JVM之方法返回地址詳解
JVM之方法返回地址
JVM運行時數據區的虛擬機棧的棧幀中包含瞭返回地址
當一個方法開始執行後，隻有兩種方式可以退出這個方法。
- 第一種方式是執行引擎遇到任意一個方法返回的字節碼指令（例如：areturn），這時候可能會有返回值傳遞給上層的方法調用者（調用當前方法的方法稱為調用者），是否有返回值和返回值的類型將根據遇到何種方法返回指令來決定，這種退出方法的方式稱為正常完成出口（Normal Method Invocation Completion）。
- 另外一種退出方式是，在方法執行過程中遇到瞭異常，並且這個異常沒有在方法體內得到處理，無論是Java虛擬機內部產生的異常，還是代碼中使用 athrow 字節碼指令產生的異常，隻要在本方法的異常處理器表中沒有搜索到匹配的異常處理器，就會導致方法退出，這種退出方法的方式稱為異常完成出口（Abrupt Method Invocation Completion）。一個方法使用異常完成出口的方式退出，是不會給它的上層調用者產生任何返回值的。
- 無論采用何種退出方式，在方法退出之後，都需要返回到方法被調用的位置，程序才能繼續執行，方法返回時可能需要在棧幀中保存一些信息，用來幫助恢復它的上層方法的執行狀態。
一般來說，方法正常退出時，調用者的程序計數器的值可以作為返回地址，棧幀中很可能會保存這個計數器值。而方法異常退出時，返回地址是要通過異常處理器表來確定的，棧幀中一般不會保存這部分信息。
方法退出的過程實際上就等同於把當前棧幀出棧，因此退出時可能執行的操作有：恢復上層方法的局部變量表和操作數棧，把返回值（如果有的話）壓入調用者棧幀的操作數棧中，調整程序計數器的值以指向方法調用指令後面的一條指令等。
小結一下
虛擬機會使用針對每種返回類型的操作來返回，返回值將從操作數棧出棧並且入棧到調用方法的方法棧幀中，當前棧幀出棧，被調用方法的棧幀變成當前棧幀，程序計數器將重置為調用這個方法的指令的下一條指令。
方法返回地址以及棧幀中的附加信息
方法返回地址
1 點睛
存放調用該方法的 pc 寄存器的值。
一個方法的結束，有兩種方式。
- 正常執行完成。
- 出現未處理的異常，非正常退出。
無論通過哪種方式退出，在方法退出後都返回到該方法被調用的位置。方法正常退出時，調用者的pc計數器的值作為返回地址，即調用該方法的指令的下一條指令的地址。而通過異常退出的，返回地址是要通過異常表來確定，棧幀中一般不會保存這部分信息。
當一個方法開始執行後，隻有兩種方式可以退出這個方法。
a 執行引擎遇到任意一個方法返回的字節碼指令（return），會有返回值傳遞給上層的方法調用者，簡稱正常完成出口。
- 一個方法在正常調用完成之後，究竟需要使用哪一個返回指令，還需要根據方法返回值的實際數據類型而定。
- 在字節碼指令中，返回指令包含ireturn（當返回值是boolean，byte，char，short和int類型時使用），lreturn（Long類型），freturn（Float類型），dreturn（Double類型），areturn。另外還有一個return指令聲明為void的方法，實例初始化方法，類和接口的初始化方法使用。
b 在方法執行過程中遇到異常（Exception），並且這個異常沒有在方法內進行處理，也就是隻要在本方法的異常表中沒有搜索到匹配的異常處理器，就會導致方法退出，簡稱異常完成出口。
方法執行過程中，拋出異常時的異常處理，存儲在一個異常處理表，方便在發生異常的時候找到處理異常的代碼
2 看代碼吧
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
import java.util.Date;
/**
* 返回指令包含ireturn（當返回值是 boolean、byte、char、short和int類型時使用）、
* lreturn、freturn、dreturn以及areturn，
* 另外還有一個return指令供聲明為void的方法、
* 實例初始化方法、類和接口的初始化方法使用。
*/
public class ReturnAddressTest {
public boolean methodBoolean() {
return false;
}
public byte methodByte() {
return 0;
}
public short methodShort() {
return 0;
}
public char methodChar() {
return 'a';
}
public int methodInt() {
return 0;
}
public long methodLong() {
return 0L;
}
public float methodFloat() {
return 0.0f;
}
public double methodDouble() {
return 0.0;
}
public String methodString() {
return null;
}
public Date methodDate() {
return null;
}
public void methodVoid() {
}
static {
int i = 10;
}
public void method2() {
methodVoid();
try {
method1();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public void method1() throws IOException {
FileReader fis = new FileReader("atguigu.txt");
char[] cBuffer = new char[1024];
int len;
while ((len = fis.read(cBuffer)) != -1) {
String str = new String(cBuffer, 0, len);
System.out.println(str);
}
fis.close();
}
}
3 解析後的結果
public boolean methodBoolean();
descriptor: ()Z
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: iconst_0
1: ireturn
LineNumberTable:
line 15: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 2 0 this Lcom/atguigu/java3/ReturnAddressTest;
public byte methodByte();
descriptor: ()B
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: iconst_0
1: ireturn
LineNumberTable:
line 19: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 2 0 this Lcom/atguigu/java3/ReturnAddressTest;
public short methodShort();
descriptor: ()S
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: iconst_0
1: ireturn
LineNumberTable:
line 23: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 2 0 this Lcom/atguigu/java3/ReturnAddressTest;
public char methodChar();
descriptor: ()C
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: bipush 97
2: ireturn
LineNumberTable:
line 27: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 3 0 this Lcom/atguigu/java3/ReturnAddressTest;
public int methodInt();
descriptor: ()I
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: iconst_0
1: ireturn
LineNumberTable:
line 31: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 2 0 this Lcom/atguigu/java3/ReturnAddressTest;
public long methodLong();
descriptor: ()J
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=2, locals=1, args_size=1
0: lconst_0
1: lreturn
LineNumberTable:
line 35: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 2 0 this Lcom/atguigu/java3/ReturnAddressTest;
public float methodFloat();
descriptor: ()F
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: fconst_0
1: freturn
LineNumberTable:
line 39: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 2 0 this Lcom/atguigu/java3/ReturnAddressTest;
public double methodDouble();
descriptor: ()D
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=2, locals=1, args_size=1
0: dconst_0
1: dreturn
LineNumberTable:
line 43: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 2 0 this Lcom/atguigu/java3/ReturnAddressTest;
public java.lang.String methodString();
descriptor: ()Ljava/lang/String;
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aconst_null
1: areturn
LineNumberTable:
line 47: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 2 0 this Lcom/atguigu/java3/ReturnAddressTest;
public java.util.Date methodDate();
descriptor: ()Ljava/util/Date;
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aconst_null
1: areturn
LineNumberTable:
line 51: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 2 0 this Lcom/atguigu/java3/ReturnAddressTest;
public void methodVoid();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=0, locals=1, args_size=1
0: return
LineNumberTable:
line 56: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 1 0 this Lcom/atguigu/java3/ReturnAddressTest;
public void method2();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=2, args_size=1
0: aload_0
1: invokevirtual #2 // Method methodVoid:()V
4: aload_0
5: invokevirtual #3 // Method method1:()V
8: goto 16
11: astore_1
12: aload_1
13: invokevirtual #5 // Method java/io/IOException.printStackTrace:()V
16: return
Exception table:
from to target type
4 8 11 Class java/io/IOException
LineNumberTable:
line 63: 0
line 65: 4
line 68: 8
line 66: 11
line 67: 12
line 69: 16
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
12 4 1 e Ljava/io/IOException;
0 17 0 this Lcom/atguigu/java3/ReturnAddressTest;
StackMapTable: number_of_entries = 2
frame_type = 75 /* same_locals_1_stack_item */
stack = [ class java/io/IOException ]
frame_type = 4 /* same */
public void method1() throws java.io.IOException;
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=5, locals=5, args_size=1
0: new #6 // class java/io/FileReader
3: dup
4: ldc #7 // String atguigu.txt
6: invokespecial #8 // Method java/io/FileReader."<init>":(Ljava/lang/String;)V
9: astore_1
10: sipush 1024
13: newarray char
15: astore_2
16: aload_1
17: aload_2
18: invokevirtual #9 // Method java/io/FileReader.read:([C)I
21: dup
22: istore_3
23: iconst_m1
24: if_icmpeq 50
27: new #10 // class java/lang/String
30: dup
31: aload_2
32: iconst_0
33: iload_3
34: invokespecial #11 // Method java/lang/String."<init>":([CII)V
37: astore 4
39: getstatic #12 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
42: aload 4
44: invokevirtual #13 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
47: goto 16
50: aload_1
51: invokevirtual #14 // Method java/io/FileReader.close:()V
54: return
LineNumberTable:
line 72: 0
line 73: 10
line 75: 16
line 76: 27
line 77: 39
line 78: 47
line 79: 50
line 80: 54
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
39 8 4 str Ljava/lang/String;
0 55 0 this Lcom/atguigu/java3/ReturnAddressTest;
10 45 1 fis Ljava/io/FileReader;
16 39 2 cBuffer [C
23 32 3 len I
StackMapTable: number_of_entries = 2
frame_type = 253 /* append */
offset_delta = 16
locals = [ class java/io/FileReader, class "[C" ]
frame_type = 252 /* append */
offset_delta = 33
locals = [ int ]
Exceptions:
throws java.io.IOException
static {};
descriptor: ()V
flags: ACC_STATIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=0
0: bipush 10
2: istore_0
3: return
LineNumberTable:
line 59: 0
line 60: 3
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
}
說明
可以觀察一下各種方法的 return 字節碼指令到底是什麼。
體會一下異常表。
Exception table:
from to target type
4 8 11 Class java/io/IOException
本質上，方法的退出就是當前棧幀出棧的過程。此時，需要恢復上層方法的局部變量表、操作數棧、將返回值壓入調用者棧幀的操作數棧、設置PC寄存器值等，讓調用者方法繼續執行下去。
正常完成出口和異常完成出口的區別在於：通過異常完成出口退出的不會給他的上層調用者產生任何的返回值。
一些附加信息
棧幀中還允許攜帶與 Java 虛擬機實現相關的一些附加信息。例如：對程序調試提供支持的信息。
以上為個人經驗，希望能給大傢一個參考，也希望大傢多多支持WalkonNet。