从栈帧看字节码是如何在JVM中进行流转的

从栈帧看字节码是如何在JVM中进行流转的
我们都知道java文件需要编译成class文件，而后jvm负责加载并运行class文件，那么字节码文件长什么样子？字节码又是怎样执行的？

工具详情
javap
javap是JDK自带的查看字节码的工具。

javap的使用方法如下：

$ javac Demo.java$ javap -p -v Demo

javap命令打印的文件内容有时候过多，可以使用javap -p -v Demo >> Demo.javap将内容追加至文本文件中，再用文本工具打开分析。

有时候class文件中没有生成LineNumberTable或者LocalVariableTable，可以在编译时使用下面的参数强制生成：

javac -g:lines 强制生成LineNumberTable。
javac -g:vars 强制生成LocalVariableTable。
javac -g 生成所有的debug信息。

LocalVariableTable就是栈帧中的局部变量表。

LineNumberTable形容源码行号与字节码行号（字节码偏移量）之间的对应关系，有了这些信息，在debug时，就能够获取到发生异常的源代码行号。

jclasslib
假如你不太习惯使用命令行的操作，还可以使用jclasslib，jclasslib是一个图形化的工具，能够更加直观的查看字节码中的内容。它还分门别类的对类中的各个部分进行了整理，非常的人性化。同时，它还提供了Idea的插件，你可以从plugins中搜索到它。

假如你在其中看不到少量诸如LocalVariableTable的信息，记得在编译代码的时候加上我们上面提到的这些参数。

jclasslib的下载地址： ingokegel/jclasslib

Demo.java
下面的java代码就是后面要分析的字节码对应的源文件：

public class Demo {    private int a = 1111;    static long C = 2222;    public long test(long num) {        long ret = this.a + num + C;        return ret;    }    public static void main(String[] args) {        new Demo().test(3333);    }}

test方法的执行过程
Code区域详情
test方法同时使用了成员变量a、静态变量C，以及输入参数num。我们此时说的方法执行，内存其实就是在虚拟机栈上分配的。下面这些内容，就是test方法的字节码。

  public long test(long);    descriptor: (J)J    flags: ACC_PUBLIC    Code:      stack=4, locals=5, args_size=2         0: aload_0         1: getfield      #2                  // Field a:I         4: i2l         5: lload_1         6: ladd         7: getstatic     #3                  // Field C:J        10: ladd        11: lstore_3        12: lload_3        13: lreturn      LineNumberTable:        line 7: 0        line 8: 12

说明：

stack=4：表明了test方法的最大操作数栈深度为4。JVM运行时，会根据这个数值，来分配栈帧中操作栈的深度。
locals=5：局部变量的存储空间大小，它的单位是Slot（槽），可以被重用。其中存放的内容包括：this、方法参数、异常解决器的参数、方法体中定义的局部变量。
args_size=2：方法的参数个数，由于每个实例方法都有一个隐藏参数this（静态方法没有this），所以这里的数字是2。
字节码执行过程
0: aload_0
把第1个引用型局部变量推到操作数栈，这里的意思是把this装载到了操作数栈中。

对于static方法，aload_0表示对方法的第一个参数的操作。

image.png

1: getfield #2
将指定对象的第2个实例域（Field）的值，压入栈顶。#2就是指的我们的成员变量a。

image.png

4: i2l
将栈顶int类型的数据转化为long类型，这里就涉及我们的隐式类型转换了。

image.png

5: lload_1
将第一个局部变量入栈,也就是我们的参数num，这里的l表示long。

image.png

6: ladd
把栈顶两个long型数值出栈后相加，并将结果入栈。

image.png

7: getstatic #3
根据偏移获取静态属性的值，并把这个值push到操作数栈上，也就是静态变量C。

image.png

10: ladd
再次执行ladd。

image.png

11: lstore_3
把栈顶long型数值存入第4个局部变量，一个long和double类型会占用2个slot。

image.png

这里为什么要把栈顶的变量存入局部变量表中，又取出来入栈呢，为什么会有这种多此一举的操作？起因就在于我们定义了ret变量。JVM不知道后面还会不会用到这个变量，所以只好傻瓜式的顺序执行。

为了看到差异，我们可以把代码略微改动一下，直接返回：

    public long test(long num) {        return this.a + num + C;    }

对应的字节码如下：

  public long test(long);    descriptor: (J)J    flags: ACC_PUBLIC    Code:      stack=4, locals=3, args_size=2         0: aload_0         1: getfield      #2                  // Field a:I         4: i2l         5: lload_1         6: ladd         7: getstatic     #3                  // Field C:J        10: ladd        11: lreturn      LineNumberTable:        line 7: 0

12: lload_3*
将第3个局部变量入栈,也就是我们的参数num，这里的l表示long。

image.png

13: lreturn
从当前方法返回long。

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