創(chuàng)建數(shù)組的指令：newarray茴丰、anewarray达皿、multianewarray天吓。
• 訪問類字段和實(shí)例字段的指令：getfield贿肩、putfield、getstatic龄寞、putstatic汰规。
• 把一個(gè)數(shù)組元素加載到操作數(shù)棧的指令：baload、caload物邑、saload溜哮、iaload滔金、laload、faload茂嗓、daload餐茵、aaload。
• 將一個(gè)操作數(shù)棧的值存儲(chǔ)到數(shù)組元素中的指令：bastore述吸、castore忿族、sastore、iastore蝌矛、fastore道批、dastore、aastore入撒。
• 取數(shù)組長(zhǎng)度的指令：arraylength隆豹。
• 檢查類實(shí)例類型的指令：instanceof、checkcast茅逮。

6璃赡、操作數(shù)棧管理指令

如同操作一個(gè)普通數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的堆棧那樣，Java 虛擬機(jī)提供了一些用于直接操作數(shù)棧的指令氮唯，包括：

• 將操作數(shù)棧的棧頂一個(gè)或兩個(gè)元素出棧：pop鉴吹、pop2。
• 復(fù)制棧頂一個(gè)或兩個(gè)數(shù)值并將復(fù)制值或雙份的復(fù)制值重新壓入棧頂：dup惩琉、dup2豆励、dup_x1、dup2_x1瞒渠、dup_x2良蒸、dup2_x2。
• 將棧最頂端的兩個(gè)數(shù)值互換：swap伍玖。

7嫩痰、控制轉(zhuǎn)義指令

控制轉(zhuǎn)義指令可以讓 Java 虛擬機(jī)有條件或無條件的從指定的位置指令而不是控制轉(zhuǎn)義指令的下一條指令繼續(xù)執(zhí)行程序。

• 條件分支：ifeq窍箍、iflt串纺、ifle、ifne椰棘、ifgt纺棺、ifnull、ifnonnull邪狞、if_icmpeq祷蝌、if_icmpne、if_icmplt帆卓、if_icmpgt巨朦、if_icmple米丘、if_icmpge、if_acmpeg 和 if_acmpne糊啡。
• 復(fù)合條件分支：tableswitch拄查、lookupswitch。
• 無條件分支：goto棚蓄、goto_w靶累、jsr、jsr_w癣疟、ret挣柬。

8、方法調(diào)用和返回指令

這里列出一下 5 條用于方法調(diào)用的指令睛挚。

• invokevirtual 指令用于調(diào)用對(duì)象的實(shí)例方法邪蛔，根據(jù)對(duì)象的實(shí)例類型進(jìn)行分派。
• invokeinterfce 指令用于調(diào)用接口方法扎狱，它會(huì)在運(yùn)行時(shí)搜索一個(gè)實(shí)現(xiàn)類這個(gè)接口方法的對(duì)象侧到，找出適合的方法進(jìn)行調(diào)用。
• invokespecial 指令用于調(diào)用一些需要特需處理的實(shí)例方法淤击，包括實(shí)例初始化方法匠抗、私有方法和父類方法。
• invokestatic 指令用于調(diào)用類方法污抬。
• invokedynamic 指令用于在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)解析出調(diào)用點(diǎn)限定符所引用的方法汞贸，并執(zhí)行該方法。

方法調(diào)用指令與數(shù)據(jù)類型無關(guān)印机，而方法返回指令是根據(jù)返回值的類型區(qū)分的矢腻，包括 ireturn（當(dāng)返回值是 boolean、byte射赛、char多柑、short 和 int 類型時(shí)使用）、lreturn楣责、freturn翔烁、dreturn 和 areturn穿扳。另外還有一條 return 指令供聲明為 void 的方法赊淑、實(shí)例初始化方法以及類和接口的類初始化方法使用蜒蕾。

9、異常處理指令

在 Java 程序顯式的拋出異常的操作（throw 語(yǔ)句）都由 athrow 指令來實(shí)現(xiàn)蛔屹。而在 Java 虛擬機(jī)中削樊，處理異常（catch 語(yǔ)句）不是有字節(jié)碼指令來實(shí)現(xiàn)的豁生，而是采用異常表來完成的兔毒。

10漫贞、同步指令

Java 虛擬機(jī)可以支持方法級(jí)的同步（即同步方法）和方法內(nèi)部一段指令序列的同步（即同步代碼塊），這兩種同步結(jié)構(gòu)都是使用管程（Monitor）來支持的育叁。

• 方法級(jí)的同步是隱式的迅脐，即無須通過字節(jié)碼指令來控制，它實(shí)現(xiàn)再方法調(diào)用和返回操作之中豪嗽。虛擬機(jī)可以從方法常量池的方法表結(jié)構(gòu)中的 ACC_SYNCHRONIZED 訪問標(biāo)志得知一個(gè)方法是否聲明為同步方法谴蔑。當(dāng)方法調(diào)用時(shí)，調(diào)用指令將會(huì)檢查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 訪問標(biāo)志是否被設(shè)置龟梦，如果設(shè)置了隐锭，執(zhí)行線程就要求先成功持有管程（Monitor），然后才能執(zhí)行方法计贰，最后當(dāng)方法完成時(shí)釋放管城钦睡。在方法執(zhí)行期間，執(zhí)行線程持有了管程躁倒，其他任何線程都無法在獲取到同一個(gè)管程荞怒。如果一個(gè)同步方法執(zhí)行期間拋出了一次，并且在方法內(nèi)部無法處理此異常秧秉，那么這個(gè)同步方法所持有的管程將在異常拋出到同步方法之外時(shí)自動(dòng)釋放褐桌。
• 同步一段指令集序列通常是由 Java 語(yǔ)言中的 synchronized 語(yǔ)句塊來表示的，Java 虛擬機(jī)的指令集中有 monitorenter 和 monitorexit 兩條指令來支持 synchronized 關(guān)鍵字的語(yǔ)義象迎，正確實(shí)現(xiàn) synchronized 關(guān)鍵字需要 Javac 編譯器與 Java 虛擬機(jī)兩者共同協(xié)作支持荧嵌。

最后，Java 代碼字節(jié)碼指令可以通過 javap 命令查看砾淌，通過了解 Java 虛擬機(jī)字節(jié)碼指令的知識(shí)可以讓我們清楚的知道一個(gè)方法是怎樣執(zhí)行的完丽。舉個(gè)栗子：

public class ByteCodeTest {
    public int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}

如果我們想要知道 add() 方法執(zhí)行的字節(jié)碼，可以先通過 javac ByteCodeTest.java 將 java 類編譯成 class 文件拇舀，然后通過 javap -verbose ByteCodeTest 命令就可以得到如下結(jié)果：

  public com.np.vm.ByteCodeTest();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 3: 0

  public int add(int, int);
    descriptor: (II)I
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=3, args_size=3
         0: iload_1
         1: iload_2
         2: iadd
         3: ireturn
      LineNumberTable:
        line 5: 0

這樣我們就能看到 add() 方法的字節(jié)碼執(zhí)行結(jié)果逻族，了解了字節(jié)碼指令，就能很輕松的看懂各種方法執(zhí)行的字節(jié)碼指令骄崩，如果想要知道每個(gè)方法的字節(jié)碼執(zhí)行過程可以看下面這篇文章聘鳞。
「虛擬機(jī)的方法調(diào)用和字節(jié)碼執(zhí)行」