第36篇-return字节码指令

方法返回的字节码相关指令如下表所示。 

0xac	ireturn	从当前方法返回int
0xad	lreturn	从当前方法返回long
0xae	freturn	从当前方法返回float
0xaf	dreturn	从当前方法返回double
0xb0	areturn	从当前方法返回对象引用
0xb1	return	从当前方法返回void

模板定义如下：

def(Bytecodes::_ireturn             , ____|disp|clvm|____, itos, itos, _return             , itos         );
def(Bytecodes::_lreturn             , ____|disp|clvm|____, ltos, ltos, _return             , ltos         );
def(Bytecodes::_freturn             , ____|disp|clvm|____, ftos, ftos, _return             , ftos         );
def(Bytecodes::_dreturn             , ____|disp|clvm|____, dtos, dtos, _return             , dtos         );
def(Bytecodes::_areturn             , ____|disp|clvm|____, atos, atos, _return             , atos         );
def(Bytecodes::_return              , ____|disp|clvm|____, vtos, vtos, _return             , vtos         );

def(Bytecodes::_return_register_finalizer , ____|disp|clvm|____, vtos, vtos, _return       ,  vtos        );

生成函数都为TemplateTable::_return()。但是如果是Object对象的构造方法中的return指令，那么这个指令还可能会被重写为_return_register_finalizer指令。

生成的return字节码指令对应的汇编代码如下：　

第1部分： 

// 将JavaThread::do_not_unlock_if_synchronized属性存储到%dl中
0x00007fffe101b770: mov    0x2ad(%r15),%dl
// 重置JavaThread::do_not_unlock_if_synchronized属性值为false
0x00007fffe101b777: movb   $0x0,0x2ad(%r15)

// 将Method*加载到%rbx中
0x00007fffe101b77f: mov    -0x18(%rbp),%rbx
// 将Method::_access_flags加载到%ecx中
0x00007fffe101b783: mov    0x28(%rbx),%ecx
// 检查Method::flags是否包含JVM_ACC_SYNCHRONIZED
0x00007fffe101b786: test   $0x20,%ecx
// 如果方法不是同步方法，跳转到----unlocked----
0x00007fffe101b78c: je     0x00007fffe101b970


// 如果在%dl寄存器中存储的_do_not_unlock_if_synchronized的值不为0，
// 则跳转到no_unlock，表示不要释放和锁相关的资源 
0x00007fffe101b792: test $0xff,%dl 
0x00007fffe101b795: jne 
0x00007fffe101ba90 // 跳转到----no_unlock----处

在JavaThread类中定义了一个属性_do_not_unlock_if_synchronized，这个值表示在抛出异常的情况下不要释放receiver（在非静态方法调用的情况下，我们总是会将方法解析到某个对象上，这个对象就是这里的receiver，也可称为接收者），此值仅在解释执行的情况下才会起作用。初始的时候会初始化为false。在如上汇编中可以看到，当_do_not_unlock_if_synchronized的值为true时，表示不需要释放receiver，所以虽然当前是同步方法，但是却直接调用到了no_unlock处。

在InterpreterGenerator::generate_native_entry()函数和InterpreterGenerator::generate_normal_entry()函数中会将当前线程的do_not_unlock_if_synchronized设置为true，然后执行increment invocation count & check for overflow的逻辑，最后会将do_not_unlock_if_synchronized属性的值设置为false。

有如下的类定义：

class UnlockFlagSaver {
  private:
    JavaThread*   _thread;
    bool         _do_not_unlock;
  public:
    UnlockFlagSaver(JavaThread* t) {
      _thread = t;
      _do_not_unlock = t->do_not_unlock_if_synchronized();
      t->set_do_not_unlock_if_synchronized(false);
    }
    ~UnlockFlagSaver() {
      _thread->set_do_not_unlock_if_synchronized(_do_not_unlock);
    }
};

如果使用这个类，则JavaThread::_do_not_unlock_if_synchronized的值设置为false，完成后就恢复为以前的值。

在InterpreterRuntime::profile_method()函数中使用了UnlockFlagSaver，如下：

// use UnlockFlagSaver to clear and restore the _do_not_unlock_if_synchronized
// flag, in case 如果 this method triggers classloading which will call into Java.
UnlockFlagSaver fs(thread);

在InterpreterRuntime::exception_handler_for_exception()函数中，当do_not_unlock_if_synchronized的值为true时，会返回TemplateInterpreter::_remove_activation_entry。

只有TemplateInterpreterGenerator::generate_throw_exception() 函数才会调用InterpreterRuntime::exception_handler_for_exception()函数，生成的汇编由Interpreter::_rethrow_exception_entry和Interpreter::_throw_exception_entry等属性值保存。 

第2部分：

如果执行如下汇编代码，则表示%dl寄存器中存储的_do_not_unlock_if_synchronized的值为0，需要执行释放锁的操作。

// 将之前字节码指令执行的结果存储到表达式栈顶，
// 由于return不需要返回执行结果，所以不需要设置返回值等信息，
// 最终在这里没有生成任何push指令

// 将BasicObjectLock存储到%rsi中，由于%rsi在调用C++函数时可做为
// 第2个参数传递，所以如果要调用unlock_object就可以传递此值
0x00007fffe101b79b: lea -0x50(%rbp),%rsi

// 获取BasicObjectLock::obj属性地址存储到%rax中
0x00007fffe101b79f: mov 0x8(%rsi),%rax 

// 如果不为0，则跳转到unlock处，因为不为0，表示
// 这个obj有指向的锁对象，需要进行释放锁的操作
0x00007fffe101b7a3: test %rax,%rax
0x00007fffe101b7a6: jne 0x00007fffe101b8a8  // 跳转到----unlock----处

// 如果是其它的return指令，则由于之前通过push指令将结果保存在
// 表达式栈上，所以现在可通过pop将表达式栈上的结果弹出到对应寄存器中

第1个指令的-0x50(%rbp)指向了第1个BasicObjectLock对象，其中的sizeof(BasicObjectLock)的值为16，也就是16个字节。在之前我们介绍栈帧的时候介绍过Java解释栈的结构，如下：

 

假设当前的栈帧中有2个锁对象，则会在栈帧中存储2个BasicObjectLock对象，BasicObjectLock中有2个属性，_lock和_obj，分别占用8字节。布局如下图所示。

 

由于return字节码指令负责要释放的是加synchronized关键字的、解释执行的Java方法，所以为synchronized关键字建立的第1个锁对象存储在离当前栈帧最靠近栈底的地方，也就是上图中灰色部分，而其它锁对象我们暂时不用管。灰色部分表示的BasicObjectLock的地址通过-0x50(%rbp)就能获取到，然后对其中的_lock和_obj属性进行操作。

由于现在还没有介绍锁相关的知识，所以这里不做过多介绍，在后面介绍完锁相关知识后还会详细介绍。 

第3部分：

在变量throw_monitor_exception为true的情况下，通过调用call_VM()函数生成抛出锁状态异常的汇编代码，这些汇编代码主要是为了执行C++函数InterpreterRuntime::throw_illegal_monitor_state_exception()。完成执行后还会执行由should_not_reach_here()函数生成的汇编代码。

在变量throw_monitor_exception为false并且install_monitor_exception为true的情况下，通过调用call_VM()函数生成汇编代码来执行C++函数InterpreterRuntime::new_illegal_monitor_state_exception()。最后跳转到unlocked处执行。

第4部分：

在InterpreterMacroAssembler::remove_activation()函数中，bind完unlock后就会调用InterpreterMacroAssembler::unlock_object()函数生成如下的汇编代码。InterpreterMacroAssembler::unlock_object()函数的作用如下：

Unlocks an object. Used in monitorexit bytecode and remove_activation. Throws an IllegalMonitorException if object is not locked by current thread.

生成的汇编代码如下：

// **** unlock ****

// ============调用InterpreterMacroAssembler::unlock_object()函数生成如下的汇编代码==================

// 将%r13存储到栈中，防止异常破坏了%r13寄存器中的值
0x00007fffe101b8a8: mov %r13,-0x38(%rbp)

// 将BasicObjectLock::_lock的地址存储到%rax寄存器中
0x00007fffe101b8ac: lea (%rsi),%rax
// 将BasicObjectLock::_obj存储到%rcx寄存器中
0x00007fffe101b8af: mov 0x8(%rsi),%rcx

// 将BasicObjectLock::_obj的值设置为NULL，表示释放锁操作
0x00007fffe101b8b3: movq $0x0,0x8(%rsi)

// ----------当UseBiasedLocking的值为true时，调用MacroAssembler::biased_locking_exit()生成如下的汇编代码------------
// 从BasicObjectLock::_obj对象中取出mark属性值并相与
0x00007fffe101b8bb: mov (%rcx),%rdx
0x00007fffe101b8be: and $0x7,%rdx
// 如果BasicObjectLock::_obj指向的oop的mark属性后3位是偏向锁的状态，则跳转到---- done ----
0x00007fffe101b8c2: cmp $0x5,%rdx
0x00007fffe101b8c6: je 0x00007fffe101b96c
// ------------------------结束调用MacroAssembler::biased_locking_exit()生成的汇编代码---------------------

// 将BasicObjectLock::_lock这个oop对象的_displaced_header属性值取出
0x00007fffe101b8cc: mov (%rax),%rdx
// 判断一下是否为锁的重入，如果是锁的重入，则跳转到---- done ----
0x00007fffe101b8cf: test %rdx,%rdx
0x00007fffe101b8d2: je 0x00007fffe101b96c

// 让BasicObjectLock::_obj的那个oop的mark恢复为
// BasicObjectLock::_lock中保存的原对象头
0x00007fffe101b8d8: lock cmpxchg %rdx,(%rcx)
// 如果为0，则表示锁的重入，跳转到---- done ---- ????
0x00007fffe101b8dd: je 0x00007fffe101b96c

// 让BasicObjectLock::_obj指向oop，这个oop的对象头已经替换为了BasicObjectLock::_lock中保存的对象头
0x00007fffe101b8e3: mov %rcx,0x8(%rsi)

// -----------调用call_VM()函数生成汇编代码来执行C++函数InterpreterRuntime::monitorexit()----------------
0x00007fffe101b8e7: callq 0x00007fffe101b8f1
0x00007fffe101b8ec: jmpq 0x00007fffe101b96c
0x00007fffe101b8f1: lea 0x8(%rsp),%rax
0x00007fffe101b8f6: mov %r13,-0x38(%rbp)
0x00007fffe101b8fa: mov %r15,%rdi
0x00007fffe101b8fd: mov %rbp,0x200(%r15)
0x00007fffe101b904: mov %rax,0x1f0(%r15)
0x00007fffe101b90b: test $0xf,%esp
0x00007fffe101b911: je 0x00007fffe101b929
0x00007fffe101b917: sub $0x8,%rsp
0x00007fffe101b91b: callq 0x00007ffff66b3d22
0x00007fffe101b920: add $0x8,%rsp
0x00007fffe101b924: jmpq 0x00007fffe101b92e
0x00007fffe101b929: callq 0x00007ffff66b3d22
0x00007fffe101b92e: movabs $0x0,%r10
0x00007fffe101b938: mov %r10,0x1f0(%r15)
0x00007fffe101b93f: movabs $0x0,%r10
0x00007fffe101b949: mov %r10,0x200(%r15)
0x00007fffe101b950: cmpq $0x0,0x8(%r15)
0x00007fffe101b958: je 0x00007fffe101b963
0x00007fffe101b95e: jmpq 0x00007fffe1000420
0x00007fffe101b963: mov -0x38(%rbp),%r13
0x00007fffe101b967: mov -0x30(%rbp),%r14
0x00007fffe101b96b: retq 
// ------------------------结束call_VM()函数调用生成的汇编代码--------------------------------

// **** done ****

0x00007fffe101b96c: mov -0x38(%rbp),%r13
0x00007fffe101b970: mov -0x40(%rbp),%rsi

// ==========结束调用InterpreterMacroAssembler::unlock_object()函数生成如下的汇编代码============

第5部分： 

// 如果是其它的return指令，则由于之前通过push指令将结果保存在
// 表达式栈上，所以现在可通过pop将表达式栈上的结果弹出到对应寄存器中


// **** unlocked ****
// 在执行这里的代码时，表示当前的栈中没有相关的锁，也就是
// 相关的锁对象已经全部释放

// **** restart ****
// 检查一下，是否所有的锁都已经释放了

// %rsi指向当前栈中最靠栈顶的BasicObjectLock
0x00007fffe101b970: mov    -0x40(%rbp),%rsi
// %rbx指向当前栈中最靠栈底的BasicObjectLock
0x00007fffe101b974: lea    -0x40(%rbp),%rbx

// 跳转到----entry----
0x00007fffe101b978: jmpq   0x00007fffe101ba8b

第6部分：

执行如下代码，会通过调用call_VM()函数来生成调用InterpreterRuntime::throw_illegal_monitor_state_exception()函数的代码：

// **** exception ****
// Entry already locked, need to throw exception

// 当throw_monitor_exception的值为true时，执行如下2个函数生成的汇编代码：
// 执行call_VM()函数生成的汇编代码，就是调用C++函数InterpreterRuntime::throw_illegal_monitor_state_exception()
// 执行should_not_reach_here()函数生成的汇编代码  

// 当throw_monitor_exception的值为false，执行如下汇编：
// 执行调用InterpreterMacroAssembler::unlock_object()函数生成的汇编代码
// install_monitor_exception的值为true时，执行call_VM()函数生成的汇编代码，就是调用C++函数InterpreterRuntime::new_illegal_monitor_state_exception() 
// 无条件跳转到----restart ----

第7部分：

// **** loop ****

// 将BasicObjectLock::obj与NULL比较，如果不相等，则跳转到----exception----
0x00007fffe101ba79: cmpq   $0x0,0x8(%rsi)
0x00007fffe101ba81: jne    0x00007fffe101b97d // 则跳转到----exception----

第8部分：

// **** entry ****

// 0x10为BasicObjectLock，找到下一个BasicObjectLock
0x00007fffe101ba87: add    $0x10,%rsi 
// 检查是否到达了锁对象存储区域的底部
0x00007fffe101ba8b: cmp    %rbx,%rsi
// 如果不相等，跳转到loop
0x00007fffe101ba8e: jne    0x00007fffe101ba79   // 跳转到----loop----

第9部分：　　

// **** no_unlock ****

// 省略jvmti support
 
// 将-0x8(%rbp)处保存的old stack pointer(saved rsp)取出来放到%rbx中
0x00007fffe101bac7: mov    -0x8(%rbp),%rbx

// 移除栈帧
// leave指令相当于：
//     mov %rbp, %rsp
//     pop %rbp
0x00007fffe101bacb: leaveq 
// 将返回地址弹出到%r13中
0x00007fffe101bacc: pop    %r13
// 设置%rsp为调用者的栈顶值
0x00007fffe101bace: mov    %rbx,%rsp
0x00007fffe101bad1: jmpq   *%r13

其中的解释方法返回地址为return address，由于当前是C++函数调用Java，所以这个返回地址其实是C++函数的返回地址，我们不需要考虑。

整个的调用转换如下图所示。

 

其中的红色部分表示终结这个流程。 

在return字节码指令中会涉及到锁释放的流程，所以上面的流程图看起来会复杂一些，等我们介绍完锁相关知识后会再次介绍return指令，这里不再过多介绍。

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