Java字节码与Dalvik字节码

1. JVM语言无关性

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• JVM只与字节码关联，而不与Java语言直接关联。事实上，JRuby，Groovy等语言也可以由相应的编译器编译为字节码，然后由JVM解释执行。甚至可以自己写一个class字节码文件，然后由JVM来执行。

2. class类文件结构

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• 任何一个class文件都对应着唯一一个类或接口的定义信息。

• class文件是一组8字节为基础单位的二进制流，各个数据项完全按照规范要求排列，中间无空隙。数据项只有两种：无符号数和表。

  • 无符号数分为u1，u2，u4，u8

  • 表是多个无符号数或者其他表作为数据项构成的复合数据类型，所有表都以_info结尾。

  • 由于中间无空隙，所以要表示同一类型，但长度不确定的数据时，一般会将数据长度放在前面，后面紧跟数据。

• 字节码结构

• magic：4B，标示是Java class文件，为0xCAFEBABE

• version: class：文件版本号。JVM必须拒绝执行任何超过其版本号的class文件。

• constant_pool: 常量池，最复杂的区域。

  • 放在最前面的为常量池计数器。由于index0用来表示了“不引用任何常量池”，故index都是从1开始的。计数也是从1开始的。

  • 常量池存放了两大常量

     		a) 字面量：字符串，常量值等
     		b) 符号引用：包括类的全限定名，字段名称和描述符，方法名称和描述符。
    

• access_flags: 访问标志

  由标志位组成，包括class是类还是接口，是否public，是否abstract，是否final，是否enum，annotation等

• this_class, super_class, interfaces: 类索引，父类索引和接口索引集合

• fields：字段集合表

• methods：方法集合表。

• attributes: 属性表，

   		1) code：存放方法的字节码
   		2) constantValue：final字段的常量值
   		3) Deprecated：被声明为deprecated的方法和字段
   		4) exceptions：异常表
   		5) EnclosingMethod：当类为局部类（方法里面的内部类）时，才有这个字段。它表示类处在哪个方法中
   		6) InnerClasses：内部类列表
  

3. 字节码指令

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• 方法编译出的字节码会变成字节码指令，一般包含指令和操作数两部分。

  • 对于Hotspot，由于采用了栈结构，操作数一般放在栈中，只需要入栈和出栈。故字节码中一般只需要指令即可

  • 对于dalvik，由于采用了register结构，操作数需要从指令中读取，然后放到register中。故字节码中一般会包含指令和操作数。

  • 操作码严格控制为1B，故只能定义256种指令。但大大缩小了字节码文件大小

• 大多数指令中包含了要处理的类型信息，如iload fload

  但不可能所有的类型信息都包含，因为只有256种指令。解决方法：byte short带符号扩展为int，Boolean和char无符号扩展为int。故实际上，最终都是使用了int来作为运算类型。

• 指令集：

  • load, store：将数值从操作数栈存储到局部变量表，或从局部变量表加载到操作数栈中
  • add sub mul div rem neg shl or and xor inc cmpg:
    运算指令，加减乘除，移位，位或与异或，比较等
  • i2b，i2c：类型转换
  • new，newarray，getfield，arraylength，instanceof：对象创建和访问
  • pop pop2 swap dup dup2：操作数栈入栈和出栈
  • ifeq ifne goto ret：分支控制
  • invokeVirtual invokeInterface invokeStatic：方法调用和返回
  • athrow：异常处理
  • monitorenter，monitorexit：线程同步，用来支持synchronized关键字

4. Dalvik字节码与Java字节码的区别

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1. JVM运行的是Java字节码，dalvik运行的是dalvik字节码。二者指令集不同

2. dalvik可执行文件体积更小。dalvik只有一个dex文件(不使用dex分包情况下），所有类文件共享同一个常量池，所以相同的常量只出现一次。

2. JVM基于栈，dalvik基于寄存器。寄存器与CPU紧耦合，速度远远快于基于内存的栈。基于寄存器使得代码执行速度快很多，但由于指令中要存储操作数，故代码会稍大。