简介

Byte Code 也叫做字节码，是连接 java 源代码和 JVM 的桥梁，源代码编译成为字节码，而字节码又被加载进 JVM 中运行。字节码怎么生成，怎么查看字节码，隐藏在 Byte Code 背后的秘密是什么呢？快跟小师妹一起来看看吧。

Byte Code 的作用

小师妹：F 师兄，为什么 Java 需要字节码呢？直接编译成为机器码不是更快吗？

小师妹，Java 的设计初衷是一次编写，到处运行。为了兼容各个平台的运行环境，java 特别为各种平台设计了 JVM。

我们可以把 JVM 看做是一种抽象，对外提供了统一的接口。这样我们只需要编写符合 JVM 规范的代码，即可在 JVM 中运行。

回想下之前我们提到过的 java 的执行过程：

1. 编写 java 代码文件比如 Example.java
2. 使用 java 编译器 javac 将源文件编译成为 Example.class 文件
3. JVM 加载生成的字节码文件，将其转换成为机器可以识别的 native machine code 执行

小师妹：F 师兄，我有一个大胆的想法，JVM 的作用是将字节码解释或者编译成为机器码。然后在相应的运行环境中执行。那么有没有可能，不需要 JVM，不需要机器码，而是直接在对应的平台上执行字节码呢？

爱因斯坦说过没有想像力的灵魂，就像没有望远镜的天文台。小师妹你这个想法很好，这种实现有个专业的说法叫做：Java processor。

Java processor 就是用硬件来实现的 JVM。因此字节码可以直接在 Java processor 中运行。

其中比较出名的是 Jazelle DBX，这是一个主要支持 J2ME 环境的硬件架构。为了提升 java 在手机端的执行速度。

但是这样做其实也是有缺点的，后面我们会讲到，java 字节码中的指令非常非常多。所以如果用硬件来实现的话，就会非常非常复杂。

一般来说 Java processor 不会实现全部的字节码中的功能，只会提供部分的实现。

查看 Byte Code 字节码

小师妹：F 师兄，那使用 javac 编译过后的 class 文件跟字节码有什么关系呢？

class 文件中大部分都是 byte code，其他的部分是一些 meta data 元数据信息。这些组合在一起就是 class 文件了。

小师妹：F 师兄，你说 class 文件是 byte code，为什么我在 IDE 中打开的时候，直接显示的是反编译出来的源文件呢？

小师妹，这是 IDE 的一个便利功能。因为大多数情况下，没有人想去看 class 文件的 Byte code 的，大家都是想去看看这个 class 文件的源文件是什么样的。

我们举个最简单的例子：

这个类中，我们定义了一个很简单的 testByteCode 方法，里面定义了两个变量，然后返回他们两个的和。

现在有两种方法来查看这个类的 Byte Code：

第一种方法是用 javap 命令：

javap -c ByteCodeUsage.class

生成的结果如上所示。

第二种方法就是在 IDEA 中，选中 class 文件，然后在 view 中选中 show Bytecode：

我们看下输出结果：

两个的结果在显示上面可能有细微的差异，但是并不影响我们后面对其的解析。

java Byte Code 是怎么工作的

小师妹：F 师兄，能讲解一下这些 byte code 到底是怎么工作的吗？

首先我们要介绍一下 JVM 的实现是基于栈的结构的。为什么要基于栈的结构呢？那是因为栈是最适合用来实现 function 互相调用的。

我们再回顾一下上面的 testByteCode 的字节码。里面有很多 iconst，istore 的东西，这些东西被称作 Opcode，也就是一些基于栈的操作指令。

上面讲了 java bytecode 的操作指令其实有很多个。下面我们列出这些指令的部分介绍：

实在是太多了，这里就不把所有的列出来了。

我们看到的指令名字其实是一个助记词，真实的 Opcode 是一个占用两个字节的数字。

下面我们来详细解释一下 testByteCode 方法：

public int testByteCode();
    Code:
       0: iconst_1
       1: istore_1
       2: iconst_2
       3: istore_2
       4: iload_1
       5: iload_2
       6: iadd
       7: ireturn

第一步，iconst_1 将 int 1 加载到 stack 中。

第二步，istore_1 将入栈的 int 1 出栈，并存储到变量 1 中。

第三步，iconst_2 将 int 2 入栈。

第四步，istore_2 将入栈的 int 2 出栈，并存储到变量 2 中。

第五步，iload_1 将变量 1 中的值入栈。

第六步，iload_2 将变量 2 中的值入栈。

第七步，iadd 将栈中的两个变量出栈，并相加。然后将结果入栈。

第八步，ireturn 将栈中的结果出栈。

这几步实际上完美的还原了我们在 testByteCode 方法中定义的功能。

当然我们只介绍了最贱的 byte code 命令，通过这些简单的命令可以组合成为更加复杂的 java 命令。

总结

本文介绍了 java byte code 的作用和具体的指令，并分析了一个简单的例子来做说明。希望大家能够掌握。

本文的例子 https://github.com/ddean2009/learn-java-base-9-to-20

本文作者：flydean 程序那些事

本文链接：http://www.flydean.com/jvm-byte-code/

本文来源：flydean 的博客

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