歡迎來到“Under The Hood”第五期。本期我們來看看JVM中處理對象和數(shù)組的字節(jié)碼。你可能需要閱讀往期的文章才能更好的理解本文。
面向?qū)ο蟮臋C器
JVM中的數(shù)據(jù)有3種形式：對象（object），對象引用（object reference）和原始類型（primitive type）。對象存放在垃圾收集堆中；對象引用和原始類型，根據(jù)它們作用域范圍的不同，分別存放在不同的地方：作為本地變量，存放在Java棧中；作為實例變量，存放在垃圾收集堆上；作為類變量，存放在方法區(qū)上。
在JVM中，垃圾收集堆上只能給對象分配內(nèi)存空間。原始類型，除了作為對象的一部分，沒有其他方式可以給它在堆上分配空間。在需要對象引用的地方，如果你想使用原始類型，你可以給原始類型分配java.lang包中相應(yīng)的包裝對象。只有對象引用和原始類型可以作為本地變量，存放在Java棧中，對象是不可能存放在棧中的。
JVM中，對象和原始類型在架構(gòu)上的分離，體現(xiàn)在Java編程語言中就是：對象不能被聲明成本地變量，只有對象引用才行。在聲明時，對象引用不會指向具體對象，只有引用被顯式的初始化之后（指向已存在對象，或者通過new關(guān)鍵字創(chuàng)建新對象），引用才會指向?qū)嶋H對象。
在JVM指令集中，除了數(shù)組，所有的對象都通過相同的操作符集來實例化和訪問。在Java中，數(shù)組也是對象，并且就像Java程序中任何其他對象一樣，是動態(tài)創(chuàng)建的。數(shù)組引用可以用在任何需要Object類型的引用的地方，Object中的任何方法，都可以在數(shù)組上調(diào)用。但是，在JVM里，數(shù)組是使用有別于對象的特殊字節(jié)碼來處理的。
就像任何其他對象一樣，數(shù)組不能被聲明為本地變量；只有數(shù)組引用可以。數(shù)組對象本身，總是包含一組原始類型或者一組對象引用。如果你聲明一個對象數(shù)組，你會得到一組對象引用。對象們自己必須用new顯式創(chuàng)建，并被賦值給數(shù)組的元素。
處理對象的字節(jié)碼
實例化新對象是通過操作碼new來實現(xiàn)的，它需要2個單字節(jié)的操作數(shù)。這2個單字節(jié)操作數(shù)合并成16位的常量池索引。常量池中對應(yīng)的元素給出了新對象的類型信息。就像下面所展示的，JVM在堆上創(chuàng)建新的對象實例，并把它的引用壓入棧中。
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OPCODE
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OPERAND(S)
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DESCRIPTION
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| new |
indexbyte1, indexbyte2 |
creates a new object on the heap, pushes reference |
接下來的表格，列出了存取對象字段（field）的字節(jié)碼。操作符putfield和getfield只負(fù)責(zé)處理實例變量。靜態(tài)變量使用putstatic和getstatic訪問，這個我們待會再說。操作符putfield和getfield都有2個單字節(jié)操作數(shù)，它們合并成16位的常量池索引。相應(yīng)的常量池位置上存放著關(guān)于字段的類型，大小和偏移量的信息。putfield和getfield都會從棧中取得操作對象的引用。putfield從棧上獲取所要賦給實例變量的值，而getfield則把取到的實例變量的值壓進(jìn)棧中。
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OPCODE
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OPERAND(S)
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DESCRIPTION
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| putfield |
indexbyte1, indexbyte2 |
set field, indicated by index of object to value (both taken from stack) |
| getfield |
indexbyte1, indexbyte2 |
pushes field, indicated by index of object (taken from stack) |
如下表所示，靜態(tài)變量通過putstatic和getstatic來訪問。它們所擁有的2個單字節(jié)的操作數(shù)，會由JVM合并成16位的常量池索引。對應(yīng)的常量池位置上存有靜態(tài)變量的相關(guān)信息。由于靜態(tài)變量不跟任何對象關(guān)聯(lián)，putstatic和getstatic也不會使用對象引用。putstatic從棧中取得所要附給靜態(tài)變量的值，而getstatic則把靜態(tài)變量的值壓入棧中。
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OPCODE
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OPERAND(S)
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DESCRIPTION
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| putstatic |
indexbyte1, indexbyte2 |
set field, indicated by index, of object to value (both taken from stack) |
| getstatic |
indexbyte1, indexbyte2 |
pushes field, indicated by index, of object (taken from stack) |
下面的操作碼用來檢查棧頂?shù)膶ο笠茫遣皇侵赶蛴刹僮鲾?shù)所索引的類或接口的實例。
當(dāng)對象不是指定類或接口的實例時，checkcast指令會拋出CheckCastException異常；反之，checkcast什么也不做，對象引用仍保留在棧頂，繼續(xù)執(zhí)行下一個指令。checkcast指令保證了運行時的類型轉(zhuǎn)換是安全的，它是JVM安全系統(tǒng)的一部分。
instanceof指令彈出棧頂?shù)膶ο笠茫詈蟀裻rue或false壓入棧中。如果對象確實是指定類或接口的實例，則把true入棧；反之，false入棧。instanceof指令實現(xiàn)了Java語言中的instanceof關(guān)鍵字，它允許程序員測試一個對象是不是某個類或接口的實例。
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OPCODE
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OPERAND(S)
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DESCRIPTION
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| checkcast |
indexbyte1, indexbyte2 |
Throws ClassCastException if objectref on stack cannot be cast to class at index |
| instanceof |
indexbyte1, indexbyte2 |
Pushes true if objectref on stack is an instanceof class at index, else pushes false |
處理數(shù)組的字節(jié)碼
可以通過指令newarray，anewarray，和multianewarray實例化數(shù)組。
newarray用來創(chuàng)建原始類型的數(shù)組，具體類型由它的單字節(jié)操作數(shù)指定。它可以創(chuàng)建的數(shù)組類型有byte，short，char，int，long，float，double和boolean。
anewarray創(chuàng)建對象引用數(shù)組，它的2個單字節(jié)操作數(shù)合并成16位常量池索引，由此獲取到要創(chuàng)建的包含在數(shù)組中的對象類型信息。anewarray為數(shù)組中的對象引用分配控件，并把它們都設(shè)置為null。
multianewarray用來分配多維數(shù)組（數(shù)組的數(shù)組），可以通過重復(fù)調(diào)用newarray和anewarray來實現(xiàn)。multianewarray指令只是簡單的把創(chuàng)建多維數(shù)組的多條字節(jié)碼壓縮成一個指令。它的開頭2個單字節(jié)操作數(shù)合并成常量池索引，由此獲取多維數(shù)組中的對象類型。第3個單字節(jié)操作數(shù)指明了多維數(shù)組的維數(shù)。至于每維的數(shù)組大小需從棧上獲取。該指令為多維數(shù)組中所有的數(shù)組分配空間。
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OPCODE
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OPERAND(S)
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DESCRIPTION
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| newarray |
atype |
pops length, allocates new array of primitive types of type indicated by atype, pushes objectref of new array |
| anewarray |
indexbyte1, indexbyte2 |
pops length, allocates a new array of objects of class indicated by indexbyte1 and indexbyte2, pushes objectref of new array |
| multianewarray |
indexbyte1, indexbyte2, dimensions |
pops dimensions number of array lengths, allocates a new multidimensional array of class indicated by indexbyte1 and indexbyte2, pushes objectref of new array |
下表列出的指令把棧頂?shù)臄?shù)組引用彈出，把它的長度壓入棧中。
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OPCODE
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OPERAND(S)
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DESCRIPTION
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| arraylength |
(none) |
pops objectref of an array, pushes length of that array |
下面的操作碼獲取數(shù)組中的元素。數(shù)組索引和數(shù)組引用從棧上彈出，數(shù)組中指定索引處的值被壓入棧中。
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OPCODE
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OPERAND(S)
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DESCRIPTION
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| baload |
(none) |
pops index and arrayref of an array of bytes, pushes arrayref[index] |
| caload |
(none) |
pops index and arrayref of an array of chars, pushes arrayref[index] |
| saload |
(none) |
pops index and arrayref of an array of shorts, pushes arrayref[index] |
| iaload |
(none) |
pops index and arrayref of an array of ints, pushes arrayref[index] |
| laload |
(none) |
pops index and arrayref of an array of longs, pushes arrayref[index] |
| faload |
(none) |
pops index and arrayref of an array of floats, pushes arrayref[index] |
| daload |
(none) |
pops index and arrayref of an array of doubles, pushes arrayref[index] |
| aaload |
(none) |
pops index and arrayref of an array of objectrefs, pushes arrayref[index] |
下表列出了把值存入數(shù)組元素中的操作碼。值、索引和數(shù)組引用均從棧頂彈出。
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OPCODE
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OPERAND(S)
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DESCRIPTION
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| bastore |
(none) |
pops value index, and arrayref of an array of bytes, assigns arrayref[index] = value |
| castore |
(none) |
pops value index, and arrayref of an array of chars, assigns arrayref[index] = value |
| sastore |
(none) |
pops value index, and arrayref of an array of shorts, assigns arrayref[index] = value |
| iastore |
(none) |
pops value index, and arrayref of an array of ints ,assigns arrayref[index] = value |
| lastore |
(none) |
pops value index, and arrayref of an array of longs, assigns arrayref[index] = value |
| fastore |
(none) |
pops value index, and arrayref of an array of floats, assigns arrayref[index] = value |
| dastore |
(none) |
pops value index, and arrayref of an array of doubles, assigns arrayref[index] = value |
| aastore |
(none) |
pops value index, and arrayref of an array of objectrefs, assigns arrayref[index] = value |
本文譯自：Objects and Arrays