Código de bytes de la JVM

El bytecode de la JVM es la arquitectura del conjunto de instrucciones (ISA) de la máquina virtual Java (JVM), el lenguaje al que se compila Java y otro código fuente compatible con la JVM . ^{[ 1 ]} Cada instrucción está representada por un byte , de ahí el nombre bytecode , lo que lo convierte en una forma compacta de datos . ^{[ 2 ]}

Debido a la naturaleza de las máquinas virtuales y el código de bytes, un programa de código de bytes de JVM se puede ejecutar en cualquier máquina con una JVM compatible, sin el largo proceso de compilación desde el código fuente.

El código de bytes de la JVM se utiliza en tiempo de ejecución , ya sea interpretado por una JVM o compilado a código máquina mediante compilación justo a tiempo (JIT) y ejecutado como una aplicación nativa.

Como el código de bytes de la JVM está diseñado para la compatibilidad y seguridad de software multiplataforma , una aplicación de código de bytes de la JVM tiende a ejecutarse de manera consistente en diversas configuraciones de hardware y software . ^{[ 3 ]}

En general, un programador Java no necesita comprender el código de bytes de la JVM ni siquiera conocerlo. Sin embargo, como se sugiere en la revista IBM developerWorks, "Comprender el código de bytes y qué código de bytes es probable que genere un compilador Java ayuda al programador Java de la misma manera que el conocimiento del lenguaje ensamblador ayuda al programador de C o C++ ". ^{[ 4 ]}

El código de bytes comprende varios tipos de instrucciones, incluyendo manipulación de datos, transferencia de control, creación y manipulación de objetos e invocación de métodos, todos ellos integrales al modelo de programación orientada a objetos de Java . ^{[ 1 ]}

La JVM es tanto una máquina de pila como una máquina de registro . Cada marco para una llamada a método tiene una "pila de operandos" y una matriz de "variables locales". ^{[ 5 ] : 2.6 [ 2 ]} La pila de operandos se utiliza para pasar operandos a cálculos y para recibir el valor de retorno de un método llamado, mientras que las variables locales cumplen la misma función que los registros y también se utilizan para pasar argumentos de método. El tamaño máximo de la pila de operandos y la matriz de variables locales, calculado por el compilador, forma parte de los atributos de cada método. ^{[ 5 ] : 4.7.3} Cada uno puede tener un tamaño independiente de 0 a 65535 valores, donde cada valor es de 32 bits. longy doublelos tipos, que son de 64 bits, ocupan dos variables locales consecutivas ^{[ 5 ] : 2.6.1} (que no necesitan estar alineadas a 64 bits en la matriz de variables locales) o un valor en la pila de operandos (pero se cuentan como dos unidades en la profundidad de la pila). ^{[ 5 ] : 2.6.2}

Considere el siguiente código Java:

exterior : para ( int i = 2 ; i < 1000 ; i ++ ) { para ( int j = 2 ; j < i ; j ++ ) { si ( i % j == 0 ) continuar exterior ; } System.out.println ( i ) ; }​​​

Un compilador de Java podría traducir el código Java anterior a código de bytes de la siguiente manera, suponiendo que lo anterior se colocó en un método:

0 : iconst_2 1 : istore_1 2 : iload_1 3 : sipush 1000 6 : if_icmpge 44 9 : iconst_2 10 : istore_2 11 : iload_2 12 : iload_1 13 : if_icmpge 31 16 : iload_1 17 : iload_2 18 : irem 19 : ifne 25 22 : goto 38 25 : iinc 2, 1 28 : goto 11 31 : getstatic #84; // Campo java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream; 34 : iload_1 35 : invokevirtual #85 ; // Método java/io/PrintStream.println:(I)V 38 : iinc 1, 1 41 : ir a 2 44 : regresar

El lenguaje más común que se dirige a la máquina virtual Java mediante la generación de bytecode de JVM es Java. Originalmente, solo existía un compilador, el compilador javac de Sun Microsystems , que compilaba el código fuente de Java a bytecode de JVM; pero dado que ahora están disponibles todas las especificaciones para el bytecode de JVM, otras empresas han proporcionado compiladores que generan bytecode de JVM. Algunos ejemplos de otros compiladores son:

• Compilador Eclipse para Java (ECJ)
• Jikes compila de Java a bytecode de JVM (desarrollado por IBM , implementado en C++ ).
• Espresso compila de Java a bytecode de JVM (solo Java 1.0).
• El compilador GNU para Java (GCJ) compila desde Java a código de bytes de la JVM; también puede compilar a código máquina nativo y formó parte de la Colección de Compiladores GNU (GCC) hasta la versión 6.

Algunos proyectos proporcionan ensambladores de Java para permitir la escritura manual del código de bytes de la JVM. El código ensamblador también puede ser generado por una máquina, por ejemplo, mediante un compilador dirigido a una máquina virtual Java. Entre los ensambladores de Java más destacados se incluyen:

• Jasmin toma descripciones de texto para clases Java, escritas en una sintaxis simple similar al lenguaje ensamblador utilizando el conjunto de instrucciones de la máquina virtual Java y genera un archivo de clase Java ^{[ 6 ].}
• Jamaica, un lenguaje ensamblador de macros para la máquina virtual Java. Se utiliza la sintaxis de Java para la definición de clases o interfaces. Los cuerpos de los métodos se especifican mediante instrucciones de código de bytes. ^{[ 7 ]}
• Krakatau Bytecode Tools contiene actualmente tres herramientas: un descompilador y desensamblador para archivos de clase Java y un ensamblador para crear archivos de clase. ^{[ 8 ]}
• Lilac, un ensamblador y desensamblador para la máquina virtual de Java. ^{[ 9 ]}

Otros han desarrollado compiladores, para diferentes lenguajes de programación, dirigidos a la máquina virtual de Java, tales como:

• Fusión fría
• JRuby y Jython , dos lenguajes de scripting basados ​​en Ruby y Python.
• Apache Groovy , lenguaje de propósito general dinámico y con tipado opcional, con capacidades de tipado estático y compilación estática.
• Scala , un lenguaje de programación de propósito general con tipado seguro que admite programación orientada a objetos y programación funcional.
• JGNAT y AppletMagic compilan desde el lenguaje Ada a código de bytes de la JVM.
• Compiladores de código de bytes de C a Java
• Clojure , un lenguaje funcional, inmutable y de propósito general de la familia Lisp con un fuerte énfasis en la concurrencia.
• Kawa , una implementación del lenguaje Scheme , también es un dialecto de Lisp.
• MIDletPascal
• El código de JavaFX Script se compila a código de bytes de la JVM.
• Kotlin , un lenguaje de propósito general con tipado estático e inferencia de tipos.
• El código fuente de Object Pascal se compila a bytecode de JVM utilizando el compilador Free Pascal 3.0+. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

Actualmente existen varias máquinas virtuales Java disponibles para ejecutar el código de bytes de la JVM, tanto gratuitas como comerciales. Si no se desea ejecutar el código de bytes en una máquina virtual, un desarrollador también puede compilar el código fuente o el código de bytes de Java directamente a código máquina nativo con herramientas como el Compilador GNU para Java (GCJ). Algunos procesadores pueden ejecutar el código de bytes de la JVM de forma nativa. Dichos procesadores se denominan procesadores Java .

La máquina virtual de Java proporciona cierto soporte para lenguajes de tipado dinámico . La mayor parte del conjunto de instrucciones de la JVM existente es de tipado estático , en el sentido de que las firmas de las llamadas a métodos se verifican en tiempo de compilación , sin un mecanismo para posponer esta decisión al tiempo de ejecución o para elegir el despacho del método mediante un enfoque alternativo. ^{[ 12 ]}

La solicitud de especificación de Java ( JSR ) 292 ( compatibilidad con lenguajes de tipado dinámico en la plataforma Java ) ^{[ 13 ]} añadió una nueva invokedynamicinstrucción a nivel de la JVM para permitir la invocación de métodos que dependen de la comprobación de tipos dinámica (en lugar de la instrucción existente de comprobación de tipos estática invokevirtual). La máquina Da Vinci es una implementación prototipo de máquina virtual que aloja extensiones de la JVM destinadas a admitir lenguajes dinámicos. Todas las JVM que admiten Java Platform, Standard Edition (JSE) 7 también incluyen el invokedynamiccódigo de operación.

• Biblioteca de ingeniería de código de bytes
• Lenguaje Intermedio Común (CIL), el rival de Microsoft para el código de bytes de la JVM.
• Herramientas de retrocompatibilidad de Java
• archivo de clase Java
• máquina virtual Java
• JStik
• ObjectWeb ASM
• Lista de instrucciones de código de bytes de la JVM
• Lista de lenguajes JVM

• Especificación de la máquina virtual Java de Oracle
• Lenguajes de programación para la máquina virtual Java
• Visualizador de código de bytes: visor y depurador de código de bytes (complemento gratuito para Eclipse)
• AdaptJ StackTrace: depuración a nivel de bytecode con control total de la pila, las variables locales y el flujo de ejecución.
• Java Class Unpacker: complemento para Total Commander que permite abrir archivos de clase como archivos comprimidos y ver los campos y métodos como archivos. El código de bytes se puede visualizar como texto usando F3.