聲明：本文摘抄自《深入理解Java虛擬機》一書，本文完全為自我學習，請感興趣的同學購買正版，支持原創
Java語言經常被人們定位為“解釋執行”語言，在Java初生的JDK1.0時代，這種定義還比較準確的，但當主流的虛擬機中都包含了即時編譯后，Class文件中的代碼到底會被解釋執行還是編譯執行，就成了只有虛擬機自己才能準確判斷的事情。再后來，Java也發展出來了直接生成本地代碼的編譯器[如何GCJ（GNU Compiler for the Java）]，而C/C++也出現了通過解釋器執行的版本（如CINT），這時候再籠統的說“解釋執行”，對于整個Java語言來說就成了幾乎沒有任何意義的概念。
基于棧的指令集和基于寄存器的指令集
Java編譯器輸出的指令流，基本上是一種基于棧的指令集架構（Instruction Set Architecture，ISA），指令流中的指令大部分都是零地址指令，它們依賴操作數棧進行工作。與之相對應的另一套常用的指令集架構是基于寄存器的指令集，最典型的就是X86的地址指令集，說的通俗一下，就是現在我們主流的PC機中直接支持的指令集架構，這些指令集依賴寄存器工作。那么，基于棧的指令集和基于寄存器的指令集這兩者有什么不同呢？
舉個簡單例子，分別使用這兩種指令計算1+1的結果，基于棧的指令集會是這個樣子：
iconst_1
iconst_1
iadd
istore_0
兩條iconst_1指令連續把兩個常量1壓入棧后，iadd指令把棧頂的兩個值出棧、相加，然后將結果放回棧頂，最后istore_0把棧頂的值放到局部變量表中的第0個Slot中。
如果基于寄存器的指令集，那程序可能會是這個樣子：
mov eax, 1
add eax, 1
mov指令把EAX寄存器的值設置為1，然后add指令再把這個值加1，將結果就保存在EAX寄存器里面。
基于棧的指令集主要的優點就是可移植，寄存器是由硬件直接提供，程序直接依賴這些硬件寄存器則不可避免地要受到硬件的約束。例如，現在32位80x86體系的處理器中提供了8個32位的寄存器，而ARM體系的CPU則提供了16個32位的通用寄存器。如果使用棧架構的指令集，用戶程序不會直接使用寄存器，就可以由虛擬機實現來自行決定把一些訪問最頻繁的數據（程序計數器、棧頂緩存等）放到寄存器中以獲得最好的性能，這樣實現起來也更加簡單一些。棧架構的指令集還有一些其他的優點，如代碼相對更加緊湊，編譯器實現更加簡單等。
棧架構指令集的只要缺點是執行速度相對來說會稍微慢一些。雖然棧架構指令集的代碼非常緊湊，但是完成相同功能所需要的指令數量一般會比寄存器架構多，因為出棧、入棧操作本身就產生了相當多的操作指令數量。
更重要的是，棧實現在內存之中，頻繁的棧操作意味著頻繁的內存訪問，相對于處理器來說，內存始終是執行速度的瓶頸。盡管虛擬機采取棧頂緩存的優化手段，把最常用的操作映射到寄存器中避免直接內存訪問，但這也只能是優化措施而不是解決本質問題的方法。由于指令數量和內存訪問的原因，所以導致棧架構指令集的執行速度會相對較慢。
基于棧的解釋器的執行過程
public int calc() {
int a = 100;
int b = 200;
int c = 300;
return (a + b) * c;
}
以上面的代碼為例，看看虛擬機是如何執行的。使用javap命令查看它的字節碼指令，字節碼指令如下：
public int calc();
descriptor: ()I
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=2, locals=4, args_size=1
0: bipush 100
2: istore_1
3: sipush 200
6: istore_2
7: sipush 300
10: istore_3
11: iload_1
12: iload_2
13: iadd
14: iload_3
15: imul
16: ireturn
LineNumberTable:
line 3: 0
line 4: 3
line 5: 7
line 6: 11
}
編譯后的字節碼指令顯示這段代碼需要深度為2的操作數棧和4個Slot的局部變量空間。我們通過下面幾張圖來了解代碼執行過程中的代碼、操作數棧和局部變量表的變化情況。
- 首先執行偏移地址為0的指令，bipush指令的作用是將單個字節的整形常量值（-128~127）推入操作棧頂，跟隨有一個參數，指明推送的常量值，這里是100。
- 執行偏移地址為2的指令，istore_1指令的作用是將操作棧頂的整形值出棧并存入局部變量表Slot中。后續4條指令都是做一樣的事情，也就是在對應代碼中把變量a、b、c賦值為100、200、300。
- 執行偏移地址為11的指令，iload_1指令的作用是將局部變量表第一個Slot中的整形值復制到操作棧頂。
-
執行偏移地址為12的指令，iload_2指令的執行過程與iload_1類似，把第2個Slot的整形值入棧。當前局部變量表和操作棧如下圖所屬：
執行偏移地址為12的指令情況
5.執行偏移地址為13的指令，iadd指令的作用是將操作數棧中頭兩個棧頂元素出棧，做整形加法，然后把結果重新入棧。在iadd指令執行完畢后，棧中原有的100和200出棧，它們的和300重新入棧。
- 執行偏移地址為14的指令，iload_3指令把存放在第3個局部變量Slot中的300壓入操作棧中。這時操作棧中為兩個整數300。下一條指令imul是將操作棧中頭兩個棧頂元素出棧，做整形乘法，然后把結果重新入棧，與iadd完全類似。
- 執行偏移地址16的指令，ireturn指令是方法返回指令之一，它將結束方法執行并將操作棧頂的整形值返回給此方法的調用者。到此為止，這段代碼執行結束。
