Java方法调用的字节码指令学习

Wesley13
• 阅读 469

Java1.8环境下,我们在编写程序时会进行各种方法调用,虚拟机在执行这些调用的时候会用到不同的字节码指令,共有如下五种:

  1. invokespecial:调用私有实例方法;
  2. invokestatic:调用静态方法;
  3. invokevirtual:调用实例方法;
  4. invokeinterface:调用接口方法;
  5. invokedynamic:调用动态方法;

这里我们通过一个实例将这些方法调用的字节码指令逐个列出。

实例源码

实例共两个java文件,一个是接口另一个是类,先看接口源码,很简单只有一个方法声明:

package com.bolingcavalry;

public interface Action {
    void doAction();
}

接下来的类实现了这个接口,而且还有自己的共有、私有、静态方法:

package com.bolingcavalry;

public class Test001 implements Action{
    private int add(int a, int b){
        return a+b;
    }

    public String getValue(int a, int b){
        return String.valueOf(add(a,b));
    }

    public static void output(String str){
        System.out.println(str);
    }

    @Override
    public void doAction() {
        System.out.println("123");
    }

    public static void main(String[] args){
        Test001 t = new Test001();
        Action a = t;
        String str = t.getValue(1,2);
        t.output(str);
        t.doAction();
        a.doAction();
    }
    
    public void createThread(){
        Runnable r = () -> System.out.println("123");
    }
}

小结一下,Test001的代码中主要的方法如下:

  1. 一个私有方法add;
  2. 一个公有方法getValue,里面调用了add方法;
  3. 一个静态方法output;
  4. 实现接口定义的doAction;
  5. 一个公有方法,里面使用了lambda表达式;
  6. main方法中,创建对象,调用getValue,output,doAction;

接下来我们通过javac命令或者ide工具得到Action.class和Test001.class文件,如果是用Intellij IDEA,可以先把Test001运行一遍,然后在工程目录下找到out文件夹,打开后里面是production文件夹,再进去就能找到对应的package和class文件了,如下图:

Java方法调用的字节码指令学习

打开命令行,在Test001.class目录下执行javap -c Test001.class ,就可以对class文件进行反汇编,得到结果如下:

Compiled from "Test001.java"
public class com.bolingcavalry.Test001 implements com.bolingcavalry.Action {
  public com.bolingcavalry.Test001();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public java.lang.String getValue(int, int);
    Code:
       0: aload_0
       1: iload_1
       2: iload_2
       3: invokespecial #2                  // Method add:(II)I
       6: invokestatic  #3                  // Method java/lang/String.valueOf:(I)Ljava/lang/String;
       9: areturn

  public static void output(java.lang.String);
    Code:
       0: getstatic     #4                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       3: aload_0
       4: invokevirtual #5                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       7: return

  public void doAction();
    Code:
       0: getstatic     #4                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       3: ldc           #6                  // String 123
       5: invokevirtual #5                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       8: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: new           #7                  // class com/bolingcavalry/Test001
       3: dup
       4: invokespecial #8                  // Method "<init>":()V
       7: astore_1
       8: aload_1
       9: astore_2
      10: aload_1
      11: iconst_1
      12: iconst_2
      13: invokevirtual #9                  // Method getValue:(II)Ljava/lang/String;
      16: astore_3
      17: aload_1
      18: pop
      19: aload_3
      20: invokestatic  #10                 // Method output:(Ljava/lang/String;)V
      23: aload_1
      24: invokevirtual #11                 // Method doAction:()V
      27: aload_2
      28: invokeinterface #12,  1           // InterfaceMethod com/bolingcavalry/Action.doAction:()V
      33: return

public void createThread();
    Code:
       0: invokedynamic #13,  0             // InvokeDynamic #0:run:()Ljava/lang/Runnable;
       5: astore_1
       6: return

}

现在我们可以对比反汇编结果来学习字节码的用法了:

invokespecial:调用私有实例方法

getValue()方法中调用了私有实例方法add(int a, int b),反编译结果如下所示,注意编号为3的那一行:

public java.lang.String getValue(int, int);
    Code:
       0: aload_0
       1: iload_1
       2: iload_2
       3: invokespecial #2                  // Method add:(II)I
       6: invokestatic  #3                  // Method java/lang/String.valueOf:(I)Ljava/lang/String;
       9: areturn

可见私有实例方法的调用是通过invokespecial指令来实现的;

invokestatic:调用静态方法

getValue()方法中,调用了静态方法String.valueOf(),反编译结果如下所示,注意编号为6的那一行:

public java.lang.String getValue(int, int);
    Code:
       0: aload_0
       1: iload_1
       2: iload_2
       3: invokespecial #2                  // Method add:(II)I
       6: invokestatic  #3                  // Method java/lang/String.valueOf:(I)Ljava/lang/String;
       9: areturn

可见静态方法的调用是通过invokestatic指令来实现的;

invokevirtual:调用实例方法

在main()方法中,调用了t.getValue(1,2)方法,反编译结果如下所示,注意编号为13的那一行:

public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: new           #7                  // class com/bolingcavalry/Test001
       3: dup
       4: invokespecial #8                  // Method "<init>":()V
       7: astore_1
       8: aload_1
       9: astore_2
      10: aload_1
      11: iconst_1
      12: iconst_2
      13: invokevirtual #9                  // Method getValue:(II)Ljava/lang/String;
      16: astore_3
      17: aload_1
      18: pop
      19: aload_3
      20: invokestatic  #10                 // Method output:(Ljava/lang/String;)V
      23: aload_1
      24: invokevirtual #11                 // Method doAction:()V
      27: aload_2
      28: invokeinterface #12,  1           // InterfaceMethod com/bolingcavalry/Action.doAction:()V
      33: return
}

可见调用一个实例的方法的时候,通过invokevirtual指令来实现的;

invokeinterface:调用接口方法

在main()方法中,我们声明了接口Action a,然后调用了a.doAction(),反编译结果如下所示,注意编号为28的那一行:

public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: new           #7                  // class com/bolingcavalry/Test001
       3: dup
       4: invokespecial #8                  // Method "<init>":()V
       7: astore_1
       8: aload_1
       9: astore_2
      10: aload_1
      11: iconst_1
      12: iconst_2
      13: invokevirtual #9                  // Method getValue:(II)Ljava/lang/String;
      16: astore_3
      17: aload_1
      18: pop
      19: aload_3
      20: invokestatic  #10                 // Method output:(Ljava/lang/String;)V
      23: aload_1
      24: invokevirtual #11                 // Method doAction:()V
      27: aload_2
      28: invokeinterface #12,  1           // InterfaceMethod com/bolingcavalry/Action.doAction:()V
      33: return
}

可见调用一个接口的方法是通过invokeinterface指令来实现的; 其实t.doAction()和a.doAction()最终都是调用Test001的实例的doAction,但是t的声明是类,a的声明是接口,所以两者的调用指令是不同的;

invokedynamic:调用动态方法

在main()方法中,我们声明了一个lambda() -> System.out.println("123"),反编译的结果如下:

 0: invokedynamic #13,  0             // InvokeDynamic #0:run:()Ljava/lang/Runnable;
       5: astore_1
       6: return

可见lambda表达式对应的实际上是一个invokedynamic调用,具体的调用内容,可以用Bytecode viewer这个工具来打开Test001.class再研究,由于反编译后得到invokedynamic的操作数是#13,我们先去常量池看看13对应的内容:

Java方法调用的字节码指令学习

是个Name and type和Bootstrap method,再细看Bootstrap method的操作数,如下图:

Java方法调用的字节码指令学习

是个MethodHandler的引用,指向了用户实现的lambda方法;

以上就是五种方法调用的字节码指令的简单介绍,实际上每个指令背后都对应着更复杂的调用和操作,有兴趣的读者可以通过虚拟机相关的书籍和资料继续深入学习。

欢迎关注我的公众号:程序员欣宸

点赞
收藏
评论区
推荐文章
blmius blmius
3年前
MySQL:[Err] 1292 - Incorrect datetime value: ‘0000-00-00 00:00:00‘ for column ‘CREATE_TIME‘ at row 1
文章目录问题用navicat导入数据时,报错:原因这是因为当前的MySQL不支持datetime为0的情况。解决修改sql\mode:sql\mode:SQLMode定义了MySQL应支持的SQL语法、数据校验等,这样可以更容易地在不同的环境中使用MySQL。全局s
待兔 待兔
4个月前
手写Java HashMap源码
HashMap的使用教程HashMap的使用教程HashMap的使用教程HashMap的使用教程HashMap的使用教程22
Wesley13 Wesley13
3年前
javaWeb_Servlet_Servlet基础_Servlet配置以及Servlet生命周期
Servlet基础\_Servlet配置以及Servlet生命周期1.servlet方法和一般的java方法不同之处(1).现象我们看见一个显现,启动tomcat服务器的时候,我们所调用的这一个Servlet方法已经被执行了,并打出了要输出的部分信息。我们之前是自己启动,自己创建实例,自己调用方法,字节结束方法,但是serv
Wesley13 Wesley13
3年前
java基础知识之JVM
JVM是运行java字节码的虚拟机,包括一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收,堆和一个存储方法域。运行:java源文件编译器字节码文件字节码文件JVM机器码,当一个程序从开始运行,这时虚拟机就开始实例化了,多个程序启动就会存在多个虚拟机实例。程序退出或者关闭,则虚拟机实例消亡,多个虚拟机实例之间数
Wesley13 Wesley13
3年前
Java日期时间API系列31
  时间戳是指格林威治时间1970年01月01日00时00分00秒起至现在的总毫秒数,是所有时间的基础,其他时间可以通过时间戳转换得到。Java中本来已经有相关获取时间戳的方法,Java8后增加新的类Instant等专用于处理时间戳问题。 1获取时间戳的方法和性能对比1.1获取时间戳方法Java8以前
Stella981 Stella981
3年前
KVM调整cpu和内存
一.修改kvm虚拟机的配置1、virsheditcentos7找到“memory”和“vcpu”标签,将<namecentos7</name<uuid2220a6d1a36a4fbb8523e078b3dfe795</uuid
Wesley13 Wesley13
3年前
mysql设置时区
mysql设置时区mysql\_query("SETtime\_zone'8:00'")ordie('时区设置失败,请联系管理员!');中国在东8区所以加8方法二:selectcount(user\_id)asdevice,CONVERT\_TZ(FROM\_UNIXTIME(reg\_time),'08:00','0
Stella981 Stella981
3年前
Spring core 源码分析
    上节提到了在AbstractApplicationContext调用refresh方法里,初始化所有BeanDefinitions后,遍历所有BeanDefinitionNames后,循环调用BeanFactory的getBean(name)方法,实例化所有容器Bean对象(非lasyinit)。GetBean做了什么?循环引用如何处理
Wesley13 Wesley13
3年前
Java基础之反射(非常重要)
反射是框架设计的灵魂(使用的前提条件:必须先得到代表的字节码的Class,Class类用于表示.class文件(字节码))一、反射的概述JAVA反射机制是在运行状态中,对于任意一个类,都能够知道这个类的所有属性和方法;对于任意一个对象,都能够调用它的任意一个方法和属性;这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法
Stella981 Stella981
3年前
JVM技术总结
1.程序计数器:记录正在执行的虚拟机的字节码的指令地址。2.java虚拟机栈:每个Java方法在执行的同时会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在Java虚拟机栈中入栈和出栈的过程。该区域可能抛出以下异常:1.当线程请求的栈深度超过最大值,会抛出