深入理解java：1.2. 字节码执行引擎

执行引擎是Java虚拟机的核心组成部分之一。

 

首先，想想C++和Java在编译和运行时到底有啥不一样？

下图左边，C++发布的就是机器指令，

而下图右边Java发布的是字节码，字节码在运行时通过JVM的类加载器，加载到JVM的虚拟内存的方法区，

再通过编译器、解释器做一次转换生成机器指令。执行引擎正是执行了这样的过程：输入的是内存中的字节码，处理过程是字节码解析的 等效过程，输出的是执行结果。

 

其次，再来看下图，JVM的内存结构：

 

 

一、执行方法。

每个线程在创建后，都会产生一个程序计数器（pc）和栈（Stack）。

其中pc中存放了下一条将要执行的指令；

Stack中存放Stack Frame，存储了 当前正在执行的方法的信息，

每个方法的执行都会产生Stack Frame，Stack Frame中存放了   传递给方法的参数、方法内的局部变量以及操作数栈；

 

操作数栈用于存放指令运算的中间结果；

操作数栈在概念上很像CPU寄存器（CPU的内部元件：指令寄存器IR和程序计数器PC）。

java虚拟机无法使用寄存器，所以就用 操作数栈 来存放数据。

虚拟机把操作数栈作为它的工作区 —— 大多数指令都要从这里弹出数据，执行运算，然后把结果压回操作数栈。

比如，iadd指令就要从操作数栈中弹出两个整数，执行加法运算，其结果又压回到操作数栈中。

 

基于（操作数）栈的指令集 和基于寄存器的区别，

基于栈的指令集 是和硬件无关的，而基于寄存器则依赖于硬件基础。

基于寄存器在效率上优势。

但是虚拟机的出现，就是为了提供跨平台的支持，所以jvm的执行引擎是基于栈的指令集。

 

当方法执行完毕后则从Stack中弹出，继续其他方法的执行。

在继续执行方法时，JVM主要提供了invokestatic、invokevirtual、invokeinterface和invokespecial四种指令来执行。

 

在类加载的第二阶段--链接的第三阶段--解析，就确定下来的，属于编译期可知，运行期不可变的方法：

（1） invokestatic：调用类的static方法，属于绑定类的调用

（2） invokespecial： 调用构造器，私有方法和父类方法，外部不可访问，绑定实例对象

还有一种是在运行时候解析的，只有在运行时才能确定下来的，主要包含以下两方面：

（3） invokeinterface：调用接口方法，不确定调用那一个实现类

（4） invokevirtual： 调用虚方法，不确定调用哪一个实现类 

 

二、执行技术

主要的执行技术有:解释，即时编译，自适应优化、芯片级直接执行

（1）解释：属于第一代JVM；

（2）即时编译：JIT属于第二代JVM；

（3）自适应优化：（目前Sun的HotspotJVM采用这种技术）吸取第一代JVM和第二代JVM的经验，采用两者结合的方式。

开始对所有的代码都采取解释执行的方式，

并监视代码执行情况，然后对那些 经常 调用的方法启动一个后台线程，将其编译为本地代码，并进行仔细优化。

若方法不再频繁使用，则取消编译过的代码，仍对其进行解释执行；

（4）芯片级直接执行：内嵌在芯片上，用本地方法执行Java字节码。