【jvm】方法的调用

一、方法的调用

• 1.在jvm中，将符号引用转换为调用方法的直接引用与方法的绑定机制相关
• 2.静态链接：当一个字节码文件被装载进jvm内部时，如果被调用的目标方法在编译期可知，且运行期保持不变时。这种情况下将调用方法的符号引用转换为直接引用的过程称为静态链接
• 3.动态链接：如果被调用的方法在编译期无法被确定下来，也就是说，只能够在程序运行期将调用方法的符号引用转换为直接引用，由于这种引用转换过程具备动态性，因此也就被称之为动态链接。
• 4.对应的方法的绑定机制为:早期绑定 （Early Binding）和晚期绑定（Late Binding）。绑定是一个字段、方法或者类在符号引用被替换为直接引用的过程，这仅仅发生一次。
• 5.早期绑定：早期绑定就是指被调用的目标方法如果在编译期可知，且运行期保持不变时即可将这个方法与所属的类型进行绑定，这样一来，由于明确了被调用的目标方法究竟是哪一个，因此也就可以使用静态链接的方式将符号引用转换为直接引用。
• 6.晚期绑定：如果被调用的方法在编译期无法被确定下来，只能够在程序运行期根据实际的类型绑定相关的方法，这种绑定方式也就被称之为晚期绑定
• 7.随着高级语言的横空出世，类似于Java一样的基于面向对象的编程语言如今越来越多，尽管这类编程语言在语法风格上存在一定的差别，但是它们彼此之间始终保持着一个共性，那就是都支持封装、继承和多态等面向对象特性既然这一类的编程语言具备多态特性，那么自然也就具备早期绑定和晚期绑定两种绑定方式。
• 8.Java中任何一个普通的方法其实都具备虚函数的特征，它们相当于c++语言中的虚函数 (c++中则需要使用关键字virtual来显式定义)。如果在Java程序中不希望某个方法拥有虚函数的特征时，则可以使用关键字final来标记这个方法。

二、非虚方法

• 1.如果方法在编译期就确定了具体的调用版本，这个版本在运行时是不可变的这样的方法称为非虚方法
• 2.静态方法、私有方法、fina1方法、实例构造器、父类方法都是非虚方法
• 3.其他方法称为虚方法

三、虚方法

• 1.子类对象的多态性的使用前提是类的继承关系和方法的重写
• 2.编译期间无法确认的方法称为虚方法

四、虚拟机调用指令

4.1 普通调用指令

• 1.invokestatic：调用静态方法，解析阶段确定唯一方法版本
• 2.invokespecial：调用方法、私有及父类方法，解析阶段确定唯一方法版本
• 3.invokevirtual：调用所有虚方法
• 4.invokeinterface：调用接口方法
• 5.上述4条指令固化在虚拟机内部，方法的调用执行不可人为干预

4.2 动态调用指令

• 1.invokedynamic:动态解析出需要调用的方法，然后执行
• 2.invokedynamic指令则支持由用户确定方法版本。
• 3.其中invokestatic指令和invokespecial指令调用的方法称为非虚方法，其余的 (final修饰的除外) 称为虚方法。

五、代码示例

5.1 父类

package com.learning.stack.method_invoke;

/**
 * @Author wangyouhui
 * @Description 父类
 **/
public class Father {
    public Father(){
        System.out.println("father的构造器");
    }
    public static void staticMethod(){
        System.out.println("father的static方法");
    }
    public final void finalMethod(){
        System.out.println("father的final方法");
    }
    public void commonMethod(){
        System.out.println("father的common方法");
    }
}

5.2 子类

package com.learning.stack.method_invoke;

/**
 * @Author wangyouhui
 * @Description 子类
 **/
public class Son extends Father{
    public Son(){
        // 1 invokespecial #1  : ()V>
        super();
    }
    public Son(int age){
        // 1 invokespecial #2  : ()V>
        this();
    }
    // 静态方法不能被重写，因此该方法不是重写父类的静态方法
    public static void staticMethod(){
        System.out.println("son的static方法");
    }

    private void privateMethod(){
        System.out.println("son的private方法");
    }

    public void info(){

    }

    public void show(){
        // 0 invokestatic #7 
        staticMethod();
        // 3 invokestatic #8 
        super.staticMethod();
        // 7 invokespecial #9 
        privateMethod();
        // 11 invokespecial #10 
        super.commonMethod();
        // 15 invokevirtual #11 
        finalMethod();
        // 19 invokevirtual #12 
        commonMethod();
        // 23 invokevirtual #13 
        info();
        MethodInterface methodInterface = new MethodInterfaceImpl();
        // 35 invokeinterface #16  count 1
        methodInterface.method();
    }
}

5.3 接口

package com.learning.stack.method_invoke;

/**
 * @Author wangyouhui
 * @Description 接口
 **/
public interface MethodInterface {
    void method();
}

5.4 接口实现

package com.learning.stack.method_invoke;

/**
 * @Author wangyouhui
 * @Description 接口实现类
 **/
public class MethodInterfaceImpl implements MethodInterface{
    @Override
    public void method() {
        System.out.println("接口实现类实现method方法");
    }
}

六、方法指令

 0 invokestatic #7 
 3 invokestatic #8 
 6 aload_0
 7 invokespecial #9 
10 aload_0
11 invokespecial #10 
14 aload_0
15 invokevirtual #11 
18 aload_0
19 invokevirtual #12 
22 aload_0
23 invokevirtual #13 
26 new #14 
29 dup
30 invokespecial #15  : ()V>
33 astore_1
34 aload_1
35 invokeinterface #16  count 1
40 return

七、说明

• 1.invokestatic指令和invokespecial指令调用的方法称为非虚方法
• 2.finalMethod虽然指令是invokevirtual ，但final修饰的方法不能被重写，因此也认为此方法为非虚方法
• 3.接口方法调用指令是invokeinterface，在编译期间无法确认是谁实现，因此也是虚方法

八、invokedynamic指令

8.1 说明

• 1.JVM字节码指令集一直比较稳定，一直到Java7中才增加了invokedynamic指令，这是Java为了实现[动态类型语言] 支持而做的种改进。
• 2.在Java7中并没有提供直接生成invokedynamic指令的方法，需要借助ASM这种底层字节码工具来产生invokedynamic指令。直到Java8的Lambda表达式的出现，invokedynamic指令的生成，在Java中才有了直接的生成方式。
• 3.Java7中增加的动态语言类型支持的本质是对Java虚拟机规范的修改，而不是对Java语言规则的修改，这一块相对来讲比较复杂，增加了虚拟机中的方法调用，最直接的受益者就是运行在Java平台的动态语言的编译器
• 4.动态类型语言和静态类型语言两者的区别就在于对类型的检查是在编译期还是在运行期，满足前者就是静态类型语言，反之是动态类型语言。
• 5.静态类型语言是判断变量自身的类型信息;动态类型语言是判断变量值的类型信息，变量没有类型信息，变量值才有类型信息，这是动态语言的一个重要特征。

8.2 代码示例

package com.learning.stack.method_invoke.invoke_dynamic;

/**
 * @Author wangyouhui
 * @Description invokedynamic
 **/
@FunctionalInterface
interface Func{
    public boolean func(String string);
}


public class Lambda {
    public void invokedynamicMethod(Func func){
        return;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Lambda lambda = new Lambda();
        Func func = s -> {
            return true;
        };
        lambda.invokedynamicMethod(func);

        lambda.invokedynamicMethod(s ->{
            return true;
        });
    }
}

8.3 main方法指令

 0 new #2 
 3 dup
 4 invokespecial #3  : ()V>
 7 astore_1
 8 invokedynamic #4 
13 astore_2
14 aload_1
15 aload_2
16 invokevirtual #5 
19 aload_1
20 invokedynamic #6 
25 invokevirtual #5 
28 return

九、方法重写的本质

• 1. 找到操作数栈顶的第一个元素所执行的对象的实际类型，记作 C
• 2. 如果在类型 C 中找到与常量中的描述符合简单名称都相符的方法则进行访问权限校验，如果通过则返回这个方法的直接引用，查找过程结束；如果不通过则返回java.lang,IllegalAccessError 异常。
• 3. 否则，按照继承关系从下往上依次对 C 的各个父类进行第 2 步的搜索和验证过程。
• 4. 如果始终没有找到合适的方法，则抛出 java.lang.AbstractMethodError异常

十、虚方法表

• 1.在面向对象的编程中，会很频繁的使用到动态分派，如果在每次动态分派的过程中都要重新在类的方法元数据中搜索合适的目标的话就可能影响到执行效率。因此，为了提高性能，JM采用在类的方法区建立一个虚方法表(virtual method table) (非虚方法不会出现在表中) 来实现。使用索引表来代替查找
• 2.每个类中都有一个虚方法表，表中存放着各个方法的实际入口
• 3.虚方法表会在类加载的链接阶段被创建并开始初始化，类的变量初始值准备完成之后，JVM会把该类的方法表也初始化完毕。