JVM系列-方法调用的原理

最近重新看了一些JVM方面的笔记和资料,收获颇丰,尤其解决了长久以来心中关于JVM方法管理的一些疑问。下面介绍一下JVM中有关方法调用的知识。

目的

方法调用,目的是选择方法正确的执行版本,也就是找到方法的入口地址。

方法调用指令

方法调用的字节码指令一共有五种,分别是:

  1. invokestatic:

    • 类方法:static
  2. invokespecial:
    • 方法:实例构造器
    • 私有方法:private
    • 父类中的方法
  3. invokevirtual
    • 虚方法
    • final修饰的方法
  4. invokeinterface
    • 接口方法
  5. invokedynamic
    • 用于动态语言支持

方法分类

非虚方法:

  1. 特点:

    • 在类加载时期,有些方法的调用版本已经能够确定,在类加载-解析阶段,把这些方法的符号引用替换为直接引用(即入口地址)。
  2. 包括:
    1. 类方法
    2. 方法
    3. 私有方法
    4. 父类中的方法
    5. final方法

即由invokestatic、invokespecial指令调用的方法,以及final修饰的方法,属于非虚方法

虚方法:

  1. 特点:

    • 在类加载时期,无法确定方法最终的调用版本
  2. 包括:
    • 非非虚方法

即由invokevirtual调用的方法,除了final修饰的之外,都是虚方法

调用方式

解析

  1. 定义:对于非虚方法,在类加载的时候已经能确定这些方法的调用版本,在类加载的解析阶段把符号引用替换为直接引用,就是方法的入口地址
  2. 范围:非虚方法

分派

静态分派

  1. 定义:在编译期,根据方法涉及的引用类型(包括参数列表的引用类型和方法的调用者的引用类型)来确定方法调用的(初步)版本,并把相应的符号引用放在字节码指令中,这个步骤叫做静态分派
  2. 范围:虚方法、非虚方法
  3. 应用:方法的重载

动态分派

  1. 定义:在运行时,根据对象的实际类型来确定方法的调用版本,这个步骤叫做动态分派
  2. 范围:虚方法
  3. 应用:方法的重写
  4. 原理:
    1. 方法调用的部分字节码指令:

      1. aload:在调用方法时,总是有该指令将实际类型的对象引用入栈
      2. 加载方法参数
      3. invoketual
        1. 先在栈顶取到实际类型的对象引用
        2. 根据方法的符号引用在本类中寻找,找不到的话依次向上在父类中找该方法
    2. 优化实现:在虚拟机中,虚方法表是动态分派的一种优化实现
      1. 虚方法表:

        1. 定义:类信息的一种,在类加载-准备阶段完成初始化,存放在方法区
        2. 特点:
          1. 虚方法表中存储方法的入口地址
          2. 子类中继承但未重写的方法,在子类的虚方法表中存放的入口地址,就是父类的虚方法表中的入口地址,指向父类的实现
          3. 在父子类中,相同符号引用的方法(重写)的方法,其在各自虚方法表中的索引相同
      2. 解释动态分派:
        1. 根据字节码指令的符号引用,找到该方法在父类虚方法表中的索引
        2. 切换到实际类型的虚方法表,通过该索引,找到方法的入口地址

总结

主要内容在于方法调用的方式,即如何找到方法的入口地址的过程。

在这三种方式中,静态分派发生在编译期,解析发生在类加载时,动态分派发生在运行时。针对三者作用对象的不同可知,静态分派是可以和解析或动态分派同时发生的,如类方法依然可以重载,重写的方法也可以重载。但解析和动态分派是不可共存的。

以上是我的分享,如有疑问或错误,请指出,一起学习。

参考

《深入理解Java虚拟机_JVM高级特性与最佳实践-第3版》

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