jvm执行引擎

class文件
- 运行时常量池
- 方法
  - 局部变量表
  - 异常表
字节码指令
一个例子

class文件格式

一个编译后的class文件格式如下（javap -verbose xx.class）：

ClassFile {
    u4          magic;
    u2          minor_version;
    u2          major_version;
    u2          constant_pool_count;
    cp_info     contant_pool[constant_pool_count – 1];
    u2          access_flags;
    u2          this_class;
    u2          super_class;
    u2          interfaces_count;
    u2          interfaces[interfaces_count];
    u2          fields_count;
    field_info      fields[fields_count];
    u2          methods_count;
    method_info     methods[methods_count];
    u2          attributes_count;
    attribute_info  attributes[attributes_count];
}

字段	说明
magic	魔数CAFEBABE
minor_version major_version	这个class编译的版本
constant_pool	相当于一个符号表
access_flags	提供这个类的一系列的标识
this_class	类名索引
super_class	父类名的索引
interfaces	所有实现了的接口的符号链接的索引
fields	…
methods	…
attributes	…

运行时常量池

jvm维护一个常量池，一个运行时的数据结构，它和符号表很类似，但是包含更多的数据。字节码需要数据，但是数据直接以字节码存储又太大，于是它会被存放在常量池中，字节码仅仅是持有对常量池的引用。

常量池中包含的几种类型：

1.Integer 4字节的常量
2.Long 8字节的常量
3.Float 4字节的常量
4.Double 8字节的常量
5.String 指向一个utf8类型的条目，那里边才是String真实的bytes
6.utf8 一段utf8格式的字节流
7.Class 指向一个utf8格式的条目，那里是class的名字（jvm格式，这会在动态链接的过程中用到）
8.NameAndType 冒号分割的一对值，都指向常量池中utf8类型的一个条目，冒号前是方法名或者域名，对于域来说，冒号后是全类名，对于方法来说，冒号后是类名加参数
9.Fieldref，Methodref 逗号分割的一对之，逗号前指向的常量池中的Class类型的一个条目，逗号后指向的常量池中NameAndType类型的一个条目。

例如下边的代码

Object foo = new Object(); 将会被编译成如下的字节码

 new #2          // Class java/lang/Object
 dup
 invokespecial #3    // Method java/ lang/Object "<init>"( ) V

new 操作符后跟#2,#2代表的是常量池的索引，第二条记录，第二条记录是一个类的引用，这个引用又指向常量池中另一条记录，是一个utf8的字符串，值为// Class java/lang/Object。这个符号链接会被用来找类java.lang.Object。new操作符会创建一个类的实例并初始化它的值。一个新的类实例的引用会被添加到操作栈上。dup指令创建一个栈顶元素的copy，并将其push到栈顶。最后一个类的实例化方法会被调用invokespecial，这个操作数栈也持有常量池的引用。初始化方法会消费（pop）栈顶元素的值，并将其作为参数传给初始化方法（这里会新建一个栈帧）。最后，栈顶会有一个新建的并初始化好的对象。

方法

a.签名和访问标志
b.字节码
c.行数表：这个为debugger提供信息,将行号和字节码顺序照应，如上边java文件的第六行对应于与字节码0 ,第七行对应于字节码8
d.局部变量表：列举了这个栈帧里所有的局部变量，例子中的局部变量只有this引用
e.异常表

局部变量表

start是局部变量声明的位置(第几条字节码)；
length是从起始位置作用的长度；从0开始，长度为9,也就是说this作用的范围是字节码0到字节码8
slot是插槽位置，除了long和double占两个插槽，其他都占一个；
Name是变量名；
Signature是变量类型。

异常表

异常表存储每个异常handler的信息，诸如：

开始点
结束点
程序计数器偏移for handler code
常量池中被捕获的异常类的索引

如果一个方法中定义了try-catch和try-finally异常handler，然后一个异常表就会被建立。异常表包含每个异常处理handler的信息，包括作用的范围，将要被处理的异常的类型和异常处理的具体字节码的位置。当一个异常被抛出时，jvm会在当前方法中寻找一个符合的hadnler，如果在当前方法中没有找到，方法会被终止，并将当前栈帧pop出栈，异常会被抛出到调用的方法中（一个新的栈帧）。如果所有的栈帧都被pop出栈，仍然没有找到异常handler，当前线程会被终止。如果在最后一个非守护线程中（例如如果这个线程是主线程），异常被抛出，那么会造成jvm自己终止terminate。finally异常handlers匹配所有类型的异常，所有总是执行，无论何时异常被抛出。这个例子中，没有异常被抛出，finally块在一个方法的最后仍然会被执行，方法会在return之前，执行finally块的代码。

指令

1. 指令类型

存储指令（例如：aload_0, istore）
算术与逻辑指令（例如: ladd, fcmpl）
类型转换指令（例如：i2b, d2i）
对象创建与操作指令（例如：new, putfield）
堆栈操作指令（例如：swap, dup2）
控制转移指令（例如：ifeq, goto）
方法调用与返回指令（例如：invokespecial, areturn)

2.前/后缀操作数类型

i 整数 l 长整数 s 短整数 b 字节 c 字符 f 单精度浮点数 d 双精度浮点数 z 布尔值 a 引用

一个例子

程序与其字节码

栈的深度为3，局部变量为3，方法参数为0(非静态方法，默认有个参数this)。
```
stack=3, locals=3, arg_size=0
```
将常量池中#index为5的string（含有#index指向utf8类型的常量，那才是真的”ab”的bytes）压入操作数栈，然后pop出栈保存在局部变量0中,栈深为0,局部变量表size为1.
```
  0: ldc             #5    // String ab
  2: astore_0    
```
同样，将常量池中#index为6的string保存在局部变量1中，栈深为0,局部变量表size为2。
```
  3: ldc             #6    // Sting b
  5: astore_1
```
新建一个栈帧，在堆中实例化一个StringBuilder对象，并将其引用压入操作数栈中。栈深为1
```
  6: new             #7    // class java/lang/StringBuilder
```
复制栈顶元素，并压入操作数栈,此时栈深度为2
```
  9: dup
```
将栈顶元素（一个StringBuilder的引用）pop出栈，调用其构造方法，创建新的栈帧,进行初始化操作，栈深为1
```
 10: invokesepcial   #8    // Method java/lang/StringBuilder."<init>";()V
```
将常量a压入操作数栈,栈深为2
```
 13: ldc             #9    // String a
```

栈顶两个元素pop出栈，栈顶的字符串a的引用（方法参数）和StringBuilder对象的引用（相关对象引用）。然后将返回值压入操作数栈，还是那个StringBuilder的引用，只不过现在不是空的了，为“a”;栈深为1.

15: invokevirtual  #10    // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 注：invokespecial和invokevirtual等方法调用，`方法参数`和`相关对象的引用`都需要pop出栈，不然jvm如何创建新的栈帧啊。invokestatic就不需要了。

将局部变量1压入操作数栈,栈深为2
```
18: aload_1
```

调用append方法,栈顶元素为StringBuilder引用，”ab“,调用append方法

19: invokevirtual  #10    // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;

pop栈顶的StringBuilder引用，调用其toString方法，返回String引用

22: invokevirtual  #11    // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;

将栈顶的String引用保存在局部变量2中,局部变量表size为2,栈深为0
```
25: astore_2
```

将类型为Ljava/io/PrintStream的静态域System.out压入栈中

26: getstatic      #3     // Field java/lang/System.out:Ljava/io/printStream;

将局部变量0压入栈中
```
29: aload_0
```
将局部变量2压入栈中，此时栈深为3!
```
30: aload_2
```
pop栈顶两个元素,并比较他们,如果两个对象引用不等,跳到38
```
31: if_acmpne      38
```
将常量1入栈
```
34: iconst_1
```
然后跳到39
```
35: goto           39
```
将常量0入栈
```
38: iconst_0
```

pop栈顶两元素PrintStream引用和比较结果

39: invokevirtual  #4     // Method java/io/PrintStream.println:(Z)V (false)

pop栈顶元素(其实栈顶为空,其他类型另说)
```
42: return
```

行号表源代码14行,对应于字节码前的序号.

>a.字节码前的序号为相对于该栈帧的偏移量.
>b.字节码都是单字节的,为什么字节码前的序号不是连续的?
>b1.有的指令不需要参数,有的需要多个参数
>b2.有的参数为单字节的,有的参数是多字节的

LineNumberTable
   line 14: 0   
   line 15: 3
   line 16: 6

ps：栈和线程，栈帧和方法是对应关系，不要搞混哟。