深刻理解java：1.2. 字節碼執行引擎

執行引擎是Java虛擬機的核心組成部分之一。

 

首先，想一想C++和Java在編譯和運行時到底有啥不同？

下圖左邊，C++發佈的就是機器指令，

而下圖右邊Java發佈的是字節碼，字節碼在運行時經過JVM的類加載器，加載到JVM的虛擬內存的方法區，

再經過編譯器、解釋器作一次轉換生成機器指令。執行引擎正是執行了這樣的過程：輸入的是內存中的字節碼，處理過程是字節碼解析的 等效過程，輸出的是執行結果。

 

其次，再來看下圖，JVM的內存結構：

 

 

1、執行方法。

每一個線程在建立後，都會產生一個程序計數器（pc）和棧（Stack）。

其中pc中存放了下一條將要執行的指令；

Stack中存放Stack Frame，存儲了 當前正在執行的方法的信息，

每一個方法的執行都會產生Stack Frame，Stack Frame中存放了   傳遞給方法的參數、方法內的局部變量以及操做數棧；

 

操做數棧用於存放指令運算的中間結果；

操做數棧在概念上很像CPU寄存器（CPU的內部元件：指令寄存器IR和程序計數器PC）。

java虛擬機沒法使用寄存器，因此就用 操做數棧 來存放數據。

虛擬機把操做數棧做爲它的工做區 —— 大多數指令都要從這裏彈出數據，執行運算，而後把結果壓回操做數棧。

好比，iadd指令就要從操做數棧中彈出兩個整數，執行加法運算，其結果又壓回到操做數棧中。

 

基於（操做數）棧的指令集 和基於寄存器的區別，

基於棧的指令集 是和硬件無關的，而基於寄存器則依賴於硬件基礎。

基於寄存器在效率上優點。

可是虛擬機的出現，就是爲了提供跨平臺的支持，因此jvm的執行引擎是基於棧的指令集。

 

當方法執行完畢後則從Stack中彈出，繼續其餘方法的執行。

在繼續執行方法時，JVM主要提供了invokestatic、invokevirtual、invokeinterface和invokespecial四種指令來執行。

 

在類加載的第二階段--連接的第三階段--解析，就肯定下來的，屬於編譯期可知，運行期不可變的方法：

（1） invokestatic：調用類的static方法，屬於綁定類的調用

（2） invokespecial： 調用構造器，私有方法和父類方法，外部不可訪問，綁定實例對象

還有一種是在運行時候解析的，只有在運行時才能肯定下來的，主要包含如下兩方面：

（3） invokeinterface：調用接口方法，不肯定調用那一個實現類

（4） invokevirtual： 調用虛方法，不肯定調用哪個實現類 

 

2、執行技術

主要的執行技術有:解釋，即時編譯，自適應優化、芯片級直接執行

（1）解釋：屬於第一代JVM；

（2）即時編譯：JIT屬於第二代JVM；

（3）自適應優化：（目前Sun的HotspotJVM採用這種技術）吸收第一代JVM和第二代JVM的經驗，採用二者結合的方式。

開始對全部的代碼都採起解釋執行的方式，

並監視代碼執行狀況，而後對那些 常常 調用的方法啓動一個後臺線程，將其編譯爲本地代碼，並進行仔細優化。

若方法再也不頻繁使用，則取消編譯過的代碼，仍對其進行解釋執行；

（4）芯片級直接執行：內嵌在芯片上，用本地方法執行Java字節碼。