JVM之方法返回地址详解
时间：2022-12-15 10:32:03 | 栏目：JAVA代码 | 点击：次
JVM之方法返回地址
JVM运行时数据区的虚拟机栈的栈帧中包含了返回地址
当一个方法开始执行后，只有两种方式可以退出这个方法。
- 第一种方式是执行引擎遇到任意一个方法返回的字节码指令（例如：areturn），这时候可能会有返回值传递给上层的方法调用者（调用当前方法的方法称为调用者），是否有返回值和返回值的类型将根据遇到何种方法返回指令来决定，这种退出方法的方式称为正常完成出口（Normal Method Invocation Completion）。
- 另外一种退出方式是，在方法执行过程中遇到了异常，并且这个异常没有在方法体内得到处理，无论是Java虚拟机内部产生的异常，还是代码中使用 athrow 字节码指令产生的异常，只要在本方法的异常处理器表中没有搜索到匹配的异常处理器，就会导致方法退出，这种退出方法的方式称为异常完成出口（Abrupt Method Invocation Completion）。一个方法使用异常完成出口的方式退出，是不会给它的上层调用者产生任何返回值的。
- 无论采用何种退出方式，在方法退出之后，都需要返回到方法被调用的位置，程序才能继续执行，方法返回时可能需要在栈帧中保存一些信息，用来帮助恢复它的上层方法的执行状态。
一般来说，方法正常退出时，调用者的程序计数器的值可以作为返回地址，栈帧中很可能会保存这个计数器值。而方法异常退出时，返回地址是要通过异常处理器表来确定的，栈帧中一般不会保存这部分信息。
方法退出的过程实际上就等同于把当前栈帧出栈，因此退出时可能执行的操作有：恢复上层方法的局部变量表和操作数栈，把返回值（如果有的话）压入调用者栈帧的操作数栈中，调整程序计数器的值以指向方法调用指令后面的一条指令等。
小结一下
虚拟机会使用针对每种返回类型的操作来返回，返回值将从操作数栈出栈并且入栈到调用方法的方法栈帧中，当前栈帧出栈，被调用方法的栈帧变成当前栈帧，程序计数器将重置为调用这个方法的指令的下一条指令。
方法返回地址以及栈帧中的附加信息
方法返回地址
1 点睛
存放调用该方法的 pc 寄存器的值。
一个方法的结束，有两种方式。
- 正常执行完成。
- 出现未处理的异常，非正常退出。
无论通过哪种方式退出，在方法退出后都返回到该方法被调用的位置。方法正常退出时，调用者的pc计数器的值作为返回地址，即调用该方法的指令的下一条指令的地址。而通过异常退出的，返回地址是要通过异常表来确定，栈帧中一般不会保存这部分信息。
当一个方法开始执行后，只有两种方式可以退出这个方法。
a 执行引擎遇到任意一个方法返回的字节码指令（return），会有返回值传递给上层的方法调用者，简称正常完成出口。
- 一个方法在正常调用完成之后，究竟需要使用哪一个返回指令，还需要根据方法返回值的实际数据类型而定。
- 在字节码指令中，返回指令包含ireturn（当返回值是boolean，byte，char，short和int类型时使用），lreturn（Long类型），freturn（Float类型），dreturn（Double类型），areturn。另外还有一个return指令声明为void的方法，实例初始化方法，类和接口的初始化方法使用。
b 在方法执行过程中遇到异常（Exception），并且这个异常没有在方法内进行处理，也就是只要在本方法的异常表中没有搜索到匹配的异常处理器，就会导致方法退出，简称异常完成出口。
方法执行过程中，抛出异常时的异常处理，存储在一个异常处理表，方便在发生异常的时候找到处理异常的代码
2 看代码吧
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
import java.util.Date;
/**
* 返回指令包含ireturn（当返回值是 boolean、byte、char、short和int类型时使用）、
* lreturn、freturn、dreturn以及areturn，
* 另外还有一个return指令供声明为void的方法、
* 实例初始化方法、类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 解析后的结果
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
}
说明
可以观察一下各种方法的 return 字节码指令到底是什么。
体会一下异常表。
Exception table:
from to target type
4 8 11 Class java/io/IOException
本质上，方法的退出就是当前栈帧出栈的过程。此时，需要恢复上层方法的局部变量表、操作数栈、将返回值压入调用者栈帧的操作数栈、设置PC寄存器值等，让调用者方法继续执行下去。
正常完成出口和异常完成出口的区别在于：通过异常完成出口退出的不会给他的上层调用者产生任何的返回值。
一些附加信息
栈帧中还允许携带与 Java 虚拟机实现相关的一些附加信息。例如：对程序调试提供支持的信息。