JVM原理（四）：字节码_maven jdbc不参与编译如何生成字节码文件?-优快云博客

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一、概述

java源码编译后都会生成字节码，字节码是JVM执行代码的中间形态，到运行时jvm会将字节码文件读取到内存中并翻译为机器可识别执行的机器码。JVM字节码是一种基于栈的指令集架构（Stack-based Instruction Set Architecture）。每个字节码指令都会在JVM上执行一系列的操作，如加载、存储、运算、跳转等。

二、字节码生成

对于源码的编译，jdk提供了javac 工具，对于单文件的字节码生成，先使用javac 生成，然后可以使用 javap 进行查看。
在这里插入图片描述

$ javap -c PropertyValue
警告: 文件 .\PropertyValue.class 不包含类 PropertyValue
Compiled from "PropertyValue.java"
public class com.resean.spring.beans.factory.config.PropertyValue {
  public com.resean.spring.beans.factory.config.PropertyValue(java.lang.String, java.lang.Object, java.lang.String, boolean);
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: aload_0
       5: aload_1
       6: putfield      #7                  // Field name:Ljava/lang/String;
       9: aload_0
      10: aload_2
      11: putfield      #13                 // Field value:Ljava/lang/Object;
      14: aload_0
      15: aload_3
      16: putfield      #17                 // Field type:Ljava/lang/String;
      19: aload_0
      20: iload         4
      22: putfield      #20                 // Field isRef:Z
      25: return

  public com.resean.spring.beans.factory.config.PropertyValue(java.lang.String, java.lang.Object);
    Code:
       0: aload_0
       1: ldc           #24                 // String
       3: aload_2
       4: aload_1
       5: iconst_0
       6: invokespecial #26                 // Method "<init>":(Ljava/lang/String;Ljava/lang/Object;Ljava/lang/String;Z)V
       9: return

  public java.lang.String getName();
    Code:
       0: aload_0
       1: getfield      #7                  // Field name:Ljava/lang/String;
       4: areturn

  public java.lang.Object getValue();
    Code:
       0: aload_0
       1: getfield      #13                 // Field value:Ljava/lang/Object;
       4: areturn

  public java.lang.String getType();
    Code:
       0: aload_0
       1: getfield      #17                 // Field type:Ljava/lang/String;
       4: areturn

  public boolean isRef();
    Code:
       0: aload_0
       1: getfield      #20                 // Field isRef:Z
       4: ireturn
}

在实际的项目中，对于代码的打包，由maven或者gradel 这些打包工具完成。后续将仔细讲讲 maven的构建原理。

三、字节码指令

字节码在jvm中运行实际上是根据指令集一行行读取并进行操作的，了解字节码指令集可以帮助我们了解jvm的运行机制及编写高效的代码。
字节码指令集主要包括操作码和操作数两部份，指令集主要分为7大类：

加载与存储指令
加载与存储指令是用得最频繁的命令，其格式为
- 加载：xload_n：表示局部变量表的槽位； x表示操作码助记符，表明是哪种数据类型。
- 存储：xstore_n:表示局部变量表的槽位； x表示操作码助记符，表明是哪种数据类型。
算术指令
算术指令是用于两个操作栈中值的特定运算，分为两种类型，整型运算和浮点型运算。
需要注意的是，数据运算可能会导致溢出，比如两个很大的正整数相加，很可能会得到一个负数。但 Java 虚拟机规范中并没有对这种情况给出具体结果，因此程序是不会显式报错的。所以，大家在开发过程中，如果涉及到较大的数据进行加法、乘法运算的时候，一定要注意！
当发生溢出时，将会使用有符号的无穷大 Infinity 来表示；如果某个操作结果没有明确的数学定义的话，将会使用 NaN 值来表示。而且所有使用 NaN 作为操作数的算术操作，结果都会返回 NaN。
以下是算术指令点类型：
- 加法指令：iadd、ladd、fadd、dadd
- 减法指令：isub、lsub、fsub、dsub
- 乘法指令：imul、lmul、fmul、dmul
- 除法指令：idiv、ldiv、fdiv、ddiv
- 求余指令：irem、lrem、frem、drem
- 自增指令：iinc
类型转换指令
类型转换指令可以分为两种：
- 1）宽化
  小类型向大类型转换，比如：
  int–>long–>float–>double，对应的指令有：i2l、i2f、i2d、l2f、l2d、f2d。
  - 从 int 到 long，或者从 int 到 double，是不会有精度丢失的；
  - 从 int、long 到 float，或者 long 到 double 时，可能会发生精度丢失；
  - 从 byte、char 和 short 到 int 的宽化类型转换实际上是隐式发生的，这样可以减少字节码指令，毕竟字节码指令只有 256个，占一个字节。
- 2）窄化
  大类型向小类型转换，比如：
  - 从 int 类型到 byte、short 或者 char，对应的指令有：i2b、i2s、i2c；
  - 从 long 到 int，对应的指令有：l2i；
  - 从 float 到 int 或者 long，对应的指令有：f2i、f2l；
  - 从 double 到 int、long 或者 float，对应的指令有：d2i、d2l、d2f。
对象的访问与创建指令
- 访问指令
  字段可以分为两类，一类是成员变量，一类是静态变量（也就是类变量），所以字段访问指令可以分为两类：
  访问静态变量：getstatic、putstatic。
  访问成员变量：getfield、putfield，需要创建对象后才能访问。
- 创建指令

new #13 <java/lang/String>，创建一个 String 对象。
new #15 <java/io/File>，创建一个 File 对象。
newarray 10 (int)，创建一个 int 类型的数组。

方法调用与返回指令
方法调用指令有 5 个，分别用于不同的场景：
- invokevirtual：用于调用对象的成员方法，根据对象的实际类型进行分派，支持多态。
- invokeinterface：用于调用接口方法，会在运行时搜索由特定对象实现的接口方法进行调用。
- invokespecial：用于调用一些需要特殊处理的方法，包括构造方法、私有方法和父类方法。
- invokestatic：用于调用静态方法。
- invokedynamic：用于在运行时动态解析出调用点限定符所引用的方法，并执行。

方法返回指令根据不同类型返回：
在这里插入图片描述

操作数栈指令
常见的操作数栈管理指令有 pop、dup 和 swap。
- 将一个或两个元素从栈顶弹出，并且直接废弃，比如 pop，pop2；
- 复制栈顶的一个或两个数值并将其重新压入栈顶，比如 dup，dup2，dup×1，dup2×1，dup×2，dup2×2；
- 将栈最顶端的两个槽中的数值交换位置，比如 swap。
控制转移指令
- 比较指令，比较栈顶的两个元素的大小，并将比较结果入栈。
- 条件跳转指令，通常和比较指令一块使用，在条件跳转指令执行前，一般先用比较指令进行栈顶元素的比较，然后进行条件跳转。
- 比较条件转指令，类似于比较指令和条件跳转指令的结合体，它将比较和跳转两个步骤合二为一。
- 多条件分支跳转指令，专为 switch-case 语句设计的。
- 无条件跳转指令，目前主要是 goto 指令。