《Java虚拟机原理图解》2.JVM机器指令集，

《Java虚拟机原理图解》2.JVM机器指令集，

前言
Java虚拟机和真实的计算机一样，运行的都是二进制的机器码；而我们将.java 源代码编译成.class 文件，class文件便是Java虚拟机能够认识的二进制机器码，Java能够识别class文件中的信息和机器指令，进而执行这些机器指令。那么，Java虚拟机是如何运行这些二进制的机器码的呢? 本文将通过一个非常简单的例子，带你感受一下Java虚拟机运行机器码的过程和其工作的基本原理。

读完本文，你将会了解到：
1、Java虚拟机对运行时虚拟机栈(JVM Stack) 的组织
2、方法调用过程是怎样在JVM中表示的
3、JVM对一个方法执行的基本策略
4. JVM机器指令的格式
5. 机器指令的执行模式—基于操作数栈的模式

上述的描述可能会有点抽象，为了给读者一个直观的感受，我们定义一个简单的Java类，然后执行这个运行这个类，逐步分析整个Java虚拟机的运行时信息的组织的。

package org.louis.jvm.codeset;  
/** 
 * JVM 原理简单用例 
 * @author louis 
 * 
 */  
public class Bootstrap {  

    public static void main(String[] args) {  
        String name = "Louis";  
        greeting(name);  
    }  

    public static void greeting(String name)  
    {  
        System.out.println("Hello,"+name);  
    }  

}  

当我们将Bootstrap.java 编译成Bootstrap.class 并运行这段程序的时候，在JVM复杂的运行逻辑中，会有以下几步：

5.当greeting方法运行完成后，则greeting方法出栈，main方法继续运行；

JVM方法调用的过程是通过栈帧来实现的，那么，方法的指令是如何运行的呢？弄清楚这个之前，我们要先了解对于JVM而言，方法的结构是什么样的。
我们知道，class 文件时 JVM能够识别的二进制文件，其中通过特定的结构描述了每个方法的定义。
JVM在编译Bootstrap.java 的过程中，在将源代码编译成二进制机器码的同时，会判断其中的每一个方法的三个信息：

  1 ).  在运行时会使用到的局部变量的数量（作用是：当JVM为方法创建栈帧的时候，在栈帧中为该方法创建一个局部变量表，来存储方法指令在运算时的局部变量值）
  2 ).  其机器指令执行时所需要的最大的操作数栈的大小（当JVM为方法创建栈帧的时候，在栈帧中为方法创建一个操作数栈，保证方法内指令可以完成工作）
  3 ).  方法的参数的数量

经过编译之后，我们可以得到main方法和greeting方法的信息如下：

JVM运行main方法的过程：
1.为main方法创建栈帧：
JVM解析main方法，发现其 局部变量的数量为 2，操作数栈的数量为1， 则会为main方法创建一个栈帧（VM Stack），并将其加入虚拟机栈中：

接着JVM开始读取PC指向的机器指令。如上图所示，main方法的指令序列：12 10 4c 2b b8 20 12 b1 ，通过JVM虚拟机指令集规范，可以将这个指令序列解析成以下Java汇编语言:

机器指令->汇编语言->解释->对栈帧的影响
0x12 0x10 -> ldc #16 ->将常量池中第16个常量池项引用推到操作数栈栈顶。常量池第16项是CONSTANT_UTF-8_INFO项，表示”Louis”字符串->

0x4c->astore_1->操作数栈的栈顶元素出栈，将栈顶元素的值赋给index=1 的局部变量表元素上。这里等价于：name = “Louis”.->

0x2b->aload_1->将局部变量表中index=1的元素的值推到操作数栈栈顶->

0xb8 0x20 0x12->invokestatic #18->

 0xb8表示机器指令invokestatic,操作数是0x20 << 8| 0x12 = 18，操作数18表示指向常量池第18项，该项是main方法的符号引用：org/louis/jvm/codeset/Bootstrap.greeting:(Ljava/lang/String;)V 当JVM执行这条语句的时候，会做以下几件事：
a).方法符号引用校验。会校验这个方法的符号引用，按照这个符号规则 在常量池中查找是否有这个方法的定义，如果找到了此方法的定义，则表示解析成功。如果是方法greeting:(Ljava/lang/String;)V没有找到，JVM会抛出错误NoSuchMethodError
b).为新的方法调用创建新的栈帧。然后JVM会为此方法greeting创建一个新的栈帧(VM stack)，并根据greeting中操作数栈的大小和局部变量的数量分别创建相应大小的操作数栈；然后将此栈帧推到虚拟机栈的栈顶。
c).更新PC指令计数器的值。将当前PC程序计数器的值记录到greeting栈帧中，当greeting执行完成后，以便恢复PC值。更新PC的值，使下一条执行的指令地址指向greeting方法的指令开始部分。
这条语句会使当前的main方法执行暂停，使JVM进入对greeting方法的执行当中当greeting方法执行完成后，才会恢复PC程序计数器的值指向当前下一条指令。

0xb1->return->返回

当main方法调用greeting()时， JVM会为greeting方法创建一个栈帧，用以表示对greeting方法的调用，具体栈帧信息如下：

注：
a). 如上图所示JVM虚拟机的操作码是由一个字节组成的，也就是说对于JVM虚拟机而言，其指令的数量最多为 2^8,即 256个;
b). 上图中的操作码如:b2,bb,59….等等都是表示某一特定的机器指令，为了方便我们识别，其分别有相应的助记符：getstatic,new,dup…. 这样方便我们理解。