宁波公司网站首页优化,游戏网站的导航条怎么做的,网站一定也做数据库吗,建设通网站是什么网站Java全能学习面试指南#xff1a;https://javaxiaobear.cn 1、字节码指令集与解析概述 Java字节码对于虚拟机#xff0c;就好像汇编语言对于计算机#xff0c;属于基本执行指令。 Java 虚拟机的指令由一个字节长度的、代表着某种特定操作含义的数字#xff08;称为操作码面试指南https://javaxiaobear.cn 1、字节码指令集与解析概述 Java字节码对于虚拟机就好像汇编语言对于计算机属于基本执行指令。 Java 虚拟机的指令由一个字节长度的、代表着某种特定操作含义的数字称为操作码Opcode以及跟随其后的零至多个代表此操作所需参数称为操作数Operands而构成。由于 Java 虚拟机采用面向操作数栈而不是寄存器的结构所以大多数的指令都不包含操作数只有一个操作码。 由于限制了 Java 虚拟机操作码的长度为一个字节即 0255这意味着指令集的操作码总数不可能超过 256 条。 官方文档https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-6.html 熟悉虚拟机的指令对于动态字节码生成、反编译Class文件、Class文件修补都有着非常重要的价值。因此阅读字节码作为了解 Java 虚拟机的基础技能需要熟练掌握常见指令。 1、字节码与数据类型
在Java虚拟机的指令集中大多数的指令都包含了其操作所对应的数据类型信息。例如iload指令用于从局部变量表中加载int型的数据到操作数栈中而fload指令加载的则是float类型的数据。
对于大部分与数据类型相关的字节码指令它们的操作码助记符中都有特殊的字符来表明专门为哪种数据类型服务
i代表对int类型的数据操作l代表long类型的数据操作s代表short类型的数据操作b代表byte类型的数据操作c代表char类型的数据操作f代表float类型的数据操作d代表double类型的数据操作
也有一些指令的助记符中没有明确地指明操作类型的字母如arraylength指令它没有代表数据类型的特殊字符但操作数永远只能是一个数组类型的对象。
还有另外一些指令如无条件跳转指令goto则是与数据类型无关的。
大部分的指令都没有支持整数类型byte、char和short甚至没有任何指令支持boolean类型。编译器会在编译期或运行期将byte和short类型的数据带符号扩展Sign-Extend为相应的int类型数据将boolean和char类型数据零位扩展Zero-Extend为相应的int类型数据。与之类似在处理boolean、byte、short和char类型的数组时也会转换为使用对应的int类型的字节码指令来处理。因此大多数对于boolean、byte、short和char类型数据的操作实际上都是使用相应的int类型作为运算类型。
byte b1 12; short s1 10; int i b1 s1;
2、指令分类
由于完全介绍和学习这些指令需要花费大量时间。为了让大家能够更快地熟悉和了解这些基本指令这里将JVM中的字节码指令集按用途大致分成 9 类。
加载与存储指令算术指令类型转换指令对象的创建与访问指令方法调用与返回指令操作数栈管理指令控制转移指令异常处理指令同步控制指令
在做值相关操作时
一个指令可以从局部变量表、常量池、堆中对象、方法调用、系统调用中等取得数据这些数据可能是值可能是对象的引用被压入操作数栈。一个指令也可以从操作数栈中取出一到多个值pop多次完成赋值、加减乘除、方法传参、系统调用等等操作。
2、字节码指令
1、加载与存储指令
1、操作数栈 我们知道Java字节码是Java虚拟机所使用的指令集。因此它与Java虚拟机基于栈的计算模型是密不可分的。 在解释执行过程中每当为Java方法分配栈桢时Java虚拟机往往需要开辟一块额外的空间作为操作数栈来存放计算的操作数以及返回结果。 具体来说便是执行每一条指令之前Java 虚拟机要求该指令的操作数已被压入操作数栈中。在执行指令时Java 虚拟机会将该指令所需的操作数弹出并且将指令的结果重新压入栈中。 以加法指令 iadd 为例。假设在执行该指令前栈顶的两个元素分别为 int 值 1 和 int 值 2那么 iadd 指令将弹出这两个 int并将求得的和 int 值 3 压入栈中。 由于 iadd 指令只消耗栈顶的两个元素因此对于离栈顶距离为 2 的元素即图中的问号iadd 指令并不关心它是否存在更加不会对其进行修改。
2、局部变量表(Local Variables)
Java 方法栈桢的另外一个重要组成部分则是局部变量区字节码程序可以将计算的结果缓存在局部变量区之中。 实际上Java 虚拟机将局部变量区当成一个数组依次存放 this 指针仅非静态方法所传入的参数以及字节码中的局部变量。 和操作数栈一样long 类型以及 double 类型的值将占据两个单元其余类型仅占据一个单元。 例如
public void foo(long l, float f) {{int i 0;}{String s Hello, World;}
}对应的图示 在栈帧中与性能调优关系最为密切的部分就是局部变量表。局部变量表中的变量也是重要的垃圾回收根节点只要被局部变量表中直接或间接引用的对象都不会被回收。
在方法执行时虚拟机使用局部变量表完成方法的传递。
3、局部变量压栈指令 局部变量压栈指令将给定的局部变量表中的数据压入操作数栈。 这类指令大体可以分为 xload_ (x为i、l、f、d、an为 0 到 3) xload (x为i、l、f、d、a) 说明在这里x的取值表示数据类型。
指令xload_n表示将第n个局部变量压入操作数栈比如iload_1、fload_0、aload_0等指令。其中aload_n表示将一个对象引用压栈。 指令xload通过指定参数的形式把局部变量压入操作数栈当使用这个命令时表示局部变量的数量可能超过了4个比如指令iload、fload等。
4、常量入栈指令 常量入栈指令的功能是将常数压入操作数栈根据数据类型和入栈内容的不同又可以分为const系列、push系列和ldc指令 指令const
用于对特定的常量入栈入栈的常量隐含在指令本身里。指令有iconst_ (i从-1到5)、lconst_ (l从0到1)、fconst_ (f从0到2)、dconst_ (d从0到1)、aconst_null。
比如
iconst_m1将-1压入操作数栈 iconst_xx为0到5将x压入栈 lconst_0、lconst_1分别将长整数0和1压入栈 fconst_0、fconst_1、fconst_2分别将浮点数0、1、2压入栈 dconst_0和dconst_1分别将double型0和1压入栈。 aconst_null将null压入操作数栈
从指令的命名上不难找出规律指令助记符的第一个字符总是喜欢表示数据类型i表示整数l表示长整数f表示浮点数d表示双精度浮点习惯上用a表示对象引用。如果指令隐含操作的参数会以下划线形式给出。
int i 3; iconst_3 int j 6; iconst 6? bipush 6? int k 32768 ldc ?
指令push
主要包括bipush和sipush。它们的区别在于接收数据类型的不同bipush接收8位整数作为参数sipush接收16位整数它们都将参数压入栈。
指令ldc
如果以上指令都不能满足需求那么可以使用万能的ldc指令它可以接收一个8位的参数该参数指向常量池中的int、float或者String的索引将指定的内容压入堆栈。类似的还有ldc_w它接收两个8位参数能支持的索引范围大于ldc。 如果要压入的元素是long或者double类型的,则使用ldc2_w指令使用方式都是类似的。
总结如下 5、出栈装入局部变量表指令 出栈装入局部变量表指令用于将操作数栈中栈顶元素弹岀后装入局部变量表的指定位置用于给局部变量赋值。 这类指令主要以store的形式存在比如xstore x为i、l、f、d、a、 xstore_n x 为 i、l、f、d、a, n 为 0 至 3。
其中指令istore_n将从操作数栈中弹出一个整数并把它赋值给局部变量索引n位置。指令xstore由于没有隐含参数信息故需要提供一个byte类型的参数类指定目标局部变量表的位置。
一般说来类似像store这样的命令需要带一个参数用来指明将弹出的元素放在局部变量表的第几个位置。但是为了尽可能压缩指令大小使用专门的istore_1指令表示将弹出的元素放置在局部变量表第1个位置。类似的还有istore_0、istore_2、istore_3,它们分别表示从操作数栈顶弹出一个元素存放在局部变量表第0、2、3个位置。
由于局部变量表前几个位置总是非常常用因此这种做法虽然增加了指令数量但是可以大大压缩生成的字节码的体积。如果局部变量表很大需要存储的槽位大于3,那么可以使用istore指令外加一个参数用来表示需要存放的槽位位置。
2、算术指令 算术指令用于对两个操作数栈上的值进行某种特定运算并把结果重新压入操作数栈 大体上算术指令可以分为两种对整型数据进行运算的指令与对浮点类型数据进行运算的指令
byte、short、char和boolean类型说明 在每一大类中都有针对Java虚拟机具体数据类型的专用算术指令。但没有直接支持byte、short、char和boolean类型的算术指令对于这些数据的运算都使用int类型的指令来处理。此外在处理boolean、byte、short和char类型的数组时也会转换为使用对应的int类型的字节码指令来处理 运算时的溢出
数据运算可能会导致溢出例如两个很大的正整数相加结果可能是一个负数。其实Java虚拟机规范并无明确规定过整型数据溢出的具体结果仅规定了在处理整型数据时只有除法指令以及求余指令中当出现除数为0时会导致虚拟机抛出异常ArithmeticException。
运算模式
向最接近数舍入模式JVM要求在进行浮点数计算时所有的运算结果都必须舍入到适当的精度非精确结果必须舍入为可被表示的最接近的精确值如果有两种可表示的形式与该值一样接近将优先选择最低有效位为零的向零舍入模式将浮点数转换为整数时采用该模式该模式将在目标数值类型中选择一个最接近但是不大于原值的数字作为最精确的舍入结果
NaN值使用
当一个操作产生溢出时将会使用有符号的无穷大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。而且所有使用NaN值作为操作数的算术操作结果都会返回 NaN
1、算数指令 加法指令iadd、ladd、fadd、dadd 减法指令isub、lsub、fsub、dsub 乘法指令:imul、lmul、 fmul、dmul 除法指令idiv、ldiv、fdiv、ddiv 求余指令irem、lrem、frem、drem //remainder:余数 取反指令ineg、lneg、fneg、dneg //negation:取反 自增指令iinc 位运算指令又可分为 位移指令ishl、ishr、iushr、lshl、lshr、lushr按位或指令ior、lor按位与指令iand、land按位异或指令ixor、lxor 比较指令dcmpg、dcmpl、fcmpg、fcmpl、lcmp
例如
public static int bar(int i) {return ((i 1) - 2) * 3 / 4;
}字节码指令对应的图示 2、比较指令的说明
比较指令的作用是比较栈顶两个元素的大小并将比较结果入栈比较指令有dcmpg, dcmpl、fcmpg、fcmpl、lcmp与前面讲解的指令类似首字符d表示double类型f表示float,l表示long对于double和float类型的数字由于NaN的存在各有两个版本的比较指令。以float为例有fcmpg和fcmpl两个指令它们的区别在于在数字比较时若遇到NaN值处理结果不同指令dcmpl和dcmpg也是类似的根据其命名可以推测其含义在此不再赘述指令lcmp针对long型整数由于long型整数没有NaN值故无需准备两套指令
举例
指令fcmpg和fcmpl都从栈中弹出两个操作数并将它们做比较设栈顶的元素为v2,栈顶顺位第2位的元素为v1,若v1v2,则压入0若v1v2则压入1若v1v2则压入-1。 两个指令的不同之处在于如果遇到NaN值fcmpg会压入1,而fcmpl会压入-1。
数值类型的数据才可以谈大小 byte\short\char\intlong\float\double)boolean、引用数据类型不能比较大小。
3、类型转换指令
1、宽化类型转换
1、转换规则
Java虚拟机直接支持以下数值的宽化类型转换widening numeric conversion小范围类型向大范围类型的安全转换。也就是说并不需要指令执行包括
从int类型到long、float或者double类型。对应的指令为i2l、i2f、i2d从long类型到float、double类型。对应的指令为l2f、l2d从float类型到double类型。对应的指令为f2d
简化为int -- long -- float -- double
2、 精度损失问题
宽化类型转换是不会因为超过目标类型最大值而丢失信息的例如从int转换到 long或者从int转换到double都不会丢失任何信息转换前后的值是精确相等的从int、long类型数值转换到float或者long类型数值转换到double时将可能发生精度丢失——可能丢失掉几个最低有效位上的值转换后的浮点数值是根据IEEE754最接近舍入模式所得到的正确整数值
尽管宽化类型转换实际上是可能发生精度丢失的但是这种转换永远不会导致Java虚拟机抛出运行时异常
3、补充说明
从byte、char和short类型到int类型的宽化类型转换实际上是不存在的。对于byte类型转为int,虚拟机并没有做实质性的转化处理只是简单地通过操作数栈交换了两个数据。而将byte转为long时使用的是i2l,可以看到在内部byte在这里已经等同于int类型处理类似的还有short类型这种处理方式有两个特点 一方面可以减少实际的数据类型如果为short和byte都准备一套指令那么指令的数量就会大增而虚拟机目前的设计上只愿意 使用一个字节表示指令因此指令总数不能超过256个为了节省指令资源将short和byte当做int处理也在情理之中。 另一方面由于局部变量表中的槽位固定为32位无论是byte或者short存入局部变量表都会占用32位空间。从这个角度说也没 有必要特意区分这几种数据类型。
2、窄化类型转换Narrowing Numeric Conversion
1、转换规则
Java虚拟机也直接支持以下窄化类型转换
从int类型至byte、short或者char类型。对应的指令有i2b、i2s、i2c从long类型到int类型。对应的指令有l2i从float类型到int或者long类型。对应的指令有f2i、f2l从double类型到int、long或者float类型。对应的指令有d2i、d2l、d2f
2、精度损失问题
窄化类型转换可能会导致转换结果具备不同的正负号、不同的数量级因此转换过程很可能会导致数值丢失精度。
尽管数据类型窄化转换可能会发生上限溢出、下限溢出和精度丢失等情况但是Java虚拟机规范中明确规定数值类型的窄化转换指令永远不可能导致虚拟机抛出运行时异常。
3、补充说明
当将一个浮点值窄化转换为整数类型TT限于int或long类型之一的时候将遵循以下转换规则
如果浮点值是NaN那转换结果就是int或long类型的0。如果浮点值不是无穷大的话浮点值使用IEEE 754的向零舍入模式取整获得整数值v如果v在目标类型Tint或long的表示范围之内那转换结果就是v。否则将根据v的符号转换为T所能表示的最大或者最小正数
当将一个 double 类型窄化转换为 float 类型时将遵循以下转换规则 通过向最接近数舍入模式舍入一个可以使用float类型表示的数字。最后结果根据下面这3条规则判断 如果转换结果的绝对值太小而无法使用 float来表示将返回 float类型的正负零如果转换结果的绝对值太大而无法使用 float来表示将返回 float类型的正负无穷大对于double 类型的 NaN值将按规定转换为 float类型的 NaN值
4、对象的创建与访问指令 Java是面向对象的程序设计语言虚拟机平台从字节码层面就对面向对象做了深层次的支持。有一系列指令专门用于对象操作可进一步细分为创建指令、字段访问指令、数组操作指令、类型检查指令 1、创建指令 虽然类实例和数组都是对象但Java虚拟机对类实例和数组的创建与操作使用了不同的字节码指令 创建类实例的指令
创建类实例的指令new它接收一个操作数为指向常量池的索引表示要创建的类型执行完成后将对象的引用压入栈
创建数组的指令
创建数组的指令newarray、anewarray、multianewarray
newarray创建基本类型数组anewarray创建引用类型数组multianewarray创建多维数组
上述创建指令可以用于创建对象或者数组由于对象和数组在Java中的广泛使用这些指令的使用频率也非常高
2、字段访问指令 对象创建后就可以通过对象访问指令获取对象实例或数组实例中的字段或者数组元素 访问类字段static字段或者称为类变量的指令getstatic、putstatic访问类实例字段非static字段或者称为实例变量的指令getfield、putfield 举例 以getstatic指令为例它含有一个操作数为指向常量池的Fieldref索引它的作用就是获取Fieldref指定的对象或者值并将其压入操作数栈。
public void sayHello() {System.out.println(hello);
}对应的字节码指令 0 getstatic #8 java/lang/System.out 3 ldc #9 5 invokevirtual #10 java/io/PrintStream.println 8 return
图示如下 3、数组操作指令 数组操作指令主要有xastore和xaload指令。具体为 把一个数组元素加载到操作数栈的指令baload、caload、saload、iaload、laload、faload、daload、aaload将一个操作数栈的值存储到数组元素中的指令bastore、 castore、 sastore、iastore、 lastore、fastore、dastore、aastore 取数组长度的指令arraylength该指令弹出栈顶的数组元素获取数组的长度将长度压入栈
指令xaload表示将数组的元素压栈比如saload、caload分别表示压入short数组和char数组。指令xaload在执行时要求操作数中栈顶
元素为数组索引i,栈顶顺位第2个元素为数组引用a,该指令会弹岀栈顶这两个元素并将a[i]重新压入栈。
xastore则专门针对数组操作以iastore为例它用于给一个int数组的给定索引赋值。在iastore执行前操作数栈顶需要以此准备3个元
素值、索引、数组引用iastore会弹出这3个值并将值赋给数组中指定索引的位置。
4、类型检查指令 检查类实例或数组类型的指令instanceof、checkcast。 指令checkcast用于检查类型强制转换是否可以进行。如果可以进行那么checkcast指令不会改变操作数栈否则它会抛出ClassCastException异常。指令instanceof用来判断给定对象是否是某一个类的实例它会将判断结果压入操作数栈。 5、方法调用与返回指令
1、调用指令 方法调用指令invokevirtual、invokeinterface、invokespecial、invokestatic 、invokedynamic 以下5条指令用于方法调用 invokevirtual指令用于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支持多态。这也是Java语言中最常见的方法分派方式。invokeinterface指令用于调用接口方法它会在运行时搜索由特定对象所实现的这个接口方法并找出适合的方法进行调用。invokespecial指令用于调用一些需要特殊处理的实例方法包括实例初始化方法构造器、私有方法和父类方法。这些方法都是静态类型绑定的不会在调用时进行动态派发。invokestatic指令用于调用命名类中的类方法static方法。这是静态绑定的。invokedynamic调用动态绑定的方法这个是JDK 1.7后新加入的指令。用于在运行时动态解析出调用点限定符所引用的法并执行该方法。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。 2、返回指令 方法调用结束前需要进行返回。方法返回指令是根据返回值的类型区分的 包括ireturn当返回值是 boolean、byte、char、short和int 类型时使用、lreturn、freturn、dreturn和areturn另外还有一条return 指令供声明为 void的方法、实例初始化方法以及类和接口的类初始化方法使用。 举例 通过ireturn指令,将当前函数操作数栈的顶层元素弹出并将这个元素压入调用者函数的操作数栈中因为调用者非常关心函数的返回值所有在当前函数操作数栈中的其他元素都会被丢弃。
如果当前返回的是synchronized方法那么还会执行一个隐含的monitorexit指令退出临界区。
最后会丢弃当前方法的整个帧恢复调用者的帧并将控制权转交给调用者。 对应的代码
public int methodReturn(){int i 500;int j 200;int k 50;return (i j) / k;
}6、操作数栈管理指令
如同操作一个普通数据结构中的堆栈那样JVM提供的操作数栈管理指令可以用于直接操作操作数栈的指令
这类指令包括如下内容
将一个或两个元素从栈顶弹出并且直接废弃 poppop2复制栈顶一个或两个数值并将复制值或双份的复制值重新压入栈顶 dup, dup2, dup_x1, dup2_x1, dup_x2, dup2_x2将栈最顶端的两个Slot数值位置交换 swap。Java虚拟机没有提供交换两个64位数据类型long、double数值的指令。指令nop,是一个非常特殊的指令它的字节码为0x00。和汇编语言中的nop一样它表示什么都不做。这条指令一般可用于调试、占位等。
这些指令属于通用型对栈的压入或者弹出无需指明数据类型。
说明
不带_x的指令是复制栈顶数据并压入栈顶。包括两个指令dup和dup2。dup的系数代表要复制的Slot个数dup开头的指令用于复制1个Slot的数据。例如1个int或1个reference类型数据dup2开头的指令用于复制2个Slot的数据。例如1个long或2个int或1个int1个float类型数据带_x的指令是复制栈顶数据并插入栈顶以下的某个位置。共有4个指令,dup_x1, dup2_x1, dup_x2, dup2_x2。对于带_x的复制插入指令只要将指令的dup和x的系数相加结果即为需要插入的位置 dup_x1插入位置112即栈顶2个Slot下面dup_x2插入位置123即栈顶3个Slot下面dup2_x1插入位置213即栈顶3个Slot下面dup2_x2插入位置224即栈顶4个Slot下面 pop将栈顶的1个Slot数值出栈。例如1个short类型数值pop2将栈顶的2个Slot数值出栈。例如1个double类型数值或者2个int类型数值
7、控制转移指令
1、条件跳转指令 条件跳转指令通常和比较指令结合使用。在条件跳转指令执行前一般可以先用比较指令进行栈顶元素的准备然后进行条件跳转。 条件跳转指令有 ifeq, iflt, ifle, ifne, ifgt, ifge, ifnull, ifnonnull。这些指令都接收两个字节的操作数用于计算跳转的位置(16位符号整数作为当前位置的offset)。 它们的统一含义为弹出栈顶元素测试它是否满足某一条件如果满足条件则跳转到给定位置。 注意
与前面运算规则一致 对于boolean、byte、char、short类型的条件分支比较操作都是使用int类型的比较指令完成对于long、float、double类型的条件分支比较操作则会先执行相应类型的比较运算指令运算指令会返回一个整型值到操作数栈中随后再执行int类型的条件分支比较操作来完成整个分支跳转 由于各类型的比较最终都会转为 int 类型的比较操作所以Java虚拟机提供的int类型的条件分支指令是最为丰富和强大的
2、比较条件跳转指令 比较条件跳转指令类似于比较指令和条件跳转指令的结合体它将比较和跳转两个步骤合二为一。 这类指令有if_icmpeq、if_icmpne、if_icmplt、if_icmpgt、if_icmple、if_icmpge、if_acmpeq和if_acmpne。其中指令助记符加上“if_”后以字符“i”开头的指令针对int型整数操作(也包括short和byte类型)以字符“a”开头的指令表示对象引用的比较 这些指令都接收两个字节的操作数作为参数用于计算跳转的位置。同时在执行指令时栈顶需要准备两个元素进行比较。指令执行完成后栈顶的这两个元素被清空且没有任何数据入栈。如果预设条件成立则执行跳转否则继续执行下一条语句。
3、多条件分支跳转 多条件分支跳转指令是专为switch-case语句设计的主要有tableswitch和lookupswitch 从助记符上看两者都是switch语句的实现它们的区别:
tableswitch要求多个条件分支值是连续的它内部只存放起始值和终止值以及若干个跳转偏移量通过给定的操作数index, 可以立即定位到跳转偏移量位置因此效率比较高指令lookupswitch内部存放着各个离散的case-offset对每次执行都要搜索全部的case-offset对找到匹配的case值并根据对应的offset计算跳转地址因此效率较低
指令tableswitch的示意图如下图所示。由于tableswitch的case值是连续的因此只需要记录最低值和最高值以及每一项对应的offset偏移量根据给定的index值通过简单的计算即可直接定位到offset。 指令lookupswitch处理的是离散的case值但是出于效率考虑将case-offset对按照case 值大小排序给定index时需要査找与index相等的case,获得其offset,如果找不到则跳转到default。指令lookupswitch 如下图所示。 4、无条件跳转 目前主要的无条件跳转指令为goto。指令goto接收两个字节的操作数共同组成一个带符号的整数用于指定指令的偏移量指令执行的目的就是跳转到偏移量给定的位置处。 如果指令偏移量太大超过双字节的带符号整数的范围则可以使用指令goto_w,它和goto有相同的作用但是它接收4个字节的操作数可以表示更大的地址范围。 指令jsr、jsr_w、ret虽然也是无条件跳转的但主要用于 try-finally语句且已经被虚拟机逐渐废弃故不在这里介绍这两个指令。 8、异常处理指令
1、抛出异常指令
athrow指令 在Java程序中显示抛出异常的操作throw语句都是由athrow指令来实现。
除了使用throw语句显示抛出异常情况之外JVM规范还规定了许多运行时异常会在其他Java虚拟机指令检测到异常状况时自动抛出。例
如在之前介绍的整数运算时当除数为零时虚拟机会在 idiv或 ldiv指令中抛出 ArithmeticException异常。
注意 正常情况下操作数栈的压入弹出都是一条条指令完成的。唯一的例外情况是在抛异常时Java 虚拟机会清除操作数栈上的所有内容而后将异常实例压入调用者操作数栈上
异常及异常的处理 过程一异常对象的生成过程 — throw (手动 / 自动) — 指令athrow 过程二异常的处理抓抛模型。 try-catch-finally — 使用异常表
2、异常处理与异常表
1、处理异常
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早期使用jsr、ret指令而是采用异常表来完成的
2、异常表
如果一个方法定义了一个try-catch 或者try-finally的异常处理就会创建一个异常表。它包含了每个异常处理或者finally块的信息。异常表保存了每个异常处理信息。比如
起始位置结束位置程序计数器记录的代码处理的偏移地址被捕获的异常类在常量池中的索引
当一个异常被抛出时JVM会在当前的方法里寻找一个匹配的处理如果没有找到这个方法会强制结束并弹出当前栈帧并且异常会重新抛给上层调用的方法(在调用方法栈帧)。如果在所有栈帧弹出前仍然没有找到合适的异常处理这个线程将终止。如果这个异常在最后一个非守护线程里抛出将会导致JVM自己终止比如这个线程是个main线程。
不管什么时候抛出异常如果异常处理最终匹配了所有异常类型代码就会继续执行。在这种情况下如果方法结束后没有抛出异常仍然执行finally块在return前它直接跳到finally块来完成目标
9、同步控制指令
1、方法级的同步 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 访问标志得知一个方法是否声明为同步方法 当调用方法时调用指令将会检查方法的ACC_SYNCHRONIZED访问标志是否设置。 如果设置了执行线程将先持有同步锁然后执行方法。最后在方法完成无论是正常完成还是非正常完成时释放同步锁。在方法执行期间执行线程持有了同步锁其他任何线程都无法再获得同一个锁。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这个同步方法所持有的锁将在异常抛到同步方法之外时自动释放。 例如
private int i 0;
public synchronized void add(){i;
}对应的字节码 0 aload_0 1 dup 2 getfield #2 com/atguigu/java1/SynchronizedTest.i 5 iconst_1 6 iadd 7 putfield #2 com/atguigu/java1/SynchronizedTest.i 10 return
说明 这段代码和普通的无同步操作的代码没有什么不同没有使用monitorenter和monitorexit进行同步区控制。这是因为对于同步方法而
言当虚拟机通过方法的访问标示符判断是一个同步方法时会自动在方法调用前进行加锁当同步方法执行完毕后不管方法是正常结
束还是有异常抛岀均会由虚拟机释放这个锁。因此对于同步方法而言monitorenter 和monitorexit指令是隐式存在的并未直接出
现在字节码中。
2、方法内指定指令序列的同步
同步一段指令集序列通常是由java中的synchronized语句块来表示的。jvm的指令集有 monitorenter 和 monitorexit 两条指令来支持 synchronized关键字的语义。
当一个线程进入同步代码块时它使用monitorenter指令请求进入。如果当前对象的监视器计数器为0,则它会被准许进入若为1,则判断持有当前监视器的线程是否为自己如果是则进入否则进行等待直到对象的监视器计数器为0,才会被允许进入同步块。
当线程退岀同步块时需要使用monitorexit声明退出。在Java虚拟机中任何对象都有一个监视器与之相关联用来判断对象是否被锁定当监视器被持有后对象处于锁定状态。 指令monitorenter和monitorexit在执行时都需要在操作数栈顶压入对象,之后monitorenter和monitorexit的锁定和释放都是针对这个对象的监视器进行的。 下图展示了监视器如何保护临界区代码不同时被多个线程访问只有当线程4离开临界区后线程1、2、3才有可能进入。 例如
private int i 0;public void subtract(){synchronized (this){i--;}
}对应的字节码 0: aload_0 1: dup 2: astore_1 3: monitorenter 4: aload_0 5: dup 6: getfield #2 // Field i:I 9: iconst_1 10: isub 11: putfield #2 // Field i:I 14: aload_1 15: monitorexit 16: goto 24 19: astore_2 20: aload_1 21: monitorexit 22: aload_2 23: athrow 24: return Exception table: from to target type 4 16 19 any 19 22 19 any
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。 为了保证在方法异常完成时monitorenter和monitorexit指令依然可以正确配对执行编译器会自动产生一个异常处理器这个异常处理器声明可处理所有的异常它的目的就是用来执行monitorexit指令
