JAVA方法调用机制

1. 一个方法调用的例子

public class CYoungMan extends YoungMan{
    @Override
    public String meet(Object obj) {
        return "Object class";
    }
    @Override
    public String meet(String str) {
        return "String class";
    }
    public static void main(String[] args) {
        Object str = "kat";
        YoungMan ym = new CYoungMan();
        String result = ym.meet(str);
    }
}

在上面的例子中，对于方法调用ym.meet(str)，我们大概知道有两个阶段：
（1）在编译阶段，根据方法接收者ym的静态类型（static type）即YoungMan，以及参数str的静态类型Object，来决定该方法调用的符号引用：YoungMan.meet:(Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/String;（见javap的字节码反汇编结果invokevirtual #7）；
（2）在运行时阶段，根据方法接收者ym的实际类型（actual type）即CYoungMan以及它的继承层级，来确定方法实际引用。
上面的两个阶段分别是方法重载解析、动态分派。

说明：
1、 方法重载解析，国内一般翻译为静态分派（相对于动态分派），但实际英文文档是 Method Overload Resolution。 这里个人感觉按英文语义翻译更好，所以采用这个。

  ...
  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=4, args_size=1
         0: ldc           #4                  // String kat
         2: astore_1
         3: new           #5                  // class method/invoke/CYoungMan
         6: dup
         7: invokespecial #6                  // Method "":()V
        10: astore_2
        11: aload_2
        12: aload_1
        13: invokevirtual #7                  // Method method/invoke/YoungMan.meet:(Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/String;
        16: astore_3
        17: return
  ...

2. 方法重载解析[1] （Method Overload Resolution）

可以看到，编译阶段能确定的、能使用的信息只有方法接收者或者入参的静态类型，以及入参静态类型的继承层次关系。对于一个确定的方法接收者及方法名的方法调用，JAVA编译器会根据入参来选取一个重载方法，这过程有三个阶段：
（1）不考虑基本类型的装箱/拆箱、以及可变长参数这两种情况，选取重载方法；
（2）如果在（1）找不到适配的方法，那么采用策略选取重载方法：允许装箱/拆箱，但排除可变长参数；
（3）如果在（2）找不到适配的方法，那么采用装箱/拆箱与可变长参数组合使用的策略；
在任何一个阶段找到重载方法的话，解析过程就结束了。
在JAVA语言规范里面，上面的过程称之为“确认潜在的适配方法”（Identify Potentially Applicable Methods），也就是说，在任一阶段可能找到多个候选的方法。
如果找到多个方法的话，再从中选择最贴切的一个。这里利用的关键信息就是入参静态类型的继承层次关系，原则就是优先选择继承路径最短的。举个简单的例子，现在有两个候选方法：m1(TypeA a)、m1(TypeB b)，而入参的静态类型是TypeC，三种类型的继承层次关系是TypeC->TypeB->TypeA，那么方法m1(TypeB b)肯定是最贴切的（最具体的），因为继承路径最短。

3. 动态分派 （Dynamic Dispatch）

对于重载解析中确定的方法，由于重写（和继承）特性而可能存在多个潜在的方法版本，必须在运行期按实际类型确定方法版本，即动态分派。
在运行期执行时，JVM提供了有5种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，调用所有的虚方法；
（4）invokeinterface，调用接口方法；
（5）invokedynamic，调用动态方法；
前四种指令，均在类加载-解析阶段将符号引用解析为方法的直接引用。至于最后的invokedynamic，是在JDK7中新增的指令，目的是在JVM中更好地运行动态类型语言。简单说，就是在运行期能实现“重载方法解析+动态分派”两重功能的方法解析调用。
其中，前两个指令对应的方法，因为潜在的方法版本唯一，直接引用是具体方法的指针，在执行指令可以直接访问了，这些方法也称之为非虚方法。相反，第3、4个指令，虚方法及接口方法，得到的直接引用只是方法表的一个索引值，执行指令时还需要进一步解析，这里有两个阶段。
（1）非接口方法解析（类加载-解析阶段）
这里说下非接口方法符号引用解析为直接引用的过程。假设目标符号引用为类C，则JVM的步骤如下：

1. 在C中查找符合名字及描述符的方法，如果有则返回方法直接引用（方法指针），结束；
2. 如果1没有找到，按继承层次从低往高，先从C的父类中继续搜索，直至Object类，如果有则返回方法直接引用（方法表索引值），结束；
3. 如果2没有找到，在C实现的接口列表及他们父接口中搜索，如果找到，还要满足一条限制【若C不是抽象类，结果必须不能为抽象方法，不然报错AbstractMethodError】才能返回。
4. 如果最后都没找到，报错NoSuchMethodError。
   当然，过程找到的方法必须具备访问权限了，不然报错IllegalAccessError。接口方法解析也是类似的原理。

（2）invokevirtual 的解析过程（指令执行阶段）

1. 确定操作数栈顶第一个元素的所指向的对象实际类型，设为C；
2. 在C中查找符合名字及描述符的方法，如果有则返回方法直接引用（方法指针），结束；
3. 如果1没有找到，按继承层次从低往高，先从C的父类中继续搜索，直至Object类，如果有则返回方法直接引用（方法指针），结束；
   这个过程其实跟类加载的方法解析是类似的，都是在类继承层次上按图索骥。可以看到，这里涉及逐层的搜索，性能是堪忧的，因此在虚拟机的实际实现中会采用空间换时间的策略，构建虚方法表（对于invokeinterface，则是接口方法表），使用虚方法表索引来替代层层搜索。

4. 方法表

在前面提到，方法表是用来加速类加载阶段的方法解析、虚方法/接口方法指令的解析过程的，所以方法表的构建一定是在类加载过程的解析阶段之前。
你大概猜到了，是的，是在准备阶段，除了为静态字段分配内存外，还构造了类的方法表。
方法表[2]的构建过程就不赘言了，下面列一下它的两点特征：

1. 本质上是一个数组，元素指向当前类或者祖先类的方法（方法引用）；
2. 子类方法表包含父类方法表中所有方法，如果某个方法在子类中没有被重写，则方法引用与父类的一致，否则用自己实现的方法替换父类的；
   相当于把一个分层结构水平铺开，无论类加载的方法解析还是虚方法调用指令的解析，只需要在当前实际类型的方法表中遍历搜索即可，不需要层层递归搜索了。

问题与讨论：
1、对包装类型拆箱，不考虑空指针问题，相当于把问题抛给coder？

参考文献

1. Compile-Time Step 2: Determine Method Signature
2. 虚方法表结构源码
3. 深入理解Java虚拟机（第2版）
4. 极客时间付费课程-深入拆解 Java 虚拟机