【读书笔记】《自己动手写Java虚拟机》-方法调用

文章目录

重要概念
虚拟机指令执行步骤
书中对执行虚拟机指令的实现
尝试分析test方法的调用过程
编译后的字节码

重要概念

指令instruction:Java虚拟机指令由一个字节opcode组成，指定要执行的操作，然后是零或更多操作数，以提供操作使用的参数或数据。许多说明没有操作数，仅由opcode组成。(如iadd指令就是对栈顶的两个int值进行加法操作)[^1]

线程thread：每个线程都有自己的pc寄存器（Program Counter）和Java虚拟机栈（JVM Stack）。
虚拟机栈帧thread.stack：Java虚拟机栈又由栈帧（Stack Frame，简称帧）构成，帧中保存方法执行的状态，包括局部变量表（Local Variable）和操作数栈（Operand Stack）等。
操作数栈:thread.operandStack：可以将局部变量表的常量/引用加载(load)到栈上，计算后再存储(load)到局部变量表。[^2]

虚拟机指令执行步骤

获取当前虚拟机栈栈帧
获得程序计数器pc
解析出指令
运行指令
重复第1步

Instruction Set Summary

jvm运行指令过程

书中对执行虚拟机指令的实现

loop的时候,thread.currentFrame()调用的是topFrame

获取当前虚拟机栈顶帧
设置程序计数器
读取一个字节的操作码（one-byte opcode）以及操作数
设置下一跳的程序计数器
执行指令
循环到第1步骤[^3]

尝试分析test方法的调用过程

编写代码
```
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        String [] y = new String []{"aa","bb"};
        String r=new Test().test(y[0]);
        System.out.println(y[1]);
    }
    public String test(String a){
    	int x=1+1;
    	return "abc";
    }
}
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```
1. 编译javac Test.java 、 javap -c -v Test.class
2. 当执行 String r=new Test().test(y[0]); ,主要是执行了 25: invokevirtual #7 // Method test:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String; ，其指向常量池的#7，常量池中的 #7 指向了test方法。注：invokevirtual 调用对象的实例方法，在对象的（虚拟）类型上进行调度。[^2]
3. 执行到第3步的时候，main这个栈帧(frame)会push一个新的栈帧到虚拟机栈。
4. 这时候进入到loop方法，topFrame拿到最上面的（后进先出）test()方法栈。
5. 进入该栈后，又有新的一系列指令，挨个执行test方法中的指令。
  a. 因为不涉及调用其他方法，所以没有再新开栈帧，此时topFrame拿到的还是test()方法这个栈帧。
6. 最后，test()方法对应的栈帧的末尾，执行areturn指令，areturn指令会popFrame()，下次循环时topFrame会回到调用test方法时对应的虚拟机栈帧。

编译后的字节码

E:\code\javap -v Test.class
Classfile /E:/code/Test.class
  Last modified 2022年9月13日; size 591 bytes
  MD5 checksum 0fa48c5ae00c667283eba96611d6c976
  Compiled from "Test.java"
public class Test
  minor version: 0
  major version: 55
  flags: (0x0021) ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
  this_class: #5                          // Test
  super_class: #11                        // java/lang/Object
  interfaces: 0, fields: 0, methods: 3, attributes: 1
Constant pool:
   #1 = Methodref          #11.#22        // java/lang/Object."":()V
   #2 = Class              #23            // java/lang/String
   #3 = String             #24            // aa
   #4 = String             #25            // bb
   #5 = Class              #26            // Test
   #6 = Methodref          #5.#22         // Test."":()V
   #7 = Methodref          #5.#27         // Test.test:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
   #8 = Fieldref           #28.#29        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   #9 = Methodref          #30.#31        // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
  #10 = String             #32            // abc
  #11 = Class              #33            // java/lang/Object
  #12 = Utf8               <init>
  #13 = Utf8               ()V
  #14 = Utf8               Code
  #15 = Utf8               LineNumberTable
  #16 = Utf8               main
  #17 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
  #18 = Utf8               test
  #19 = Utf8               (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
  #20 = Utf8               SourceFile
  #21 = Utf8               Test.java
  #22 = NameAndType        #12:#13        // "":()V
  #23 = Utf8               java/lang/String
  #24 = Utf8               aa
  #25 = Utf8               bb
  #26 = Utf8               Test
  #27 = NameAndType        #18:#19        // test:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
  #28 = Class              #34            // java/lang/System
  #29 = NameAndType        #35:#36        // out:Ljava/io/PrintStream;
  #30 = Class              #37            // java/io/PrintStream
  #31 = NameAndType        #38:#39        // println:(Ljava/lang/String;)V
  #32 = Utf8               abc
  #33 = Utf8               java/lang/Object
  #34 = Utf8               java/lang/System
  #35 = Utf8               out
  #36 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;
  #37 = Utf8               java/io/PrintStream
  #38 = Utf8               println
  #39 = Utf8               (Ljava/lang/String;)V
{
  public Test();
    descriptor: ()V
    flags: (0x0001) ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 2: 0

  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: (0x0009) ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=4, locals=3, args_size=1
         0: iconst_2
         1: anewarray     #2                  // class java/lang/String
         4: dup
         5: iconst_0
         6: ldc           #3                  // String aa
         8: aastore
         9: dup
        10: iconst_1
        11: ldc           #4                  // String bb
        13: aastore
        14: astore_1
        15: new           #5                  // class Test
        18: dup
        19: invokespecial #6                  // Method "":()V
        22: aload_1
        23: iconst_0
        24: aaload
        25: invokevirtual #7                  // Method test:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
        28: astore_2
        29: getstatic     #8                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        32: aload_1
        33: iconst_1
        34: aaload
        35: invokevirtual #9                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        38: return
      LineNumberTable:
        line 4: 0
        line 5: 15
        line 6: 29
        line 7: 38

  public java.lang.String test(java.lang.String);
    descriptor: (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
    flags: (0x0001) ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=3, args_size=2
         0: iconst_2
         1: istore_2
         2: ldc           #10                 // String abc
         4: areturn
      LineNumberTable:
        line 9: 0
        line 10: 2
}
SourceFile: "Test.java"
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