JVM系列-方法呼叫的原理

吳七羊發表於2020-07-14
JVM

JVM系列-方法呼叫的原理

最近重新看了一些JVM方面的筆記和資料，收穫頗豐，尤其解決了長久以來心中關於JVM方法管理的一些疑問。下面介紹一下JVM中有關方法呼叫的知識。

目的

方法呼叫，目的是選擇方法正確的執行版本，也就是找到方法的入口地址。

方法呼叫指令

方法呼叫的位元組碼指令一共有五種，分別是：

  1. invokestatic：
    • 類方法：static
  2. invokespecial：
    • 方法：例項構造器
    • 私有方法：private
    • 父類中的方法
  3. invokevirtual
    • 虛方法
    • final修飾的方法
  4. invokeinterface
    • 介面方法
  5. invokedynamic
    • 用於動態語言支援

方法分類

非虛方法：

  1. 特點：
    • 在類載入時期，有些方法的呼叫版本已經能夠確定，在類載入-解析階段，把這些方法的符號引用替換為直接引用（即入口地址）。
  2. 包括：
    1. 類方法
    2. 方法
    3. 私有方法
    4. 父類中的方法
    5. final方法

即由invokestatic、invokespecial指令呼叫的方法，以及final修飾的方法，屬於非虛方法

虛方法：

  1. 特點：
    • 在類載入時期，無法確定方法最終的呼叫版本
  2. 包括：
    • 非非虛方法

即由invokevirtual呼叫的方法，除了final修飾的之外，都是虛方法

呼叫方式

解析

  1. 定義：對於非虛方法，在類載入的時候已經能確定這些方法的呼叫版本，在類載入的解析階段把符號引用替換為直接引用，就是方法的入口地址
  2. 範圍：非虛方法

分派

靜態分派

  1. 定義：在編譯期，根據方法涉及的引用型別（包括引數列表的引用型別和方法的呼叫者的引用型別）來確定方法呼叫的（初步）版本，並把相應的符號引用放在位元組碼指令中，這個步驟叫做靜態分派
  2. 範圍：虛方法、非虛方法
  3. 應用：方法的過載

動態分派

  1. 定義：在執行時，根據物件的實際型別來確定方法的呼叫版本，這個步驟叫做動態分派
  2. 範圍：虛方法
  3. 應用：方法的重寫
  4. 原理：
    1. 方法呼叫的部分位元組碼指令：
      1. aload：在呼叫方法時，總是有該指令將實際型別的物件引用入棧
      2. 載入方法引數
      3. invoketual
        1. 先在棧頂取到實際型別的物件引用
        2. 根據方法的符號引用在本類中尋找，找不到的話依次向上在父類中找該方法
    2. 優化實現：在虛擬機器中，虛方法表是動態分派的一種優化實現
      1. 虛方法表：
        1. 定義：類資訊的一種，在類載入-準備階段完成初始化，存放在方法區
        2. 特點：
          1. 虛方法表中儲存方法的入口地址
          2. 子類中繼承但未重寫的方法，在子類的虛方法表中存放的入口地址，就是父類的虛方法表中的入口地址，指向父類的實現
          3. 在父子類中，相同符號引用的方法（重寫）的方法，其在各自虛方法表中的索引相同
      2. 解釋動態分派：
        1. 根據位元組碼指令的符號引用，找到該方法在父類虛方法表中的索引
        2. 切換到實際型別的虛方法表，通過該索引，找到方法的入口地址

總結

主要內容在於方法呼叫的方式，即如何找到方法的入口地址的過程。

在這三種方式中，靜態分派發生在編譯期，解析發生在類載入時，動態分派發生在執行時。針對三者作用物件的不同可知，靜態分派是可以和解析或動態分派同時發生的，如類方法依然可以過載，重寫的方法也可以過載。但解析和動態分派是不可共存的。

以上是我的分享，如有疑問或錯誤，請指出，一起學習。

參考

《深入理解Java虛擬機器_JVM高階特性與最佳實踐-第3版》

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