JVM汇编总结

无关性的基石

计算机只认识0和1，所以我们写的程序需要被编译器翻译成0和1才能被计算机执行。10多年的时间过去了，今天的计算机仍然只识别0和1,但由于最近10年内虚拟机及建立在虚拟机之上的大量程序语言如后春笋般出现并蓬勃发展，将我们编写字的程序编译成二进制本地机器码已经不再是唯一的选择，越来越多的程序语言选择了与操作系统和机器指令集无关的，平台中立的格式作为程序编译后的存储格式。“一次编写，到处运行”。

JAVA 虚拟机规范
https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se11/html/index.html

JAVA 语言规范
https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se11/html/index.html

java虚拟机提供的平台无关性

概念

字节码

即JAVA源文件编译后的字节码文件，文件格式内容<<深入理解java 虚拟机>> 第六章类文件格式,有详细讲解.包括JVM汇编指令.字节码与JVM汇编助记符见<<深入理解JAVA虚拟机>>附录Ｂ

汇编

JAVA语言的运行时汇编为AT&T汇编,详见下文
https://www.jianshu.com/p/74d54c9d818d

volatile 关键字可见性分析实例

javap 指令可以反JVM汇编

用法: javap <options> <classes>
其中, 可能的选项包括:
  -help  --help  -?        输出此用法消息
  -version                 版本信息
  -v  -verbose             输出附加信息
  -l                       输出行号和本地变量表
  -public                  仅显示公共类和成员
  -protected               显示受保护的/公共类和成员
  -package                 显示程序包/受保护的/公共类
                           和成员 (默认)
  -p  -private             显示所有类和成员
  -c                       对代码进行反汇编
  -s                       输出内部类型签名
  -sysinfo                 显示正在处理的类的
                           系统信息 (路径, 大小, 日期, MD5 散列)
  -constants               显示最终常量
  -classpath <path>        指定查找用户类文件的位置
  -cp <path>               指定查找用户类文件的位置
  -bootclasspath <path>    覆盖引导类文件的位置

JAVA源代码

public class VolitaleTest {
    private static volatile int i = 0;
    public static void main(String[] args) {
        i++;
    }
}

查看JAVA　class文件字节码,注意，这里是JVM汇编指令,并非运行时汇编

Classfile /D:/sparrow/sparrow-shell/sparrow-test/target/test-classes/com/sparrow/jdk/volatilekey/VolitaleTest.class
  Last modified 2018-10-4; size 527 bytes
  MD5 checksum 51ad6d8677911aedc21bf4e1a5ea7343
  Compiled from "VolitaleTest.java"
public class com.sparrow.jdk.volatilekey.VolitaleTest
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Methodref          #4.#21         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Fieldref           #3.#22         // com/sparrow/jdk/volatilekey/VolitaleTest.i:I
   #3 = Class              #23            // com/sparrow/jdk/volatilekey/VolitaleTest
   #4 = Class              #24            // java/lang/Object
   #5 = Utf8               i
   #6 = Utf8               I
   #7 = Utf8               <init>
   #8 = Utf8               ()V
   #9 = Utf8               Code
  #10 = Utf8               LineNumberTable
  #11 = Utf8               LocalVariableTable
  #12 = Utf8               this
  #13 = Utf8               Lcom/sparrow/jdk/volatilekey/VolitaleTest;
  #14 = Utf8               main
  #15 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
  #16 = Utf8               args
  #17 = Utf8               [Ljava/lang/String;
  #18 = Utf8               <clinit>
  #19 = Utf8               SourceFile
  #20 = Utf8               VolitaleTest.java
  #21 = NameAndType        #7:#8          // "<init>":()V
  #22 = NameAndType        #5:#6          // i:I
  #23 = Utf8               com/sparrow/jdk/volatilekey/VolitaleTest
  #24 = Utf8               java/lang/Object
{
  public com.sparrow.jdk.volatilekey.VolitaleTest();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 15: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       5     0  this   Lcom/sparrow/jdk/volatilekey/VolitaleTest;

  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: getstatic     #2                  // Field i:I
         3: iconst_1
         4: iadd
         5: putstatic     #2                  // Field i:I
         8: return
      LineNumberTable:
        line 18: 0
        line 19: 8
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       9     0  args   [Ljava/lang/String;

  static {};
    descriptor: ()V
    flags: ACC_STATIC
    Code:
      stack=1, locals=0, args_size=0
         0: iconst_0
         1: putstatic     #2                  // Field i:I
         4: return
      LineNumberTable:
        line 16: 0
}
SourceFile: "VolitaleTest.java"

以上内容与CLASS文件描述格式一致．

如何验证VOLITILE 可见性保证
通过以上指令是无法验证的，需要查看运行时汇编指令.

java命令

* 虚拟机参数：
 * -XX:+PrintAssembly：输出反汇编内容；
 * -Xcomp：是让虚拟机以编译模式执行代码；
 * -XX:CompileCommand=dontinline,*ClassName.methodName：让编译器不要内联methodNmae()；
 * -XX:CompileCommand=compileonly,*ClassName.methodNmae：只编译methodNmae()；
 *

命令示例

java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly -XX:CompileCommand=compileonly,*ClassName.methodName ClassFullPath

实际脚本

 java -Xcomp -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly -XX:CompileCommand=compileonly,*VolitaleTest.main com.sparrow.jdk.volatilekey.VolitaleTest

部分运行时汇编

# {method} {0x0000000019ca0290} 'main' '([Ljava/lang/String;)V' in 'com/sparrow/jdk/volatilekey/VolitaleTest'
  # parm0:    rdx:rdx   = '[Ljava/lang/String;'
  #           [sp+0x40]  (sp of caller)
  0x0000000005482360: mov     dword ptr [rsp+0ffffffffffffa000h],eax
  0x0000000005482367: push    rbp
  0x0000000005482368: sub     rsp,30h
  0x000000000548236c: mov     rsi,0d6258530h    ;   {oop(a 'java/lang/Class' = 'com/sparrow/jdk/volatilekey/VolitaleTest')}
  0x0000000005482376: mov     edi,dword ptr [rsi+68h]  ;*getstatic i
                                                ; - com.sparrow.jdk.volatilekey.VolitaleTest::main@0 (line 19)

  0x0000000005482379: inc     edi
  0x000000000548237b: mov     dword ptr [rsi+68h],edi
  0x000000000548237e: lock add dword ptr [rsp],0h  ;*putstatic i
                                                ; - com.sparrow.jdk.volatilekey.VolitaleTest::main@5 (line 19)

 0x000000000548237e: lock add dword ptr [rsp],0h  ;*putstatic i

查intel 文档lock前缀含义，可知其保证可见性

JAVA并发编程艺术一书中，对该节有详细描述.

本文主要介绍一些汇编概念和查看汇编的实操方法，关于volitile的可见性及如何保证原子性，可参考其他文章。

参考：
《深入理解JAVA虚拟机》周志明著