05｜机器与语言：JVM 中的字节码

康杨

你好，我是康杨。今天我们来聊聊 JVM 的语言——字节码。
在前面的介绍中，我们提到过 Java 语言的平台无关性，这也是 Java 能够快速崛起的原因之一。我们只需要用 Java 语言完成业务逻辑的开发，JVM 就会帮助我们完成在物理服务器上的运行，而不用去关心底层硬件平台的差异性，能够达成这种效果的关键角色就是字节码。
借助字节码，JVM 屏蔽了上层编程语言（Java、Scala ）和下层硬件平台的多样性。而 JVM 被认为是字节码的运行时。
字节码是什么?Java 源代码经过编译器编译后，就会生成 JVM 字节码，它是 Java 程序在 JVM 上执行的中间表示形式。JVM 字节码是一种基于栈的指令集架构（Stack-based Instruction Set Architecture）。每个字节码指令都会在 JVM 上执行一系列的操作，如加载、存储、运算、跳转等。
它使用基于操作数栈和局部变量表的执行模型。具有以下特点：
独立于具体的硬件和操作系统，不同平台上的 JVM 可以解释和执行相同的字节码文件。
相对于机器码和源代码，JVM 字节码是一种更高级别的抽象，并且比机器码更容易阅读和编写（理解）。
JVM 字节码通过运行时的即时编译器或解释器执行。

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总结

JVM字节码是Java程序在JVM上执行的中间表示形式，具有跨平台的能力。字节码通过运行时的即时编译器或解释器执行，使得Java程序具备了很高的可移植性和兼容性。本文深入介绍了字节码的特点、获取和查看字节码文件的方法，以及字节码指令集的内容。此外，还解析了JVM如何执行字节码的过程，包括乘法和除法运算的字节码执行过程。文章强调了在编写字节码时需要注意的最佳实践和优化点，以及在现实环境中的应用实例。通过对字节码的深入了解，读者可以更好地理解JVM的执行过程，从而进行性能优化和问题排查。文章还提到了如何利用字节码进行程序优化，包括减少栈操作、合理使用加载和存储指令、避免重复计算等技巧。了解并恰当应用字节码技术可以优化性能，提升代码的简洁性，对于实际项目具有重要意义。

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浩仔是程序员
那个例子有点看不懂
作者回复: 比如那些部分没有看明白呢
2023-08-30归属地：广东
2
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临风
老师，有个地方不太理解，为什么通过动态代理生成的List就比原来的性能更好，代理get方法后，不是也要执行判空逻辑吗？对于字节码的应用，我想到的一个是性能监控，大概了解了一下，像skywalking就是通过注入字节码，将trace ID保存到threadLocal中去，并在调用其他接口时设置到header中去，由此完成了链路跟踪的功能。
作者回复: 动态代理生成的List比原来的性能更好，其主要原因在于动态代理可以在运行时生成代理对象，并动态地决定何时、如何和哪些方法去执行，避免了不必要的逻辑判断。比如我们在代理get方法时，本来需要检测参数是否为null，代理后我们可以预先设定null无效化，并在代理代码中直接跳过这个逻辑，避免进行null判断，这样就可以提升执行效率。至于字节码应用的例子，你的理解完全正确。像SkyWalking这样的性能监控工具就是通过字节码注入技术，将追踪代码注入到目标方法中，从而获取方法的调用链路、调用时长等信息。具体到SkyWalking，其实使用此种技术主要是为了完成对分布式链路追踪的功能。
2023-08-30归属地：广东
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Geek_f46b9e
为什么采用乘以反数的方式替代除法计算可以提高运算效率呢
作者回复: 这是因为在硬件或底层软件中实现除法运算，需要进行更复杂的算法和数学计算。因此，如果有可能，程序员倾向于使用其他方式（如乘法或位运算）来避免除法运算，以提高程序的运行效率
2023-09-09归属地：广东
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非洲黑猴子
最后这个例子不太明白, OptimizedStringProcessor怎么就快了? 谢谢
2023-09-12归属地：美国
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peter
请教老师几个问题： Q1：“利用动态代理生成类的字节码”，这句话不太理解：文中是Java代码啊，什么时候生成字节码？类编译后就是字节码，还需要二次生成字节码？ Q2：#后面跟一个数字，比如#2表示什么意思？ Q3：在进行底层运算之前，JVM进行了自己的字节码运算，是吗？如果是这样，相当于有两次运算，首先在JVM中进行了字节码级别的运算，然后交给系统CPU进行第二次运算，是吗？（我原来一直认为是把字节码翻译为机器码，然后运行）
2023-08-30归属地：北京
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JavaBit
OptimizedStringProcessor这个例子出错了吧，我测试了下没有调用get方法，使用的是iterator的方法，字符串并没有变成大写。另外，这个例子哪里可以体现性能的优化呢，有没有大批量的数据验证呢
2024-03-06归属地：上海
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