2. 前端编译阶段及字节码文件

https://www.cnblogs.com/chanshuyi/p/jvm_serial_05_jvm_bytecode_analysis.html

1. 作用

字节码文件本质上是一个以 8 位字节为基础单位的二进制流文件，各个数据项目严格按照顺序紧凑的排列在 class 文件中。jvm 根据其特定的规则解析该二进制数据，从而得到相关信息。

从更高层次上抽象的话，如果 jvm 就是一个计算机操作系统，而字节码文件就是操作系统的指令集。高级语言通过各种各样的编译器生成字节码文件，然后通过字节码文件操纵 jvm 完成实际的程序功能。

字节码增强技术 和 运行时类重载技术：

因为已经了解到字节码指令了，因此，我们就可以对字节码文件进行编辑，让字节码文件操作 jvm 完成某项功能。这就是所谓的字节码增强技术。

由于字节码增强技术只能用于操作字节码文件，对于已经加载到 jvm 中的 class 类对象，并没有办法进行操作，因此 jvm 对外提供了一整套的 api，可以用来专门解决这个问题。这一套 API 就是运行时类重载技术。

为什么要了解字节码？

1. 有利于编写更加高效，性能更高的程序；
2. 通过修改字节码来调整程序行为；
3. 对于了解一些利用字节码相关技术完成软件功能的实现原理有帮助，如了解 AOP 的实现原理、Profiler 的实现原理、Mock 框架的实现原理等；
4. 热部署、性能诊断工具等；

2. 查看 class 文件的方法

1. javap 进行反编译；
2. idea 中的 show bytecode；
3. idea 插件中的 jclasslib 插件包；
4. arths

3. Appendix：指令集

字节码指令根据功能、属性不同，可以分为 11 大类。下面附上字节码指令的分类，用于简单、临时查看，字节码指令的详细介绍，还需要查看官网的介绍。

Constants 常量相关

十进制	操作码	助记符	含义
00	0x00	nop	什么都不做
01	0x01	aconst_null	把 null 推到操作数栈
02	0x02	iconst_m1	把 int 常量 –1 推到操作数栈
03	0x03	iconst_0	把 int 常量 0 推到操作数栈
04	0x04	iconst_1	把 int 常量 1 推到操作数栈
05	0x05	iconst_2	把 int 常量 2 推到操作数栈
06	0x06	iconst_3	把 int 常量 3 推到操作数栈
07	0x07	iconst_4	把 int 常量 4 推到操作数栈
08	0x08	iconst_5	把 int 常量 5 推到操作数栈
09	0x09	lconst_0	把 long 常量 0 推到操作数栈
10	0x0A	lconst_1	把 long 常量 1 推到操作数栈
11	0x0B	fconst_0	把 float 常量 0 推到操作数栈
12	0x0C	fconst_1	把 float 常量 1 推到操作数栈
13	0x0D	fconst_2	把 float 常量 2 推到操作数栈
14	0x0E	dconst_0	把 double 常量 0 推到操作数栈
15	0x0F	dconst_1	把 double 常量 1 推到操作数栈
16	0x10	bipush	把单字节常量（-128~127）推到操作数栈
17	0x11	sipush	把 short 常量（-32768~32767）推到操作数栈
18	0x12	ldc	把常量池中的 int，float，String 型常量取出并推到操作数栈顶
19	0x13	ldc_w	把常量池中的 int，float，String 型常量取出并推到操作数栈顶（宽索引）
20	0x14	ldc2_w	把常量池中的 long，double 型常量取出并推到操作数栈顶（宽索引）

Loads 加载相关

十进制	操作码	助记符	含义
21	0x15	iload	把 int 型局部变量推到操作数栈
22	0x16	lload	把 long 型局部变量推到操作数栈
23	0x17	fload	把 float 型局部变量推到操作数栈
24	0x18	dload	把 double 型局部变量推到操作数栈
25	0x19	aload	把引用型局部变量推到操作数栈
26	0x1A	iload_0	把局部变量第 1 个 int 型局部变量推到操作数栈
27	0x1B	iload_1	把局部变量第 2 个 int 型局部变量推到操作数栈
28	0x1C	iload_2	把局部变量第 3 个 int 型局部变量推到操作数栈
29	0x1D	iload_3	把局部变量第 4 个 int 型局部变量推到操作数栈
30	0x1E	lload_0	把局部变量第 1 个 long 型局部变量推到操作数栈
31	0x1F	lload_1	把局部变量第 2 个 long 型局部变量推到操作数栈
32	0x20	lload_2	把局部变量第 3 个 long 型局部变量推到操作数栈
33	0x21	lload_3	把局部变量第 4 个 long 型局部变量推到操作数栈
34	0x22	fload_0	把局部变量第 1 个 float 型局部变量推到操作数栈
35	0x23	fload_1	把局部变量第 2 个 float 型局部变量推到操作数栈
36	0x24	fload_2	把局部变量第 3 个 float 型局部变量推到操作数栈
37	0x25	fload_3	把局部变量第 4 个 float 型局部变量推到操作数栈
38	0x26	dload_0	把局部变量第 1 个 double 型局部变量推到操作数栈
39	0x27	dload_1	把局部变量第 2 个 double 型局部变量推到操作数栈
40	0x28	dload_2	把局部变量第 3 个 double 型局部变量推到操作数栈
41	0x29	dload_3	把局部变量第 4 个 double 型局部变量推到操作数栈
42	0x2A	aload_0	把局部变量第 1 个引用型局部变量推到操作数栈
43	0x2B	aload_1	把局部变量第 2 个引用型局部变量推到操作数栈
44	0x2C	aload_2	把局部变量第 3 个引用型局部变量推到操作数栈
45	0x2D	aload_3	把局部变量第 4 个引用 型局部变量推到操作数栈
46	0x2E	iaload	把 int 型数组指定索引的值推到操作数栈
47	0x2F	laload	把 long 型数组指定索引的值推到操作数栈
48	0x30	faload	把 float 型数组指定索引的值推到操作数栈
49	0x31	daload	把 double 型数组指定索引的值推到操作数栈
50	0x32	aaload	把引用型数组指定索引的值推到操作数栈
51	0x33	baload	把 boolean 或 byte 型数组指定索引的值推到操作数栈
52	0x34	caload	把 char 型数组指定索引的值推到操作数栈
53	0x35	saload	把 short 型数组指定索引的值推到操作数栈

Loads Store 存储相关

十进制	操作码	助记符	含义
54	0x36	istore	把栈顶 int 型数值存入指定局部变量
55	0x37	lstore	把栈顶 long 型数值存入指定局部变量
56	0x38	fstore	把栈顶 float 型数值存入指定局部变量
57	0x39	dstore	把栈顶 double 型数值存入指定局部变量
58	0x3A	astore	把栈顶引用型数值存入指定局部变量
59	0x3B	istore_0	把栈顶 int 型数值存入第 1 个局部变量
60	0x3C	istore_1	把栈顶 int 型数值存入第 2 个局部变量
61	0x3D	istore_2	把栈顶 int 型数值存入第 3 个局部变量
62	0x3E	istore_3	把栈顶 int 型数值存入第 4 个局部变量
63	0x3F	lstore_0	把栈顶 long 型数值存入第 1 个局部变量
64	0x40	lstore_1	把栈顶 long 型数值存入第 2 个局部变量
65	0x41	lstore_2	把栈顶 long 型数值存入第 3 个局部变量
66	0x42	lstore_3	把栈顶 long 型数值存入第 4 个局部变量
67	0x43	fstore_0	把栈顶 float 型数值存入第 1 个局部变量
68	0x44	fstore_1	把栈顶 float 型数值存入第 2 个局部变量
69	0x45	fstore_2	把栈顶 float 型数值存入第 3 个局部变量
70	0x46	fstore_3	把栈顶 float 型数值存入第 4 个局部变量
71	0x47	dstore_0	把栈顶 double 型数值存入第 1 个局部变量
72	0x48	dstore_1	把栈顶 double 型数值存入第 2 个局部变量
73	0x49	dstore_2	把栈顶 double 型数值存入第 3 个局部变量
74	0x4A	dstore_3	把栈顶 double 型数值存入第 4 个局部变量
75	0x4B	astore_0	把栈顶 引用 型数值存入第 1 个局部变量
76	0x4C	astore_1	把栈顶 引用 型数值存入第 2 个局部变量
77	0x4D	astore_2	把栈顶 引用 型数值存入第 3 个局部变量
78	0x4E	astore_3	把栈顶 引用 型数值存入第 4 个局部变量
79	0x4F	iastore	把栈顶 int 型数值存入数组指定索引位置
80	0x50	lastore	把栈顶 long 型数值存入数组指定索引位置
81	0x51	fastore	把栈顶 float 型数值存入数组指定索引位置
82	0x52	dastore	把栈顶 double 型数值存入数组指定索引位置
83	0x53	aastore	把栈顶 引用 型数值存入数组指定索引位置
84	0x54	bastore	把栈顶 boolean or byte 型数值存入数组指定索引位置
85	0x55	castore	把栈顶 char 型数值存入数组指定索引位置
86	0x56	sastore	把栈顶 short 型数值存入数组指定索引位置

Loads Stack 栈相关

十进制	操作码	助记符	含义
87	0x57	pop	把栈顶数值弹出（非 long，double 数值）
88	0x58	pop2	把栈顶的一个 long 或 double 值弹出，或弹出 2 个其他类型数值
89	0x59	dup	复制栈顶数值并把数值入栈
90	0x5A	dup_x1	复制栈顶数值并将两个复制值压入栈顶
91	0x5B	dup_x2	复制栈顶数值并将三个（或两个）复制值压入栈顶
92	0x5C	dup2	复制栈顶一个（long 或 double 类型的)或两个（其它）数值并将复制值压入栈顶
93	0x5D	dup2_x1	dup_x1 指令的双倍版本
94	0x5E	dup2_x2	dup_x2 指令的双倍版本
95	0x5F	swap	把栈顶端的两个数的值交换（数值不能是 long 或 double 类型< td >的）

Loads Math 运算相关

Java 虚拟机在处理浮点数运算时，不会抛出任何运行时异常，当一个操作产生溢出时，将会使用有符号的无穷大来表示，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。所有使用 NaN 值作为操作数的算术操作，结果都会返回 NaN。

十进制	操作码	助记符	含义
96	0x60	iadd	把栈顶两个 int 型数值相加并将结果入栈
97	0x61	ladd	把栈顶两个 long 型数值相加并将结果入栈
98	0x62	fadd	把栈顶两个 float 型数值相加并将结果入栈
99	0x63	dadd	把栈顶两个 double 型数值相加并将结果入栈
100	0x64	isub	把栈顶两个 int 型数值相减并将结果入栈
101	0x65	lsub	把栈顶两个 long 型数值相减并将结果入栈
102	0x66	fsub	把栈顶两个 float 型数值相减并将结果入栈
103	0x67	dsub	把栈顶两个 double 型数值相减并将结果入栈
104	0x68	imul	把栈顶两个 int 型数值相乘并将结果入栈
105	0x69	lmul	把栈顶两个 long 型数值相乘并将结果入栈
106	0x6A	fmul	把栈顶两个 float 型数值相乘并将结果入栈
107	0x6B	dmul	把栈顶两个 double 型数值相乘并将结果入栈
108	0x6C	idiv	把栈顶两个 int 型数值相除并将结果入栈
109	0x6D	ldiv	把栈顶两个 long 型数值相除并将结果入栈
110	0x6E	fdiv	把栈顶两个 float 型数值相除并将结果入栈
111	0x6F	ddiv	把栈顶两个 double 型数值相除并将结果入栈
112	0x70	irem	把栈顶两个 int 型数值模运算并将结果入栈
113	0x71	lrem	把栈顶两个 long 型数值模运算并将结果入栈
114	0x72	frem	把栈顶两个 float 型数值模运算并将结果入栈
115	0x73	drem	把栈顶两个 double 型数值模运算并将结果入栈
116	0x74	ineg	把栈顶 int 型数值取负并将结果入栈
117	0x75	lneg	把栈顶 long 型数值取负并将结果入栈
118	0x76	fneg	把栈顶 float 型数值取负并将结果入栈
119	0x77	dneg	把栈顶 double 型数值取负并将结果入栈
120	0x78	ishl	把 int 型数左移指定位数并将结果入栈
121	0x79	lshl	把 long 型数左移指定位数并将结果入栈
122	0x7A	ishr	把 int 型数右移指定位数并将结果入栈（有符号）
123	0x7B	lshr	把 long 型数右移指定位数并将结果入栈（有符号）
124	0x7C	iushr	把 int 型数右移指定位数并将结果入栈（无符号）
125	0x7D	lushr	把 long 型数右移指定位数并将结果入栈（无符号）
126	0x7E	iand	把栈顶两个 int 型数值 按位与 并将结果入栈
127	0x7F	land	把栈顶两个 long 型数值 按位与 并将结果入栈
128	0x80	ior	把栈顶两个 int 型数值 按位或 并将结果入栈
129	0x81	lor	把栈顶两个 long 型数值 按或与 并将结果入栈
130	0x82	ixor	把栈顶两个 int 型数值 按位异或 并将结果入栈
131	0x83	lxor	把栈顶两个 long 型数值 按位异或 并将结果入栈
132	0x84	iinc	把指定 int 型增加指定值

Loads Conversions 转换相关

类型转换指令可以将两种不同的数值类型进行相互转换，这些转换操作一般用于实现用户代码中的显示类型转换操作。 Java 虚拟机直接支持（即转换时无需显示的转换指令）小范围类型向大范围类型的安全转换，但在处理窄化类型转换时，必须显式使用转换指令来完成。

十进制	操作码	助记符	含义
133	0x85	i2l	把栈顶 int 强转 long 并入栈
134	0x86	i2f	把栈顶 int 强转 float 并入栈
135	0x87	i2d	把栈顶 int 强转 double 并入栈
136	0x88	l2i	把栈顶 long 强转 int 并入栈
137	0x89	l2f	把栈顶 long 强转 float 并入栈
138	0x8A	l2d	把栈顶 long 强转 double 并入栈
139	0x8B	f2i	把栈顶 float 强转 int 并入栈
140	0x8C	f2l	把栈顶 float 强转 long 并入栈
141	0x8D	f2d	把栈顶 float 强转 double 并入栈
142	0x8E	d2i	把栈顶 double 强转 int 并入栈
143	0x8F	d2l	把栈顶 double 强转 long 并入栈
144	0x90	d2f	把栈顶 double 强转 float 并入栈
145	0x91	i2b	把栈顶 int 强转 byte 并入栈
146	0x92	i2c	把栈顶 int 强转 char 并入栈
147	0x93	i2s	把栈顶 int 强转 short 并入栈

Loads Comparisons 比较相关

十进制	操作码	助记符	含义
148	0x94	lcmp	比较栈顶两 long 型数值大小，并将结果（1，0，-1）压入栈顶
149	0x95	fcmpl	比较栈顶两 float 型数值大小，并将结果（1，0，-1）压入栈顶；当其中一个数值为“NaN”时，将-1 压入栈顶
150	0x96	fcmpg	比较栈顶两 float 型数值大小，并将结果（1，0，-1）压入栈顶；当其中一个数值为“NaN”时，将 1 压入栈顶
151	0x97	dcmpl	比较栈顶两 double 型数值大小，并将结果（1，0，-1）压入栈顶；当其中一个数值为“NaN”时，将-1 压入栈顶
152	0x98	dcmpg	比较栈顶两 double 型数值大小，并将结果（1，0，-1）压入栈顶；当其中一个数值为“NaN”时，将 1 压入栈顶
153	0x99	ifeq	当栈顶 int 型数值等于 0 时，跳转
154	0x9A	ifne	当栈顶 int 型数值不等于 0 时，跳转
155	0x9B	iflt	当栈顶 int 型数值小于 0 时，跳转
156	0x9C	ifge	当栈顶 int 型数值大于等于 0 时，跳转
157	0x9D	ifgt	当栈顶 int 型数值大于 0 时，跳转
158	0x9E	ifle	当栈顶 int 型数值小于等于 0 时，跳转
159	0x9F	if_icmpeq	比较栈顶两个 int 型数值，等于 0 时，跳转
160	0xA0	if_icmpne	比较栈顶两个 int 型数值，不等于 0 时，跳转
161	0xA1	if_icmplt	比较栈顶两个 int 型数值，小于 0 时，跳转
162	0xA2	if_icmpge	比较栈顶两个 int 型数值，大于等于 0 时，跳转
163	0xA3	if_icmpgt	比较栈顶两个 int 型数值，大于 0 时，跳转
164	0xA4	if_icmple	比较栈顶两个 int 型数值，小于等于 0 时，跳转
165	0xA5	if_acmpeq	比较栈顶两个 引用 型数值，相等时跳转
166	0xA6	if_acmpne	比较栈顶两个 引用 型数值，不相等时跳转

Loads Control 控制相关

控制转移指令可以让 Java 虚拟机有条件或无条件地从指定的位置指令而不是控制转移指令的下一条指令继续执行程序，从概念模型上理解，可以认为控制转移指令就是在有条件或无条件地修改 PC 寄存器的值。

十进制	操作码	助记符	含义
167	0xA7	goto	无条件分支跳转
168	0xA8	jsr	跳转至指定 16 位 offset（bit） 位置，并将 jsr 下一条指令地址压入栈顶
169	0xA9	ret	返回至局部变量指定的 index 的指令位置（一般与 jsr，jsr_w 联合使用）
170	0xAA	tableswitch	用于 switch 条件跳转，case 值连续（可变长度指令）
171	0xAB	lookupswitch	用于 switch 条件跳转，case 值不连续（可变长度指令）
172	0xAC	ireturn	结束方法，并返回一个 int 类型数据
173	0xAD	lreturn	从当前方法返回 long
174	0xAE	freturn	从当前方法返回 float
175	0xAF	dreturn	从当前方法返回 double
176	0xB0	areturn	从当前方法返回 对象引用
177	0xB1	return	从当前方法返回 void

Loads references 引用、方法、异常、同步相关

十进制	操作码	助记符	含义
178	0xB2	getstatic	获取指定类的静态域，并将其值压入栈顶
179	0xB3	putstatic	为类的静态域赋值
180	0xB4	getfield	获取指定类的实例域（对象的字段值），并将其值压入栈顶
181	0xB5	putfield	为指定的类的实例域赋值
182	0xB6	invokevirtual	调用对象的实例方法，根据对象的实际类型进行分派（虚方法分派），是 Java 语言中最常见的方法分派方式。
183	0xB7	invokespecial	调用一些需要特殊处理的实例方法，包括实例初始化方法（）、私有方法和父类方法。这三类方法的调用对象在编译时就可以确定。
184	0xB8	invokestatic	调用静态方法
185	0xB9	invokeinterface	调用接口方法调，它会在运行时搜索一个实现了这个接口方法的对象，找出适合的方法进行调用。
186	0xBA	invokedynamic	调用动态链接方法（该指令是指令是 Java SE 7 中新加入的）。用于在运行时动态解析出调用点限定符所引用的方法，并执行该方法，前面 4 条调用指令的分派逻辑都固化在 Java 虚拟机内部，而 invokedynamic 指令的分派逻辑是由用户所设定的引导方法决定的。
187	0xBB	new	创建一个对象，并将其引用值压入栈顶
188	0xBC	newarray	创建一个指定原始类型（如 int、float、char……）的数组，并将其引用值压入栈顶
189	0xBD	anewarray	创建一个引用型（如类，接口，数组）的数组，并将其引用值压入栈顶
190	0xBE	arraylength	获得数组的长度值并压入栈顶
191	0xBF	athrow	将栈顶的异常直接抛出。Java 程序中显式抛出异常的操作（throw 语句）都由 athrow 指令来实现，并且，在 Java 虚拟机中，处理异常（catch 语句）不是由字节码指令来实现的，而是采用异常表来完成的。
192	0xC0	checkcast	检验类型转换，检验未通过将抛出 ClassCastException
193	0xC1	instanceof	检验对象是否是指定的类的实例，如果是将 1 压入栈顶，否则将 0 压入栈顶
194	0xC2	monitorenter	获取对象的 monitor，用于同步块或同步方法
195	0xC3	monitorexit	释放对象的 monitor，用于同步块或同步方法

Java 虚拟机可以支持方法级的同步和方法内部一段指令序列的同步，这两种同步结构都是使用管程（Monitor）来支持的。 **方法级的同步是隐式的，即无须通过字节码指令来控制，它实现在方法调用和返回操作之中。**虚拟机可以从方法常量池的方法表结构中的 ACC_SYNCHRONIZED 方法标志得知一个方法是否声明为同步方法。当方法调用时，调用指令将会检查方法的 ACC_SYNCHRONIZED 访问标志是否被设置，如果设置了，执行线程就要求先成功持有管程，然后才能执行方法，最后当方法完成（无论是正常完成还是非正常完成）时释放管程。在方法执行期间，执行线程持有了管程，其他任何线程都无法再获取到同一个管程。如果一个同步方法执行期间抛出了异常，并且在方法内部无法处理此异常，那么这个同步方法所持有的管程将在异常抛到同步方法之外时自动释放。 同步一段指令集序列通常是由 Java 语言中的 synchronized 语句块来表示的，Java 虚拟机的指令集中有 monitorenter 和 monitorexit 两条指令来支持 synchronized 关键字的语义 编译器必须确保无论方法通过何种方式完成，方法中调用过的每条 monitorenter 指令都必须执行其对应的 monitorexit 指令，而无论这个方法是正常结束还是异常结束。

Loads Extended 扩展相关

十进制	操作码	助记符	含义
196	0xC4	wide	扩展访问局部变量表的索引宽度
197	0xC5	multianewarray	创建指定类型和指定维度的多维数组（执行该指令时，操作栈中必须包含各维度的长度值），并将其引用值压入栈顶
198	0xC6	ifnull	为 null 时跳转
199	0xC7	ifnonnull	非 null 时跳转
200	0xC8	goto_w	无条件跳转（宽索引）
201	0xC9	jsr_w	跳转指定 32bit 偏移位置，并将 jsr_w 下一条指令地址入栈

Loads Reserved 保留指令

十进制	操作码	助记符	含义
202	0xCA	breakpoint	调试时的断点
254	0xFE	impdep1	用于在特定硬件中使用的语言后门
255	0xFF	impdep2	用于在特定硬件中使用的语言后门

作者：刘 Java 链接：https://juejin.cn/post/7027707475503611940 来源：稀土掘金 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

4. 参考

• SE7-JVM Instruction Set
• 字节码文件结构