虚拟机字节码执行

运行时栈帧结构

栈帧是用来支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构，它是虚拟机运行时数据区中的虚拟机栈的栈元素。

栈帧存储了方法的局部变量表、操作数栈、动态连接、和方法返回地址等信息。

方法的调用到执行完成对应一个栈帧的入栈到出栈过程。

局部变量表

一组变量值存储空间，用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量。

在编译期确定大小，max_locals

单位slot（32位）

八种数据的类型：byte short int char boolean float reference returnAddress

reference(引用类型)：对象实例的引用：找到实例对象在堆中初始地址索引；找到对象方法区的类型信息

64位数据类型long double，可用两个连续的slot，原子操作？，局部变量建立在线程的堆栈上不存在线程安全问题，在类加载校验阶段会抛出异常，不允许访问其中的一个，

执行实例方法时，那局部变量表中第0位索引：指向实例对象的应用（可用this调用此引用），从第1位开始分配局部变量Slot，参数表-->再根据内部定义的局部变量顺序+作用域分配其余的Slot

为了节省空间，Slot是可以重用的：场景方法中作用域内的局部变量超出作用域之后，

副作用是影响GC行为，延迟GC，超出作用域后，作用域内局部变量slot未被占用，GC可能不会回收

不使用的对象应手动赋值为null，但是；以恰当的变量作用域来控制变量回收时间才是最优雅的解决方案，“公有设计，私有实现”，赋值为null的操作在经过JIT优化后会被消除，使得设置null变得毫无意义，而且JIT后本地代码GCRoot和解释执行期有很大的区别。

操作数栈

先入后出

编译期确定大小，写入到Code属性的max_stacks数据项，任何时候，操作数栈的深度都不会超过max_stacks

每个栈元素可以是任意类型的java数据类型，32位数据类型栈容量为1，,64为2

方法开始执行时，操作数栈时空的，执行过程中，会有各种字节码指令往操作数栈中写入和提取内容，入栈、出栈操作。

编译期：操作数栈中的元素数据类型必须与字节码指令的序列严格匹配。

概念模型中连个栈帧作为虚拟机栈的元素是完全独立的，但是大多数虚拟机实现都会做一些优化，两栈部分局部变量表和部分操作数栈重叠。

动态链接

每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用。

静态解析：Class文件中常量池存在大量的符号引用，类加载或者第一次使用时转化为直接引用

动态链接：Class文件中常量池存在大量的符号引用，运行期间转化为直接引用

方法返回地址

正常完成出口：执行引擎遇到任意一个方法返回的字节码指令，导致方法退出。

异常完成出口：在本方法的异常表中没有搜索到匹配的异常处理器，导致方法退出。

附加信息

 

方法调用：

方法调用并不等同与方法执行，方法调用阶段唯一任务：确定被调用方法的版本（调用哪一个方法）

解析

类加载的解析阶段，会将一部分符号引用转化为直接引用--编译期可知，运行期不可变

虚拟机提供5条方法调用字节码指令

invokestatic：调用静态方法

invokespecial：调用实例构造器<init>方法，私有方法和父类方法

invokevirtual：调用所有的虚方法

invokeinterface：调用接口方法，会在运行时再确定一个实现此接口的对象。

invokedynamic：现在运行时动态解析出调用点限定符所引用的方法，然后在执行该方法。

其中被invokestatic、invokespecial指令调用的方法，都可以在解析阶段中确定唯一的调用版本：

 

方法调用

静态解析

静态解析成立前提：方法在程序真正运行之前就有一个可确定的调用版本，并且这个方法的调用版本在运行期是不可改变的。即调用目标在程序代码写好，编译器进行编译时必须确定下来的。

符合“编译器克制，运行期不可变”的方法：静态方法，私有方法、实例构造器、父类方法--非虚方法

解析解析一定是一个静态的过程；分派调用则可能是静态的也可能是动态的

分派

Human man = new Man();

将Human称为变量man的静态类型

将Man称为变量man的实际类型

静态分派

所有以来静态类型来确定方法执行版本的分派过程称为静态分派。

静态分派的典型应用就是方法重载。                          

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有虚拟机来执行的。

重载版本并不唯一，往往只能确定一个更加合适的版本，产生模糊结论的只要原因是字面量不需要定义，即字面量没有显示的静态类型，只能根据语言的规则去理解和推断。

public static void sayHello(char arg){
    System.out.println("hello char");
}

public static void sayHello(Character arg){
    System.out.println("hello Character ");
}

public static void main(String[] args){
    sayHello('a');//字面量'a'没有显示的静态类型，只能根据语言规则去理解与推断
}
//基本类型及基本类型转换-->封装类型-->序列化类型-->父类-->变长参数
//（char-int-long）-->Character-->Serializable-->Object-->char..

解析和分派并不是二选一的排他关系，静态方法是静态解析的，但静态方法重载后选择合适版本是静态分派的。

动态分派

运行期根据实际类型确定方法执行版本的分派过程称为动态分派。

动态分派的典型应用就是方法重写。 （在继承关系自下向上查找）

 单分派与多分派

方法的接受者与方法的参数统称为方法的宗量。

 单分派是根据一个宗量对目标方法进行选择，多分派则是根据多于一个宗量对目标方法进行选择。

Java重载根据静态类型+参数确定目标方法的，即根据两个宗量进行选择属于静态多分派。

Java重写根据实际类型来确定目标方法的，即根据一个宗量进行选择属于动态单分派。

public class Dispatch{
    static class QQ{}
    static class _360{}
    public static class Father{
          public void hardChoice(QQ arg){
               System.out.println("father choose qq");
          }
          public void hardChoice(_360 arg){
               System.out.println("father choose 360");
          }
    }

    public static class Son extends Father{
          public void hardChoice(QQ arg){
               System.out.println("son choose qq");
          }
          public void hardChoice(_360 arg){
               System.out.println("son choose 360");
          }
    }

    public static void main(String[] arg){
        Father father = new Father();
        Father son = new Son();
        father.hardChoise(new _360());//（重载）编译阶段根据静态类型father+参数_360确定目的方法，静态多分派
        son.hardChoise(new QQ());//由于在编译阶段时已经确定了father.hardChoise（QQ）,运行阶段只需要根据实际类型Son就可以确定目的方法son.hardChoise(QQ)，动态单分派
    }
}

Java语言是一门静态多分派，动态单分派的语言

 

动态类型支持，典型的动态语言JavaScript，javaScript，类型检查在运行期。

字节码生成技术与动态代理的实现

字节码生成技术，常见的CGLib，ASM之类的字节码类库，JDK中javac命令就是字节码生成技术的“老祖宗”

现在开发人员都是用过Spring框架，其中AOP的实现方式有两种：JDK自带的动态代理及其拓展类库CGLib（主要解决动态代理方式实现代理时的目标类必须实现接口的缺点）