Java虚拟机的指令由一个字节长度的、代表着某种特定操作含义的数字(称为操作码,Opcode)以及跟随其后的零至多个代表此操作所需参数(称为操作数,Operands)而构成。字节码操作按用途大致分为9类:
  1. 加载和存储指令 加载和存储指令用于将数据在栈帧中的局部变量表和操作数栈之间来回传输,这类指令包括如下内容:
    将一个局部变量加载到操作栈:iload、iload_<n>、lload、lload_<n>、fload、fload_ <n>、dload、dload_<n>、aload、aload_<n>。
    将一个数值从操作数栈存储到局部变量表:istore、istore_<n>、lstore、lstore_<n>、 fstore、fstore_<n>、dstore、dstore_<n>、astore、astore_<n>。
    将一个常量加载到操作数栈:bipush、sipush、ldc、ldc_w、ldc2_w、aconst_null、 iconst_m1、iconst_<i>、lconst_<l>、fconst_<f>、dconst_<d>。
    扩充局部变量表的访问索引的指令:wide。
    存储数据的操作数栈和局部变量表主要就是由加载和存储指令进行操作,除此之外,还有少量指令,如访问对象的字段或数组元素的指令也会向操作数栈传输数据。
  2. 运算指令 运算或算术指令用于对两个操作数栈上的值进行某种特定运算,并把结果重新存入到操作栈顶。大体上算术指令可以分为两种:对整型数据进行运算的指令与对浮点型数据进行运算的指令,无论是哪种算术指令,都使用Java虚拟机的数据类型,由于没有直接支持byte、short、char和boolean类型的算术指令,对于这类数据的运算,应使用操作int类型的指令代替。整数与浮点数的算术指令在溢出和被零除的时候也有各自不同的行为表现,所有的算术指令如下。
    加法指令:iadd、ladd、fadd、dadd。
    减法指令:isub、lsub、fsub、dsub。
    乘法指令:imul、lmul、fmul、dmul。
    除法指令:idiv、ldiv、fdiv、ddiv。
    求余指令:irem、lrem、frem、drem。
    取反指令:ineg、lneg、fneg、dneg。
    位移指令:ishl、ishr、iushr、lshl、lshr、lushr。
    按位或指令:ior、lor。
    按位与指令:iand、land。
    按位异或指令:ixor、lxor。
    局部变量自增指令:iinc。
    比较指令:dcmpg、dcmpl、fcmpg、fcmpl、lcmp。
  3. 类型转换指令 类型转换指令可以将两种不同的数值类型进行相互转换,这些转换操作一般用于实现用户代码中的显式类型转换操作,或者用来处理字节码指令集中数据类型相关指令无法与数据类型一一对应的问题。 Java虚拟机直接支持宽化类型转换,即小范围类型向大范围类型的安全转换。相对的,处理窄化类型转换时,必须显式地使用转换指令来完成,这些转换指令包括:i2b、i2c、i2s、l2i、f2i、f2l、d2i、d2l和d2f。窄化类型转换可能会导致转换结果产生不同的正负号、不同的数量级的情况,转换过程很可能会导致数值的精度丢失。 
  4. 对象创建与访问指令 创建类实例的指令:new。
    创建数组的指令:newarray、anewarray、multianewarray。
    访问类字段(static字段,或者称为类变量)和实例字段(非static字段,或者称为实例变量)的指令:getfield、putfield、getstatic、putstatic。
    把一个数组元素加载到操作数栈的指令:baload、caload、saload、iaload、laload、faload、daload、aaload。
    将一个操作数栈的值存储到数组元素中的指令:bastore、castore、sastore、iastore、fastore、dastore、aastore。
    取数组长度的指令:arraylength。
    检查类实例类型的指令:instanceof、checkcast。
  5. 操作数栈管理指令 将操作数栈的栈顶一个或两个元素出栈:pop、pop2。
    复制栈顶一个或两个数值并将复制值或双份的复制值重新压入栈顶:dup、dup2、dup_x1、dup2_x1、dup_x2、dup2_x2。
    将栈最顶端的两个数值互换:swap。
  6. 控制转移指令 条件分支:ifeq、iflt、ifle、ifne、ifgt、ifge、ifnull、ifnonnull、if_icmpeq、if_icmpne、if_icmplt、if_icmpgt、if_icmple、if_icmpge、if_acmpeq和if_acmpne。
    复合条件分支:tableswitch、lookupswitch。
    无条件分支:goto、goto_w、jsr、jsr_w、ret。
  7. 方法调用和返回指令 invokevirtual指令用于调用对象的实例方法,根据对象的实际类型进行分派(虚方法分派),这也是Java语言中最常见的方法分派方式。
    invokeinterface指令用于调用接口方法,它会在运行时搜索一个实现了这个接口方法的对象,找出适合的方法进行调用。
    invokespecial指令用于调用一些需要特殊处理的实例方法,包括实例初始化方法、私有方法和父类方法。
    invokestatic指令用于调用类方法(static方法)。
    invokedynamic指令用于在运行时动态解析出调用点限定符所引用的方法,并执行该方法,前面4条调用指令的分派逻辑都固化在Java虚拟机内部,而invokedynamic指令的分派逻辑是由用户所设定的引导方法决定的。
    方法调用指令与数据类型无关,而方法返回指令是根据返回值的类型区分的,包括ireturn(当返回值是boolean、byte、char、short和int类型时使用)、lreturn、freturn、dreturn和 areturn,另外还有一条return指令供声明为void的方法、实例初始化方法以及类和接口的类初始化方法使用。
  8. 异常处理指令 在Java虚拟机中,处理异常(catch语句)不是由字节码指令来实现的(很久之前曾经使用jsr和ret指令来实现,现在已经不用了),而是采用异常表来完成的。
  9. 同步指令 Java虚拟机可以支持方法级的同步和方法内部一段指令序列的同步,这两种同步结构都是使用管程(Monitor)来支持的。
    方法级的同步是隐式的,即无须通过字节码指令来控制,它实现在方法调用和返回操作之中。
    同步一段指令集序列通常是由Java语言中的synchronized语句块来表示的,Java虚拟机的指令集中有monitorenter和monitorexit两条指令来支持synchronized关键字的语义,正确实现synchronized关键字需要Javac编译器与Java虚拟机两者共同协作支持。
    编译器必须确保无论方法通过何种方式完成,方法中调用过的每条monitorenter指令都必须执行其对应的monitorexit指令,而无论这个方法是正常结束还是异常结束。