JVM技术专题 深入分析class字节码指令方法调用详解「原理篇」

Posted 2022-11-27 浩宇の天尚

方法调用详解

​ 调用目标在程序代码写好、编译器进行编译时就必须确定下来，这类方法的调用称为解析。

解析

​ 在Java语言中符合**“编译期可知，运行期不可变”**这个要求的方法，主要包括静态方法和私有方法两大类，前者与类型直接关联，后者在外部不可被访问，这两种方法各自的特点决定了它们都不可能通过继承或别的方式重写其他版本，因此它们都适合在类加载阶段 ，进行解析。

静态分派

多见于方法的重载。

• “Human”称为变量的静态类型（Static Type），或者叫做的外观类型（Apparent Type），后面的“Man”则称为变量的实际类型（Actual Type），
  • 静态类型和实际类型在程序中都可以发生一些变化，区别是静态类型的变化仅仅在使用时发生，变量本身的静态类型不会被改变，并且最终的静态类型是在编译期可知的；
  • 实际类型变化的结果在运行期才可确定，编译器在编译程序的时候并不知道一个对象的实际类型是什么。

代码中定义了两个静态类型相同但实际类型不同的变量，但虚拟机（准确地说是编译器）在重载时是通过参数的静态类型而不是实际类型作为判定依据的。

并且静态类型是编译期可知的，因此，在编译阶段，Javac 编译器会根据参数的静态类型决定使用哪个重载版本，所以选择了 sayHello（Human）作为调用目标。所有依赖静态类型来定位方法执行版本的分派动作称为静态分派。

• 静态分派的典型应用是方法重载。

• 静态分派发生在编译阶段，因此确定静态分派的动作实际上不是由虚拟机来执行的。

动态分派

静态类型同样都是Human的两个变量man和woman在调用sayHello方法时执行了不同的行为，并且变量man在两次调用中执行了不同的方法。导致这个现象的原因很明显，是这两个变量的实际类型不同。

在实现上，最常用的手段就是为类在方法区中建立一个虚方法表。

• 虚方法表中存放着各个方法的实际入口地址。如果某个方法在子类中没有被重写，那子类的虚方法表里面的地址入口和父类相同方法的地址入口是一致的，都指向父类的实现入口。

• 如果子类中重写了这个方法，子类方法表中的地址将会替换为指向子类实现版本的入口地址。PPT 图中，Son

• 重写了来自 Father 的全部方法，因此Son的方法表没有指向Father类型数据的箭头。但是Son和Father都没有重写来自 Object 的方法，所以它们的方法表中所有从 Object 继承来的方法都指向了 Object 的数据类型。

基于栈的字节码解释执行引擎

• Java编译器输出的指令流，基本上是一种基于栈的指令集架构，指令流中的指令大部分都是零地址指令，它们依赖操作数栈进行工作。

• 基于寄存器的指令集，最典型的就是 x86 的二地址指令集，说得通俗一些，就是现在我们主流PC机中直接支持的指令集架构，这些指令依赖寄存器进行工作。

举个最简单的例子，分别使用这两种指令集计算“1+1”的结果，基于栈的指令集会是这样子的：

iconst_1

iconst_1

iadd

istore_0

两条 iconst_1 指令连续把两个常量 1 压入栈后，iadd 指令把栈顶的两个值出栈、相加，然后把结果放回栈顶，最后 istore_0 把栈顶的值放到局部变量表的第0个Slot 中。

如果基于寄存器，那程序可能会是这个样子：

mov eax，1

add eax，1

mov 指令把 EAX 寄存器的值设为 1，然后 add 指令再把这个值加 1，结果就保存在 EAX寄存器里面。

• 基于栈的指令集主要的优点就是可移植，寄存器由硬件直接提供，程序直接依赖这些硬件，寄存器则不可避免地要受到硬件的约束。

• 栈架构指令集的主要缺点是执行速度相对来说会稍慢一些。所有主流物理机的指令集都是寄存器架构也从侧面印证了这一点。