本文将通过是实例简单介绍JVM字节码基于栈的执行过程

Stack Frame

  1. 一个方法从调用到执行完成，对应着一个栈帧（Stack Frame）在虚拟机栈（VM Stack）里面从入栈到出栈的过程
  2. 在编译成字节码期间，栈帧需要多大的局部变量表（Local Variable Table），多深的操作数栈（Operand Stack）都已经完全确定，并且写入到方法表的Code属性中
  3. 在活动线程中，只有位于栈顶的栈帧才是有效的，称为当前栈帧，与这个栈帧关联的方法称为当前方法
  4. 局部变量表
    • 用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量
    • 方法表中的locals属性记录了局部变量表的最大容量
    • 局部变量表的存储单元为32-bit的slot，boolean、byte、char、short、int、float等会占用一个slot，long和double会占用两个slot
    • 如果执行的是实例方法，那么第0个slot默认存储this
    • 为了节省栈帧空间，slot是可重用的
  5. 操作数栈
    • 方法表中的stack属性记录了操作数栈的最大深度
    • 操作数栈可以容纳任意的Java数据类型，32-bit数据类型所占用的栈容量为1，64-bit数据类型所以占用的栈容量为2

代码

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package me.zhongmingmao.test;
public class BytecodeExecution {
    public int calc() {
        int a = 100;
        int b = 200;
        int c = 300;
        return (a + b) * c;
    }
}

字节码

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# javap -v
public int calc();
    descriptor: ()I
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
        stack=2, locals=4, args_size=1
            0: bipush        100
            2: istore_1
            3: sipush        200
            6: istore_2
            7: sipush        300
            10: istore_3
            11: iload_1
            12: iload_2
            13: iadd
            14: iload_3
            15: imul
            16: ireturn
        LocalVariableTable:
            Start  Length  Slot  Name   Signature
                0      17     0  this   Lme/zhongmingmao/test/BytecodeExecution;
                3      14     1     a   I
                7      10     2     b   I
               11       6     3     c   I
  1. stack=2，这个在分析下面16个JVM字节码指令的运行过程后就能验证这是正确的，从Java源代码是无法直观的得出这个值
  2. locals=4，从Java源代码可以看出，calc()只定义了a、b、c三个局部变量，而calc()又是实例方法，局部变量表第1个slot默认会有记录this，因此能得出locals=4（在这里slot没有进行复用）
  3. 在JVM字节码中的LocalVariableTable属性，很清晰表述了局部变量表的布局，其中需要注意的是Start指的是局部变量生命周期开始的字节码偏移量，Length指的是作用范围覆盖的长度，而并非变量本身的长度
  4. args_size=1，实例方法默认会传入this，因此args_size=1

执行过程

bipush 100

istore_1

iload_1

iload_2

iadd

iload_3

imul

ireturn