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前言

Java具備三種特性：封裝、繼承、多態(tài)。
Java文件在編譯過程中不會進(jìn)行傳統(tǒng)編譯的連接步驟，方法調(diào)用的目標(biāo)方法以符號引用的方式存儲在Class文件中，這種多態(tài)特性給Java帶來了更靈活的擴(kuò)展能力，但也使得方法調(diào)用變得相對復(fù)雜，需要在類加載期間，甚至到運(yùn)行期間才能確定目標(biāo)方法的直接引用。

方法調(diào)用

所有方法調(diào)用的目標(biāo)方法在Class文件里面都是常量池中的符號引用。在類加載的解析階段，如果一個方法在運(yùn)行之前有確定的調(diào)用版本，且在運(yùn)行期間不變，虛擬機(jī)會將其符號引用解析為直接調(diào)用。

這種 編譯期可知，運(yùn)行期不可變 的方法，主要包括靜態(tài)方法和私有方法兩大類，前者與具體類直接關(guān)聯(lián)，后者在外部不可訪問，兩者都不能通過繼承或別的方式進(jìn)行重寫。

JVM提供了如下方法調(diào)用字節(jié)碼指令：

invokestatic：調(diào)用靜態(tài)方法；

invokespecial：調(diào)用實例構(gòu)造方法，私有方法和父類方法；

invokevirtual：調(diào)用虛方法；

invokeinterface：調(diào)用接口方法，在運(yùn)行時再確定一個實現(xiàn)此接口的對象；

invokedynamic：在運(yùn)行時動態(tài)解析出調(diào)用點限定符所引用的方法之后，調(diào)用該方法；

通過invokestatic和invokespecial指令調(diào)用的方法，可以在解析階段確定唯一的調(diào)用版本，符合這種條件的有靜態(tài)方法、私有方法、實例構(gòu)造器和父類方法4種，它們在類加載時會把符號引用解析為該方法的直接引用。

invokestatic

class StaticTest {public static void hello() {System.out.println("hello");}public static void main(String args[]) {hello();} }

通過javap命令查看main方法字節(jié)碼

可以發(fā)現(xiàn)hello方法是通過invokestatic指令調(diào)用的。

invokespecial

class VirtualTest {private int id;public static void main(String args[]) {new VirtualTest();} }

通過javap命令查看main方法字節(jié)碼

可以發(fā)現(xiàn)實例構(gòu)造器是通過invokespecial指令調(diào)用的。

通過invokestatic和invokespecial指令調(diào)用的方法，可以稱為非虛方法，其余情況稱為虛方法，不過有一個特例，即被final關(guān)鍵字修飾的方法，雖然使用invokevirtual指令調(diào)用，由于它無法被覆蓋重寫，所以也是一種非虛方法。

非虛方法的調(diào)用是一個靜態(tài)的過程，由于目標(biāo)方法只有一個確定的版本，所以在類加載的解析階段就可以把符合引用解析為直接引用，而虛方法的調(diào)用是一個分派的過程，有靜態(tài)也有動態(tài)，可分為靜態(tài)單分派、靜態(tài)多分派、動態(tài)單分派和動態(tài)多分派。

靜態(tài)分派

靜態(tài)分派發(fā)生在代碼的編譯階段。

public class StaticDispatch {static abstract class Humnan {}static class Man extends Humnan {}static class Woman extends Humnan {}public void hello(Humnan guy) {System.out.println("hello, Humnan");}public void hello(Man guy) {System.out.println("hello, Man");}public void hello(Woman guy) {System.out.println("hello, Woman");}public static void main(String[] args) {Humnan man = new Man();Humnan woman = new Woman();StaticDispatch dispatch = new StaticDispatch();dispatch.hello(man);dispatch.hello(woman);} }

運(yùn)行結(jié)果：

hello, Humnan hello, Humnan

相信有經(jīng)驗的同學(xué)看完代碼后就能得出正確的結(jié)果，但為什么會這樣呢？先看看main方法的字節(jié)碼指令

通過字節(jié)碼指令，可以發(fā)現(xiàn)兩次hello方法都是通過invokevirtual指令進(jìn)行調(diào)用，而且調(diào)用的是參數(shù)為Human類型的hello方法。

Humnan man = new Man();

上述代碼中，變量man擁有兩個類型，一個靜態(tài)類型Human，一個實際類型Man，靜態(tài)類型在編譯期間可知。
在編譯階段，Java編譯器會根據(jù)參數(shù)的靜態(tài)類型決定調(diào)用哪個重載版本，但在有些情況下，重載的版本不是唯一的，這樣只能選擇一個“更加合適的版本”進(jìn)行調(diào)用，所以不建議在實際項目中使用這種模糊的方法重載。

動態(tài)分派

在運(yùn)行期間根據(jù)參數(shù)的實際類型確定方法執(zhí)行版本的過程稱為動態(tài)分派，動態(tài)分派和多態(tài)性中的重寫（override）有著緊密的聯(lián)系。

public class DynamicDispatch {static abstract class Humnan {abstract void say();}static class Man extends Humnan {@Overridevoid say() {System.out.println("hello, i'm Man");}}static class Woman extends Humnan {@Overridevoid say() {System.out.println("hello, i'm Woman");}}public static void main(String[] args) {Humnan man = new Man();Humnan woman = new Woman();man.say();woman.say();} }

運(yùn)行結(jié)果：

hello, i'm Man hello, i'm Woman

對于習(xí)慣了面向?qū)ο笏季S的同學(xué)對于這個結(jié)果應(yīng)該是理所當(dāng)然的。這種情況下，顯然不能再根據(jù)靜態(tài)類型來決定方法的調(diào)用了，導(dǎo)致不同輸出結(jié)果的原因很簡單，man和woman的實際類型不同，但是JVM如何根據(jù)實際類型決定需要調(diào)用哪個方法？

main方法的字節(jié)碼指令

1.字節(jié)碼0 ~ 15行對應(yīng)以下代碼：

Humnan man = new Man(); Humnan woman = new Woman();

在Java堆上申請內(nèi)存空間和實例化對象，并將這兩個實例的引用分別存放到局部變量表的第1、2位置的Slot中。

2.字節(jié)碼16~21行對應(yīng)以下代碼：

man.say(); woman.say();

16和20行指令分別把之前存放到局部變量表1、2位置的對象引用壓入操作數(shù)棧的棧頂，這兩個對象是執(zhí)行say方法的接收者（Receiver），17和21行指令進(jìn)行方法調(diào)用。

可以發(fā)現(xiàn)，17和21兩條指令完全一樣，但最終執(zhí)行的目標(biāo)方法卻不相同，這得從invokevirtual指令的多態(tài)查找說起了，invokevirtual指令在運(yùn)行時分為以下幾個步驟：

找到操作數(shù)棧的棧頂元素所指向的對象的實際類型，記為C；

如果C中存在描述符和簡單名稱都相符的方法，則進(jìn)行訪問權(quán)限驗證，如果驗證通過，則直接返回這個方法的直接引用，否則返回java.lang.IllegalAccessError異常；

如果C中不存在對應(yīng)的方法，則按照繼承關(guān)系對C的各個父類進(jìn)行第2步的操作；

如果各個父類也沒對應(yīng)的方法，則返回異常；

所以上述兩次invokevirtual指令將相同的符號引用解析成了不同對象的直接引用，這個過程就是Java語言中重寫的本質(zhì)。

JVM動態(tài)分派實現(xiàn)

由于動態(tài)分派是非常頻繁的動作，因此在虛擬機(jī)的實際實現(xiàn)中，會基于性能的考慮，并不會如此頻繁的搜索對應(yīng)方法，一般會在方法區(qū)中建立一個虛方法表，使用虛方法表代替方法查詢以提高性能。

虛方法表在類加載的連接階段進(jìn)行初始化，存放著各個方法的實際入口地址，如果某個方法在子類中沒有被重寫，那么子類的虛方法表中該方法的入口地址和父類保持一致。

abstract class Humnan {abstract void say();void run() {System.out.println("Human is run");} } class Man extends Humnan {@Overridevoid say() {System.out.println("hello, i'm Man");}@Overridevoid run() {System.out.println("Man is run");} } class Woman extends Humnan {@Overridevoid say() {System.out.println("hello, i'm Humnan");} }

對應(yīng)的虛方法表結(jié)構(gòu)

由于在Woman類中沒有重寫run方法，因此在Woman的虛方法表中，run方法直接指向Human實例。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的JVM方法调用说明的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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