8.1概述

執(zhí)行引擎：輸入字節(jié)碼文件糊秆，處理過程是字節(jié)碼解析的等效過程武福，輸出的是執(zhí)行結(jié)果

8.2運(yùn)行時(shí)棧幀結(jié)構(gòu)

棧幀是虛擬機(jī)用于方法調(diào)用和方法執(zhí)行的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的虛擬機(jī)棧的棧元素

棧幀存儲了方法的局部變量表扩然、操作數(shù)棧艘儒、動態(tài)連接、方法返回地址等信息

每一個方法從調(diào)用開始到執(zhí)行結(jié)束夫偶，就是棧幀在虛擬機(jī)棧中入棧出棧的過程

在編譯期間界睁，棧幀需要多大的局部變量表、多深的操作數(shù)棧都已經(jīng)完全確定兵拢，并且寫入方法的code 屬性中

一個棧幀需要分配多大內(nèi)存翻斟，不會受到程序運(yùn)行期變量數(shù)據(jù)影響

在活動線程中，棧頂?shù)臈攀怯行У乃盗澹Q為當(dāng)前棧幀访惜，相關(guān)聯(lián)的方法稱為當(dāng)前方法

8.2.1局部變量表

是一組變量值存儲空間，用于存放方法參數(shù)和方法內(nèi)部定義的局部變量

在Java程序編譯為class時(shí)腻扇，就在方法的code屬性的max_locals數(shù)據(jù)項(xiàng)中確定了該方法所需分配的局部變量表的最大容量

局部變量表的容量以變量槽slot為最小單位

一個slot可以存放一個32位以內(nèi)的數(shù)據(jù)债热，Java中32位以內(nèi)的數(shù)據(jù)類型有：boolean、byte幼苛、char窒篱、short、int舶沿、float、reference、returnAddress

通過Reference類型可以：

從此引用直接或者間接的獲取到對象在堆上存放的起始地址索引

此引用中直接或者間接的查找到對象所屬數(shù)據(jù)類型在方法區(qū)的存儲類型信息

對于64位（long畸冲，double）的數(shù)據(jù)類型，虛擬機(jī)采用高位對齊的方式為其分配兩個slot空間

虛擬機(jī)通過索引定位的方式使用局部變量表

方法執(zhí)行過程中召夹，虛擬機(jī)通過局部變量表完成變量值到參數(shù)列表的傳遞過程

對于實(shí)例方法岩喷，局部變量表中第0位索引的slot默認(rèn)傳遞方法所屬對象實(shí)例的引用

為了節(jié)省棧幀空間，slot空間可以重用，但是會有額外的副作用，例如影響垃圾收集

8.2.2操作數(shù)棧（操作棧）

是一個后入先出棧

在編譯時(shí)候?qū)懭隿ode屬性的max_stacks數(shù)據(jù)項(xiàng)中

操作數(shù)棧的每一個元素可以是任意的Java數(shù)據(jù)類型

32位數(shù)據(jù)類型占用的棧容量為1,64位數(shù)據(jù)類型占用的棧容量為2

操作數(shù)棧中元素的數(shù)據(jù)類型和字節(jié)碼指令的序列嚴(yán)格匹配

概念模型上渔扎，兩個棧幀完全相互獨(dú)立，但大多虛擬機(jī)做了優(yōu)化處理残吩，使兩個棧幀出現(xiàn)一部分重疊（方法調(diào)用可以共用一部分?jǐn)?shù)據(jù)，無需進(jìn)行額外的參數(shù)復(fù)制傳遞）

8.2.3動態(tài)連接

每個棧幀都有一個指向運(yùn)行時(shí)常量池中該棧幀所屬方法的引用绰疤，持有這個引用是為了支持方法調(diào)用過程中的動態(tài)連接

8.2.4方法返回地址

正常完成出口：PC計(jì)數(shù)器的值可以作為返回地址榨了，棧幀中很可能保存這個計(jì)數(shù)值

異常完成出口：通過異常處理器表來確定返回地址呐粘，棧幀中一般不會保存這部分信息

方法退出等同于當(dāng)前棧幀出棧五芝，可能執(zhí)行的操作有：

恢復(fù)上層方法的局部變量表和操作數(shù)棧渐尿，把返回值（如果有的話）壓入調(diào)用者棧幀的操作數(shù)棧中殴穴，調(diào)整PC計(jì)數(shù)器的值以指向方法調(diào)用指令后面的一條指令

8.2.5附加信息

8.3方法調(diào)用

方法調(diào)用不等同于方法執(zhí)行，唯一任務(wù)就是確定被調(diào)用方法的版本

8.3.1解析

調(diào)用目標(biāo)在程序?qū)懞米鸩小⒕幾g器進(jìn)行編譯時(shí)就必須確定下來顷扩，這類方法的調(diào)用稱為解析

編譯期可知汹胃，運(yùn)行期不變

靜態(tài)方法

私有方法

相對應(yīng)的5條方法調(diào)用字節(jié)碼指令

invokestatic：調(diào)用靜態(tài)方法

invokespecial：調(diào)用實(shí)例構(gòu)造器init方法、私有方法、父類方法

invokevirtual：調(diào)用所有的虛方法

invokeinterface：調(diào)用接口方法挪拟，會在運(yùn)行時(shí)再確定一個實(shí)現(xiàn)此接口的對象

invokedynamic：現(xiàn)在運(yùn)行時(shí)動態(tài)解析出調(diào)用點(diǎn)限定符所引用的方法耘子，然后再執(zhí)行該方法

只要能被invokestatic和invokespecial指令調(diào)用的方法果漾，都可以再解析階段中確定唯一的調(diào)用版本球切，符合這個條件的由靜態(tài)方法谷誓、構(gòu)造方法、私有方法吨凑、父類方法四大類捍歪，這些方法稱為非虛方法（還包含final修飾的方法，無法被覆蓋鸵钝，沒有其他版本）糙臼；與之相反的稱為虛方法（final修飾除外）

8.3.2分派

靜態(tài)分派

靜態(tài)類型（外觀類型）：變量本身的靜態(tài)類型不會被改變，最終的靜態(tài)類型是在編譯期可知的

實(shí)際類型：變化結(jié)果在運(yùn)行期才確定

使用哪個版本的重載恩商，完全取決于傳入?yún)?shù)的數(shù)量和數(shù)據(jù)類型变逃；虛擬機(jī)（準(zhǔn)確的說是編譯器）在重載時(shí)是通過參數(shù)的靜態(tài)類型而不是實(shí)際類型作為判定依據(jù)；并且靜態(tài)類型是編譯期可知的怠堪，因此揽乱，在編譯階段，javac編譯器會根據(jù)參數(shù)的靜態(tài)類型決定使用哪個版本的重載

所有依賴靜態(tài)類型來定位方法執(zhí)行版本的分派稱為靜態(tài)分派

靜態(tài)分派的典型應(yīng)用就是方法重載

動態(tài)分派

重寫

invokevirtual的運(yùn)行時(shí)解析過程：

找到操作數(shù)棧頂?shù)牡谝粋€元素指向的對象的實(shí)際類型粟矿，記作C

如果類型C中找到與常量中的描述符和簡單名稱都相符的方法凰棉，則進(jìn)行訪問權(quán)限校驗(yàn)，如果通過則返回這個方法的直接引用陌粹，查找過程結(jié)束撒犀，如果不存在，則返回java.lang.IllegalAccessError異常

否則掏秩，按照繼承關(guān)系從下往上依次對C的各個父類進(jìn)行第二步的查搜索和驗(yàn)證過程

如果始終沒有找到或舞，則拋出java.lang.AbstractMethodError異常

運(yùn)行期根據(jù)實(shí)際類型確定方法版本的分派稱為動態(tài)分派

單分派和多分派

方法的接受者方法的參數(shù)統(tǒng)稱為方法的宗量，根據(jù)分派基于多少種宗量蒙幻，可以將分派劃分為單分派和多分派

單分派是根據(jù)一個宗量對目標(biāo)方法進(jìn)行選擇

多分派是根據(jù)多于一個宗量對目標(biāo)方法進(jìn)行分派

靜態(tài)分派屬于多分派

動態(tài)分派屬于單分派

虛擬機(jī)動態(tài)分派的實(shí)現(xiàn)

方法表

8.3.3動態(tài)類型語言支持

動態(tài)類型語言

關(guān)鍵特征是類型檢查的主體過程是在運(yùn)行期而不是編譯期

變量無類型而變量值有類型

靜態(tài)類型語言在編譯期提供嚴(yán)謹(jǐn)?shù)念愋蜋z查

動態(tài)類型語言提供了更大的靈活性

JDK7與動態(tài)類型語言

invokedynamic指令以及java.lang.invoke包出現(xiàn)

java.lang.invoke包

提供了一種動態(tài)確定目標(biāo)方法的機(jī)制映凳，稱為MethodHandle

MethodHandle和反射（Reflection）區(qū)別：

本質(zhì)上將都是在模擬方法調(diào)用，但反射模擬Java代碼層次的調(diào)用杆煞，MethodHandle模擬字節(jié)碼層次的調(diào)用

反射中的java.lang.Method對象遠(yuǎn)比MethodHandle機(jī)制的java.lang.MethodHandle對象所彪悍的信息多魏宽，反射是重量級，MethodHandle是輕量級

MethodHandle優(yōu)化

invokedynamic指令

每一處含有invokedynamic指令的地方都稱為動態(tài)調(diào)用點(diǎn)

掌控方法分派規(guī)則

8.4基于棧的字節(jié)碼解釋執(zhí)行引擎

8.4.1解釋執(zhí)行

javac編譯器完成了程序代碼經(jīng)過詞法分析决乎、語法分析到抽象語法樹队询，在遍歷語法樹生成線性的字節(jié)碼指令流的過程

一部分在虛擬機(jī)之外進(jìn)行，而解釋器是在虛擬機(jī)內(nèi)部构诚，所以Java程序的編譯是半獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)

8.4.2基于棧的指令集和基于寄存器的指令集

基于棧的指令集主要優(yōu)點(diǎn)是可移植性蚌斩、代碼更加緊湊、編譯實(shí)現(xiàn)更簡單范嘱；缺點(diǎn)是執(zhí)行速度相對慢點(diǎn)

8.4.3基于棧的解釋器執(zhí)行過程

參考文獻(xiàn)：

[1] 深入理解Java虛擬機(jī) 第二版 --周志明