操作數(shù)棧

操作數(shù)棧（Operand Stack）也常稱操作棧，它是一個(gè)后入先出（Last In First Out,LIFO）棧。方法在執(zhí)行過程中鲜漩，通過各種字節(jié)碼指令對(duì)棧進(jìn)行操作源譬，出棧/入棧。java虛擬機(jī)的解釋執(zhí)行引擎稱為“基于棧的執(zhí)行引擎”孕似，其中所指的“棽饶铮”就是操作數(shù)棧

動(dòng)態(tài)連接

每個(gè)棧幀都包含一個(gè)指向運(yùn)行時(shí)常量池中該棧幀所屬方法的引用，持有這個(gè)引用時(shí)為了執(zhí)行方法調(diào)用過程中的動(dòng)態(tài)連接（Dynamic Linking）

方法返回地址

當(dāng)一個(gè)方法開始執(zhí)行后喉祭，只有兩種方式可以退出這個(gè)方法：

1. 執(zhí)行引擎遇到任意一個(gè)方法返回的字節(jié)碼指令养渴，這個(gè)時(shí)候可能會(huì)有返回值傳遞給上層的方法調(diào)用者（調(diào)用當(dāng)前方法的方法稱為調(diào)用者），這種退出方式稱為正常完成出口（Normal Method Invocation Completion）
2. 方法執(zhí)行過程中遇到了異常泛烙，并且這個(gè)異常沒有在方法體內(nèi)得到處理理卑，無論是java虛擬機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的異常，還是代碼使用athrow字節(jié)碼指令產(chǎn)生的異常蔽氨，只要在本方法的異常表中沒有搜索到匹配的異常處理器藐唠，就會(huì)導(dǎo)致方法退出，這種退出方式稱為異常完成出口（Abrupt Method Invocation Completion）孵滞，這時(shí)不會(huì)給它的上層調(diào)用者產(chǎn)生任何返回值

方法退出的過程實(shí)際上就等同于把當(dāng)前棧幀出棧中捆，因此退出時(shí)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
• 把返回值（如果有）壓入調(diào)用者棧幀的操作數(shù)棧
• 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定等

附加信息

虛擬機(jī)規(guī)范允許具體的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)增加一些規(guī)范里沒有描述的信息到棧幀中，稱之為棧幀信息

方法調(diào)用

方法調(diào)用并不等同于方法執(zhí)行坊饶，方法調(diào)用階段的唯一任務(wù)就是確定被調(diào)用方法的版本泄伪，即調(diào)用哪一個(gè)方法，暫時(shí)還不涉及方法內(nèi)部的具體運(yùn)行過程匿级，就是類加載過程中的類方法解析蟋滴。

解析

解析就是將Class的常量池中的符號(hào)引用轉(zhuǎn)化為直接引用。在java虛擬機(jī)中提供了5條方法調(diào)用字節(jié)碼指令：

• invokestatic：調(diào)用靜態(tài)方法

  System.exit(1);
  ==>編譯
  iconst_1    ;將1放入棧內(nèi)
              ;執(zhí)行System.exit()
  invokestatic java/lang/System/exit(I)V
  

• invokespecial：調(diào)用實(shí)例構(gòu)造器<init>方法痘绎、私有方法和父類方法

  //<init>方法
  new StringBuffer()
  ==>編譯
  new java/lang/StringBuffer    ;創(chuàng)建一個(gè)StringBuffer對(duì)象
  dup                           ;將對(duì)象彈出棧頂
                                ;執(zhí)行<init>()來初始化對(duì)象
  invokespecial java/lang/StringBuffer/<init>()V
  
  //父類方法
  super.equals(x);
  ==>編譯
  aload_0   ;將this入棧
  aload_1   ;將第一個(gè)參數(shù)入棧
            ;執(zhí)行Object的equals()方法
  invokespecial java/lang/Object/equals(Ljava/lang/Object;)Z
  
  //私有方法
  與父類方法類似
  

• invokevirtual：調(diào)用所有的虛方法

  X x;
  ...
  x.equals("abc");
  ==>編譯
  aload_1   ;將x入棧
  ldc "abc"   ;將“abc”入棧
            ;執(zhí)行equals()方法
  invokevirtual X/equals(Ljava/lang/Object;)Z
  

• invokeinterface：調(diào)用接口方法津函，會(huì)在運(yùn)行時(shí)再確定一個(gè)實(shí)現(xiàn)此接口的對(duì)象

  List x;
  ...
  x.toString();
  ==>編譯
  aload_1   ;將x入棧
            ;執(zhí)行toString()方法
  invokeinterface java/util/List/toString()Z
  

• invokedynamic：先在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)解析出調(diào)用點(diǎn)限定符所引用的方法，然后再執(zhí)行該方法

在編譯階段就可以確定唯一調(diào)用版本的方法有：靜態(tài)方法（類名）孤页、私有方法尔苦、實(shí)例構(gòu)造器（<init>）、父類方法(super)行施、final方法允坚。其它統(tǒng)稱為虛方法，在編譯階段無法確定調(diào)用版本蛾号，需要在運(yùn)行期通過分派將符號(hào)引用轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯右?/p>

分派

1. 靜態(tài)分派：是指在運(yùn)行時(shí)對(duì)類內(nèi)相同名稱的方法根據(jù)描述符來確定執(zhí)行版本的分派稠项，即方法重載
2. 動(dòng)態(tài)分派：是指對(duì)于相同方法簽名的方法根據(jù)實(shí)際執(zhí)行對(duì)象來確定執(zhí)行版本的分派。編譯器是根據(jù)引用類型來判斷方法是否可執(zhí)行鲜结，真正執(zhí)行的是實(shí)際對(duì)象方法
3. 單分派與多分派：方法的接收者與方法的參數(shù)統(tǒng)稱為方法的宗量展运。單分派是根據(jù)根據(jù)一個(gè)宗量對(duì)方法進(jìn)行選擇活逆，多分派是根據(jù)多個(gè)宗量對(duì)方法進(jìn)行選擇
4. 虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)分派的實(shí)現(xiàn)：由于動(dòng)態(tài)分派是非常頻繁的動(dòng)作，基于性能的考慮拗胜，虛擬機(jī)中最常用的“穩(wěn)定優(yōu)化”手段是為類在方法區(qū)中建立一個(gè)虛方法表（Virtual Method Table蔗候，與此對(duì)應(yīng)的，在invokeinterface執(zhí)行時(shí)也會(huì)用到接口方法表Interface Method Table）挤土，使用虛方法表索引來代替元數(shù)據(jù)查找以提高性能琴庵。除使用方法表外，還可以使用內(nèi)聯(lián)緩存（Inline Cache）和基于“類型繼承關(guān)系分析”（Class Hierarchy Analysis,CHA）技術(shù)的守護(hù)內(nèi)聯(lián)（Guarded Inlining）等

虛方法表結(jié)構(gòu)

基于棧的字節(jié)碼解釋執(zhí)行引擎

解釋執(zhí)行

編譯過程

• 將上面步驟獨(dú)立于執(zhí)行引擎仰美，形成一個(gè)完整的編譯器 ==> C/C++
• 將其中一部分步驟實(shí)現(xiàn)為一個(gè)半獨(dú)立的編譯器 ==> Java
• 將上面步驟和執(zhí)行引擎全部集中封裝在一個(gè)封閉的黑匣子中 ==> JavaScript（大多數(shù)執(zhí)行器）

基于棧的指令集與基于寄存器的指令集

• 基于棧的指令集：
  • 優(yōu)點(diǎn)：可移植迷殿、代碼相對(duì)更緊湊、編譯器實(shí)現(xiàn)更簡單等
  • 缺點(diǎn)：執(zhí)行速度慢咖杂、完成相同功能的指令數(shù)量更多庆寺、棧位于內(nèi)存中
• 基于寄存器的指令集
  • 優(yōu)點(diǎn)：速度快
  • 缺點(diǎn)：與硬件結(jié)合緊密

參考鏈接

• invokestatic
• invokespecial
• invokevirtual
• invokeinterface