? JVM中執(zhí)行引擎的案例分析

小編給大家分享一下 JVM中執(zhí)行引擎的案例分析，希望大家閱讀完這篇文章后大所收獲，下面讓我們一起去探討吧！

 JVM中的執(zhí)行引擎在執(zhí)行java代碼的時候，一般有解釋執(zhí)行（通過解釋器執(zhí)行）和編譯執(zhí)行（通過即時編譯器產(chǎn)生本地代碼執(zhí)行）兩種選擇。

棧幀

定義：

棧幀是用于支持虛擬機進行方法調(diào)用和方法執(zhí)行的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它位于虛擬機棧里面。

作用：

每個方法從調(diào)用開始到執(zhí)行完成的過程中，都對應(yīng)著一個棧幀在虛擬機棧里面從入棧到出棧的過程。

特點：

（1）棧幀包括了局部變量表，操作數(shù)棧等，到底是需要多大的局部變量表，多深的操作數(shù)棧是在編譯期確定的。因為一個棧幀需要分配多少內(nèi)存，不會受到程序運行期變量數(shù)據(jù)的影響。

（2）兩個棧幀之間的數(shù)據(jù)共享。在概念模型中，兩個棧幀是完全獨立的，但是在虛擬機的實現(xiàn)里會做一些優(yōu)化處理，令兩個棧幀出現(xiàn)一部分重疊。這樣在進行方法調(diào)用時，就可以共用一部分數(shù)據(jù)，無須進行額外的參數(shù)復(fù)制傳遞。

（1）局部變量表

局部變量表是一組變量值存儲空間，用于存放方法參數(shù)和方法內(nèi)部定義的局部變量。

//方法參數(shù)   
max(int a,int b)

int a;//全局變量
void say(){
   int b=0;//局部變量
 }

局部變量和類變量（用static修飾的變量）不同

類變量有兩次賦初始值的過程：準備階段（賦予系統(tǒng)初始值）和初始化階段（賦予程序員定義的初始值）。所以即使在初始化階段沒有為類變量賦值也沒關(guān)系，它仍然有一個確定的初始值。
但局部變量不一樣，如果定義了，但沒有賦初始值，是不能使用的。

（2）操作棧

當一個方法剛剛開始執(zhí)行的時候，這個方法的操作數(shù)棧是空的，在方法的執(zhí)行過程中，會有各種字節(jié)碼指令往操作數(shù)棧中寫入和提取內(nèi)容，也就是出棧、入棧操作。

例如，計算：

int a=2+3

操作數(shù)棧中最接近棧頂?shù)膬蓚€元素是2和3，當執(zhí)行iadd指令時，會將2和3出棧并相加，然后將相加的結(jié)果5入棧。

（3）動態(tài)鏈接

Class文件的常量池中存有大量的符號引用，字節(jié)碼中的方法調(diào)用指令就以常量池中指向方法的符號引用作為參數(shù)。這些符號引用分為兩部分：

靜態(tài)解析：在類加載階段或第一次使用的時候就轉(zhuǎn)化為直接引用。動態(tài)鏈接：在每一次運行期間轉(zhuǎn)化為直接引用。

（4）返回地址

當一個方法開始執(zhí)行后，只有兩種方式可以退出這個方法：正常退出、異常退出。無論采用何種退出方式，在方法退出之后，都需要返回到方法被調(diào)用的位置，程序才能繼續(xù)執(zhí)行。

當方法正常退出時

調(diào)用者的PC計數(shù)器作為返回地址。棧幀中一般會保存這個計數(shù)器值。

當方法異常退出時

返回地址是要通過異常處理器表來確定的。棧幀中一般不會保存這部分信息。

方法調(diào)用

方法調(diào)用是確定調(diào)用哪一個方法。

（1）解析

對“編譯器可知，運行期不可變”的方法進行調(diào)用稱為解析。符合這種要求的方法主要包括

靜態(tài)方法，用static修飾的方法私有方法，用private修飾的方法

（2）分派

分派講解了虛擬機如何確定正確的目標方法。分派分為靜態(tài)分派和動態(tài)分派。講解靜動態(tài)分派之前，我們先看個多態(tài)的例子。

Human man=new Man()；

在這段代碼中，Human為靜態(tài)類型，其在編譯期是可知的。Man是實際類型，結(jié)果在運行期才可確定，編譯期在編譯程序的時候并不知道一個對象的實際類型是什么。

靜態(tài)分派：

所有依賴靜態(tài)類型來定位方法執(zhí)行版本的分派動作稱為靜態(tài)分派。它的典型應(yīng)用是重載。

public class StaticDispatch{  
   static abstract class Human{  
    }  
   static class Man extends Human{
    }
    static class Woman extends Human{
    }
    public void say(Human hum){  
        System.out.println("I am human");  
    }  
    public void say(Man hum){  
        System.out.println("I am man");  
    }  
    public void say(Woman hum){  
        System.out.println("I am woman");  
    }  
    
    public static void main(String[] args){  
        Human man = new Man();  
        Human woman = new Woman();  
        StaticDispatch sr = new StaticDispatch();  
        sr.say(man);  
        sr.say(woman);  
    }  
}

運行結(jié)果是：

I am human
I am human

為什么會產(chǎn)生這個結(jié)果呢？
因為編譯器在重載時，是通過參數(shù)的靜態(tài)類型而不是實際類型作為判斷依據(jù)的。在編譯階段，javac編譯器會根據(jù)參數(shù)的靜態(tài)類型決定使用哪個重載版本，所以兩個對say()方法的調(diào)用實際為sr.say(Human)。

動態(tài)分派：

在運行期根據(jù)實際類型確定方法執(zhí)行版本的分派過程。它的典型應(yīng)用是重寫。

public class DynamicDispatch{  
   static abstract class Human{  
            protected abstract void say();
    }  
   static class Man extends Human{
            @Override
             protected abstract void say(){
             System.out.println("I am man");  
            }
    }
    static class Woman extends Human{
         @Override
             protected abstract void say(){
             System.out.println("I am woman ");  
            }
    }
    
    public static void main(String[] args){  
        Human man = new Man();  
        Human woman = new Woman();  
        man.say();
        woman.say();
        man=new Woman();
        man.say();
    }  
}

運行結(jié)果：

I am man
I am woman 
I am woman

這似乎才是我們平時敲的java代碼。對于方法重寫，在運行時才確定調(diào)用哪個方法。由于Human的實際類型是man，因此調(diào)用的是man的name方法。其余的同理。

動態(tài)分派的實現(xiàn)依賴于方法區(qū)中的虛方法表，它里面存放著各個方法的實際入口地址。如果某個方法在子類中被重寫了，那子類方法表中的地址將會替換為指向子類實現(xiàn)版本的入口地址，否則，指向父類的實現(xiàn)入口。

單分派和多分派：

方法的接收者與方法的參數(shù)統(tǒng)稱為方法的宗量，根據(jù)分派基于多少種宗量，分為單分派和多分派。

在靜態(tài)分派中，需要調(diào)用者的實際類型和方法參數(shù)的類型才能確定方法版本，所以其是多分派類型。在動態(tài)分派中，已經(jīng)知道了參數(shù)的實際類型，所以此時只需知道方法調(diào)用者的實際類型就可以確定出方法版本，所以其是單分派類型。綜上，java是一門靜態(tài)多分派，動態(tài)單分派的語言。

字節(jié)碼解釋執(zhí)行引擎

虛擬機中的字節(jié)碼解釋執(zhí)行引擎是基于棧的。下面通過一段代碼來仔細看一下其解釋的執(zhí)行過程。

public int calc(){  
    int a = 100;  
    int b = 200;  
    int c = 300;  
    return (a + b) * c;  
}

第一步：將100入棧。

第二步：將操作棧中的100出棧并存放到局部變量中。后面的200,300同理。

第三步：將局部變量表中的100復(fù)制到操作數(shù)棧頂。

第四步：將局部變量表中的200復(fù)制到操作數(shù)棧頂。

第五步：將100和200出棧，做整型加法，最后將結(jié)果300重新入棧。

第六步：將第三個數(shù)300從局部變量表復(fù)制到棧頂。接下來就是將兩個300出棧，進行整型乘法，將最后的結(jié)果90000入棧。

第七步：方法結(jié)束，將操作數(shù)棧頂?shù)恼椭捣祷亟o此方法的調(diào)用者。

看完了這篇文章，相信你對 JVM中執(zhí)行引擎的案例分析有了一定的了解，想了解更多相關(guān)知識，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道，感謝各位的閱讀！