浅谈一段java代码是如何执行的

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：技术火炬手 。

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ab方法对应栈帧bc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：

1. float，String类型也使用ldc指令
2. double和long类型使用ldc_2w
3. boolean类型视作0和1
4. 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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