JVM学习-底层字节码的执行过程

2024-04-18 22:50:28

1.一个简单的程序分析

2. a++，++a，a--在JVM中的执行过程

3. 一个好玩的x=x++

4.方法调用的字节码分析、多态的实现、对象头

5. try-catch-finally的字节码分析

5.1 try-catch

5.2 try-catch-finally

5.3特殊情况

5.3.1 try和finally块中都出现了return

5.3.2出现多个catch块

6.加锁和解锁的字节码分析

7.静态成员变量初始化以及普通成员变量初始化的字节码分析

7.1静态成员变量初始化

7.2普通成员变量初始化

8.可变参数的实现

1.一个简单的程序分析

2. a++，++a，a--在JVM中的执行过程

3. 一个好玩的x=x++

在IDEA中也会提示x++的值未被使用：

4.方法调用的字节码分析、多态的实现、对象头

构造方法、私有方法、final方法使用的关键字是invokespecial，普通的public方法使用的是invokevirtual，静态方法使用的是invokestatic。当使用new方法创建对象时，会先在堆内存中分配空间，分配成功后会将对象的引用放到操作数栈，再通过关键字dup来对栈顶元素也就是这个引用进行复制，再通过invokespecial执行构造方法，构造完成后这个复制的对象引用就会被弹出，所以栈中还剩下原来的对象引用，最后会将这个引用赋给变量；倘若没有dup复制，那么在构造完成后就会将仅有的对象引用弹出，就无法赋给变量。静态方法不需要对象来调用，直接调用即可，如果使用对象调用静态方法，那么在底层的字节码指令中会先让对象的引用入栈，准备进行方法调用时发现是一个静态方法，那么就会将这个对象的引用弹出，然后直接通过invokestatic调用静态方法，这就会多执行一次入栈和弹出操作。

以上方法调用的例子：

源码：

字节码解读：

invokevirtual的执行效率不如invokespecial和invokestatic，invokevirtual是动态绑定方法，invokespecial和invokestatic是静态绑定。因为私有方法、静态方法和final方法都是已经确定了不能改变的，所以他们的方法调用直接就绑定了这些方法，也就能直接找到这些方法的入口地址；而public方法是可以重写的，需要先通过对象的对象头找到调用的是哪个实现类的方法再绑定，而不是一开始就绑定好的，所以是动态绑定，动态绑定就都会先通过对象头定位到所属的类，再从类的信息中找到方法的入口地址，这样一步步查效率就低了。不过正因为动态绑定才实现了多态：

延伸，多态的实现：

多态是对一个接口中的所有方法进行多种方式的实现，比如一个接口Animal，有一个say方法，而对于不同的动物Dog和Cat，要实现Animal的say方法肯定是不一样的。

//Animal接口
public interface Animal{

    //要实现的方法say
    public void say();

}

//Dog实现类
public class Dog{

    public void say(){
        System.out.println("汪汪");
    }

}

//Cat实现类
public class Cat{

    public void say(){
        System.out.println("喵喵");
    }

}

    //在main方法中选择一个实现类来实现say方法
    Animal am=new Dog();
    am.say();//输出“汪汪”

那么这种多态是怎么实现的呢？

首先要实现的方法必须是public的，而public的方法调用使用的JVM指令是invokevirtual，所以关键就在于invokevirtual是怎样调用方法的。当使用invokevirtual进行方法调用时，会先通过栈帧中的对象引用找到对象（也就是先找到new的Dog对象），然后从对象头中的类型指针找到它是哪个类的实例（即从new的这个Dog对象的对象头中的类型指针了解到这是一个Dog类的对象，类型指针指向的其实是这个类的Class对象，也叫做类镜像），这个类的Class对象中包含一个虚方法表vtable，这个vtable在类加载的链接阶段就已经根据方法的重写规则生成好了，从这个表中就能获得这个类中每个方法的入口地址（也就是Dog类的Class对象中有一个虚方法表，这个表里包含了其所有方法的入口地址，所以从这个虚方法表中就知道了Dog类的say方法在什么地方），根据这个地址就可以知道方法的字节码并去执行（查到了Dog类的say方法的地址后invokevirtual指令就会到这个地址找到对应的say方法并调用）。虚方法表实际上不在Class对象而是在方法区里的intanceKlass中，这里为了方便理解简化了，具体结合另一篇博客JVM学习-类加载的加载部分理解。

所以，如果将实现类换成Cat，那么所创建的对象的对象头中的类型指针指向的就是Cat的Class对象，然后从Cat类的虚方法表中找到Cat的say方法地址进而去调用。

上面涉及到了对象头，对象头的一部分是Mark Word，包含了对象运行时的数据，比如用于快速定位对象在数组或散列表中的位置的Hash Code，对象当前的寿命以及锁状态等；另一部分是对象的类型指针，指向类的Class对象，通过这个指针可以确定该对象是哪个类的实例。