一段 java 代码执行旅程

​​摘要：当你学会了 java 语言之后，你写了一些代码，然后你想要执行你的代码，来达成某些功能。那么，你都知道这段 java 代码都是如何执行的吗？

本文分享自华为云社区《一段 java 代码是如何执行的》，原文作者：李鹏程 。

当你学会了 java 语言之后，你写了一些代码，然后你想要执行你的代码，来达成某些功能。那么，你都知道这段代码都是如何执行的吗？

1. 编译成 class

众所周知，java 代码是不能直接在 jvm 上执行的，执行的是 class 文件，将 java 代码编程 class 文件，需要编译。

常用的编译方法是：javac xxx.java

但目前常见的 java 编辑工具，如 eclipse 和 ideal 都自带自动编译动能。

2. jvm 的构成

让我们回忆一下 jvm 的构成：

​主题上分为五个部分：

方法区，本地方法栈，java 堆，java 栈，程序计数器。

其中，java 栈，本地方法栈，程序计数器为线程私有，其余为线程共享。

那么，方法在哪个地方执行呢？

java 栈。

栈的遵循的方式是先进后出，java 栈中方法的执行也遵循此规律，方法执行的步骤又称为栈帧。

3. 方法的顺序执行和栈帧

上代码：

public class Main {public static void a(){b();}
    public static void b(){c();}
    public static void c(){System.out.println("Hello world!");}
    public static void main(String[] args) {a();}}

上面是一段很简单的代码，主体上就是：

（1）一个 Main 类

（2）上面定义了一个 main 方法

（3）该 main 方法调用了静态方法 a

（4）方法 a 调用方法 b

（5）方法 b 调用方法 c

（6）方法 c 打印了“Hello world！”

前文说过，java 定义的非本地方法都是在 java 栈内执行的，一方法一栈帧。

所以假设 mian 方法对应栈帧 m，a 方法对应栈帧 a，b 方法对应栈帧 b，c 方法对应栈帧 c，根据方法的调用，入栈顺序为：m，a，b，c，所以，栈帧出栈（即方法执行）顺序为：c，b，a，m。

4. class 文件反编译过后的样子

上一节，方法或栈帧在 java 栈的执行顺序，但在方法体内的内容是怎么执行的呢。

前文提到，jvm 执行的是 class 文件，而 class 文件内是什么？

class 文件内是一组指令集。

如何证明呢，还是再看一段代码。

public class Calculator{public int add(){int n = 10;int m = 20;int r = n + m;return r;}public static void main(String[] args) {Calculator calculator = new Calculator();int a = calculator.add();System.out.println(a);}}

如上代码，实现的功能是：

（1）定义两个变量，相加

（2）main 方法 new 对象，调用方法

但，class 文件是不可以直接查看的。我们可以采用反编译的方法，反编译命令：javap -c xxx.class

​上述文件反编译后的样子如下：

每个方法下面的 Code，都是一组指令集。

5. 指令集详解

在讨论指令集之前，首先要讲一个概念，那就是对栈帧进一步拆分。

栈帧一共分为四个部分：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址。

其中，局部变量表和操作数栈是最重要的两个部分。

局部变量表存放在方法中定义的局部变量。

操作数栈相当于 jvm 的一个缓存。

所有的操作都必须在此处进行。

所有的变量都必须加载到操作数栈才能被使用。

所以，所谓指令，就是在局部变量表和操作数栈来回倒腾的过程。

下面对指令进行分类讲解：

（1）入栈指令

整型入栈指令：

取值-1~5 采用 iconst 指令;

取值-128~127 采用 bipush 指令;

取值-32768~32767 采用 sipush 指令;

取值-2147483648~2147483647 采用 ldc 指令。

非整型入栈指令：

float，String 类型也使用 ldc 指令

double 和 long 类型使用 ldc_2w

boolean 类型视作 0 和 1

null 的入栈指令为：aconst_null

（2）存储指令

将操作数栈中的常量保存在局部变量表中的某个位置

如：

istore_1：将上面入栈的整型常量保存在局部变量表中的第 1 个位置

fstore_2：将上面入栈的浮点常量保存在局部变量表中的第 2 个位置

dstore_10:将上面入栈的双浮点常量保存在局部变量表中的第 10 个位置

lstore_20:将上面入栈的长整常量保存在局部变量表中的第 20 个位置

astore_100:将上面入栈的引用常量保存在局部变量表中的第 100 个位置

（3）变量入栈指令

iload_1：局部变量表中的第 1 个位置的整型变量入栈

fload_2：局部变量表中的第 1 个位置的浮点型变量入栈

dload_10:局部变量表中的第 1 个位置的双浮点型变量入栈

lload_20:局部变量表中的第 1 个位置的长整型变量入栈

aload_100:局部变量表中的第 100 个位置的引用型变量入栈

（4）计算指令

加：iadd、ladd、fadd、dadd

减：isub、lsub、fsub、dsub

乘：imul、lmul、fmul、dmul

除：idiv、ldiv、fdiv、ddiv

注意：栈顶计算，一次只能计算一个表达式

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