4. 指令解析

为了便于理解，以TestHelloWorld类中有一个hello方法为例，学习字节码和源代码之间的关联性。
TestHelloWorld类的hello方法代码如下：

public String hello(String content) {
    String str = "Hello:";
    return str + content;
}

hello方法是一个非静态方法，返回值是String，hello方法有一个String类型的参数。
编译后的栈指令如下：

{
    "opcodes": [
        "ldc #3 <Hello:>", 
        "astore_2", 
        "new #4 <java/lang/StringBuilder>", 
        "dup", 
        "invokespecial #5 <java/lang/StringBuilder.<init>>", 
        "aload_2", 
        "invokevirtual #6 <java/lang/StringBuilder.append>", 
        "aload_1", 
        "invokevirtual #6 <java/lang/StringBuilder.append>", 
        "invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.toString>", 
        "areturn"
    ]
}

hello方法字节码解析

虽然hello方法的代码非常简单，但是翻译成指令后就会变得比较难以理解了，有很多细节是隐藏在编译细节中的，比如return str + content;是一个简单的两个字符串相加的操作，但实际上javac编译时会创建一个StringBuilder对象，然后调用append方法来实现str字符串和content字符串相加的。

hello方法字节码解析：

1. ldc表示的是将int, float或String型常量值从常量池中推送至栈顶，而ldc #3表示的是将常量池中的第三个索引位置压入栈顶，也就是Hello:；
2. astore_2表示的是将栈顶的值存入到局部变量表的第二个位置，局部变量表的索引位置是从0开始的，因为hello方法是一个非静态方法，所以索引0表示的是this对象（如果是static方法那么就意味着没有this对象，索引0就应该表示第一个参数）。索引1表示的是hello方法的第一个参数，也就是String content。如果在方法体中想创建一个新的对象，那么就必须计算这个变量在局部变量表中的索引位置，否则无法存储对象。还有一个需要特别注意的点是long和double是宽类型(wide type)需要占用两个索引位置。astore_2实际上表达的是将栈顶的对象压入到局部变量表中，等价于String arg2 = new String("Hello:")；
3. new #4表示的是创建java/lang/StringBuilder类实例；
4. dup表示复制栈顶数值并将复制值压入栈顶，即StringBuilder对象；
5. invokespecial #5，invokespecial表示的是调用超类构造方法，实例初始化方法，私有方法，即调用StringBuilder类的构造方法(<init>)，#5在常量池中是一个CONSTANT_METHOD_REF类型的对象，用于表示一个类方法引用，invokespecial #5实际上是在调用的StringBuilder的构造方法，等价于：new StringBuilder()；
6. aload_2表示的是加载局部变量表中的第二个变量，也就是读取astore_2存入的值，即Hello:。
7. invokevirtual #6表示的是调用StringBuilder类的append方法，等价于：sb.append("Hello:")；
8. aload_1表示的是将局部变量表中的第一个变量压入栈顶，也就是将hello方法的第一个参数content的值压入栈顶；
9. invokevirtual #6，再次调用StringBuilder类的append方法，等价于：sb.append(content)；
10. invokevirtual #7，调用StringBuilder类的toString方法，等价于：sb.toString()；
11. areturn表示的是返回一个引用类型对象，需要注意的是如果不同的数据类型需要使用正确的return指令；

hello方法的逻辑非常简单，如果只是看源代码的情况下我们可以秒懂该方法的执行流程和逻辑，但是如果我们从字节码层来看就会显得非常复杂不便于阅读；从第3步到第10步实际上只是在做源代码中的str + content字符串相加操作而已。正是因为直接阅读虚拟机的指令对我们是一种非常不好的体验，所以才会有根据字节码逆向生成Java源代码的需求，通过反编译工具我们能够非常好的阅读程序逻辑，从而省去阅读字节码和指令的压力。但是反编译工具不是万能的，某些时候在解析指令的时候可能会报错，甚至是崩溃，所以为了更好的分析类业务逻辑以及学习ASM字节码库，我们需要尽可能的掌握字节码解析和虚拟机指令解析的原理。