JVM 常用字节码指令有哪些？

JVM 字节码指令集非常庞大，包含了大量的指令来完成各种操作。 我们只需要掌握一些常用的字节码指令即可。

以下是一些最常用、最核心的 JVM 字节码指令，按照功能类别进行划分：

1. 操作数栈 (Operand Stack) 操作指令:

• nop (No Operation): 什么也不做，空指令，通常用于调试或占位。
• aconst_null (Push null): 将 null 引用值推送到操作数栈顶。
• iconst_m1, iconst_0, iconst_1, iconst_2, iconst_3, iconst_4, iconst_5 (Push int constant): 将 int 型常量 -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5 推送到操作数栈顶。
• fconst_0, fconst_1, fconst_2 (Push float constant): 将 float 型常量 0.0f, 1.0f, 2.0f 推送到操作数栈顶。
• dconst_0, dconst_1 (Push double constant): 将 double 型常量 0.0d, 1.0d 推送到操作数栈顶。
• lconst_0, lconst_1 (Push long constant): 将 long 型常量 0L, 1L 推送到操作数栈顶。
• bipush (Push byte): 将 byte 型常量 推送到操作数栈顶。
• sipush > (Push short): 将 short 型常量 > 推送到操作数栈顶。
• ldc (Load constant): 从常量池中加载 int, float, String 类型常量或类引用推送到操作数栈顶。
• ldc_w (Load constant wide): 宽索引版本 ldc，用于加载常量池索引范围更大的常量。
• ldc2_w (Load constant wide 2): 从常量池中加载 long 或 double 类型常量推送到操作数栈顶 (占用两个栈槽)。
• pop (Pop top operand stack value): 将栈顶数值弹出 (通常用于丢弃不需要的计算结果)。
• pop2 (Pop top 2 operand stack values): 将栈顶两个数值弹出 (用于 long 和 double 类型，或两个非 long 和 double 类型的值)。
• dup (Duplicate top operand stack value): 复制栈顶数值，并将副本压入栈顶。
• dup_x1 (Duplicate top operand stack value and insert below): 复制栈顶数值，并将副本插入到栈顶数值之下。
• dup_x2 (Duplicate top operand stack value and insert two values down): 复制栈顶数值，并将副本插入到栈顶数值之下两个位置。
• dup2 (Duplicate top 1 or 2 operand stack values): 复制栈顶一个或两个数值，并将副本压入栈顶 (用于 long 和 double 或两个非 long 和 double 类型的值)。
• dup2_x1 (Duplicate top 1 or 2 operand stack values and insert below): 复制栈顶一个或两个数值，并将副本插入到栈顶数值之下。
• dup2_x2 (Duplicate top 1 or 2 operand stack values and insert two values down): 复制栈顶一个或两个数值，并将副本插入到栈顶数值之下两个位置。
• swap (Swap top two operand stack values): 交换栈顶两个数值。

2. 局部变量表 (Local Variable Table) 访问指令:

• iload , fload , aload , lload , dload (Load from local variable): 将指定索引的 int, float, reference, long, double 型局部变量加载到操作数栈顶。
• iload_0, iload_1, iload_2, iload_3 (Load int from local variable 0-3): 加载索引为 0, 1, 2, 3 的 int 型局部变量到栈顶 (更高效的指令)。
• fload_0, fload_1, fload_2, fload_3 (Load float from local variable 0-3): 加载索引为 0, 1, 2, 3 的 float 型局部变量到栈顶。
• aload_0, aload_1, aload_2, aload_3 (Load reference from local variable 0-3): 加载索引为 0, 1, 2, 3 的 reference 型局部变量到栈顶 (例如 this 引用通常在索引 0)。
• lload_0, lload_1, lload_2, lload_3 (Load long from local variable 0-3): 加载索引为 0, 1, 2, 3 的 long 型局部变量到栈顶。
• dload_0, dload_1, dload_2, dload_3 (Load double from local variable 0-3): 加载索引为 0, 1, 2, 3 的 double 型局部变量到栈顶。
• istore , fstore , astore , lstore , dstore (Store into local variable): 将栈顶的 int, float, reference, long, double 型数值存储到指定索引的局部变量。
• istore_0, istore_1, istore_2, istore_3 (Store int into local variable 0-3): 将栈顶 int 型数值存储到索引为 0, 1, 2, 3 的局部变量 (更高效的指令)。
• fstore_0, fstore_1, fstore_2, fstore_3 (Store float into local variable 0-3): 将栈顶 float 型数值存储到索引为 0, 1, 2, 3 的局部变量。
• astore_0, astore_1, astore_2, astore_3 (Store reference into local variable 0-3): 将栈顶 reference 型数值存储到索引为 0, 1, 2, 3 的局部变量。
• lstore_0, lstore_1, lstore_2, lstore_3 (Store long into local variable 0-3): 将栈顶 long 型数值存储到索引为 0, 1, 2, 3 的局部变量。
• dstore_0, dstore_1, dstore_2, dstore_3 (Store double into local variable 0-3): 将栈顶 double 型数值存储到索引为 0, 1, 2, 3 的局部变量。

3. 运算指令:

• 算术运算:
  • iadd, fadd, dadd, ladd (加法)
  • isub, fsub, dsub, lsub (减法)
  • imul, fmul, dmul, lmul (乘法)
  • idiv, fdiv, ddiv, ldiv (除法)
  • irem, frem, drem, lrem (求余数)
  • ineg, fneg, dneg, lneg (取反)
  • ishl, lshl (左移)
  • ishr, lshr (算术右移)
  • iushr, lushr (逻辑右移)
  • iand, land (按位与)
  • ior, lor (按位或)
  • ixor, lxor (按位异或)
  • iinc (int 变量自增，局部变量表操作)
• 类型转换:
  • i2b, i2c, i2s (int 转 byte, char, short)
  • i2l, i2f, i2d (int 转 long, float, double)
  • l2i, l2f, l2d (long 转 int, float, double)
  • f2i, f2l, f2d (float 转 int, long, double)
  • d2i, d2l, d2f (double 转 int, long, float)
• 比较:
  • lcmp (long 比较)
  • fcmpl, fcmpg (float 比较，l 表示 NaN 时结果为 -1，g 表示 NaN 时结果为 1)
  • dcmpl, dcmpg (double 比较，l 表示 NaN 时结果为 -1，g 表示 NaN 时结果为 1)

4. 类型转换和检查指令:

• checkcast (Check whether object is of given type): 检查对象是否是指定类型，如果是则继续，否则抛出 ClassCastException。
• instanceof (Determine if object is of given type): 检查对象是否是指定类型的实例，结果 (1 或 0) 推送到操作数栈顶。

5. 对象操作指令:

• new (Create new object): 创建一个对象，但不初始化，只在堆上分配空间，并将未初始化的对象引用推送到操作数栈顶。
• anewarray (Create new array of references): 创建一个指定组件类型的引用类型数组，数组长度从操作数栈弹出。
• newarray (Create new array of primitive type): 创建一个指定基本类型的基本类型数组，数组长度从操作数栈弹出 (例如 int, boolean, char 等)。
• arraylength (Get length of array): 获取数组长度，数组引用从操作数栈弹出，数组长度推送到栈顶。
• aaload, baload, caload, saload, iaload, laload, faload, daload (Load from array): 从数组中加载元素，数组引用和索引从操作数栈弹出，加载的元素值推送到栈顶 (对应 reference, byte, char, short, int, long, float, double 类型)。
• aastore, bastore, castore, sastore, iastore, lastore, fastore, dastore (Store into array): 将值存储到数组中，数组引用、索引和要存储的值从操作数栈弹出 (对应 reference, byte, char, short, int, long, float, double 类型)。
• getfield (Fetch field from object): 获取对象的实例字段的值，对象引用从操作数栈弹出，字段值推送到栈顶。
• putfield (Set field in object): 设置对象的实例字段的值，对象引用和要设置的字段值从操作数栈弹出。
• getstatic (Get static field from class): 获取类的静态字段的值，字段值推送到操作数栈顶。
• putstatic (Set static field in class): 设置类的静态字段的值，要设置的字段值从操作数栈弹出。

6. 方法调用和返回指令:

• invokevirtual (Invoke virtual method): 调用对象的虚方法 (运行时多态)。
• invokespecial (Invoke instance method; special handling): 调用实例方法，但需要特殊处理的情况，例如：
  • 调用父类方法 (super.method())
  • 调用私有方法
  • 调用构造器 ()
• invokestatic (Invoke a class (static) method): 调用静态方法。
• invokeinterface (Invoke interface method): 调用接口方法。
• invokedynamic (Invoke dynamic method): 用于支持动态语言特性，例如 Lambda 表达式、动态代理等 (JDK 7 新增)。
• ireturn, freturn, areturn, lreturn, dreturn (Return from method): 从方法返回，并将栈顶的 int, float, reference, long, double 类型值作为返回值返回。
• return (Return void from method): 从 void 方法返回。

7. 控制流指令:

• 条件跳转:
  • ifeq (If int compare with zero is equal branch): 如果栈顶 int 型数值等于 0，则跳转。
  • ifne (If int compare with zero is not equal branch): 如果栈顶 int 型数值不等于 0，则跳转。
  • iflt (If int compare with zero is less than branch): 如果栈顶 int 型数值小于 0，则跳转。
  • ifge (If int compare with zero is greater than or equal branch): 如果栈顶 int 型数值大于等于 0，则跳转。
  • ifgt (If int compare with zero is greater than branch): 如果栈顶 int 型数值大于 0，则跳转。
  • ifle (If int compare with zero is less than or equal branch): 如果栈顶 int 型数值小于等于 0，则跳转。
  • if_icmpeq (If int compare equal branch): 如果栈顶两个 int 型数值相等，则跳转。
  • if_icmpne (If int compare not equal branch): 如果栈顶两个 int 型数值不相等，则跳转。
  • if_icmplt (If int compare less than branch): 如果栈顶第一个 int 型数值小于第二个，则跳转。
  • if_icmpge (If int compare greater than or equal branch): 如果栈顶第一个 int 型数值大于等于第二个，则跳转。
  • if_icmpgt (If int compare greater than branch): 如果栈顶第一个 int 型数值大于第二个，则跳转。
  • if_icmple (If int compare less than or equal branch): 如果栈顶第一个 int 型数值小于等于第二个，则跳转。
  • ifnull (If reference is null branch): 如果栈顶 reference 型数值为 null，则跳转。
  • ifnonnull (If reference is not null branch): 如果栈顶 reference 型数值不为 null，则跳转。
• 无条件跳转:
  • goto (Branch always): 无条件跳转到指定偏移量。
  • goto_w (Branch always wide): 宽偏移量版本 goto，用于跳转范围更大的情况。
• tableswitch (Access jump table by index and jump): 用于 switch 语句 (当 case 值连续时)。
• lookupswitch (Access jump table by key match and jump): 用于 switch 语句 (当 case 值不连续时)。

8. 异常处理指令:

• athrow (Throw exception or error): 将栈顶的异常对象抛出。
• checkcast (Check whether object is of given type): 检查对象类型，如果类型不匹配，抛出 ClassCastException (也可以用于类型检查，不仅仅是异常处理)。
• monitorenter (Enter monitor for object): 尝试获取对象的 monitor (锁)，用于 synchronized 关键字的同步块的开始。
• monitorexit (Exit monitor for object): 释放对象的 monitor (锁)，用于 synchronized 关键字的同步块的结束。

类型缩写:

在指令助记符中，通常会使用一些类型缩写来表示操作的数据类型：

• i: int
• l: long
• f: float
• d: double
• a: reference (对象引用)
• b: byte
• c: char
• s: short

学习建议:

• 无需记住所有指令: 字节码指令数量庞大，不需要全部记住，重点掌握常用的指令和它们的功能。
• 结合实例学习: 通过查看 Java 代码编译后的字节码，结合具体的代码示例来学习指令，更容易理解。可以使用 javap -c <类名> 命令反编译 .class 文件查看字节码。
• 关注指令类别: 按照功能类别 (操作数栈、局部变量表、运算、控制流等) 来学习，更容易形成体系。
• 查阅 JVM 规范: 如果需要深入了解某个指令的细节，可以查阅 JVM 规范 (The Java Virtual Machine Specification)。
• 理解 JVM 的基本执行模型: 基于栈的指令集、操作数栈、局部变量表等。
• 分析 Java 代码的性能: 通过分析字节码，可以了解代码的执行效率，找出潜在的性能瓶颈。
• 进行更深层次的 Java 调优: 理解字节码优化，可以编写更高效的 Java 代码。
• 深入理解 Java 语言特性: 例如，多态、异常处理、同步机制等在字节码层面的实现。