深刻理解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，想一想C++和Java在编译和运行时到底有啥不同？

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，字节码在运行时经过JVM的类加载器，加载到JVM的虚拟内存的方法区，

再经过编译器、解释器作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：

 

 

1、执行方法。

每一个线程在建立后，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，

每一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做数栈；

 

操做数栈用于存放指令运算的中间结果；

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

java虚拟机没法使用寄存器，因此就用 操做数栈 来存放数据。

虚拟机把操做数栈做为它的工做区 —— 大多数指令都要从这里弹出数据，执行运算，而后把结果压回操做数栈。

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

 

基于（操做数）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点。

可是虚拟机的出现，就是为了提供跨平台的支持，因此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，继续其余方法的执行。

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--连接的第三阶段--解析，就肯定下来的，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，只有在运行时才能肯定下来的，主要包含如下两方面：

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

（4） invokevirtual： 调用虚方法，不肯定调用哪个实现类 

 

2、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）吸收第一代JVM和第二代JVM的经验，采用二者结合的方式。

开始对全部的代码都采起解释执行的方式，

并监视代码执行状况，而后对那些 常常 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。

若方法再也不频繁使用，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。