《虚拟机字节码执行引擎》笔记：方法调用

周志明先生所著的《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》(购买地址:亚马逊链接)，对我学习Java、理解Java之道有非常大的帮助。至今已读过两遍，为了能够融会贯通，加深记忆(人老了记忆力差)，便在Blog上记录一些认为该记的东西。

方法调用

         方法调用不等同于方法执行，方法调用阶段唯一的任务就是确定被调用方法的版本（即调用哪一个方法），暂时还不涉及方法内部的具体运行过程。

 

解析

         所有方法调用中的目标方法在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，虚拟机会将其中的一部分符号引用转化为直接引用，这种解析能成立的前提是：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。换句话说，调用目标在程序代码写好、编译器进行编译时就必须确定下来。这类方法的调用称为解析（Resolution）。

         在Java中，符合“编译器可知，运行期间不可变”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，这两种方法都不可能通过继承或别的方式重写出其他版本，因此它们都适合在类加载阶段进行解析。

         可以在解析阶段确定唯一的调用版本的有静态方法、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。这些方法可以称为非虚方法。final方法也是非虚方法。

        

分派

         解析调用一定是个静态的过程，在编译期间就完全确定，在类装载的解析阶段就会把涉及的符号引用全部转变为可确定的直接引用，不会延迟到运行期再去完成。而分派（Dispatch）调用则可能是静态的也可能是动态的。

 

         静态分派

/**
 * 方法静态分派演示
 * @author 周志明
 */
public class StaticDispatch {
	static abstract class Human{
		
	}
	static class Man extends Human{
		
	}
	static class Women extends Human{
		
	}
	public void sayHello(Human guy){
		System.out.println("hello,guy!");
	}
	public void sayHello(Man guy){
		System.out.println("hello,gentleman!");
	}
	public void sayHello(Women guy){
		System.out.println("hello,lady!");
	}
	public static void main(String[] args) {
		Human man=new Man();
		Human women=new Women();
		
		StaticDispatch sd=new StaticDispatch();
		sd.sayHello(man);
		sd.sayHello(women);
	}
}

 

Human man=new Man();

我们把上面代码中的“Human”称为变量的静态类型（Static Type）或者外观类型（Apparent Type），后面的“Man”则称为变量的实际类型（Actual Type）。在main()里面的两次sayHello()方法调用，在方法接收者已经确定是对象“sd”的前提下，使用哪个重载版本，就完全取决于传入参数的数量和数据类型。代码中特意地定义了两个静态类型相同、实际类型不同的变量，但虚拟机（准确地说是编译器）在重载时是通过参数的静态类型而不是实际类型作为判定依据的。静态类型是编译期可知的，所以在编译阶段，Javac编译器就根据参数的静态类型决定使用哪个重载版本，所以选择了sayHello(Human)作为调用目标，并把这个方法的符号引用写到main()方法里的两条invokevirtual指令的参数中。

所有依赖静态类型来定位方法执行版本的分派动作，都称为静态分派。静态分派最典型的应用就是方法重载。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。（在上面的代码中，如果把sayHello(Human guy)方法删掉，编译器将不能编译该类）。

 

动态分派

动态分派和重写（Override）有着密切的联系。

/**
 * 方法动态分派演示
 * @author 周志明
 */
public class DynamicDispatch {
	static abstract class Human {
		protected abstract void sayHello();
	}

	static class Man extends Human {
		@Override
		protected void sayHello(){
			System.out.println("Man say hello");
		}
	}

	static class Women extends Human {
		@Override
		protected void sayHello(){
			System.out.println("Women say hello");
		}
	}
	public static void main(String[] args) {
		//以下两句代码首先建立man和women的内存空间，将这两个实例的引用存放在第1和第2个局部变量表Slot之中。
		Human man=new Man();
		Human women=new Women();
		
		/*
		调用该方法前，把man对象的引用压到栈顶，man对象是sayHello()方法的所有者，称为接收者（Receiver）
		invokevirtual指令调用方法，invokevirtual步骤是：
		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（在这里是Man），记作C。
		2、如果在类型C中找到与常量中描述符和简单名称都相符的方法（在这里是sayHello()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，查找结束；不通过则返回异常。
		3、否则按照继承关系从下往上一次对C的各个父类进行第2步的过程。
		4、如果始终没找到合适的方法，则抛出java.lang.AbstractMethodError异常。
		*/
		man.sayHello();
		
		//调用该方法前，把women对象的引用压到栈顶，……（同上）
		women.sayHello();
		
		man=new Women();
		man.sayHello();
	}
}

 

 

         由于invokevirtual指令执行的第一步就是在运行期确定接收者的实际类型，所以两次调用中的invokevirtual指令把常量池中的类方法符号引用解析到了不同的直接引用上，这个过程就是Java语言中方法重写的本质。我们把这种在运行期根据实际类型确定方法执行版本的分派过程成为动态分派。