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腾讯三面:什么是 JVM 字节码?它是如何工作的?

2024-11-29 20:23

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什么 JVM 字节码?

Java 源代码经过编译器编译后,就会生成 JVM 字节码,它是一种基于栈的低级、中立于平台的指令架构,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。它使用基于操作数栈和局部变量表的执行模型。

JVM 字节码具有以下特点:

因此,只要在不同平台上安装相应的 JVM,就能在这些平台上运行相同的字节码,这种特性为 Java 程序提供了很高的可移植性和兼容性。值得注意的是,其他编程语言也可以编译成 JVM 字节码,利用 JVM 的优势。这些编程语言叫做基于 JVM 的语言,例如 Kotlin、Groovy 等。

如何查看 JVM 字节码?

通过 javap -c ClassName指令就可以查看 JVM字节码,为了更好的说明,下面通过一个简单的 Java程序和对应的 JVM字节码示例来进行演示:

1.示例代码

如下代码,在控制台输出“Hello, World”:

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, World!");
    }
}

使用 javac 命令编译上述 Java 源代码后会生成一个 HelloWorld.class 文件,然后使用javap -c HelloWorld命令查看字节码,内容如下:

Compiled from "HelloWorld.java"
public class HelloWorld {
  public HelloWorld();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1      // Method java/lang/Object."":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: getstatic     #2     // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       3: ldc           #3     // String Hello, World!
       5: invokevirtual #4     // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       8: return
}

2.字节码解释

(1) 构造方法 HelloWorld()

(2) main方法

(3) 关键字节码指令解析

通过这个示例,我们可以看到 Java源代码被编译成 JVM 字节码后是什么样子。

JVM字节码指令集

通过上述查看 JVM字节码的示例,我们可以看到很多 JVM内部的指令,比如加载、存储、运算、跳转等。JVM字节码指令集(Bytecode Instruction Set)是 JVM用来执行 Java 程序的指令集合,每条字节码指令由一个字节的操作码(opcode)和可选的操作数组成。

以下是 JVM 字节码指令集的一些主要类别和具体指令:

1.加载和存储指令

加载和存储指令,全称 Load and Store Instructions,包含以下几个指令:

2.算术运算指令

算术运算指令,全称 Arithmetic Instructions,包含以下几个指令:

3.类型转换指令

类型转换指令,全称 Type Conversion Instructions,包含以下几个指令:

4.对象操作指令

对象操作指令,全称 Object Manipulation Instructions,包含以下几个指令:

5.方法调用和返回指令

方法调用和返回指令,全称 Method Invocation and Return Instructions,包含以下几个指令:

6.控制流指令

控制流指令,全称 Control Flow Instructions,包含以下几个指令:

7.异常处理指令

异常处理指令,全称 Exception Handling Instructions,包含以下几个指令:

8.同步指令

同步指令,全称 Synchronization Instructions,包含以下几个指令:

9.栈操作指令

栈操作指令,全称 Stack Operations Instructions,包含以下几个指令:

JVM 如何执行字节码?

JVM 字节码的执行过程主要依赖于 Java 虚拟机的解释器和即时编译器(Just-In-Time Compiler,简称JIT)。JVM会将字节码读取到内存中,并逐条解释执行,或者将热点代码编译为机器码来提高执行效率。

为了更好地说明 JVM 字节码的执行过程,我们还是通过一个具体的示例来进行说明。

1.示例代码

这里以 a + b 求和为例,代码如下:

public class Sum {
    public static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}

使用 javap -c Sum 命令获取字节码,具体信息如下:

Compiled from "Sum.java"
public class Sum {
  public Sum();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1     // Method java/lang/Object."":()V
       4: return

  public static int add(int, int);
    Code:
       0: iload_0
       1: iload_1
       2: iadd
       3: ireturn
}

2.字节码解释

(1) 构造方法 Sum()

(2) add()方法

3.执行过程

假设我们在另一个类中调用Sum.add(2, 3),执行过程如下:

总结

本文,我们分析了什么是JVM字节码,如何查看JVM字节码以及JVM如何执行字节码,掌握这些底层不但可以帮助我们更好的理解,为什么 Java可以编译一次,到处运行,还可以帮助我们更好的了解 Java的运行机制以及理解 Java的编程精髓。

来源:猿java内容投诉

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