在Java方法調用的過程中,JVM是如何知道調用的是哪個類的方法源代碼? 這裡面到底有什麼内幕呢? 這篇文章我們就将揭露JVM方法調用的靜态(static binding) 和動态綁定機制(auto binding) 。
靜态綁定機制
//被調用的類
package hr.test;
class Father{
public static void f1(){
System.out.println("Father— f1()"); } }
//調用靜态方法 import hr.test.Father;
public class StaticCall{
public static void main(){
Father.f1(); //調用靜态方法
}
}
上面的源代碼中執行方法調用的語句(Father.f1())被編譯器編譯成了一條指令:invokestatic #13。我們看看JVM是如何處理這條指令的
(1) 指令中的#13指的是StaticCall類的常量池中第13個常量表的索引項(關于常量池詳見《Class檔案内容及常量池 》)。這個常量表(CONSTATN_Methodref_info) 記錄的是方法f1資訊的符号引用(包括f1所在的類名,方法名和傳回類型)。JVM會首先根據這個符号引用找到方法f1所在的類的全限定名: hr.test.Father;
(2) 緊接着JVM會加載、連結和初始化Father類;
(3) 然後在Father類所在的方法區中找到f1()方法的直接位址,并将這個直接位址記錄到StaticCall類的常量池索引為13的常量表中。這個過程叫常量池解析 ,以後再次調用Father.f1()時,将直接找到f1方法的位元組碼;
(4) 完成了StaticCall類常量池索引項13的常量表的解析之後,JVM就可以調用f1()方法,并開始解釋執行f1()方法中的指令了。
通過上面的過程,我們發現經過常量池解析之後,JVM就能夠确定要調用的f1()方法具體在記憶體的什麼位置上了。實際上,這個資訊在編譯階段就已經在StaticCall類的常量池中記錄了下來。這種在編譯階段就能夠确定調用哪個方法的方式,我們叫做靜态綁定機制 。
除了被static 修飾的靜态方法,所有被private 修飾的私有方法、被final 修飾的禁止子類覆寫的方法都會被編譯成invokestatic指令。另外所有類的初始化方法和會被編譯成invokespecial指令。JVM會采用靜态綁定機制來順利的調用這些方法。
動态綁定機制
package hr.test;
//被調用的父類
class Father{
public void f1(){
System.out.println("father-f1()"); } public void f1(int i)
{
System.out.println("father-f1() para-int "+i);
} } //被調用的子類
class Son extends Father{
public void f1(){
//覆寫父類的方法
System.out.println("Son-f1()");
} public void f1(char c){
System.out.println("Son-s1() para-char "+c);
} } //調用方法
import hr.test.*;
public class AutoCall{
public static void main(String[] args){
Father father=new Son();
//多态 father.f1(); //列印結果: Son-f1()
}
}
上面的源代碼中有三個重要的概念:多态(polymorphism) 、方法覆寫 、方法重載 。列印的結果大家也都比較清楚,但是JVM是如何知道f.f1()調用的是子類Sun中方法而不是Father中的方法呢?在解釋這個問題之前,我們首先簡單的講下JVM管理的一個非常重要的資料結構——方法表 。
在JVM加載類的同時,會在方法區中為這個類存放很多資訊(詳見《Java 虛拟機體系結構 》)。其中就有一個資料結構叫方法表。它以數組的形式記錄了目前類及其所有超類的可見方法位元組碼在記憶體中的直接位址 。下圖是上面源代碼中Father和Sun類在方法區中的方法表:

上圖中的方法表有兩個特點:(1) 子類方法表中繼承了父類的方法,比如Father extends Object。 (2) 相同的方法(相同的方法簽名:方法名和參數清單)在所有類的方法表中的索引相同。比如Father方法表中的f1()和Son方法表中的f1()都位于各自方法表的第11項中。
對于上面的源代碼,編譯器首先會把main方法編譯成下面的位元組碼指令:
0 new hr.test.Son [13] //在堆中開辟一個Son對象的記憶體空間,并将對象引用壓入操作數棧
3 dup
4 invokespecial #7 [15] // 調用初始化方法來初始化堆中的Son對象
7 astore_1 //彈出操作數棧的Son對象引用壓入局部變量1中
8 aload_1 //取出局部變量1中的對象引用壓入操作數棧
9 invokevirtual #15 //調用f1()方法
12 return
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