最后了解JVM字节码中的本地var位置

Question

我在理解ASMified字节码上的变量定位时遇到了困难。我有以下Javacode：

public class TryCatch {
    public static void main(String[] args) {
        String test1 = null;
        try {
            String test2 ="try-inside-begin";
            System.out.println("try-outside-begin");
            try {
                System.out.println(test2);
                System.out.println(test1.length());
                System.out.println("try-inside-end");
            } catch (NullPointerException e) {
                test2 = "catch-inside: " + e.getMessage();
                throw new Exception(test2, e);
            }
            System.out.println("try-outside-end");
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("catch-outside: " + e.getMessage());
        } finally {
            System.out.println("finally");
        }
    }
}

它将成为main的以下字节码

  TRYCATCHBLOCK L0 L1 L2 java/lang/NullPointerException
  TRYCATCHBLOCK L3 L4 L5 java/lang/Exception
  TRYCATCHBLOCK L3 L4 L6 null
  TRYCATCHBLOCK L5 L7 L6 null
  TRYCATCHBLOCK L6 L8 L6 null
 L9
  LINENUMBER 5 L9
  ACONST_NULL
  ASTORE 1
 L3
  LINENUMBER 7 L3
  LDC "try-inside-begin"
  ASTORE 2
 L10
  LINENUMBER 8 L10
  GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
  LDC "try-outside-begin"
  INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (Ljava/lang/String;)V
 L0
  LINENUMBER 10 L0
  GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
  ALOAD 2
  INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (Ljava/lang/String;)V
 L11
  LINENUMBER 11 L11
  GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
  ALOAD 1
  INVOKEVIRTUAL java/lang/String.length ()I
  INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (I)V
 L12
  LINENUMBER 12 L12
  GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
  LDC "try-inside-end"
  INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (Ljava/lang/String;)V
 L1
  LINENUMBER 16 L1
  GOTO L13
 L2
  LINENUMBER 13 L2
 FRAME FULL [[Ljava/lang/String; java/lang/String java/lang/String] [java/lang/NullPointerException]
  ASTORE 3
 L14
  LINENUMBER 14 L14
  NEW java/lang/StringBuilder
  DUP
  INVOKESPECIAL java/lang/StringBuilder.<init> ()V
  LDC "catch-inside: "
  INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
  ALOAD 3
  INVOKEVIRTUAL java/lang/NullPointerException.getMessage ()Ljava/lang/String;
  INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
  INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.toString ()Ljava/lang/String;
  ASTORE 2
 L15
  LINENUMBER 15 L15
  NEW java/lang/Exception
  DUP
  ALOAD 2
  ALOAD 3
  INVOKESPECIAL java/lang/Exception.<init> (Ljava/lang/String;Ljava/lang/Throwable;)V
  ATHROW
 L13
  LINENUMBER 17 L13
 FRAME SAME
  GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
  LDC "try-outside-end"
  INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (Ljava/lang/String;)V
 L4
  LINENUMBER 21 L4
  GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
  LDC "finally"
  INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (Ljava/lang/String;)V
 L16
  LINENUMBER 22 L16
  GOTO L17
 L5
  LINENUMBER 18 L5
 FRAME FULL [[Ljava/lang/String; java/lang/String] [java/lang/Exception]
  ASTORE 2
 L18
  LINENUMBER 19 L18
  GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
  NEW java/lang/StringBuilder
  DUP
  INVOKESPECIAL java/lang/StringBuilder.<init> ()V
  LDC "catch-outside: "
  INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
  ALOAD 2
  INVOKEVIRTUAL java/lang/Exception.getMessage ()Ljava/lang/String;
  INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
  INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.toString ()Ljava/lang/String;
  INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (Ljava/lang/String;)V
 L7
  LINENUMBER 21 L7
  GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
  LDC "finally"
  INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (Ljava/lang/String;)V
 L19
  LINENUMBER 22 L19
  GOTO L17
 L6
  LINENUMBER 21 L6
 FRAME SAME1 java/lang/Throwable
  ASTORE 4
 L8
  GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
  LDC "finally"
  INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (Ljava/lang/String;)V
  ALOAD 4
  ATHROW
 L17
  LINENUMBER 23 L17
 FRAME SAME
  RETURN
  MAXSTACK = 4
  MAXLOCALS = 5

注意底部有多近ASTORE 4/ALOAD 4。为什么是4而不是3？因为SAME1框架是“与前一个帧相同的局部变量，并且堆栈上只有一个值”，所以前一个帧只有两个局部变量(ref：FRAME FULL [[Ljava/lang/String; java/lang/String] [java/lang/Exception])。

我读过规格，但从那里我也不清楚为什么不是3。

Answer 1

堆栈框架描述局部变量的状态和它出现的点的操作数堆栈。当然，以后的指令可以修改正常的东西。正如您正确识别的那样，L6上的堆栈框架表明，当控制流到达L6时存在两个局部变量。以下指令存储到插槽4，这是完全合法的。

它可能有助于理解堆栈映射的用途。最初，根本没有堆栈映射，验证者使用推理来计算方法中每个点的局部变量。当遇到控制流时，它会在这一点上合并到值中，然后迭代直到收敛。

不幸的是，这是缓慢的，所以为了加快速度，Oracle添加了堆栈映射。这实际上是在连接控制流的任何一点上预先计算验证结果。这样，验证器就可以对代码进行单一的线性遍历，因为控制流不会改变结果。当验证器遇到控制流时，它会检查当前状态是否与在跳转目标处声明的堆栈帧匹配，如果没有，则抛出一个错误。在线性代码的章节中，显然不需要包含堆栈帧，因为验证器可以做它以前做过的事情。

堆栈帧不是用于调试的，而是用来加速验证的，因此它们包含了验证所需的最小信息。如果编译器假设在每条指令中插入一个堆栈帧，那么astore 4之后的堆栈帧当然会在第四个槽中显示一个新变量。

至于为什么它使用插槽4，而它本来可以使用插槽3，这只是编译器的一时兴起。也许它简化了javac的实现，但这只是推测。