java虚拟机 (7)

Java虚拟机以方法作为最基本的执行单元,”栈帧“则是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行背后的数据结构,它也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、动态链接和方法返回地址等信息。

局部变量表

局部变量表是一组变量值的存储空间,用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量。

当一个方法被调用时,Java虚拟机会使用局部变量表来完成参数值到参数变量列表的传递过程, 即实参到形参的传递。如果执行的是实例方法(没有被static修饰的方法),那局部变量表中第0位索 引的变量槽默认是用于传递方法所属对象实例的引用,在方法中可以通过关键字“this”来访问到这个隐 含的参数。其余参数则按照参数表顺序排列,占用从1开始的局部变量槽,参数表分配完毕后,再根据 方法体内部定义的变量顺序和作用域分配其余的变量槽。

为了尽可能节省栈帧耗用的内存空间,局部变量表中的变量槽是可以重用的,方法体中定义的变 量,其作用域并不一定会覆盖整个方法体,如果当前字节码PC计数器的值已经超出了某个变量的作用 域,那这个变量对应的变量槽就可以交给其他变量来重用。

操作数栈

操作数栈也被成为操作栈,它是一个后入先出栈。当一个方法刚刚开始执行的时候,这个方法的操作数栈是空的,在方法的执行过程中,会有各种 字节码指令往操作数栈中写入和提取内容,也就是出栈和入栈操作。譬如在做算术运算的时候是通过 将运算涉及的操作数栈压入栈顶后调用运算指令来进行的,又譬如在调用其他方法的时候是通过操作 数栈来进行方法参数的传递。

动态链接

每个栈帧都包含一个指向运行时常量池[1]中该栈帧所属方法的引用,持有这个引用是为了支持方 法调用过程中的动态连接(Dynamic Linking)。我们知道Class文件的常量池中存 有大量的符号引用,字节码中的方法调用指令就以常量池里指向方法的符号引用作为参数。这些符号 引用一部分会在类加载阶段或者第一次使用的时候就被转化为直接引用,这种转化被称为静态解析。 另外一部分将在每一次运行期间都转化为直接引用,这部分就称为动态连接

方法返回地址

一个方法开始执行后,只有两种方式退出这个方法。第一种方式是执行引擎遇到任意一个方法 返回的字节码指令,这时候可能会有返回值传递给上层的方法调用者(调用当前方法的方法称为调用 者或者主调方法),方法是否有返回值以及返回值的类型将根据遇到何种方法返回指令来决定,这种 退出方法的方式称为“正常调用完成”

另外一种退出方式是在方法执行的过程中遇到了异常,并且这个异常没有在方法体内得到妥善处理

方法调用

Class文件的编译过程中不包含传统程序语言编译的 连接步骤,一切方法调用在Class文件里面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(也就是之前说的直接引用)。这个特性给Java带来了更强大的动态扩展能力,但也使 得Java方法调用过程变得相对复杂,某些调用需要在类加载期间,甚至到运行期间才能确定目标方法 的直接引用。

解析

所有方法调用的目标方法在Class文件里面都是一个常量池中的符 号引用,在类加载的解析阶段,会将其中的一部分符号引用转化为直接引用,这种解析能够成立的前 提是: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。在Java语言中符合“编译期可知,运行期不可变”这个要求的方法,主要有静态方法和私有方法两 大类,前者与类型直接关联,后者在外部不可被访问。

分派 静态分派

静态分派典型的应用则是重载。所有依赖静态类型来决定方法执行版本的分派动作,称为静态分派,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由虚拟机来执行的。javac编译器虽然能确定出方法的重载版本,但在很多情况下这个重载版本并不是“唯一”的,往往只能确定一个“相对更合适的”的版本。

动态分派

Java语言里动态分派的实现过程,它与Java语言多态性的另一个重要体现-重写有着很密切的关联

invokevirtual指令的运行时解析过程大致分为以下几步:

1)找到操作数栈顶的第一个元素所指向的对象的实际类型,记作C。

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