Java字节码的那些指令

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内容参考来自于 “深入理解Java虚拟机：JVM高级特定及最佳实践” 及 官方文档

字节码指令总表

字节码 助记符 指令含义
0x00 nop 什么都不做
0x01 aconst_null 将 null 推送至栈顶
0x02 iconst_m1 将 int 型 -1 推送至栈顶
0x03 iconst_0 将 int 型 0 推送至栈顶
0x04 iconst_1 将 int 型 1 推送至栈顶
0x05 iconst_2 将 int 型 2 推送至栈顶
0x06 iconst_3 将 int 型 3 推送至栈顶
0x07 iconst_4 将 int 型 4 推送至栈顶
0x08 iconst_5 将 int 型 5 推送至栈顶
0x09 lconst_0 将 long 型 0 推送至栈顶
0x0a lconst_1 将 long 型 1 推送至栈顶
0x0b fconst_0 将 float 型 0 推送至栈顶
0x0c fconst_1 将 float 型 1 推送至栈顶
0x0d fconst_2 将 float 型 2 推送至栈顶
0x0e dconst_0 将 double 型 0 推送至栈顶
0x0f dconst_1 将 double 型 1 推送至栈顶
0x10 bipush 将单字节的常量（-128 - 127）推送至栈顶
0x11 sipush 将一个短整形常量常量（-32768 - 32767）推送至栈顶
0x12 ldc 将 int, float, String 型常量值从常量池中推送至栈顶
0x13 ldc_w 将 int, float, String 型常量值从常量池中推送至栈顶（宽索引）
0x14 ldc2_w 将 long 或 float 型常量值从常量池中推送至栈顶（宽索引）
0x15 iload 将指定的 int 型本地变量推送至栈顶
0x16 lload 将指定的 long 型本地变量推送至栈顶
0x17 fload 将指定的 float 型本地变量推送至栈顶
0x18 dload 将指定的 dload 型本地变量推送至栈顶
0x19 aload 将指定的引用类型本地变量推送至栈顶
0x1a iload_0 将第一个 int 型本地变量推送至栈顶
0x1b iload_1 将第二个 int 型本地变量推送至栈顶
0x1c iload_2 将第三个 int 型本地变量推送至栈顶
0x1d iload_3 将第四个 int 型本地变量推送至栈顶
0x1e lload_0 将第一个 long 型本地变量推送至栈顶
0x1f lload_1 将第二个 long 型本地变量推送至栈顶
0x20 lload_2 将第三个 long 型本地变量推送至栈顶
0x21 lload_3 将第四个 long 型本地变量推送至栈顶
0x22 fload_0 将第一个 float 型本地变量推送至栈顶
0x23 fload_1 将第二个 float 型本地变量推送至栈顶
0x24 fload_2 将第三个 float 型本地变量推送至栈顶
0x25 fload_3 将第四个 float 型本地变量推送至栈顶
0x26 dload_0 将第一个 double 型本地变量推送至栈顶
0x27 dload_1 将第二个 double 型本地变量推送至栈顶
0x28 dload_2 将第三个 double 型本地变量推送至栈顶
0x29 dload_3 将第四个 double 型本地变量推送至栈顶
0x2a aload_0 将第一个引用类型本地变量推送至栈顶
0x2b aload_1 将第二个引用类型本地变量推送至栈顶
0x2c aload_2 将第三个引用类型本地变量推送至栈顶
0x2d aload_3 将第四个引用类型本地变量推送至栈顶
0x2e iaload 将 int 型数组指定索引的值推送至栈顶
0x2f laload 将 long 型数组指定索引的值推送至栈顶
0x30 faload 将 float 型数组指定索引的值推送至栈顶
0x31 daload 将 double 型数组指定索引的值推送至栈顶
0x32 aaload 将引用型数组指定索引的值推送至栈顶
0x33 baload 将 boolean 或 byte 型数组指定索引的值推送至栈顶
0x34 caload 将 char 型数组指定索引的值推送至栈顶
0x35 saload 将 short 型数组指定索引的值推送至栈顶
0x36 istore 将栈顶 int 型数值存入指定本地变量
0x37 lstore 将栈顶 long 型数值存入指定本地变量
0x38 fstore 将栈顶 float 型数值存入指定本地变量
0x39 dstore 将栈顶 double 型数值存入指定本地变量
0x3a astore 将栈顶引用型数值存入指定本地变量
0x3b istore_0 将栈顶 int 型数值存入第一个本地变量
0x3c istore_1 将栈顶 int 型数值存入第二个本地变量
0x3d istore_2 将栈顶 int 型数值存入第三个本地变量
0x3e istore_3 将栈顶 int 型数值存入第四个本地变量
0x3f lstore_0 将栈顶 long 型数值存入第一个本地变量
0x40 lstore_1 将栈顶 long 型数值存入第二个本地变量
0x41 lstore_2 将栈顶 long 型数值存入第三个本地变量
0x42 lstore_3 将栈顶 long 型数值存入第四个本地变量
0x43 fstore_0 将栈顶 float 型数值存入第一个本地变量
0x44 fstore_1 将栈顶 float 型数值存入第二个本地变量
0x45 fstore_2 将栈顶 float 型数值存入第三个本地变量
0x46 fstore_3 将栈顶 float 型数值存入第四个本地变量
0x47 dstore_0 将栈顶 double 型数值存入第一个本地变量
0x48 dstore_1 将栈顶 double 型数值存入第二个本地变量
0x49 dstore_2 将栈顶 double 型数值存入第三个本地变量
0x4a dstore_3 将栈顶 double 型数值存入第四个本地变量
0x4b astore_0 将栈顶引用型数值存入第一个本地变量
0x4c astore_1 将栈顶引用型数值存入第二个本地变量
0x4d astore_2 将栈顶引用型数值存入第三个本地变量
0x4e astore_3 将栈顶引用型数值存入第四个本地变量
0x4f iastore 将栈顶 int 型数值存入指定数组的指定索引位置
0x50 lastore 将栈顶 long 型数值存入指定数组的指定索引位置
0x51 fastore 将栈顶 float 型数值存入指定数组的指定索引位置
0x52 dastore 将栈顶 double 型数值存入指定数组的指定索引位置
0x53 aastore 将栈顶引用型数值存入指定数组的指定索引位置
0x54 bastore 将栈顶 boolean 或 byte 型数值存入指定数组的指定索引位置
0x55 castore 将栈顶 char 型数值存入指定数组的指定索引位置
0x56 sastore 将栈顶 short 型数值存入指定数组的指定索引位置
0x57 pop 将栈顶数值弹出（数值不能是 long 或 double 类型）
0x58 pop_2 将栈顶的一个（对于 long 或 double 类型）或两个数值（对于非 long 或 double 的其他类型）弹出
0x59 dup 复制栈顶数值并将复制值压入栈顶
0x5a dup_x1 复制栈顶数值并将两个复制值压入栈顶
0x5b dup_x2 复制栈顶数值并将三个（或两个）复制值压入栈顶
0x5c dup_2 复制栈顶一个（对于 long 或 double 类型）或两个（非 long 或 double 的其他类型）数值并将复制值压入栈顶 ）
0x5d dup_2_x1 dup_x1 指令的双倍版本
0x5e dup_2_x2 dup_x2 指令的双倍版本
0x5f swap 将栈最顶端的两个数值互换（数值不能是 long 或 double 类型）
0x60 iadd 将栈顶两 int 型数值相加并将结果压入栈顶
0x61 ladd 将栈顶两 long 型数值相加并将结果压入栈顶
0x62 fadd 将栈顶两 float 型数值相加并将结果压入栈顶
0x63 dadd 将栈顶两 double 型数值相加并将结果压入栈顶
0x64 isub 将栈顶两 int 型数值相减并将结果压入栈顶
0x65 lsub 将栈顶两 long 型数值相减并将结果压入栈顶
0x66 fsub 将栈顶两 float 型数值相减并将结果压入栈顶
0x67 dsub 将栈顶两 double 型数值相减并将结果压入栈顶
0x68 imul 将栈顶两 int 型数值相乘并将结果压入栈顶
0x69 lmul 将栈顶两 long 型数值相乘并将结果压入栈顶
0x6a fmul 将栈顶两 float 型数值相乘并将结果压入栈顶
0x6b dmul 将栈顶两 double 型数值相乘并将结果压入栈顶
0x6c idiv 将栈顶两 int 型数值相除并将结果压入栈顶
0x6d ldiv 将栈顶两 long 型数值相除并将结果压入栈顶
0x6e fdiv 将栈顶两 float 型数值相除并将结果压入栈顶
0x6f ddiv 将栈顶两 double 型数值相除并将结果压入栈顶
0x70 irem 将栈顶两 int 型数值作取模运算并将结果压入栈顶
0x71 lrem 将栈顶两 long 型数值作取模运算并将结果压入栈顶
0x72 frem 将栈顶两 float 型数值作取模运算并将结果压入栈顶
0x73 drem 将栈顶两 double 型数值作取模运算并将结果压入栈顶
0x74 ineg 将栈顶两 int 型数值作负并将结果压入栈顶
0x75 lneg 将栈顶两 long 型数值作负并将结果压入栈顶
0x76 fneg 将栈顶两 float 型数值作负并将结果压入栈顶
0x77 dneg 将栈顶两 double 型数值作负并将结果压入栈顶
0x78 ishl 将栈顶两 int 型数值左移位指定位数并将结果压入栈顶
0x79 lshl 将栈顶两 long 型数值左移位指定位数并将结果压入栈顶
0x7a ishr 将栈顶两 int 型数值右（带符号）移位指定位数并将结果压入栈顶
0x7b lshr 将栈顶两 long 型数值右（带符号）移位指定位数并将结果压入栈顶
0x7c iushr 将栈顶两 int 型数值右（无符号）移位指定位数并将结果压入栈顶
0x7d lushr 将栈顶两 long 型数值右（无符号）移位指定位数并将结果压入栈顶
0x7e iand 将栈顶两 int 型数值作 “按位与” 并将结果压入栈顶
0x7f land 将栈顶两 long 型数值作 “按位与” 并将结果压入栈顶
0x80 ior 将栈顶两 int 型数值作 “按位或” 并将结果压入栈顶
0x81 lor 将栈顶两 long 型数值作 “按位或” 并将结果压入栈顶
0x82 ixor 将栈顶两 int 型数值作 “按位异或” 并将结果压入栈顶
0x83 lxor 将栈顶两 long 型数值作 “按位异或” 并将结果压入栈顶
0x84 iinc 将栈顶 int 型变量增加指定值（如i++， i–， i+=2等）
0x85 i2l 将栈顶 int 型数值强制转成 long 型数值并将结果压入栈顶
0x86 i2f 将栈顶 int 型数值强制转成 float 型数值并将结果压入栈顶
0x87 i2d 将栈顶 int 型数值强制转成 double 型数值并将结果压入栈顶
0x88 l2i 将栈顶 long 型数值强制转成 int 型数值并将结果压入栈顶
0x89 l2f 将栈顶 long 型数值强制转成 float 型数值并将结果压入栈顶
0x8a l2d 将栈顶 long 型数值强制转成 double 型数值并将结果压入栈顶
0x8b f2i 将栈顶 float 型数值强制转成 int 型数值并将结果压入栈顶
0x8c f2l 将栈顶 float 型数值强制转成 long 型数值并将结果压入栈顶
0x8d f2d 将栈顶 float 型数值强制转成 double 型数值并将结果压入栈顶
0x8e d2i 将栈顶 double 型数值强制转成 int 型数值并将结果压入栈顶
0x8f d2l 将栈顶 double 型数值强制转成 long 型数值并将结果压入栈顶
0x90 d2f 将栈顶 double 型数值强制转成 float 型数值并将结果压入栈顶
0x91 i2b 将栈顶 int 型数值强制转成 byte 型数值并将结果压入栈顶
0x92 i2c 将栈顶 int 型数值强制转成 char 型数值并将结果压入栈顶
0x93 i2s 将栈顶 int 型数值强制转成 short 型数值并将结果压入栈顶
0x94 lcmp 比较栈顶两 long 型数值的大小，并将结果（1， 0 或 -1）压入栈顶
0x95 fcmpl 比较栈顶两 float 型数值的大小，并将结果（1， 0 或 -1）压入栈顶; 当其中一个数值为 “NaN” 时，将 -1 压入栈顶
0x96 fcmpg 比较栈顶两 float 型数值的大小，并将结果（1， 0 或 -1）压入栈顶; 当其中一个数值为 “NaN” 时，将 1 压入栈顶
0x97 dcmpl 比较栈顶两 double 型数值的大小，并将结果（1， 0 或 -1）压入栈顶; 当其中一个数值为 “NaN” 时，将 -1 压入栈顶
0x98 dcmpg 比较栈顶两 double 型数值的大小，并将结果（1， 0 或 -1）压入栈顶; 当其中一个数值为 “NaN” 时，将 1 压入栈顶
0x99 ifeg 当栈顶 int 型数值等于 0 时跳转
0x9a ifne 当栈顶 int 型数值不等于 0 时跳转
0x9b iflt 当栈顶 int 型数值小于 0 时跳转
0x9c ifge 当栈顶 int 型数值大于或等于 0 时跳转
0x9d ifgt 当栈顶 int 型数值大于 0 时跳转
0x9e ifle 当栈顶 int 型数值小于或等于 0 时跳转
0x9f if_icmpeq 比较栈顶两 int 型数值的大小，当结果等于 0 时跳转
0xa0 if_icmpne 比较栈顶两 int 型数值的大小，当结果不等于 0 时跳转
0xa1 if_icmplt 比较栈顶两 int 型数值的大小，当结果小于 0 时跳转
0xa2 if_icmpge 比较栈顶两 int 型数值的大小，当结果大于或等于 0 时跳转
0xa3 if_icmpgt 比较栈顶两 int 型数值的大小，当结果大于 0 时跳转
0xa4 if_icmple 比较栈顶两 int 型数值的大小，当结果小于或等于 0 时跳转
0xa5 if_icmpeq 比较栈顶两引用型数值，当结果相等时跳转
0xa6 if_icmpnc 比较栈顶两引用型数值，当结果不相等时跳转
0xa7 goto 无条件跳转
0xa8 jsr 跳转至指定的 16 位 offset 位置，并将 jsr 的下一条指令地址压入栈顶
0xa9 ret 返回至本地变量指定的 index 的指令位置（一般与 jsr 或 jsr_w 联合使用）
0xaa tableswitch 用于 switch 条件跳转， case 值连续（可变长度指令）
0xab lookupswitch 用于 switch 条件跳转， case 值连不续（可变长度指令）
0xac ireturn 从当前方法返回 int
0xad lreturn 从当前方法返回 long
0xae freturn 从当前方法返回 float
0xaf dreturn 从当前方法返回 double
0xb0 areturn 从当前方法返回对象引用
0xb1 return 从当前方法返回 void
0xb2 getstatic 获取指定类的静态域，并将其值压入栈顶
0xb3 putstatic 为指定的类的静态域赋值
0xb4 getfield 获取指定类的实例域，并将其值压入栈顶
0xb5 putfield 为指定的类的实例域赋值
0xb6 invokevirtual 调用实例方法
0xb7 invokespecial 调用超类构造方法， 实例初始化方法，私有方法
0xb8 invokestatic 调用静态方法
0xb9 invokeinterface 调用接口方法
0xba invokedynamic 调用动态方法
0xbb new 创建一个对象，并将其引用值压入栈顶
0xbc newarray 创建一个指定的原始类型（如 int， float等）的数组，并将其引用值压入栈顶
0xbd anewarray 创建一个引用型（如 类，接口，数组）的数组，并将其引用值压入栈顶
0xbe arraylength 获得数组的长度值并压入栈顶
0xbf athrow 将栈顶的异常抛出
0xc0 checkcast 检验类型转换， 检验未通过将抛出 ClassCastException
0xc1 instanceof 检验对象是否时指定类的实例， 如果是， 则将 1 压入栈顶，否则将 0 压入栈顶
0xc2 monitorenter 获得对象的锁，用于同步方法或同步块
0xc3 monitorexit 释放对象的锁，用于同步方法或同步块
0xc4 wide 扩展本地变量的宽度
0xc5 multianewarray 创建指定类型和指定维度的多维数组（执行该指令时，操作栈中必须包含各维度的长度值），并将其引用值压入栈顶
0xc6 ifnull 为 null 时跳转
0xc7 ifnonnull 不为 null 时跳转
0xc8 goto_w 无条件跳转（宽索引）
0xc9 jsr_w 跳转至指定的 32 位 offset 位置，并将 jsr_w 的下一条指令地址压入栈顶

tip : 官方JVM指令文档

数据类型在指令中的转化

数据类型 byte short int long float double char reference
简化转化 b s i l f d c a

指令集支持的数据类型

下面表格中T+指令构成 opcode, T 为上面表格各数据类型的简化转化。

opcode byte short int long float double char reference
Tipush bipush sipush
Tconst iconst lconst fconst dconst aconst
Tload iload lload fload dload aload
Tstore istore lstore fstore dstore astore
Tinc iinc
Taload baload saload iaload laload faload daload caload aaload
Tastore bastore sastore iastore lastore fastore dastore castore aastore
Tadd iadd ladd fadd dadd
Tsub isub lsub fsub dsub
Tmul imul lmul fmul dmul
Tdiv idiv ldiv fdiv ddiv
Trem irem lrem frem drem
Tneg ineg lneg fneg dneg
Tshl ishl lshl
Tshr ishr lshr
Tushr iushr lushr
Tand iand land
Tor ior lor
Txor ixor lxor
i2T i2b i2s i2l i2f i2d
l2T l2i l2f l2d
f2T f2i f2l f2d
d2T d2i d2l d2f
Tcmp lcmp
Tcml fcml dcml
Tcmpg fcmpg dcmpg
if_TcmpOP if_icmpOP if_acopOP
Treturn ireturn lreturn freturn dreturn areturn

大部分指令没有支持byte，char和short甚至是boolean，编译器会在编译器或者运行期把这类数据扩展为 int类型数据。

加载/存储指令

加载/存储指令用于将数据在栈帧中的局部变量表和操作数栈之间来回传输。

  • 将一个局部变量加载到操作栈： Tload ， Tload_n 后者表示是一组指令。

  • 将一个数值从操作数栈存储到局部变量表： Tstore ， Tstore_n 后者表示是一组指令。

  • 将一个常量加载到操作数栈： Tipush ， ldc ，T_const 等

  • 扩充局部变量表的访问索引指令：wide

运算指令

对操作数栈的数值进行运算之后把结果重新存入操作栈栈顶。

  • 加法指令 Tadd

  • 减法指令 Tsub

  • 乘法指令 Tmul

  • 除法指令 Tdiv

  • 求余指令 Trem

  • 取反指令 Tneg

  • 位移指令 Tshl, Tshr, Tushr

  • 按位或指令 Tor

  • 按位与指令 Tand

  • 按位异或指令 Txor

  • 局部变量自增指令 Tinc

  • 比较指令 Tcmpg ,Tcmpl

类型转化指令

类型转化指令用于将两种不同的数值类型进行相互转换，这种转换操作一般用于实现用户代码中的显式转换操作，或者用于处理字节码指令集中数据类型相关指令无法与数据类型一一对应的问题。

  • int类型转其他 i2T

  • long类型转其他 l2T

  • float类型转其他 f2T

  • double类型转其他 d2T

对象创建与访问指令

尽管类实例和数组都是对象，但Java虚拟机对类实例和数组的创建与操作使用了不同的字节码指令。

  • 创建类实例 new

  • 创建数组 newarray, anewarray, multianewarray

  • 访问类变量和实例变量 getfield, putfield，getstatic，putstatic

  • 把一个数组元素加载到操作数栈 Taload

  • 将一个操作数栈的值存储到数组元素中 Tastore

  • 取数组长度的指令 arraylength

  • 检查类实例类型 instanceof, checkcast

操作数栈管理指令

  • 将操作数栈栈顶一个或者两个元素出栈 pop，pop2

  • 复制栈顶一个或两个数值并将复制值重新压入栈顶 dup，dup2, dup_x1，dup2_x1,dup_x2，dup2_x2

  • 将栈最顶端两个数值互换 swap

控制转移指令

让虚拟机可以有条件或者无条件地从特定位置指令执行程序而不是在控制转移指令的下一条指令执行程序。

  • 条件分支 ifeq, ifit, ifle, ifne, ifgt, ifge, ifull, ifnonnull, if_icmpeq, if_icmpne, if_icmplt, if_icmpgt, if_icmple, if_icmpge, if_acmpeq, if_acmpne

  • 复合条件分支 tableswitch, lookupswitch

  • 无条件分支 goto, goto_w, jsr, jsr_w, ret

方法调用和返回指令

  • 调用对象的实例方法 invokevirtual，根据对象的实际类型进行分派

  • 调用接口方法 invokeinterface , 会在运行时搜索一个实现了这个接口的方法的对象，找到适合的方法进行调用

  • 调用一些需要特殊处理的实例方法 invokespecial，包括实例初始化方法，私有方法和父类方法

  • 调用类方法 invokestatic 用于调用static方法

  • 运行时动态解析处调用点限定符所引用的方法并执行该方法 invokedynamic ，区别于前面4条指令，它们都在固化在jvm内部，而该指令的分派逻辑是由用户所设定的引导方法决定的。

异常处理指令

athrow 指令用于完成显式抛出异常（throw语句）的操作，除了用throw语句之外，JVM还规定在运行时会在其他 JVM指令检测到异常状况的时候自动抛出。比如当除数为0的时候，JVM会在 idiv或 ldiv 中抛出 ArithmeticException 异常。

同步指令

JVM的同步有一下场景，都是使用管程（Monitor）来支持

  • 方法级的同步，不需要字节码控制，实现于方法调用和返回操作志宏。从方法表中 ACC_SYNCHRONIZED 得到一个方法是否是同步，如果被设置，则执行线程需要先持有管程才能执行，执行完之后释放管程。

  • 方法内部一段指令序列的同步，由synchronized和指令monitorenter 和 monitorexit来支持synchronized共同完成