成為一名優(yōu)秀的Android開發(fā)竭讳，需要一份完備的知識體系音同，在這里胸遇，讓我們一起成長為自己所想的那樣~。

一、Class 文件結(jié)構(gòu)初識

“與平臺無關(guān)” 的理想最終實現(xiàn)在操作系統(tǒng)的應(yīng)用層面上：眾多虛擬機廠商發(fā)布了許多可以運行在各種不同平臺上的虛擬機供汛，而這些虛擬機都可以載入和執(zhí)行同一種與平臺無關(guān)的字節(jié)碼，從而實現(xiàn)了程序的 “一次編寫，到處運行”怔昨。

而 字節(jié)碼（ByteCode）正是構(gòu)成其平臺無關(guān)性的基石雀久。Java 虛擬機不和包括 Java 在內(nèi)的任何語言綁定，它 只與 “Class文件” 這種特定的二進制文件格式所關(guān)聯(lián)趁舀，Class 文件中包含 了 Java 虛擬機指令集和符號表以及若干其他輔助信息赖捌。

虛擬機并不關(guān)心 Class 的來源是何種語言，有了字節(jié)碼矮烹，也解除了 Java 虛擬機和 Java 語言之間的耦合越庇。

Java 語言中的各種變量、關(guān)鍵字和運算符號的語義最終都是由多條字節(jié)碼命令組合而成的擂送，因此悦荒，字節(jié)碼命令所能提供的語義描述能力肯定會比 Java 語言本身更加強大。所以嘹吨，有一些 Java 語言本身無法有效支持的語言特性不代表字節(jié)碼本身就無法有效地支持搬味，這也為其他語言實現(xiàn)一些有別于 Java 的語言特性提供了基礎(chǔ)。

字節(jié)碼文件是由 十六進制值組成 的蟀拷，對于 JVM 來說碰纬，在讀取數(shù)據(jù)的時候，它會 以兩個十六進制值為一組问芬，即 一個字節(jié) 進行讀取悦析。在 Java 中，我們通常會采用 javac 命令將源代碼編譯成字節(jié)碼文件此衅，下面這幅 Java 官方圖展示了一個 .java 文件從編譯到運行的過程强戴，如下所示：

Class 文件是一組以 8 位字節(jié)為基礎(chǔ)單位的二進制流，各個數(shù)據(jù)項目嚴格按照順序緊湊地排列在 Class 文件之中挡鞍，中間沒有添加任何分隔符骑歹，這使得整個 Class 文件中存儲的內(nèi)容幾乎 全部是程序運行的必要數(shù)據(jù)，沒有空隙存在墨微。

當遇到需要占用 8 位字節(jié)以上空間的數(shù)據(jù)項 時道媚，則會按照高位在前的方式分割成若干個 8 位字節(jié)進行存儲。（高位在前指 ”Big-Endian"翘县，即指最高位字節(jié)在地址最低位最域，最低位字節(jié)在地址最高位的順序來存儲數(shù)據(jù)，而 X86 等處理器則是使用了相反的 “Little-Endian” 順序來存儲數(shù)據(jù)）

根據(jù) JVM 規(guī)范的規(guī)定锈麸，Class 文件格式采用了一種類似于 C 語言結(jié)構(gòu)體的偽結(jié)構(gòu)來存 儲數(shù)據(jù)镀脂，而這種偽結(jié)構(gòu)中有且只有兩種數(shù)據(jù)類型：無符號數(shù)和表。

1忘伞、無符號數(shù)

無符號數(shù)屬于基本的數(shù)據(jù)類型狗热，以 u1钞馁、u2虑省、u4匿刮、u8 來分別代表 1 個字節(jié)、2 個字節(jié)探颈、4 個字節(jié)和 8 個字節(jié)的無符號數(shù)熟丸，無符號數(shù)可以用來 描述數(shù)字、索引引用伪节、數(shù)量值或者按照UTF-8 碼構(gòu)成字符串值光羞。

2、表

表是 由多個無符號數(shù)或者其他表作為數(shù)據(jù)項構(gòu)成的復(fù)合數(shù)據(jù)類型怀大，所有表都習(xí)慣性地以 “_info” 結(jié)尾纱兑。表用于 描述有層次關(guān)系的復(fù)合結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，而整個 Class 文件其本質(zhì)上就是一張表化借。

對比 Linux潜慎、Windows 上的可執(zhí)行文件（例如 ELF）而言，Class 文件可以看做是 JVM 的可執(zhí)行文件蓖康。其 表格式 如下所示：

u4：表示能夠保存4個字節(jié)的無符號整數(shù)铐炫，u2同理。

    ClassFile { 
        u4 magic;  // 魔法數(shù)字蒜焊，表明當前文件是.class文件倒信，固定0xCAFEBABE
        u2 minor_version; // 分別為Class文件的副版本和主版本
        u2 major_version; 
        u2 constant_pool_count; // 常量池計數(shù)
        cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];  // 常量池內(nèi)容
        u2 access_flags; // 類訪問標識
        u2 this_class; // 當前類
        u2 super_class; // 父類
        u2 interfaces_count; // 實現(xiàn)的接口數(shù)
        u2 interfaces[interfaces_count]; // 實現(xiàn)接口信息
        u2 fields_count; // 字段數(shù)量
        field_info fields[fields_count]; // 包含的字段信息 
        u2 methods_count; // 方法數(shù)量
        method_info methods[methods_count]; // 包含的方法信息
        u2 attributes_count;  // 屬性數(shù)量
        attribute_info attributes[attributes_count]; // 各種屬性
    }
復(fù)制代碼

對于 Class 表結(jié)構(gòu)而言，其 前 8 個字節(jié) 依次是如下 三個元素：

• 1）泳梆、magic：每個 Class 文件的頭 4 個字節(jié)被稱為魔數(shù)（Magic Number）鳖悠，它的唯一作用是確定這個文件是否為一個能被虛擬機所接受的 Class 文件。很多文件存儲標準中都使用魔數(shù)來進行身份識別优妙， 譬如圖片格式乘综，如 gif 或者 jpeg 等在文件頭中都存有魔數(shù)。使用魔數(shù)而不是擴展名來進行識別主要是基于安全方面的考慮鳞溉，因為文件擴展名可以隨意地改動瘾带。并且，Class 文件的魔數(shù)獲得很有 “浪漫氣息”熟菲，值為：0xCAFEBABE（咖啡寶貝）看政。
• 2）、minor_version：2 個字節(jié)長抄罕，表示當前 Class 文件的次版號允蚣。
• 3）、major_version：2 個字節(jié)長呆贿，表示當前 Class 文件的主版本號嚷兔。（Java 的版本號是從 45 開始 的森渐，JDK 1.1 之后的每個 JDK 大版本發(fā)布會在主版本號向上加 1(JDK 1.01.1 使用了 45.045.3 的版本號)，例如 JDK 1.8 就是 52.0）冒晰。需要注意的是同衣，虛擬機會拒絕執(zhí)行超過其版本號的 Class 文件。

然后壶运，我們再來簡單地了解下 其它元素 的含義：

• 4)耐齐、constant_pool_count：常量池數(shù)組元素個數(shù)。
• 5)蒋情、constant_pool：常量池埠况，是一個存儲了 cp_info 信息的數(shù)組，每一個 Class 文件都有一個與之對應(yīng)的常量池棵癣。（注意：cp_info 數(shù)組的索引從 1 開始）
• 6)辕翰、access_flags：表示當前類的訪問權(quán)限拟逮，例如：public艾恼、private硕蛹。
• 7)某弦、this_class 和 super_class：存儲了指向常量池數(shù)組元素的索引撕彤，this_class 中索引指向的內(nèi)容為當前類名灰嫉，而 super_class 中索引則指向其父類類名节仿。
• 8)巢块、interfaces_count 和 interfaces：同上丧裁，它們存儲的也只是指向常量池數(shù)組元素的索引护桦。其內(nèi)容分別表示當前類實現(xiàn)了多少個接口和對應(yīng)的接口類類名。
• 9)煎娇、fields_count 和 fields：表示成員變量的數(shù)量和其信息二庵，信息由 field_info 結(jié)構(gòu)體表示。
• 10)缓呛、methods_count 和 methods：表示成員函數(shù)的數(shù)量和它們的信息催享，信息由 method_info 結(jié)構(gòu)體表示。
• 11)哟绊、attributes_count 和 attributes：表示當前類的屬性信息因妙，每一個屬性都有一個與之對應(yīng)的 attribute_info 結(jié)構(gòu)。常見的屬性信息如調(diào)試信息票髓，它需要記錄某句代碼對應(yīng)源代碼的哪一行攀涵，此外，如函數(shù)對應(yīng)的 JVM 字節(jié)碼洽沟、注解信息也是屬性信息以故。

需要注意的是，Class 表的結(jié)構(gòu)不像 XML 等描述語言裆操，由于它沒有任何分隔符號怒详，所以在上面中的這些數(shù)據(jù)項炉媒，無論是順序還是數(shù)量，甚至于數(shù)據(jù)存儲的字節(jié)序（Byte Ordering昆烁，Class 文件中字節(jié)序為 Big-Endian）這樣的細節(jié)吊骤，都是被嚴格限定的。

對于上面的各個屬性來說善玫，有不少屬性是我們需要重點掌握的水援，而 常量池可以被認為是 Class 表結(jié)構(gòu)中的重中之重。下面??茅郎，我們就先來了解下常量池。

二或渤、常量池

常量池可以理解為 Class 文件之中的資源倉庫系冗，其它的幾種結(jié)構(gòu)或多或少都會最終指向到這個資源倉庫之中。

此外薪鹦，常量池是 Class 文件結(jié)構(gòu)中與其他項 關(guān)聯(lián)最多 的數(shù)據(jù)類型掌敬，也是 占用 Class 文件空間最大 的數(shù)據(jù)項之一，同時它還是 在 Class 文件中第一個出現(xiàn)的表類型數(shù)據(jù)項池磁。因此奔害，如果沒有充分了地解常量池，后面其它的 Class 表類型數(shù)據(jù)項的學(xué)習(xí)會變得舉步維艱地熄。

假設(shè)一個常量池的容量（偏移地址:0x00000008）為十六進制數(shù) 0x0016华临，即十進制的 22，這就代表常量池中有 21 項常量端考，索引值范圍為 1~21雅潭。在 Class 文件格式規(guī)范制定之時，設(shè)計者將第 0 項常量空出來是有特殊考慮的却特，這樣做的目的在 于滿足后面某些指向常量池的索引值的數(shù)據(jù)在特定情況下需要表達 “不引用任何一個常量池項”的含義扶供。

而常量池中主要存放兩大類常量：字面量（Literal）和符號引用（Symbolic References）。

1裂明、字面量（Literal）

字面量比較接近于 Java 語言層面的常量概念椿浓，如文本字符串、聲明為 final 的常量值等闽晦。

2扳碍、符號引用（Symbolic References）（??）

而 符號引用 則屬于編譯原理方面的概念，包括了 三類常量尼荆，如下所示：

• 1）左腔、類和接口的全限定名（Fully Qualified Name）
• 2）、字段的名稱和描述符（Descriptor)）
• 3）捅儒、方法的名稱和描述符

此外液样，在虛擬機加載 Class 文件的時候會進行動態(tài)鏈接振亮，因為其字段、方法的符號引用不經(jīng)過運行期轉(zhuǎn)換的話就無法得到真正的內(nèi)存入口地址鞭莽，也就無法直接被虛擬機使用坊秸。當虛擬機運行時，需要從常量池獲得對應(yīng)的符號引用澎怒，再在類創(chuàng)建或運行時進行解析褒搔，并翻譯到具體的內(nèi)存地址之中。

connstant_pool 中存儲了一個一個的 cp_info 信息喷面，并且每一個 cp_info 的第一個字節(jié)（即一個 u1 類型的標志位）標識了當前常量項的類型星瘾，其后才是具體的常量項內(nèi)容。

下面??惧辈，我們看看有哪些具體的 常量項的類型琳状，如下表所示：

然后叨咖，我們需要了解其中涉及到的重點常量項類型。這里我們需要先明白 CONSTANT_String 和 CONSTANT_Utf8 的區(qū)別待讳。

CONSTANT_String 和 CONSTANT_Utf8 的區(qū)別

• CONSTANT_Utf8：真正存儲了字符串的內(nèi)容芒澜，其對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中有一個字節(jié)數(shù)組，字符串便醞釀其中创淡。
• CONSTANT_String：本身不包含字符串的內(nèi)容痴晦，但其具有一個指向 CONSTANT_Utf8 常量項的索引。

我們必須要了解的是琳彩，在所有常見的常量項之中誊酌，只要是需要表示字符串的地方其實際都會包含有一個指向 CONSTANT_Utf8_info 元素的索引。而一個字符串最大長度即 u2 所能代表的最大值為 65536露乏，但是需要使用 2 個字節(jié)來保存 null 值碧浊，所以一個字符串的最大長度為 65534。

對于常見的常量項來說一般可以細分為如下 三個維度瘟仿。

常量項 Utf8

常量項 Utf8 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下所示：

    CONSTANT_Utf8_info {
        u1 tag; 
        u2 length; 
        u1 bytes[length]; 
    }
復(fù)制代碼

其元素含義如下所示：

• 1）箱锐、tag：值為 1，表示是 CONSTANT_Utf8_info 類型表劳较。
• 2）驹止、length：length 表示 bytes 的長度浩聋，比如 length = 10，則表示接下來的數(shù)據(jù)是 10 個連續(xù)的 u1 類型數(shù)據(jù)臊恋。
• 3）衣洁、bytes：u1 類型數(shù)組，保存有真正的常量數(shù)據(jù)抖仅。

常量項 Class坊夫、Filed、Method撤卢、Interface环凿、String

常量項 Class、Filed凸丸、Method拷邢、Interface、String 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分別如下所示：

    CONSATNT_Class_info {
        u1 tag;
        u2 name_index; 
    }
復(fù)制代碼

    CONSTANT_Fieldref_info {
        u1 tag;
        u2 class_index;
        u2 name_and_type_index;
    }
復(fù)制代碼

    CONSTANT_MethodType_info {
        u1 tag;
        u2 descriptor_index;
    }
復(fù)制代碼

    CONSTANT_InterfaceMethodref_info {
        u1 tag;
        u2 class_index;
        u2 name_and_type_index;
    }
復(fù)制代碼

    CONSTANT_String_info {
        u1 tag;
        u2 string_index;
    }
復(fù)制代碼

    CONSATNT_NameAndType_info {
        u1 tag;
        u2 name_index;
        u2 descriptor_index
    }
復(fù)制代碼

其元素含義如下所示：

• name_index：指向常量池中索引為 name_index 的常量表屎慢。比如 name_index = 6，表明它指向常量池中第 6 個常量忽洛。

• class_index：指向當前方法腻惠、字段等的所屬類的引用。

• name_and_type_index：指向當前方法欲虚、字段等的名字和類型的引用集灌。

• name_index：指向某字段或方法等的名稱字符串的引用。

• descriptor_index：指向某字段或方法等的類型字符串的引用复哆。

常量項 Integer欣喧、Long、Float梯找、Double

常量項 Integer唆阿、Long、Float锈锤、Double 對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下所示：

    CONSATNT_Integer_info {
        u1 tag;
        u4 bytes;
    }
復(fù)制代碼

    CONSTANT_Long_info {
        u1 tag;
        u4 high_bytes;
        u4 low_bytes;
    }
復(fù)制代碼

    CONSTANT_Float_info {
        u1 tag;
        u4 bytes;
    }
復(fù)制代碼

    CONSTANT_Double_info {
        u1 tag;
        u4 high_bytes;
        u4 low_bytes;
    }
復(fù)制代碼

可以看到驯鳖，在每一個非基本類型的常量項之中，除了其 tag 之外久免，最終包含的內(nèi)容都是字符串浅辙。正是因為這種互相引用的模式，才能有效地節(jié)省 Class 文件的空間阎姥。（ps：利用索引來減少空間占用是一種行之有效的方式）

三记舆、信息描述規(guī)則

對于 JVM 來說，其 采用了字符串的形式來描述數(shù)據(jù)類型呼巴、成員變量及成員函數(shù) 這三類泽腮。因此御蒲，在討論接下來各個的 Class 表項之前，我們需要了解下 JVM 中的信息描述規(guī)則盛正。下面删咱，我們來一一對此進行探討。

1豪筝、數(shù)據(jù)類型

數(shù)據(jù)類型通常包含有 原始數(shù)據(jù)類型痰滋、引用類型（數(shù)組），它們的描述規(guī)則分別如下所示：

• 1)续崖、原始數(shù)據(jù)類型：
  • Java 類型的 byte敲街、char、double严望、float多艇、int、long像吻、short峻黍、boolean => "B"、"C"拨匆、"D"姆涩、"F"、"I"惭每、"J"骨饿、"S"、"Z"台腥。
• 2)宏赘、引用數(shù)據(jù)類型：
  • ClassName => L + 全路徑類名（其中的 "." 替換為 "/"，最后加分號）黎侈，例如 String => Ljava/lang/String;察署。
• 3)、數(shù)組（引用類型）：
  • 不同類型的數(shù)組 => "[該類型對應(yīng)的描述名"蜓竹，例如 int 數(shù)組 => "[I"箕母，String 數(shù)組 => "[Ljava/lang/Sting;"，二維 int 數(shù)組 => "[[I"俱济。

2嘶是、成員變量

在 JVM 規(guī)范之中，成員變量即 Field Descriptor 的描述規(guī)則如下所示：

    FiledDescriptor：
    # 1蛛碌、僅包含 FieldType 一種信息
    FieldType
    FiledType：
    # 2聂喇、FiledType 的可選類型
    BaseType | ObjectType | ArrayType
    BaseType：
    B | C | D | F | I | J | S | Z
    ObjectType：
    L + 全路徑ClassName；
    ArrayType：
    [ComponentType：
    # 3、與 FiledType 的可選類型一樣
    ComponentType：
    FiledType
復(fù)制代碼

在注釋1處希太，F(xiàn)iledDescriptor 僅僅包含了 FieldType 一種信息克饶；注釋2處，可以看到誊辉，FiledType 的可選類型為3中：BaseType矾湃、ObjectType、ArrayType堕澄，對于每一個類型的規(guī)則描述邀跃，我們在 數(shù)據(jù)類型 這一小節(jié)已詳細分析過了。而在注釋3處蛙紫，這里 ComponentType 是一種 JVM 規(guī)范中新定義的類型拍屑，不過它是 由 FiledType 構(gòu)成，其可選類型也包含 BaseType坑傅、ObjectType僵驰、ArrayType 這三種。此外唁毒，對于字節(jié)碼來講蒜茴，如果兩個字段的描述符不一致， 那字段重名就是合法的浆西。

3矮男、成員函數(shù)描述規(guī)則

在 JVM 規(guī)范之中，成員函數(shù)即 Method Descriptor 的描述規(guī)則如下所示：

    MethodDescriptor:
    # 1室谚、括號內(nèi)的是參數(shù)的數(shù)據(jù)類型描述，* 表示有 0 至多個 ParameterDescriptor崔泵，最后是返回值類型描述
    ( ParameterDescriptor* ) ReturnDescriptor
    ParameterDescriptor:
    FieldType
    ReturnDescriptor:
    FieldType | VoidDescriptor
    VoidDescriptor:
    // 2秒赤、void 的描述規(guī)則為 "V"
    V
復(fù)制代碼

在注釋1處，MethodDescriptor 由兩個部分組成憎瘸，括號內(nèi)的是參數(shù)的數(shù)據(jù)類型描述入篮，表示有 0 至多個 ParameterDescriptor，最后是返回值類型描述幌甘。注釋2處潮售，要注意 void 的描述規(guī)則為 "V"。例如锅风，一個 void hello(String str) 的函數(shù) => （Ljava/lang/String;)V酥诽。

了解了信息的描述規(guī)則之后，我們就可以來看看 Class 表中的其它重要的表項：filed_info 與 method_info皱埠。

四肮帐、filed_info 與 method_info

字段表（field_info）用于描述接口或者類中聲明的變量。字段（field）包括類級變量以及實例級變量，但 不包括在方法內(nèi)部聲明的局部變量训枢。

filed_info 與 method_info 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的偽代碼分別如下所示：

    field_info {
        u2              access_flags;
        u2              name
        u2              descriptor_index
        u2              attributes_count
        attribute_info  attributes[attributes_count]
    }
復(fù)制代碼

    method_info {
        u2              access_flags;
        u2              name
        u2              descriptor_index
        u2              attributes_count
        attribute_info  attributes[attributes_count]
    }
復(fù)制代碼

可以看到托修，filed_info 與 method_info 都包含有 訪問標志、名字引用恒界、描述信息睦刃、屬性數(shù)量與存儲屬性 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對于 method_info 所描述的成員函數(shù)來說十酣，它的內(nèi)容經(jīng)過編譯之后得到的 Java 字節(jié)碼會保存在屬性之中涩拙。

注意：類構(gòu)造器為 “< clinit >” 方法，而實例構(gòu)造器為 “< init >” 方法婆誓。

下面吃环，我們就來了解下 access_flags 的相關(guān)知識。

五洋幻、access_flags

access_flag 的取值類型在 Class郁轻、Filed、Method 之中都是不同的文留，我們分別來看看好唯。

1、Class 的 access_flags 取值類型

access_flags 中一共有 16 個標志位可以使用燥翅，當前只定義了其中 8 個（JDK 1.5 增加了后面 3 種）骑篙，沒有使用到的標志位要求一律為 0。Class 的 access_flags 取值類型如下表示：

例如一個 “public Class JsonChao” 的類所對應(yīng)的 access_flags 為 0021（0X0001 和 0X0020 相結(jié)合）森书。下面的 Filed 與 Method 的計算也是同理靶端。

2、Filed 的 access_flag 取值類型

接口之中的字段必須有 ACC_PUBLIC凛膏、ACC_STATIC杨名、ACC_FINAL 標志，這些都是由 Java 本身的語言規(guī)則所決定的猖毫。Filed 的 access_flag 取值類型如下表所示：

3吁断、Method 的 access_flag 取值

Method 的 access_flag 取值如下表所示：

需要注意的是，當 Method 的 access_flags 的取值為 ACC_SYNTHETIC 時仔役，該 Method 通常被稱之為 合成函數(shù)掷伙。此外，當內(nèi)部類訪問外部類的私有成員時骂因，在 Class 文件中也會生成一個 ACC_SYNTHETIC 修飾的函數(shù)炎咖。

六、屬性

只要不與已有屬性名重復(fù)，任何人 實現(xiàn)的編譯器都可以向?qū)傩员碇袑懭胱约憾x的屬性信息乘盼，Java 虛擬機運行時會忽略掉它所不認識的屬性升熊。

attribute_info 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)偽代碼如下所示：

    attribute_info {  
        u2 attribute_name_index;
        u4 attribute_length;
        u1 info[attribute_length];
    }
復(fù)制代碼

attribute_info 中的各個元素的含義如下所示：

• attribute_name_index：為 CONSTANT_Utf8 類型常量項的索引，表示屬性的名稱绸栅。
• attribute_length：屬性的長度级野。
• info：屬性具體的內(nèi)容。

1粹胯、attribute_name_index

attribute_name_index 所指向的 Utf8 字符串即為屬性的名稱蓖柔，而 屬性的名稱是被用來區(qū)分屬性的。所有的屬性名稱如下所示（其中下面?? 標紅的為重要屬性）：

• 1）风纠、ConstantValue：僅出現(xiàn)在 filed_info 中况鸣，描述常量成員域的值，通知虛擬機自動為靜態(tài)變量賦值竹观。對于非 static 類型的變量（也就是實例變量）的賦值是在實例構(gòu)造器方法中進行的;而對 于類變量镐捧，則有兩種方式可以選擇：在類構(gòu)造器方法中或者使用 ConstantValue 屬性。如果變量沒有被 final 修飾臭增，或者并非基本類型及字 符串懂酱，則將會選擇在方法中進行初始化。
• 2）誊抛、Code：僅出現(xiàn) method_info 中列牺，描述函數(shù)內(nèi)容，即該函數(shù)內(nèi)容編譯后得到的虛擬機指令拗窃，try/catch 語句對應(yīng)的異常處理表等等瞎领。
• 3）、StackMapTable：在 JDK 1.6 發(fā)布后增加到了 Class 文件規(guī)范中随夸，它是一個復(fù)雜的變長屬性默刚。這個屬性會在虛擬機類加載的字節(jié)碼驗證階段被新類型檢查驗證器（Type Checker）使用，目的在于代替以前比較消耗性能的基于數(shù)據(jù)流 分析的類型推導(dǎo)驗證器逃魄。它省略了在運行期通過數(shù)據(jù)流分析去確認字節(jié)碼的行為邏輯合法性的步驟，而是在編譯階 段將一系列的驗證類型（Verification Types）直接記錄在 Class 文件之中澜搅，通過檢查這些驗證類型代替了類型推導(dǎo)過程伍俘，從而大幅提升了字節(jié)碼驗證的性能。這個驗證器在 JDK 1.6 中首次提供勉躺，并在 JDK 1.7 中強制代替原本基于類型推斷的字節(jié)碼驗證器癌瘾。StackMapTable 屬性中包含零至多個棧映射幀（Stack Map Frames），其中的類型檢查驗證器會通過檢查目標方法的局部變量和操作數(shù)棧所需要的類型來確定一段字節(jié)碼指令是否符合邏輯約束饵溅。
• 4）妨退、Exceptions：當函數(shù)拋出異常或錯誤時，method_info 將會保存此屬性咬荷。
• 5）冠句、InnerClasses：用于記錄內(nèi)部類與宿主類之間的關(guān)聯(lián)。
• 6）幸乒、EnclosingMethod
• 7）懦底、Synthetic：標識方法或字段為編譯器自動生成的。
• 8）罕扎、Signature：JDK 1.5 中新增的屬性聚唐，用于支持泛型情況下的方法簽名，由于 Java 的泛型采用擦除法實現(xiàn)腔召，在為了避免類型信息被擦除后導(dǎo)致簽名混亂杆查，需要這個屬性記錄泛型中的相關(guān)信息。
• 9）臀蛛、SourceFile：包含一個指向 Utf8 常量項的索引亲桦，即 Class 對應(yīng)的源碼文件名。
• 10）掺栅、SourceDebugExtension：用于存儲額外的調(diào)試信息烙肺。
• 11）、LineNumberTable：Java 源碼的行號與字節(jié)碼指令的對應(yīng)關(guān)系氧卧。
• 12）桃笙、LocalVariableTable：局部變量數(shù)組/本地變量表，用于保存變量名沙绝，變量定義所在行搏明。
• 13）、LocalVariableTypeTable：JDK 1.5 中新增的屬性闪檬，它使用特征簽名代替描述符星著，是為了引入泛型語法之后能描述泛型參數(shù)化類型而添加。
• 14）粗悯、Deprecated
• 15）虚循、RuntimeVisibleAnnotations
• 16）、RuntimeInvisibleAnnotations
• 17）样傍、RuntimeVisibleParameterAnnotations
• 18）横缔、RuntimeInvisibleParameterAnnotations
• 19）、AnnotationDefault
• 20）衫哥、BootstrapMethods：JDK 1.7中新增的屬性靖秩，用于保存 invokedynamic 指令引用的引導(dǎo)方法限定符怜校。切記忽媒，類文件的屬性表中最多也只能有一個 BootstrapMethods 屬性寓辱。

在上述表格中粮坞，我們可以發(fā)現(xiàn)，不同類型的屬性可能會出現(xiàn)在 ClassFile 中不同的成員里初狰，當 JVM 在解析 Class 文件時會校驗 Class 成員應(yīng)該禁止攜帶有哪些類型的屬性莫杈。此外，屬性也可以包含子屬性跷究，例如："Code" 屬性中包含有 "LocalVariableTable"姓迅。

2、Code_attribute（??）

首先俊马，要注意 并非所有的方法表都必須存在這個屬性丁存，例如接口或者抽象類中的方法就不存在 Code 屬性。

Code_attribute 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)偽代碼如下所示：

    Code_attribute {  
        u2 attribute_name_index; 
        u4 attribute_length;
        u2 max_stack;
        u2 max_locals;
        u4 code_length;
        u1 code[code_length];
        u2 exception_table_length; 
        { 
            u2 start_pc;
            u2 end_pc;
            u2 handler_pc;
            u2 catch_type;
        } exception_table[exception_table_length];
        u2 attributes_count;
        attribute_info attributes[attributes_count];
    }
復(fù)制代碼

Code_attribute 中的各個元素的含義如下所示：

• attribute_name_index柴我、attribute_length：attribute_length 的值為整個 Code 屬性減去 attribute_name_index 和 attribute_length 的長度解寝。
• max_stack：為當前方法執(zhí)行時的最大棧深度，所以 JVM 在執(zhí)行方法時艘儒，線程棧的棧幀（操作數(shù)棧聋伦，operand satck）大小是可以提前知道的。每一個函數(shù)執(zhí)行的時候都會分配一個操作數(shù)棧和局部變量數(shù)組界睁，而 Code_attribure 需要包含它們觉增，以便 JVM 在執(zhí)行函數(shù)前就可以分配相應(yīng)的空間。
• max_locals：**為當前方法分配的局部變量個數(shù)翻斟，包括調(diào)用方式時傳遞的參數(shù)逾礁。long 和 double 類型計數(shù)為 2，其他為 1访惜。max_locals 的單位是 Slot,Slot 是

虛擬機為局部變量分配內(nèi)存所使用的最小單位嘹履。局部變量表中的 Slot 可以重用，當代碼執(zhí)行超出一個局部變量的作用域時债热，這個局部變量 所占的 Slot 可以被其他局部變量所使用砾嫉，Javac 編譯器會根據(jù)變量的作用域來分配 Slot 給各個 變量使用，然后計算出 max_locals 的大小**窒篱。

• code_length：為方法編譯后的字節(jié)碼的長度焕刮。
• code：用于存儲字節(jié)碼指令的一系列字節(jié)流。既然叫字節(jié)碼指令墙杯，那么每個指令就是一個 u1 類型的單字節(jié)济锄。一個 u1 數(shù)據(jù)類型的取值范圍為 0x000xFF，對應(yīng)十進制的 0255霍转，也就是一共可以表達 256 條指令。
• exception_table_length：表示 exception_table 的長度一汽。
• exception_table：每個成員為一個 ExceptionHandler避消，并且一個函數(shù)可以包含多個 try/catch 語句低滩，一個 try/catch 語句對應(yīng) exception_table 數(shù)組中的一項。
• start_pc岩喷、end_pc：為異常處理字節(jié)碼在 code[] 的索引值恕沫。當程序計數(shù)器在 [start_pc, end_pc) 內(nèi)時，表示異常會被該 ExceptionHandler 捕獲纱意。
• handler_pc：表示 ExceptionHandler 的起點婶溯，為 code[] 的索引值。
• catch_type：為 CONSTANT_Class 類型常量項的索引偷霉，表示處理的異常類型迄委。如果該值為 0，則該 ExceptionHandler 會在所有異常拋出時會被執(zhí)行类少，可以用來實現(xiàn) finally 代碼叙身。當 catch_type 的值為 0 時，代表任意異常情況都需要轉(zhuǎn)向到 handler_pc 處進行處理硫狞。此外信轿，編譯器使用異常表而不是簡單的跳轉(zhuǎn)命令來實現(xiàn) Java 異常及 finally 處理機制。
• attributes_count 和 attributes：表示該 exception_table 擁有的 attribute 數(shù)量與數(shù)據(jù)残吩。

在 Code_attribute 攜帶的屬性中财忽，"LineNumberTable" 與 "LocalVariableTable" 對我們 Android 開發(fā)者來說比較重要，所以泣侮，這里我們將再單獨來講解一下它們即彪。

1）、LineNumberTable 屬性

LineNumberTable 屬性 用于 Java 的調(diào)試旁瘫，可指明某條指令對應(yīng)于源碼哪一行祖凫。

LineNumberTable 屬性的結(jié)構(gòu)如下所示：

LineNumberTable_attribute {  
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u2 line_number_table_length;
    {   u2 start_pc;
        u2 line_number;    
    } line_number_table[line_number_table_length];
}
復(fù)制代碼

其中最重要的是 line_number_table 數(shù)組，該數(shù)組元素包含如下 兩個成員變量：

• 1酬凳、start_pc：為 code[] 數(shù)組元素的索引惠况，用于指向 Code_attribute 中 code 數(shù)組某處指令。
• 2宁仔、line_number：為 start_pc 對應(yīng)源文件代碼的行號稠屠。需要注意的是，多個 line_number_table 元素可以指向同一行代碼翎苫，因為一行 Java 代碼很可能被編譯成多條指令权埠。

2、LocalVariableTable 屬性

LocalVariableTable 屬性用于 描述棧幀中局部變量表中的變量與 Java 源碼中定義的變量之間的關(guān)系煎谍，它也不是運行時必需的屬性攘蔽，但默認會生成到 Class 文件之中。

LocalVariableTable 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下所示：

LocalVariableTable_attribute {
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u2 local_variable_table_length;
    {
        u2 start_pc;
        u2 length;
        u2 name_index;
        u2 descriptor_index;
        u2 index;
    } local_variable_table[local_variable_table_length];
}
復(fù)制代碼

其中最重要的元素是 local_variable_table 數(shù)組呐粘，其中的 start_pc 與 length 這兩個參數(shù) 決定了一個局部變量在 code 數(shù)組中的有效范圍满俗。

需要注意的是转捕，每個非 static 函數(shù)都會自動創(chuàng)建一個叫做 this 的本地變量，代表當前是在哪個對象上調(diào)用此函數(shù)唆垃。并且五芝，this 對象是位于局部變量數(shù)組第1個位置（即 Slot = 0），它的作用范圍是貫穿整個函數(shù)的辕万。

此外枢步，在 JDK 1.5 引入泛型之后，LocalVariableTable 屬性增加了一個 “姐妹屬性”: LocalVariableTypeTable渐尿，這個新增的屬性結(jié)構(gòu)與 LocalVariableTable 非常相似醉途，僅僅是把記錄 的字段描述符的 descriptor_index 替換成了字段的特征簽名（Signature），對于非泛型類型來 說涡戳，描述符和特征簽名能描述的信息是基本一致的结蟋，但是泛型引入之后，由于描述符中泛型的參數(shù)化類型被擦除掉渔彰，描述符就不能準確地描述泛型類型了嵌屎，因此出現(xiàn)了 LocalVariableTypeTable。

Slot 是什么恍涂？

JVM 在調(diào)用一個函數(shù)的時候宝惰，會創(chuàng)建一個局部變量數(shù)組（即 LocalVariableTable），而 Slot 則表示當前變量在數(shù)組中的位置再沧。

七尼夺、JVM 指令碼（??）

在上面，我們了解了 常量池炒瘸、屬性淤堵、field_info、method_info 等等一系列的源碼文件組成結(jié)構(gòu)顷扩，它們是僅僅是一種靜態(tài)的內(nèi)容拐邪，這些信息并不能驅(qū)使 JVM 執(zhí)行我們在源碼中編寫的函數(shù)。

從前可知隘截，Code_attribute 中的 code 數(shù)組存儲了一個函數(shù)源碼經(jīng)過編譯后得到的 JVM 字節(jié)碼扎阶，其中僅包含如下 兩種 類型的信息：

• 1)、JVM 指令碼：用于指示 JVM 執(zhí)行的動作婶芭，例如加操作/減操作/new 對象东臀。其長度為 1 個字節(jié)，所以 JVM 指令碼的個數(shù)不會超過 255 個（0xFF）犀农。
• 2)惰赋、JVM 指令碼后的零至多個操作數(shù)：操作數(shù)可以存儲在 code 數(shù)組中，也可以存儲在操作數(shù)棧（Operand stack）中呵哨。

一個 Code 數(shù)組里指令和參數(shù)的組織格式 如下所示：

1字節(jié)指令碼 0或多個參數(shù)（N字節(jié)赁濒，N>=0）

可以看到贵扰，Java 虛擬機的指令由一個字節(jié)長度的、代表著某種特定操作含義的數(shù)字（稱為操作 碼流部，Opcode）以及跟隨其后的零至多個代表此操作所需參數(shù)（稱為操作數(shù)，Operands）而構(gòu)成纹坐。此外枝冀，大多數(shù)的指令都不包含操作數(shù)，只有一個操作碼耘子。

字節(jié)碼指令集是一種具有鮮明特點果漾、優(yōu)劣勢都很突出的指令集架構(gòu)，由于限制了 Java 虛擬機操作碼的長度為一個字節(jié)（即 0~255）谷誓，這意味著指令集的操作碼總數(shù)不可能超過 256 條绒障。

如果不考慮異常處理的話，那么 Java 虛擬機的解釋器可以使用下面這個偽代碼當做 最基本的執(zhí)行模型 來理解捍歪，如下所示：

do {
    自動計算PC寄存器的值加1; 
    根據(jù)PC寄存器的指示位置户辱，從字節(jié)碼流中取出操作碼; 
    if(字節(jié)碼存在操作數(shù))從字節(jié)碼流中取出操作數(shù); 
    執(zhí)行操作碼所定義的操作;
} while (字節(jié)碼流長度>0);
復(fù)制代碼

由于 Java 虛擬機的操作碼長度只有一個字節(jié)，所以糙臼，Java 虛擬機的指令集 對于特定的操作只提供了有限的類型相關(guān)指令去支持它庐镐。例如 在 JVM 中，大部分的指令都沒有支持整數(shù)類型 byte变逃、char 和 short必逆，甚至沒有任何指令支持 boolean 類型。因此揽乱，我們在處理 boolean名眉、byte、short 和 char 類型的數(shù)組時凰棉，需要轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的 int 類型的字節(jié)碼指令來處理损拢。

眾所周知，JVM 是基于棧而非寄存器的計算模型渊啰，并且探橱，基于棧的實現(xiàn)能夠帶來很好的跨平臺特性，因為寄存器指令往往和硬件掛鉤绘证。但是隧膏，由于棧只是一個 FILO 的結(jié)構(gòu)，需要頻繁地壓棧與出棧嚷那，因此胞枕，對于同樣的操作，基于棧的實現(xiàn)需要更多指令才能完成魏宽。此外腐泻，由于 JVM 需要實現(xiàn)跨平臺的特性决乎，因此棧是在內(nèi)存實現(xiàn)的，而寄存器則位于 CPU 的高速緩存區(qū)派桩，因此构诚，基于棧的實現(xiàn)其速度速度相比寄存器的實現(xiàn)要慢很多。要深入了解 JVM 的指令集铆惑，我們就必須先從 JVM 運行時的棧幀講起范嘱。

1、運行時的棧幀

棧幀（Stack Frame）是用于支持虛擬機進行方法調(diào)用和方法執(zhí)行的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)员魏，它是虛擬 機運行時數(shù)據(jù)區(qū)中的虛擬機棧（Virtual Machine Stack）的棧元素丑蛤。

棧幀中存儲了方法的 局部變量表、操作數(shù)棧撕阎、動態(tài)連接和方法返回地址受裹、幀數(shù)據(jù)區(qū) 等信息。每一個方法從調(diào)用開始至執(zhí)行完成的過程虏束，都對應(yīng)著一個棧幀在虛擬機棧里面從入棧到出棧的過程棉饶。

一個線程中的方法調(diào)用鏈可能會很長，很多方法都同時處于執(zhí)行狀態(tài)魄眉。對于 JVM 的執(zhí)行引擎來 說砰盐，在活動線程中，只有位于棧頂?shù)臈攀怯行У目勇桑Q為當前棧幀（Current Stack Frame）岩梳，與這個棧幀相關(guān)聯(lián)的方法稱為當前方法（Current Method）。執(zhí)行引擎運行的所有 字節(jié)碼指令都只針對當前棧幀進行操作晃择，而 棧幀的結(jié)構(gòu) 如下圖所示：

Java 中當一個方法被調(diào)用時會產(chǎn)生一個棧幀（Stack Frame）,而此方法便位于棧幀之內(nèi)冀值。而Java方法棧幀 主要包括三個部分，如下所示：

• 1）宫屠、局部變量區(qū)
• 2）列疗、操作數(shù)棧區(qū)
• 3）、幀數(shù)據(jù)區(qū)（常量池引用）

幀數(shù)據(jù)區(qū)浪蹂，即常量池引用在前面我們已經(jīng)深入地了解過了抵栈，但是還有兩個重要部分我們需要了解，一個是操作數(shù)棧坤次，另一個則是局部變量區(qū)古劲。通常來說，程序需要將局部變量區(qū)的元素加載到操作數(shù)棧中缰猴，計算完成之后产艾，然后再存儲回局部變量區(qū)。

查看字節(jié)碼的工具

我們可以使用 jclasslib 這個字節(jié)碼工具去查看字節(jié)碼，使用效果如下圖所示闷堡，代碼編譯后在菜單欄 ”View” 中選擇 ”Show Bytecode With jclasslib”隘膘，可以很直觀地看到當前字節(jié)碼文件的類信息、常量池杠览、方法區(qū)等信息弯菊。

下面??，我們就先來看看操作數(shù)棧是怎么運轉(zhuǎn)的踱阿。

2误续、操作數(shù)棧

操作數(shù)棧是為了 存放計算的操作數(shù)和返回結(jié)果。在執(zhí)行每一條指令前扫茅，JVM 要求該指令的操作數(shù)已經(jīng)被壓入到操作數(shù)棧中，并且育瓜，在執(zhí)行指令時葫隙，JVM 會將指令所需的操作數(shù)彈出，并將計算結(jié)果壓入操作數(shù)棧中躏仇。

對于操作數(shù)棧相關(guān)的操作指令有如下 三類：

1）恋脚、直接作用于操作數(shù)據(jù)棧的指令：

• dup：復(fù)制棧頂元素，常用于復(fù)制 new 指令所生成的未初始化的引用焰手。
• pop：舍棄棧頂元素糟描，常用于舍棄調(diào)用指令的返回結(jié)果。
• wap：交換棧頂?shù)膬蓚€元素的值书妻。

需要注意的是船响，當值為 long 或 double 類型時，需要占用兩個棧單元躲履，此時需要使用 dup2/pop2 指令替代 dup/pop 指令见间。

2）、直接將常量加載到操作數(shù)棧的指令：

對于 int（boolean工猜、byte米诉、char、short） 類型來說篷帅，有如下三類常用指令：

• iconst：用于加載 [-1 ,5] 的 int 值史侣。
• biconst：用于加載一個字節(jié)（byte）所能代表的 int 值即 [-128-127]。
• sipush：用于加載兩個字節(jié)（short）所能代表的 int 值即 [-32768-32767]魏身。

而對于 long惊橱、float、double叠骑、reference 類型來說李皇，各個類型都僅有一類，其實就是類似于 iconst 指令，即 lconst掉房、fconst茧跋、dconst、aconst卓囚。

3）瘾杭、加載常量池中的常量值的指令：

• ldc：用于加載常量池中的常量值，如 int哪亿、long粥烁、float、double蝇棉、String讨阻、Class 類型的常量。例如 ldc #35 將加載常量池中的第 35 項常量值篡殷。

正常情況下钝吮，操作數(shù)棧的壓入彈出都是一條條指令完成。唯一的例外是在拋異常時板辽，JVM 會清除操作數(shù)棧的所有內(nèi)容奇瘦，然后將異常實例壓入操作數(shù)棧中。

3劲弦、局部變量區(qū)

局部變量區(qū)一般用來 緩存計算的結(jié)果耳标。實際上，JVM 會把局部變量區(qū)當成一個 數(shù)組邑跪，里面會依次緩存 this 指針（非靜態(tài)方法）次坡、參數(shù)、局部變量画畅。

需要注意的是贸毕，同操作數(shù)棧一樣，long 和 double 類型的值將占據(jù)兩個單元夜赵，而其它的類型僅僅占據(jù)一個單元明棍。

而對于局部變量區(qū)來說，它常用的操作指令有 三種寇僧，如下所示：

1）摊腋、將局部變量區(qū)的值加載到操作數(shù)棧中

• int（boolean、byte嘁傀、char兴蒸、short）：iload
• long：lload
• float：fload
• double：dload
• reference：aload

2）、將操作數(shù)棧中的計算結(jié)果存儲在局部變量區(qū)中

• int（boolean细办、byte橙凳、char蕾殴、short）：istore
• long：lstore
• float：fstore
• double：dstore
• reference：astore

這里需要注意的是，局部變量的加載與存儲指令都需要指明所加載單元的下標岛啸，例如：iload_0 就是加載普通方法局部變量區(qū)中的 this 指針钓觉。

3）、增值指令之 iinc

可以看到坚踩，上面兩種類型的指令操作都需要操作局部變量區(qū)和操作數(shù)棧荡灾，那么，有沒有 僅僅只作用在局部變量區(qū)的指令呢瞬铸？

它就是 iinc M N（M為負整數(shù)批幌，N為整數(shù)），它會將局部變量數(shù)組中的第 M 個單元中的 int 值增加 N嗓节，常用于 for 循環(huán)中自增量的更新荧缘，如 i++/i--。

了解了以上 JVM 的基礎(chǔ)指令之后拦宣，我們來看一個具體的栗子??胜宇，代碼和其對應(yīng)的 JVM 指令如下所示：

    public static int bar(int i) {
        return ((i + 1) - 2) * 3 / 4;
    }

    // 對應(yīng)的字節(jié)碼如下：
    Code:
    stack=2, locals=1, args_size=1
        0: iload_0
        1: iconst_1
        2: iadd
        3: iconst_2
        4: isub
        5: iconst_3
        6: imul
        7: iconst_4
        8: idiv
        9: ireturn
復(fù)制代碼

這里我們解釋下上面的幾處字節(jié)碼的含義，如下所示：

• Code：JVM 字節(jié)碼恢着。
• stack：表示該方法需要的操作數(shù)棧空間為 2财破。
• locals：表示該方法需要的局部變量區(qū)空間為 1掰派。
• args_size：表示方法的參數(shù)大小為 1。

最后左痢，我們來看看 每條指令執(zhí)行前后局部變量區(qū)和操作數(shù)棧的變化情況靡羡，如下圖所示：

了解了指令在操作數(shù)棧與局部變量區(qū)之間的轉(zhuǎn)換規(guī)律，我們下面再回過頭來系統(tǒng)地了解下以下 九類按用途分類的字節(jié)碼指令俊性。

4略步、字節(jié)碼指令用途分類匯總

1）、加載和存儲指令

加載和存儲指令用于 將數(shù)據(jù)在棧幀中的局部變量表和操作數(shù)棧之間來回傳輸定页，其指令如下所示：

• 1）趟薄、將一個局部變量加載到操作棧：`iload、iload_典徊、lload杭煎、lload_、fload卒落、fload_

羡铲、dload、dload_儡毕、aload也切、aload_`。

• 2）、將一個數(shù)值從操作數(shù)棧存儲到局部變量表：`istore雷恃、istore_疆股、lstore、lstore_褂萧、

fstore押桃、fstore_、dstore导犹、dstore_唱凯、astore、astore_`谎痢。

• 3）磕昼、將一個常量加載到操作數(shù)棧：`bipush、sipush节猿、ldc票从、ldc_w、ldc2_w滨嘱、aconst_null峰鄙、

iconst_m1、iconst_太雨、lconst_吟榴、fconst_、dconst_`囊扳。

** 4）吩翻、擴充局部變量表的訪問索引的指令：wide。

類似于 iload_锥咸，它代表了 iload_0狭瞎、iload_1、iload_2 和 iload_3 這幾條指令搏予。這幾組指令都是某個帶有一個操作數(shù)的通用指令（例如iload熊锭，iload_0 的語義與操作數(shù)為 0 時的 iload 指令語義完全一致）。

2）雪侥、運算指令

運算或算術(shù)指令用于 對兩個操作數(shù)棧上的值進行某種特定運算球涛，并把結(jié)果重新存入到操 作棧頂。大體上算術(shù)指令可以分為 兩種：對整型數(shù)據(jù)進行運算的指令與對浮點型數(shù)據(jù)進行運算的指令校镐。其指令如下所示：

• 1）亿扁、加法指令：iadd、ladd鸟廓、fadd从祝、dadd襟己。
• 2）、減法指令：isub牍陌、lsub擎浴、fsub、dsub毒涧。
• 3）贮预、乘法指令：imul、lmul契讲、fmul仿吞、dmul。
• 4）捡偏、除法指令：idiv唤冈、ldiv、fdiv银伟、ddiv你虹。
• 5）、求余指令：irem彤避、lrem傅物、frem、drem琉预。
• 6）董饰、取反指令：ineg、lneg模孩、fneg、dneg贮缅。
• 7）榨咐、位移指令：ishl、ishr谴供、iushr块茁、lshl、lshr绒尊、lushr译暂。
• 8）表制、按位或指令：ior、lor佩耳。
• 9）、按位與指令：iand谭跨、land干厚。
• 10）李滴、按位異或指令：ixor、lxor蛮瞄。
• 11）所坯、局部變量自增指令：iinc。
• 12）挂捅、比較指令：dcmpg芹助、dcmpl、fcmpg闲先、fcmpl状土、lcmp。

3）饵蒂、類型轉(zhuǎn)換指令

類型轉(zhuǎn)換指令可以 將兩種不同的數(shù)值類型進行相互轉(zhuǎn)換声诸，例如我們可以將小范圍類型向大范圍類型的安全轉(zhuǎn)換，其指令如下所示：

-1）退盯、i2b彼乌、i2c、i2s -2）渊迁、l2i -3）慰照、f2i、f2l -4）琉朽、d2i毒租、d2l、d2f

4）箱叁、對象創(chuàng)建與訪問指令

其指令如下所示：

• 1）墅垮、創(chuàng)建類實例的指令：new。
• 2）耕漱、創(chuàng)建數(shù)組的指令：newarray算色、anewarray、multianewarray螟够。
• 3）灾梦、訪問類字段（static字段，或者稱為類變量）和實例字段（非 static 字段妓笙，或者稱為實例變量）的指令：getfield若河、putfield、getstatic寞宫、putstatic萧福。
• 4）、把一個數(shù)組元素加載到操作數(shù)棧的指令：baload辈赋、caload统锤、saload毛俏、iaload、laload饲窿、 faload煌寇、daload、aaload逾雄。
• 5）阀溶、將一個操作數(shù)棧的值存儲到數(shù)組元素中的指令：bastore、castore鸦泳、sastore银锻、iastore、 fastore做鹰、dastore击纬、aastore。
• 6）钾麸、取數(shù)組長度的指令：arraylength更振。
• 7）、檢查類實例類型的指令：instanceof饭尝、checkcast肯腕。

5）、操作數(shù)棧管理指令

用于 直接操作操作數(shù)棧 的指令钥平，如下所示：

• 1）实撒、將操作數(shù)棧的棧頂一個或兩個元素出棧：pop、pop2（用于操作 Long涉瘾、Double）知态。
• 2）、復(fù)制棧頂一個或兩個數(shù)值并將復(fù)制值或雙份的復(fù)制值重新壓入棧頂：dup立叛、dup2负敏、dup_x1、dup2_x1囚巴、dup_x2原在、dup2_x2友扰。
• 3）彤叉、將棧最頂端的兩個數(shù)值互換：swap。

6）村怪、控制轉(zhuǎn)移指令

控制轉(zhuǎn)移指令就是 在有條件或無條件地修改 PC 寄存器的值秽浇。其指令如下所示：

• 1）、條件分支：ifeq甚负、iflt柬焕、ifle审残、ifne、ifgt斑举、ifge搅轿、ifnull、ifnonnull富玷、if_icmpeq璧坟、if_icmpne、 if_icmplt赎懦、if_icmpgt雀鹃、if_icmple、if_icmpge励两、if_acmpeq 和 if_acmpne黎茎。
• 2）、復(fù)合條件分支：tableswitch当悔、lookupswitch傅瞻。
• 3）、無條件分支：goto先鱼、goto_w俭正、jsr、jsr_w焙畔、ret掸读。

其中的 tableswitch 與 lookupswitch 含義如下：

• tableswitch：條件跳轉(zhuǎn)指令，針對密集的 case宏多。
• lookupswitch：條件跳轉(zhuǎn)指令儿惫，針對稀疏的 case。

可以看到伸但，Java 虛擬機提供的 int 類型的條件分支指令是最為豐富和強大的肾请。

7）、方法調(diào)用指令

常用的有 5條 用于方法調(diào)用的指令更胖。 如下所示：

• 1）铛铁、invokevirtual：用于調(diào)用對象的實例方法，根據(jù)對象的實際類型進行分派（虛方法分派）却妨，這也是 Java 語言中最常見的方法分派方式饵逐。
• 2）、invokeinterface：用于調(diào)用接口方法彪标，它會在運行時搜索一個實現(xiàn)了這個接口方法的對象倍权，找出適合的方法進行調(diào)用。
• 3）捞烟、invokespecial：用于調(diào)用一些需要特殊處理的實例方法薄声，包括實例初始化方法当船、私有方法和父類方法。
• 4）默辨、invokestatic：用于調(diào)用類方法（static方法）德频。
• 5）、invokedynamic：用于在運行時動態(tài)解析出調(diào)用點限定符所引用的方法缩幸，并執(zhí)行該方法抱婉，前面 4 條調(diào)用指令的分派邏輯都固化在 Java 虛擬機內(nèi)部，而 invokedynamic 指令的分派邏輯是由用戶所設(shè)定的引導(dǎo)方法決定的桌粉。

這里我們需要著重注意 invokespecial 指令蒸绩，它用于 調(diào)用構(gòu)造器與方法，當調(diào)用方法時铃肯，會將返回值仍然壓入操作數(shù)棧中患亿，如果當前方法沒有返回值則需要使用 pop 指令彈出。

除了 invokespecial 之外押逼，其它方法調(diào)用指令所消耗的操作數(shù)棧元素是根據(jù)調(diào)用類型以及目標方法描述符來確定的步藕。

8）、方法返回指令

返回指令是區(qū)分類型的挑格，如下所示咙冗，為不同返回類型對應(yīng)的返回指令：

• void：return
• int（boolean、byte漂彤、char雾消、short）：ireturn
• long：lreturn
• float：freturn
• double：dreturn
• reference：areturn

方法調(diào)用指令與數(shù)據(jù)類型無關(guān)，而 方法返回指令是根據(jù)返回值的類型區(qū)分的挫望，包括 ireturn（當返回值是 boolean立润、byte、char媳板、short 和 int 類型時使用）桑腮、lreturn、freturn蛉幸、dreturn 和 areturn破讨，另外還有一條 return 指令供聲明為 void 的方法、實例初始化方法以及類和接口的類初始化方法使用奕纫。

9）提陶、異常處理指令

在 Java 程序中顯式拋出異常的操作（throw語句）都由 athrow 指令來實現(xiàn)，在 Java 虛擬機中若锁，處理異常是采用異常表來完成的搁骑。

10）斧吐、同步指令

Java 虛擬機可以 支持方法級的同步和方法內(nèi)部一段指令序列的同步又固，這兩種同步結(jié)構(gòu)都是使用管程（Monitor）來支持的仲器。

方法級的同步是隱式的，即無須通過字節(jié)碼指令來控制仰冠，它實現(xiàn)在方法調(diào)用和返回操作 之中乏冀。虛擬機可以從方法常量池的方法表結(jié)構(gòu)中的 ACC_SYNCHRONIZED 訪問標志得知一個方法是否聲明為同步方法。

當方法調(diào)用時洋只，調(diào)用指令將會檢查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 訪問標志是否被設(shè)置辆沦，如果設(shè)置了，執(zhí)行線程就要求先成功持有管程识虚，然后才能執(zhí)行方法肢扯，最后當方法完成（無論是正常完成還是非正常完成）時會釋放管程。

同步一段指令集序列 通常是由 Java 語言中的 synchronized 語句塊 來表示的担锤，Java 虛擬機的指令集中有 monitorenter 和 monitorexit 兩條指令來支持 synchronized 關(guān)鍵字的語義蔚晨，而正確實現(xiàn) synchronized 關(guān)鍵字需要 Javac 編譯器與 Java 虛擬機兩者共同協(xié)作支持。

編譯器必須確保無論方法通過何種方式完成肛循，方法中調(diào)用過的每條 monitorenter 指令都必須執(zhí)行其對應(yīng)的 monitorexit 指令铭腕，而無論這個方法是正常結(jié)束還是異常結(jié)束。并且多糠，它會自動產(chǎn)生一個異常處理器累舷，這個異常處理器被聲明可處理所有的異常，它的目的就是用來執(zhí)行 monitorexit 指令夹孔。

八被盈、總結(jié)

深入學(xué)習(xí) JVM 字節(jié)碼無疑會對我們的整體實力有 質(zhì)的提升，如果對 JVM 字節(jié)碼了解較深搭伤，那么害捕，我們在學(xué)習(xí) Groovy、Kotlin 等這些基于 JVM 的語言時就能夠 在較短的學(xué)習(xí)時間內(nèi)進階到語言的高級層面闷畸。此外尝盼，深入了解 JVM 字節(jié)碼，能夠賦予我們通過表象透析本質(zhì)的能力佑菩，而這盾沫，也正是極客們真正所追求的一通百通的靈魂之力。*

作者：jsonchao
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