运行时数据区内部结构详解-栈

首先我们看下图，先大体了解一下运行时数据区

运行时数据区图解

虚拟机栈如下图：

堆如下图：

Java虚拟机定义了若干种程序运行期间会使用到的运行时数据区，其中有一些会随着虚拟机启动而创建，随着虚拟机退出而销毁。另外一些则是与线程一一对应的，这些与线程对应的数据区域会随着线程的开始而创建、结束而销毁。

上图中灰色的为单线程私有的，红色的为多线程共享的。

线程私有：程序计数器、栈、本地栈。

线程共享：堆、栈外内存（永久代或元空间、代码缓存）。

运行时数据区：相当于Runtime实例，每个JVM实例中有个Runtime实例，它是单例。

 

内存

系统内存是非常重要的资源，是硬盘和CPU交互的中间仓库和桥梁，承载着操作系统和应用程序的实时运行。JVM内存布局规定了Java在运行过程中内存申请、分配、管理的策略，保证了JVM的高效稳定运行。不同的JVM对于内存的划分方式和管理机制存在部分差异。

 

线程

线程是一个程序的运行单元。JVM允许一个应用有多个线程并行。

在Hotspot JVM里，每个线程都与本地线程直接映射。当一个Java线程准备好执行以后，此时一个操作系统的本地线程也同时创建，线程的启动其实就是调用的本地方法库，是一个Native方法。Java线程执行终止后，本地线程也会回收。

操作系统负责所有线程的安排调度到任何一个可用的CPU上。一旦本地线程初始化成功，他就会调用Java线程中的run()方法。

当我们的应用启动时，Hotspot JVM默认产生的主要后台线程如下

• 虚拟机线程。
• 周期任务线程。
• GC线程。
• 编译线程。
• 信号调度线程。

 

虚拟机栈

虚拟机栈概述

虚拟机栈  Java Virtual Machine Stacks。

虚拟机栈出现的背景

设计者鉴于跨平台性的设计，Java的指令都是根据栈来设计的。那我们都知道基于寄存器的速度是很快的，但是考虑到不同平台CPU架构不同，所以不能设计为基于寄存器的，以免怕坏跨平台设计。

虚拟机栈优缺点

虚拟机栈 优点：跨平台，指令集小，编译器容易实现。缺点：性能下降，实现同样的功能需要更多的指令。

什么是Java虚拟机栈

栈是运行时的单位，而堆是存储的单位。可以理解为栈解决程序的运行问题，即程序如何执行，或者说如何处理数据。堆解决的是数据存储的问题，即数据怎么放、放在哪里。

Java虚拟机栈早期也叫Java栈。每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，其内存保存一个个的栈帧Stack Fram，对应着一次次的Java方法调用。每个Java方法的执行，伴随着进栈（又称入栈、压栈），执行结束后出栈。其线程私有，生命周期与线程一致。主要处理Java程序的运行，保存方法的局部变量（8种基本数据类型、对象的引用地址）、部分结果、参与方法的调用与返回。

 对于栈来说不存在垃圾回收问题。它会存在OOM问题，但不存在GC，它通过出栈来腾出内存空间。

 

关于栈的异常

Java虚拟机允许Java栈的大小是动态的或者固定不变的。

采用固定大小的Java虚拟机栈，那每一个线程的Java虚拟机栈容量可以在线程创建的时候独立选定。如果线程请求分配的栈容量超过Java虚拟机允许的最大容量，Java虚拟机将会抛出StackOverflowError异常。

采用动态大小的Java虚拟机栈，如果Java虚拟机栈尝试扩张的时候无法申请到足够的内存，或者在创建新的线程没有足够的内存去创建对应的虚拟机栈，那么Java虚拟机将会抛出一个OutOfMeemoryError异常。

使用参数-Xss（例如-Xss1m）选项来设置线程的最大栈空间，栈的大小直接决定了函数调用的最大可达深度。

StackOverflowError异常举例：

package com.alageek.crowd.memory;

public class StackMemory {

    long i = 0L;

    public static void main(String[] args) {
        StackMemory stackMemory = new StackMemory();
        try {
            stackMemory.test();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            System.out.println(stackMemory.i);
        }
    }

    public void test(){
        i++;
        test();
    }

}

-Xss160k

"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\bin\java.exe" -Xss160k "-javaagent:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2020.1\lib\idea_rt.jar=65354:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2020.1\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath "C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\rt.jar;C:\zp\demo\AlaGeek-atcrowdfunding-master\atcrowdfunding\common-util\target\classes;C:\repository\com\aliyun\oss\aliyun-sdk-oss\3.5.0\aliyun-sdk-oss-3.5.0.jar;C:\repository\org\apache\httpcomponents\httpclient\4.4.1\httpclient-4.4.1.jar;C:\repository\org\apache\httpcomponents\httpcore\4.4.1\httpcore-4.4.1.jar;C:\repository\commons-logging\commons-logging\1.2\commons-logging-1.2.jar;C:\repository\commons-codec\commons-codec\1.9\commons-codec-1.9.jar;C:\repository\org\jdom\jdom\1.1\jdom-1.1.jar;C:\repository\org\codehaus\jettison\jettison\1.1\jettison-1.1.jar;C:\repository\stax\stax-api\1.0.1\stax-api-1.0.1.jar;C:\repository\com\aliyun\aliyun-java-sdk-core\3.4.0\aliyun-java-sdk-core-3.4.0.jar;C:\repository\com\aliyun\aliyun-java-sdk-ram\3.0.0\aliyun-java-sdk-ram-3.0.0.jar;C:\repository\com\aliyun\aliyun-java-sdk-sts\3.0.0\aliyun-java-sdk-sts-3.0.0.jar;C:\repository\com\aliyun\aliyun-java-sdk-ecs\4.2.0\aliyun-java-sdk-ecs-4.2.0.jar" com.alageek.crowd.memory.StackMemory
1816
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
	at com.alageek.crowd.memory.StackMemory.test(StackMemory.java:20)
	at com.alageek.crowd.memory.StackMemory.test(StackMemory.java:20)
	at com.alageek.crowd.memory.StackMemory.test(StackMemory.java:20)
	at com.alageek.crowd.memory.StackMemory.test(StackMemory.java:20)

Process finished with exit code 1

 

栈的存储单位

栈中存储什么？

栈中的数据都是以栈帧的格式存在，栈帧是一个内存区块或数据集，维系着方法执行过程中的各种数据信息。

每个线程上正在执行的每个方法都各自对应一个栈帧。

栈的运行原理

JVM直接对Java栈的操作只有两个，就是对栈帧的压栈与出栈，遵循“先进后出”原则。

在一条活动的线程中，一个时间点上，只会有一个活动的栈帧。即只有当前正在执行的方法的栈帧（栈顶栈帧）是有效的，这个栈帧被称为当前栈帧。与当前栈帧相对应的方法就是当前方法。定义这个方法的类就是当前类。

执行引擎运行的所有字节码指令只针对当前栈帧进行操作。

如果在该方法中调用了其他方法，对应的新的栈帧会被创建出来，放在栈帧的顶端，成为新的当前栈帧。

不同线程中所包含的栈帧是不允许存在相互引用的。

如果当前栈帧方法调用了其他方法，方法返回之际，当前栈帧会传回此方法的执行结果给前一个栈帧，接着，虚拟机会丢弃当前栈帧，使得前一个栈帧重新成为当前栈帧。

Java方法有2种返回函数的方式，一种是正常的函数返回，使用return指令。另一种时抛出异常，不管使用哪种方式，都会导致栈帧被弹出。

栈帧的内部结构

每个栈帧存储着：

1. 局部变量表
2. 操作数栈（表达式栈）
3. 动态链接（指向运行时常量池的方法引用）
4. 方法返回地址
5. 一些附加信息

局部变量表

又称：local variables、局部变量表、本地变量表。

定义为一个数字数组，主要用于存储方法参数和定义在方法体内的局部变量，这些数据类型包括各类基本数据类型、对象引用，以及returnAddress类型。

由于局部变量表是建立在线程的栈上，都是线程私有数据，因此不存在数据安全问题。

数组是固定大小的，所以局部变量表所需要的容量大小是在编译期（javac）确定下来的，并保存在方法的code属性的maximum local variables数据项中。在方法运行期间是不会改变局部变量表达小的。

public static void main(String[] args) {
    int i = 10;
    int j = 20;
    int k = i+j;
    String str = "s";
    System.out.println(k);
    System.out.println(str);
}
LocalVariableTable:
Start  Length  Slot  Name   Signature
0       5     0  this   Lcom/zzz/jvm/pcregister/PCRegisterTest;
  
LocalVariableTable:
Start  Length  Slot  Name   Signature
  0      30     0  args   [Ljava/lang/String;
  3      27     1     i   I
  6      24     2     j   I
  10      20     3     k   I
  14      16     4   str   Ljava/lang/String;

方法嵌套调用的次数由栈的大小决定。一般来说，栈越大，方法嵌套调用次数越多。对于一个函数而言，它的参数和局部变量越多，使得局部变量表膨胀，它的栈帧就越大，以满足方法调用所需传递的信息增大的需求。进而函数调用就会占用更多的空间，导致其嵌套调用次数就会减少。

局部变量表中的变量只在当前方法调用中有效。在方法执行时，虚拟机通过使用局部变量表完成参数值到参数变量列表的传递过程。当前方法调用结束后，随着方法栈帧的销毁，局部变量表也会随之销毁。

Slot（变量槽）

参数值的存放总是在局部变量数组的index0开始，到数组长度-1的索引结束。

局部变量表，最基本的存储单元是Slot。

局部变量表中存放编译期可知的各种基本数据类型（8种），引用类型，returnAddress类型的变量。

在局部变量表里，32位以内的类型只占有一个Slot，64位的类型（long和double）占用2个slot。其中byte、short、char在存储前被转换为int，boolean也被转换为int，0表示false，非0表示true。long和double占有2个slot。

JVM会为局部变量表中的每一个slot都分配一个访问索引，通过这个索引即可成功访问到局部变量表中指定的局部变量值。

当一个实例方法被调用的时候，它的方法参数和方法内部定义的局部变量将会按照顺序被复制到局部变量表的每一个Slot上。

如果需要访问局部变量表中一个64bit的局部变量时，只需要使用前一个索引即可（long和double会占有2个slot，会有2个索引，这里需要用第一个，如下图long k）。

如果当前帧是由构造方法或者实例方法（非静态方法）创建的，那么该对象引用this将会存放在index为0的slot处（如下图this），其余参数按照参数表顺序继续排列。

Slot的重复利用：栈帧中的局部变量表中的槽位是可以重复利用的，如果一个局部变量过了其作用域，那么在其作用域之后申明的新的局部变量就很有可能会复用过期局部变量的槽位，从而达到节省资源的目的。（如下图k的卡槽被c占用）

静态变量与局部变量的对比

参数表分配完成后，再根据方法体内定义的变量的顺序和作用域分配。

类变量表有2次初始化的机会，第一次是在“准备阶段”，执行系统初始化，对类变量设置零值。另一次则是在“初始化”阶段，赋予程序员在代码中定义的初始值。

与类变量初始化不同的是，局部变量表不存在系统初始化的过程，这意味着一旦定义了局部变量表则必须人为的初始化，否则无法使用。

package com.zzz.jvm.classloader;

public class SlotTest {

    public void test1(){
        int i;
        System.out.println(i);
    }

}

代码会报错，编译不了，需要给i初始化

变量的分类：

按照数据类型分：基本数据类型、引用数据类型

按照在类中申明的位置：

成员变量：在使用前，都经历过默认初始化赋值。成员变量又有类变量与实例变量。

局部变量：在使用前，必须进行显示赋值。否则编译不通过。

 

在栈帧中，与性能调优关系最为密切的部分就是前面提到的局部变量表。在方法执行时，虚拟机使用局部变量表完成方法的传递。

局部变量表中的变量也是重要的垃圾回收根节点，只要被局部变量表中直接或间接引用的对象都不会被回收。

 

操作数栈（Operand Stack）

操作数栈概念

每一个独立的栈帧中除了包含局部变量表以外，还包含一个先进后出的操作数栈，也可称之为表达式栈。

操作数栈在方法执行过程中，根据字节码指令，往栈中写入数据或提取数据。

操作数栈主要用于保存计算过程的中间结果，同时作为计算过程中变量的临时存储空间。

操作数栈就是JVM执行引擎的一个工作区，当一个方法刚开始执行的时候，一个新的栈帧也会被随之创建出来，这个方法的操作数栈是空的（但是如下一句话可以看出操作数栈数组已经创建，长度是确定的）。

每一个操作数栈都会拥有一个明确的栈深度用于存储数值，其需要的最大深度在编译期就定义好了，保存在方法的code属性中，为max_stack的值。

栈中的每一个元素都是可以任意的Java数据类型。

操作数栈并非采用访问索引的方式来进行数据访问的，而是只能通过标准的入栈和出栈操作来完成一次访问。

代码追踪：

package com.zzz.jvm.classloader;

public class OperandStackTest {

    public void testAddOperation(){
        byte i = 15;
        int j = 8;
        int k = i+j;
    }

}

C:\Users\tiany\IdeaProjects\mianshi\target\classes\com\zzz\jvm\classloader>javap -v OperandStackTest.class
Classfile /C:/Users/tiany/IdeaProjects/mianshi/target/classes/com/zzz/jvm/classloader/OperandStackTest.class
  Last modified 2020-11-1; size 469 bytes
  MD5 checksum 7472ef16cd9d7bd3cd424a20109a638a
  Compiled from "OperandStackTest.java"
public class com.zzz.jvm.classloader.OperandStackTest
  minor version: 0
  major version: 49
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Methodref          #3.#19         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Class              #20            // com/zzz/jvm/classloader/OperandStackTest
   #3 = Class              #21            // java/lang/Object
   #4 = Utf8               <init>
   #5 = Utf8               ()V
   #6 = Utf8               Code
   #7 = Utf8               LineNumberTable
   #8 = Utf8               LocalVariableTable
   #9 = Utf8               this
  #10 = Utf8               Lcom/zzz/jvm/classloader/OperandStackTest;
  #11 = Utf8               testAddOperation
  #12 = Utf8               i
  #13 = Utf8               B
  #14 = Utf8               j
  #15 = Utf8               I
  #16 = Utf8               k
  #17 = Utf8               SourceFile
  #18 = Utf8               OperandStackTest.java
  #19 = NameAndType        #4:#5          // "<init>":()V
  #20 = Utf8               com/zzz/jvm/classloader/OperandStackTest
  #21 = Utf8               java/lang/Object
{
  public com.zzz.jvm.classloader.OperandStackTest();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 3: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       5     0  this   Lcom/zzz/jvm/classloader/OperandStackTest;

  public void testAddOperation();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=4, args_size=1
         0: bipush        15
         2: istore_1
         3: bipush        8
         5: istore_2
         6: iload_1
         7: iload_2
         8: iadd
         9: istore_3
        10: return
      LineNumberTable:
        line 6: 0
        line 7: 3
        line 8: 6
        line 9: 10
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      11     0  this   Lcom/zzz/jvm/classloader/OperandStackTest;
            3       8     1     i   B
            6       5     2     j   I
           10       1     3     k   I
}
SourceFile: "OperandStackTest.java"

 

栈顶缓存技术

基于栈式架构的虚拟机所使用的零地址指令更加紧凑，但完成一项操作的时候必然需要使用更多的入栈和出栈指令，这同时也意味着需要更多的指令分派次数和内存读写次数。

由于操作数是存储在内存中的，因此频繁的执行内存读写必然会影响执行速度。为了解决这个问题，Hotspot JVM设计者提出了栈顶缓存技术（ToS，Top-Of-Stack Cashing），将栈顶元素全部缓存在物理CPU的寄存器中，以此降低对内存的读写次数，提升执行引擎的执行效率。

 

动态链接

每一个栈帧内部都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用。包含这个引用的目的就是为了支持当前方法代码能够实现动态链接。

在Java源文件被编译到字节码文件中时，所有的变量和方法引用都被作为符号引用保存在class文件的常量池里。

比如：描述一个方法调用了另外的其他方法时，就是通过常量池中指向方法的符号引用来表示的，那么动态链接的作用就是为了将这些符号引用转化为调用方法的直接引用。

package com.zzz.jvm;

public class DynamicLinkingTest {

    public void methodA(){
        System.out.println("methodA()....");
    }

    public void methodB(){
        methodA();
        System.out.println("methodB()....");
    }

}

======================================分隔符=============================================

Classfile /C:/Users/tiany/IdeaProjects/mianshi/target/classes/com/zzz/jvm/DynamicLinkingTest.class
  Last modified 2020-11-1; size 648 bytes
  MD5 checksum 69f7a7df90f3c88f0bb64795cca0bc03
  Compiled from "DynamicLinkingTest.java"
public class com.zzz.jvm.DynamicLinkingTest
  minor version: 0
  major version: 49
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Methodref          #8.#20         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Fieldref           #21.#22        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   #3 = String             #23            // methodA()....
   #4 = Methodref          #24.#25        // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
   #5 = Methodref          #7.#26         // com/zzz/jvm/DynamicLinkingTest.methodA:()V
   #6 = String             #27            // methodB()....
   #7 = Class              #28            // com/zzz/jvm/DynamicLinkingTest
   #8 = Class              #29            // java/lang/Object
   #9 = Utf8               <init>
  #10 = Utf8               ()V
  #11 = Utf8               Code
  #12 = Utf8               LineNumberTable
  #13 = Utf8               LocalVariableTable
  #14 = Utf8               this
  #15 = Utf8               Lcom/zzz/jvm/DynamicLinkingTest;
  #16 = Utf8               methodA
  #17 = Utf8               methodB
  #18 = Utf8               SourceFile
  #19 = Utf8               DynamicLinkingTest.java
  #20 = NameAndType        #9:#10         // "<init>":()V
  #21 = Class              #30            // java/lang/System
  #22 = NameAndType        #31:#32        // out:Ljava/io/PrintStream;
  #23 = Utf8               methodA()....
  #24 = Class              #33            // java/io/PrintStream
  #25 = NameAndType        #34:#35        // println:(Ljava/lang/String;)V
  #26 = NameAndType        #16:#10        // methodA:()V
  #27 = Utf8               methodB()....
  #28 = Utf8               com/zzz/jvm/DynamicLinkingTest
  #29 = Utf8               java/lang/Object
  #30 = Utf8               java/lang/System
  #31 = Utf8               out
  #32 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;
  #33 = Utf8               java/io/PrintStream
  #34 = Utf8               println
  #35 = Utf8               (Ljava/lang/String;)V
{
  public com.zzz.jvm.DynamicLinkingTest();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 3: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       5     0  this   Lcom/zzz/jvm/DynamicLinkingTest;

  public void methodA();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         3: ldc           #3                  // String methodA()....
         5: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
         8: return
      LineNumberTable:
        line 6: 0
        line 7: 8
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       9     0  this   Lcom/zzz/jvm/DynamicLinkingTest;

  public void methodB();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokevirtual #5                  // Method methodA:()V
         4: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         7: ldc           #6                  // String methodB()....
         9: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        12: return
      LineNumberTable:
        line 10: 0
        line 11: 4
        line 12: 12
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      13     0  this   Lcom/zzz/jvm/DynamicLinkingTest;
}
SourceFile: "DynamicLinkingTest.java"

常量池的作用：就是为了提供一些符号和变量，便于指令的识别。

方法的调用

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有关。

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之为静态链接。

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，由于这种引用过程具备动态性，因此也就称之为动态链接。

对应的方法的绑定机制为：早期绑定和晚期绑定。绑定是一个字段、方法、或者类的符号引用被替换成直接引用的过程，这仅仅发生一次。

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。

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。

由于java语言具有多态性，那么自然就具备早期与晚期绑定。可以使用final来标识方法取消多态性，从而变成早期绑定。

虚方法与非虚方法

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。

静态方法、私有方法、final方法、实例构造器、父类方法都是非虚方法。

其他成为虚方法。

 

虚拟机中提供了以下几条方法调用指令:

普通调用指令：

1. invokestatic：调用静态方法，解析阶段确定唯一版本
2. invokespecial：调用init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

动态调用指令：

1. invokedynamic：动态解析出需要调用的方法，然后执行

普通调用指令

其中invokestatic指令和invokespecial指令调用的方法为非虚方法，其余的（final修饰的除外）称为虚方法。

package com.zzz.jvm;

public class Father {

    public static void showStatic(){
        System.out.println("father showStatic()...");
    }

    public final void showFinal(){
        System.out.println("father showFinal()...");
    }

}

package com.zzz.jvm;

public class Son extends Father {

    private void showPrivate(){
        System.out.println("son showPrivate()...");
    }

    public static void showStatic(){
        System.out.println("son showStatic()...");
    }

    public void show(){
        showStatic();
        super.showStatic();
        showPrivate();
        showFinal();//非虚方法，虽然也是invokevirtual
        super.showFinal();
    }
}

 0 invokestatic #6 <com/zzz/jvm/Son.showStatic>
 3 invokestatic #7 <com/zzz/jvm/Father.showStatic>
 6 aload_0
 7 invokespecial #8 <com/zzz/jvm/Son.showPrivate>
10 aload_0
11 invokevirtual #9 <com/zzz/jvm/Son.showFinal>
14 aload_0
15 invokespecial #10 <com/zzz/jvm/Father.showFinal>
18 return

 动态调用指令

JVM字节码指令集一直比较稳定，一直到Java7中才增加一个invokedynamic指令，这是java为了实现【动态类型语言】支持而做的一种改进。

但是在java7中并没有提供产生invokedynamic指令的方法，需要借助ASM这种底层字节码工具来产生。直到java8的Lambda表达式出现，invokedynamic指令的生成，在java中才有了直接的生成方式。

 

动态语言与静态语言

动态类型语言与静态类型语言两者的区别在于对类型的检查是在编译期还是在运行期，满足前者就是静态语言，反正动态类型语言。静态语言是判断变量自身的类型信息，动态语言是判断变量值的类型信息。类似：动态类型 js语言：var i = 7 或者 var i = 'kkk'  python：info=130.5。静态类型语言java。

package com.zzz.jvm;

interface Func{
    public boolean func(String s);
}

public class Lambda {

    public void lambda(Func func){
        return;
    }

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

}

 0 new #2 <com/zzz/jvm/Lambda>
 3 dup
 4 invokespecial #3 <com/zzz/jvm/Lambda.<init>>
 7 astore_1
 8 invokedynamic #4 <func, BootstrapMethods #0>
13 astore_2
14 aload_1
15 aload_2
16 invokevirtual #5 <com/zzz/jvm/Lambda.lambda>
19 aload_1
20 invokedynamic #6 <func, BootstrapMethods #1>
25 invokevirtual #5 <com/zzz/jvm/Lambda.lambda>
28 return

 方法重写的本质

找到操作数栈顶的第一个元素所执行的实际类型，记作 C。

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，不通过则返回IllegalAccessError异常。（一般这个错误如果发生在运行时，说明一个类发生了不兼容的改变，jar包版本等）

否则，如果没找到简单名称相同的方法，按照继承关系从下往上对C的各个父类进行第2步的搜索和校验过程。

如果没有找到合适的方法，则抛出AbstractMethodError异常。

方法返回地址

存放调用该方法的PC寄存器的值。

本质上，方法的退出就是当前栈帧出栈的过程。此时，需要恢复上层方法的局部变量表、操作数栈、将返回值压入调用者栈帧的操作数栈、设置pc寄存器值等、让调用者方法继续执行下去。

正常完成出口与异常完成出口的区别在于：通过异常完成出口退出不会给他的上层调用者任何返回的值。

一些附加信息

栈帧中还允许携带与java虚拟机实现相关的一些附加信息。列如：对程序调试提供支持的信息。