虚拟机字节码执行引擎_02-基于栈的字节码解释执行引擎

Posted on | In , |
Words count in article: 627

基于栈的字节码解释执行引擎

这个栈，就是栈帧中的操作数栈。

解释执行

先通过 javac 将代码编译成字节码，虚拟机再通过加载字节码文件，解释执行字节码文件生成机器码，解释执行的流程如下：

1
词法分析 -> 语法分析 -> 形成抽象语法树 -> 遍历语法树生成线性字节码指令流

指令集分类

基于栈的指令集

  • 优点：

    • 可移植：寄存器由硬件直接提供，程序如果直接依赖这些硬件寄存器，会不可避免的受到硬件的约束；
    • 代码更紧凑：字节码中每个字节对应一条指令，多地址指令集中还需要存放参数；
    • 编译器实现更简单：不需要考虑空间分配问题，所需的空间都在栈上操作。

  • 缺点： 执行速度稍慢

    • 完成相同的功能，需要更多的指令，因为出入栈本身就产生相当多的指令；
    • 频繁的栈访问导致频繁的内存访问，对于处理器而言，内存是执行速度的瓶颈。

  • 示例： 两数相加

    1
    2
    3
    4
    iconst_1  // 把常量1入栈
    iconst_1
    iadd      // 把栈顶两元素出栈相加，结果入栈
    istore_0  // 把栈顶值存入第0个Slot中

基于寄存器的指令集

示例： 两数相加

1
2
mov  eax, 1
add  eax, 1

执行过程分析

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
public class Architecture {
    /*
    calc函数的字节码分析：
    public int calc();
    descriptor: ()I
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
    stack=2, locals=4, args_size=1 // stack=2，说明需要深度为2的操作数栈
                                   // locals=4，说明需要4个Slot的局部变量表
    0: bipush 100                  // 将单字节的整型常数值push到操作数栈
    2: istore_1                    // 将操作数栈顶的整型值出栈并存放到第一个局部变量Slot中
    3: sipush 200
    6: istore_2
    7: sipush 300
    10: istore_3
    11: iload_1                    // 将局部变量表第一个Slot中的整型值复制到操作数栈顶
    12: iload_2
    13: iadd                       // 将操作数栈中头两个元素出栈并相加，将结果重新入栈
    14: iload_3
    15: imul                       // 将操作数栈中头两个元素出栈并相乘，将结果重新入栈
    16: ireturn                    // 返回指令，结束方法执行，将操作数栈顶的整型值返回给此方法的调用者
    */
    
    public int calc() {
        int a = 100;
        int b = 200;
        int c = 300;
        return (a + b) * c;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Architecture architecture = new Architecture();
        architecture.calc();
    }
}
0%