前言

前面文章我们说了Java字节码的结构，其中最重要的就是常量池和方法表内容，其中方法表内容涉及了各种JVM指令，如果不了解这些指令的话，将无法真正理解Java的方法是如何运行的。

正文

首先，我们得有个基本认识，在前面文章里也提及过，就是每当调用一个Java方法时，就会生成一个栈帧，方法的调用和返回就是栈帧的入栈和出栈。

而这个栈帧，也是分为2个部分，分别是操作数栈和本地变量区，其中本地变量区之前说过是一个数组，而这个操作数栈则揭秘了Java方法运行的本质，是利用栈来维持计算的。而各种指令也就是对这个栈以及本地变量数组进行操作，从而完成一些列复杂的逻辑。

操作数栈

首先这是一个栈，根据特性它只能FILO，在解释执行过程中，每当为Java方法分配栈帧时，JVM往往需要开辟一个额外空间作为操作数栈，用来存放计算的操作数以及返回结果。

这个很好理解，就是执行每一条指令前，JVM要求该指令的操作数已被压入操作数栈中，在执行指令时，JVM会将该指令需要的操作数弹出，并将指令的返回结果重新压入栈中。

比如下图：

我们只看操作数栈，这里栈顶元素是1和2，这时要执行加法iadd指令，会将1和2弹出栈，然后将求的值3再压入栈中：

由于iadd指令只关心操作数栈前2个元素，所以对于栈中的？元素，不会做任何修改。

dup指令

既然先说道操作数栈，字节码中有好几个指令是直接作用在操作数栈上的，最常见的比如dup:复制栈顶元素，以及pop:舍弃栈顶元素。

这里我们来说一下dup指令，它可以直接复制栈顶元素，比如我们看下面代码：

public void foo(){
    Object obj = new Object();
}

然后其对应的JVM指令如下：

 public void foo();
    descriptor: ()V
    flags: (0x0001) ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=2, args_size=1
         0: new           #2                  // class java/lang/Object
         3: dup
         4: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         7: astore_1
         8: return
      LineNumberTable:
        line 6: 0
        line 7: 8

我们仅仅看Code区域，这里的new指令会产生未初始化的引用，比如上面第一行指令过后，会生成一个指向一块已分配、未初始化的内存引用压入到操作数栈中，然后需要以这个引用调用构造器，那么这个引用就会出栈，但是构造方法没有返回值再进行入栈，所以当new完之后，需要调用dup进行复制。

假如new完后引用R0入栈，dup后R1入栈，构造器拿着R1进行初始化，初始化完后，R0还在栈中，由于R1和R0指向同一块内存引用，所以R0指向的内存完成了初始化，而且栈顶元素是R0。

注意这里要dup的关键是构造器函数不会返回值。

pop指令

pop指令也是直接操作操作数栈的，它的作用是移除栈顶元素。

比如下面代码：

public static boolean bar(){
    return true;
}

public void foo(){
    bar();
}

我们在foo中调用bar，但是不使用bar的返回值，上述代码的JVM指令如下：

public void foo();
    descriptor: ()V
    flags: (0x0001) ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: invokestatic  #2                  // Method bar:()Z
         3: pop
         4: return
      LineNumberTable:
        line 10: 0
        line 11: 4

正常来说，当调用invokestatic指令后，会返回一个ture压入栈顶，但是我们不需要用这个返回值，所以可以调用pop指令把这个返回值再出栈。

注意pop和dup只能复制和出栈一个栈单元，对于long和double来说，需要使用pop2和dup2指令来复制和出栈2个栈单元。

加载常量到栈中的指令

加载常量到栈中的指令属于基础指令，也是非常常见的，这里分为2种：一种是直接加载常量到栈中，还有一种是加载常量池中的常量到栈中，指令如下：

这里其实理解很好理解，xconst指令就是加载常用x类型的常量值到栈中，而bipush和sipush则是加载1个字节和2个字节能代表的int值，而ldc则是加载常量池中的常量。

比如下面代码：

public static final int a = 100;

public static final String s = "hello";

public void foo(){
    int b = 2;
    int c = a + b;
    System.out.println(s);
}

上面代码在foo中，我们定义了值为2的b，以及在外面定义了常量值，下面是JVM指令：

 public void foo();
    descriptor: ()V
    flags: (0x0001) ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=3, args_size=1
         0: iconst_2
         1: istore_1
         2: bipush        100
         4: iload_1
         5: iadd
         6: istore_2
         7: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        10: ldc           #4                  // String hello
        12: invokevirtual #5                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        15: return
      LineNumberTable:
        line 10: 0
        line 11: 2
        line 12: 7
        line 13: 15

不难发现 iconst_2就是把2入栈，bipush 100就是把100入栈，ldc #4 就是把常量池中的#4入栈，即 hello 入栈。

总结

本篇文章内容较为基础，但是十分重要，我们要明白JVM的指令集是基于栈来操作的，以及一些简单的指令来操作栈；而对于栈帧中另一个部分局部变量区，我们在下一篇文章继续解析，同时理解一些更复杂的指令集。