深入理解Java虚拟机6-chap8-9-斗者3星

一、虚拟机字节码执行引擎

　　1.虚拟机执行引擎由自己实现，所以可以自行制定指令集与执行引擎的体系结构，并且可以执行那些不被硬件直接支持的指令集格式。

　　2.执行引擎

• 编译执行：通过JIT编译器产生本地代码执行
• 解释执行：通过解释器解释执行

二、运行时栈帧结构

• 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。每一个方法从调用开始至执行完成的过程，都对应着一个栈帧在虚拟机栈里面从入栈到出栈的过程。
• 对于执行引擎来说，在活动线程中，只有位于栈顶的栈帧才是有效的，称为当前栈帧。

　　

　　1.局部变量表

• 编译时，在方法的Code属性的max_locals确定需要分配的局部变量表的最大容量
• 对于实例方法，局部变量表中的0位索引的Slot默认记录方法所属对象实例的引用，即this指针
• 根据变量作用域，Slot可以被复用，可能对垃圾回收产生影响，如果对变量赋null，在JIT编译中会被清除，最优雅的解决方法是以恰当的变量作用域来控制变量的回收时间

　　2.操作数栈

• LIFO栈
• 最大深度为编译时写入方法表中Code属性的max_stacks
• 可能会有不同栈间的数据共享　　

　　

　　3.动态连接

• 每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属性方法的引用，用来支持动态连接
• 字节码中的方法调用指令：以常量池中指向方法的符号引用为参数
• 符号引用解析：一部分发生在类加载或者第一次使用，即静态解析，动态解析发生在每一次运行期

　　4.方法返回地址

• 正常完成出口
• 异常完成出口

　　5.附加信息

• 在实际开发中，一般会把动态连接，方法返回地址与其它附加信息全部归为一类，称为栈帧信息。

三、方法调用

• 目的：确定调用方法的版本
• 一切方法调用在Class文件里存储的都只是符号引用，而不是方法在实际运行时内存布局中的入口地址(相当于直接引用)

　　1.解析

• 类加载的解析阶段，会把其中一部分符号引用转化为直接引用，前提：方法在程序运行之前只有一个可确定的调用版本，并且这个调用版本在运行期不可变
• 编译器可知，运行期不可变：静态方法与私有方法，
• 五条方法调用字节码指令

　　1）invokestatic:调用静态方法

　　2）invokespecial:调用实例构造器方法，私有方法和父类方法。

　　3）invokevirtual:调用虚方法。

　　4）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。

　　5）invokedynamic:先在运行时动态解析出调用点限定符所引用的方法，然后再执行该方法，在此之前的4条调用指令，分派逻辑是固化在Java虚拟机内部的，而invokedynamic指令的分派逻辑是由用户所设定的引导方法决定的。

• 只要能被invokestatic与invokespecial指令调用的方法，都可以在解析阶段确定唯一的调用版本，符合这个条件的有静态方法，私有方法，实例构造器和父类方法四类，它们在类加载的时候就会把符号引用解析为该方法的直接引用。这些方法可以统称为非虚方法，与之相反，其它方法就称为虚方法(除去final方法)。
• final方法虽然由invokevirtual调用，但是由于它无法被覆盖，没有其他版本，所以也是非虚方法

　　2.分派

• 静态分派：依赖静态类型来定位方法执行版本的分派动作称为静态分派，典型应用为方法重载

　　1）Shape s = new Circle()，Shape称为静态类型，Circle称为实际类型

• 动态分派：依赖动态类型执行方法分派，典型应用为重写

　　1）动态分派时，会根据当前栈帧的局部变量表，进行挨个遍历匹配接受者（即调用者），由于invokevirtual指令执行的第一步就是在运行期确定接受者的实际类型，这个过程就是Java语言重写的本质

• 单分派与多分派

　　1）方法的接受者与方法的参数称为方法的宗量。

　　2）单分派是根据一个宗亮对目标方法进行选择，多分派是根据多个宗量

　　3）Java语言：静态多分派、动态单分派

　　4）动态分派，优化手段：虚方法表，若方法没被重写，则地址入口与父类相同方法地址一致

　　

　　3.动态语言支持

• 反射与invokedynamic指令

四、基于栈的字节码解释执行引擎

　　1.解释执行

• Java 语言中， Javac 编译器完成了程序代码经过词法分析、语法分析到抽象语法树，再遍历语法树生成线性的字节码指令流的过程
• 解释器在JVM内部，所以Java程序的编译是半独立的实现

　　

• 中间过程：解释执行
• 下面过程：传统编译原理程序代码到目标机器代码的生成过程

　　2.基于栈指令集与寄存器指令集

• 基于栈的指令集主要的优点就是可移植，寄存器由硬件直接提供，程序直接依赖这些硬件寄存器则不可避免地要受到硬件的约束。
• 栈架构指令集的主要缺点是执行速度相对来说会稍慢一些。
• 虽然栈架构指令集的代码非常紧凑，但是完成相同功能所需的指令数量一般会比寄存器架构多，因为出栈、入栈操作本身就产生了相当多的指令数量，，栈实现在内存之中，频繁的栈访问也就意味着频繁的内存访问，相对于处理器来说，内存始终是执行速度的瓶颈。

五、类加载器

　　1.Tomcat

　　

　　2.OSGI：运行时生成类加载体系结构

　　3.字节码生成与动态代理技术

　　4.Restrotranslator：Java逆向移植工具

• 基本原理是将新特性在编译时进行替换，如包装对象，更换为Integer.valueOf()

参考：

　　https://gavinzhang1.gitbooks.io/java-jvm-us/content/xu_ni_ji_zi_jie_ma_zhi_xing_yin_qing.html