Java第一课

你的解释不是我想要的

“同学们好，我是教授你们Java101课程的S老师。下面开始我们的第一堂课吧。”

“Java安装、编辑器安装、以及运行起hello world代码，我已经在课前预习邮件了告诉大家怎么做了，不知道大家完成的怎么样？”

“老师，您的邮件里就一句话，‘请自行Google’ …”

“没错。”

其实我内心OS是：如果台下大部分学生，都完成不了预习任务，嗯，那这门课又开不成了，我又可以安心做研究。

不过为了让这个故事继续下去，我们姑且假设大部分学生都完成了预习任务吧。

“嗯，同学们很出色，下面再来一起看看这两段Hello World代码”

HelloWorld-1:

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 0;
        i = i++;
        System.out.println(i);
    }
}

HelloWorld-2:

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 0;
        i = ++i;
        System.out.println(i);
    }
}

“相信大家也都知道运行结果了， 第一段代码是0，第二段代码是1 。好，我们的第一堂课就是这样，大家还有什么疑问吗？”

大概过了半分钟，台下有个同学问道，“老师，我想知道为什么？为什么只是换了下顺序，结果就不一样了？”

这是我期待已久的问题，对，就是简简单单三个字，“为什么”

旁边一同学，说道，“这个我知道。i =i++，会先赋值，再加一，所以结果是0，而i = ++i，会先把i加一，然后再赋值，所以结果是1”

全场感叹，都向那位同学投以敬佩的目光，毕竟他的理论足以解释现象。

唯有刚刚提问的同学，说了一句，“ 你的解释不是我想要的 ……”

翻译官

这堂Java第一课的高潮终于到来了，我很激动。

刚刚这位同学的解释，不可谓不对，但是终究没说到点上。

i =i++，会先赋值，再加一，所以结果是0， 这个解释很正确，但是理由在哪？

这只是你的片面之词呢？还是道听途说所得？这个解释不足以服众。

你写的代码，是高级语言，是给人看的，机器可看不懂。

所以在你写的代码，到机器开始执行中间，肯定有一个翻译的过程。

Java中，这个翻译的动作，是由JVM，Java虚拟机来完成。

大家都知道Java是跨平台的，所谓“Write Once, Run Anywhere”, 同样一份代码，可以在不同的平台上运行，不像别的语言，比如C，也许这段代码在Linux上正常，去到OS X就有Bug了。

那么Java是如何实现跨平台的呢？简单说，靠的就是JVM这个翻译官。

你写好的代码，会被编译成一个.class文件，也就是Java字节码文件，这里面记录的是一系列要在JVM执行的指令。

接着，你拿着这份字节码指令，去到任意一个JVM，Linux的JVM也好，OS X的也好，它们都会帮你把它翻译成对于平台的机器指令。这就实现了跨平台、

Java字节码是国际通用语言（英语），JVM是翻译官。

反汇编

回到我们的问题，++i和i++为什么会不一样呢？

这就要看这两行高级语言代码，转成字节码指令之后是什么样子了。

先来看看HelloWorld-1。首先使用javac把你写的高级语言，也就是java文件，编译成字节码文件。我已经把源代码中的System.out.println(i)删掉，这样我们就可以专心观察i++和++i：

javac HelloWorld.java

可以看到HelloWorld.java同级目录下，出现了一个HelloWorld.class文件。

class文件里面都是二进制的数据。为什么是二进制？因为这些都是告诉JVM要做什么事情的指令，而机器只看得懂0101之类的二进制。

所以，我们需要对这个二进制数据，进行反汇编，把它变成人类看得懂的语言，来看看这些二进制数据都在说些什么，这里我们用到javap：

javap -c HelloWorld.class

命令执行后，控制台打印出一系列的字节码指令，其中main函数的字节码指令如下：

public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: iconst_0
       1: istore_1
       2: iload_1
       3: iinc          1, 1
       6: istore_1
       7: return

这一串的指令，主要涉及到两个数据结构， 一个是操作数栈（operand stack），另一个是局部变量表（local variable）。前者是栈，后者是数组。

那么这些指令都是什么意思？

不急，下面图文并茂，给你解释。

栈和数组的故事

1、iconst_0

把一个值为0的int值，压到操作数栈中。

2、istore_1

从操作数栈中弹出一个值，存放到局部变量表index为1的位置（为什么不是0，思考题）

以上两条指令对应的是第一行代码 int i = 0：

它实现了给i赋值，并且把i放到局部变量表的功能。

下面再来看看 i = i++ 对应的指令。

3、iload_1

把局部变量表中，index=1位置的值，压到操作数栈中。

4、iinc 1, 1

对局部变量表index=1位置的值，进行加1操作。

iinc指令包含两个参数：

• 第一个是index，代表要操作是局部变量表哪个位置的值；
• 第二个是const，代表要加多少；

现在局部变量表里的i其实是等于1的，可是为什么最后打印出来还是0呢？

问题出在最后一条指令。

5、istore_1

从操作数栈中弹出一个值，将它赋值给局部变量表中，index为1位置上的值。

pop之前：

pop之后：

完蛋，这下i又变成0了。

至于 i = ++i为什么最后是1 ，请大家按照上面的思路，自行分析。

其实两者的差别只在iload_1和iinc 1, 1的顺序上。

i = ++i，iinc 1, 1在前，iload_1在后，所以最后结果是1.

上面这些指令的含义，不需要刻意去记，有JVM规范可以查看： The Java Virtual Machine Instruction Set

操作数栈和局部变量表，位于图中的JVM Stack中，也就是我们常说的虚拟机栈。

End

这堂课的重点，并不在于跟大家解释i++和++i的区别，而是要给大家引入一个Java中十分重要的观察角度——JVM.

你写的代码，只是表象，程序不一定按照表象去执行。

万一发现很奇怪的现象了，莫慌，别忘了中间还有个JVM在作祟。

……

忽然，闹钟响了。

“傻蛋，怎么老是做这个梦。你早就因为开不了课被大学辞退了。”

起床，刷牙洗脸，上班。

今天又会有什么好玩的需求？

参考

• The Java Virtual Machine Instruction Set
• 《文学回忆录》

• Previous

  ThreadLocal趣谈 —— 杨过和他的四个冤家