1.概述
不同的虛擬機實現(xiàn)里面贷痪，執(zhí)行引擎在執(zhí)行代碼的時候可能有解釋執(zhí)行(通過解釋器執(zhí)行)和編譯執(zhí)行(通過即時編譯器產(chǎn)生本地代碼執(zhí)行)兩種腮出，也可能兩者兼?zhèn)涓胝澹踔吝€可能會包含幾個不同的編譯器執(zhí)行引擎。
2.運行時棧幀結(jié)構(gòu)
棧幀是用于支持虛擬機進行方法調(diào)用和方法執(zhí)行的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)利诺，它是虛擬機運行時數(shù)據(jù)區(qū)中的虛擬機棧的棧元素。
棧幀存儲了方法的局部變量表剩燥、操作數(shù)棧慢逾、動態(tài)連接、方法返回地址等灭红。每一個方法從調(diào)用開始至執(zhí)行完成都對應(yīng)的一個棧幀在虛擬機棧入棧到出棧的過程侣滩。
編譯代碼的時候，棧幀中需要多大的局部便鏈表变擒，多深的操作數(shù)棧已經(jīng)完全確定了君珠，所以一個棧幀需要分配多少內(nèi)存，不會受程序運行期變量數(shù)據(jù)的影響娇斑。
對引擎來說策添，在活動線程中，只有位于棧頂?shù)臈攀怯行У暮晾拢Q當(dāng)前棧幀唯竹，與這個棧幀相關(guān)聯(lián)的方法稱當(dāng)前方法。執(zhí)行引擎運行的所有字節(jié)碼指令都只針對當(dāng)前棧幀進行操作苦丁。
2.1 局部變量表
是一組變量值存儲空間浸颓，存放方法參數(shù)和方法內(nèi)定義的局部變量。Java編譯為Class文件時，就在方法的Code屬性的max_locals數(shù)據(jù)項中確定了該方法所需要分配的局部變量表的最大容量产上。
在方法執(zhí)行時棵磷，虛擬機是使用局部變量表完成參數(shù)值到參數(shù)變量表到傳遞過程的。如果執(zhí)行的是實例方法(非static方法)晋涣，局部變量表第0位索引的slot默認(rèn)是用于傳遞方法所屬對象實例的引用仪媒，在方法中可以通過"this"訪問。其余參數(shù)按照參數(shù)表順序排列姻僧，占用從1開始的局部變量slot规丽。
變量槽slot是最小單位，具體多少長度是隨著處理器撇贺、操作系統(tǒng)或虛擬機的不同而變化的赌莺。
2.2 操作數(shù)棧
它是一個后入先出棧，最大深度也在編譯的時候?qū)懭氲紺ode屬性到max_stacks數(shù)據(jù)項中松嘶。
2.3 動態(tài)連接
每個棧幀包含一個指向運行時常量池中該棧幀所屬方法到引用艘狭，持有這個引用是為了支持方法調(diào)用過程中到動態(tài)鏈接。我們知道Class文件的常量池存有大量的符號引用翠订，字節(jié)碼中的方法調(diào)用指令以常量池中指向方法的符號引用作為參數(shù)巢音。
這些符號引用一部分在類加載階段或第一次使用的時候轉(zhuǎn)化為直接引用，稱靜態(tài)解析尽超。另一部分在運行期間轉(zhuǎn)化為直接應(yīng)用官撼，為動態(tài)連接。8.3中詳解似谁。
2.4 方法返回地址
方法推出的過程實際上是把當(dāng)前棧幀出棧：恢復(fù)上層方法的局部變量表和操作數(shù)棧傲绣，把返回值壓入調(diào)用者棧幀的操作數(shù)棧中，調(diào)整PC計數(shù)器的值以指向方法調(diào)用指令后面的一條指令巩踏。
3.方法調(diào)用
方法調(diào)用同于方法執(zhí)行秃诵，它唯一的任務(wù)是確定被調(diào)用方法的版本(即調(diào)用哪一個方法)，不涉及方法內(nèi)部的具體運行過程塞琼。
3.1 解析
方法調(diào)用的目標(biāo)方法在Class文件里面都是一個常量池的引用菠净，在類加載階段，會將其中一部分符號引用轉(zhuǎn)化為直接引用彪杉，這種解析的前提是：調(diào)用目標(biāo)程序代碼寫好毅往、編譯器進行編譯時就必須確定下來。
而分派調(diào)用可能是靜態(tài)的也可能是動態(tài)的派近，根據(jù)分派一句的宗量數(shù)可分為單分派和多分派煞抬。
3.2 分派
1.靜態(tài)分派
查看下面示例，想一下程序輸出結(jié)果是什么构哺。
/**
* @program: 方法靜態(tài)分派演示
* @description:
* @author: seanol
**/
public class StaticDispatch {
static abstract class Human{}
static class Man extends Human{}
static class Woman extends Human{}
public void sayHello(Human guy){
System.out.println("hello guy");
}
public void sayHello(Man guy){
System.out.println("hello man");
}
public void sayHello(Woman guy){
System.out.println("hello woman");
}
public static void main(String[] args) {
Human man = new Man();
Human woman = new Woman();
StaticDispatch sd = new StaticDispatch();
sd.sayHello(man);
sd.sayHello(woman);
}
}
運行結(jié)果：
hello guy
hello guy
Human man = new Man();"Human"稱為變量的靜態(tài)類型革答，或者外觀類型战坤，后面的"Man"稱為變量的實際類型。它們的區(qū)別是靜態(tài)類型的變化僅僅在使用時發(fā)生残拐，變量本身的靜態(tài)類型不會改變途茫，并且最終的靜態(tài)類型是編譯器可知的；實際類型變化的結(jié)果在運行期才能確定溪食。
再看上面的例子囊卜，main()里面的兩個sayHello()，在方法接受者已經(jīng)確定是對象"sd"后错沃，使用哪個重載栅组，完全取決于傳入?yún)?shù)的數(shù)量和數(shù)據(jù)類型。虛擬機(編譯器)在重載時通過參數(shù)的靜態(tài)類型而不是實際類型作為判斷依據(jù)枢析。
所有依賴靜態(tài)類型來定位方法執(zhí)行版本的分派動作稱為靜態(tài)分派玉掸。典型應(yīng)用就是方法重載。編譯器雖然能確定方法重載的版本醒叁，但很多情況下這個重載版本不是唯一的司浪。
主要原因是字面量不需要定義，所以字面量沒有顯式的靜態(tài)類型把沼。
例如'a'字面量會按照char->int->long->float->double的順序轉(zhuǎn)型啊易。但不會匹配到byte和short類型的重載，因為char到byte或short的轉(zhuǎn)型是不安全的饮睬；如果重載的方法參數(shù)類型都沒有上面的類型租谈，會發(fā)生自動裝箱，'a'被包裝為java.lang.Character捆愁，接下來是java.lang.Serializable(Character實現(xiàn)了它)垦垂；如果還沒有以這些類型作為參數(shù)的重載方法，繼續(xù)尋找以O(shè)bject作為參數(shù)的方法牙瓢；如果還么有會尋找以可變長參數(shù)的方法(優(yōu)先級最低)。
2.動態(tài)分派
動態(tài)分派和重寫有著密切關(guān)系间校。
3.單分派和多分派
方法的接受者與方法的參數(shù)統(tǒng)稱為方法的宗量矾克，根絕分派基于多少種宗量，可以將分派分為單分派和多分派憔足。單分派根據(jù)一個宗量對目標(biāo)方法進行選擇胁附，多分派根據(jù)多個宗量對目標(biāo)方法進行選擇。
現(xiàn)在的Java(1.8)是一門靜態(tài)多分派滓彰，動態(tài)單分派的語言控妻。
4.基于棧的字節(jié)碼解釋執(zhí)行引擎
4.1解釋執(zhí)行
如今，大部分語言都會遵循現(xiàn)代經(jīng)典編譯原理的思路：在執(zhí)行前先對程序源碼進行詞法分析和語法分析處理揭绑，把源碼轉(zhuǎn)化為抽象語法樹弓候。
對于一門具體語言對實現(xiàn)來說郎哭，詞法分析、語法分析菇存、優(yōu)化器和目標(biāo)代碼生成器都可以選擇獨立于執(zhí)行引擎夸研，形成一個完整意義都編譯器去實現(xiàn)，這類代表是C\C++依鸥。也可以選擇其中一部分步驟(如生成抽象語法樹之前的步驟)實現(xiàn)為一個半獨立的編譯器亥至，這類代表是Java。
Java中贱迟，Javac編譯器完成程序代碼經(jīng)過詞法分析姐扮、語法分析到抽象語言樹，再遍歷語法樹生成線性的字節(jié)碼指令流的過程衣吠。因為這部分動作是在Java虛擬機之外進行茶敏，解釋器是虛擬機內(nèi)部的，所以Java程序的編譯是半獨立的實現(xiàn)蒸播。
4.2 基于棧的指令集與基于寄存器的指令集
Java編譯器輸出的指令流睡榆，基本上是基于棧的指令集架構(gòu)，指令流中的指令大部分是零地址指令袍榆，它們以來操作數(shù)棧進行工作胀屿。與之相對的另外一套常用的指令集架構(gòu)是基于寄存器的指令集，最典型的是x86的二地址指令集包雀。
基于棧的指令集主要優(yōu)點是可移植宿崭，寄存器由硬件直接提供，程序直接依賴這些硬件寄存器則不可避免的要收到硬件的約束才写；代碼相對更加緊湊(字節(jié)碼中每個字節(jié)對應(yīng)一條指令)葡兑、編譯器實現(xiàn)更加簡單(不需要考慮空間分配問題)等。
主要缺點是執(zhí)行速度相對會慢一些赞草。完成相同功能所需要的指令數(shù)量一般比寄存器架構(gòu)多讹堤；棧實現(xiàn)在內(nèi)存中，頻繁的棧訪問意味著頻繁的內(nèi)存訪問厨疙。
4.3基于棧的解釋器執(zhí)行過程
下面看一個四則運算的例子：
public int clac(){
int a = 100;
int b = 200;
int c = 300;
return (a + b) * c;
}
我們使用javap命令查看它的字節(jié)碼指令：
筆者幫我們畫了7張圖洲守，描述執(zhí)行過程：
