深入理解Java虚拟机——虚拟机字节码执行引擎
概述
解释执行：通过解释器实时将字节码解释执行。
编译执行：通过JIT即时编译器产生本地代码执行。
Java虚拟机在执行class字节码的时候有解释执行和编译执行两种选择。
运行时栈帧结构
- 虚拟机栈是线程私有的，存放着一个个栈帧。
- 栈帧是方法执行时的数据结构，每一个方法的调用和返回都对应着栈帧的入栈和出栈。
- 一个栈帧包括：局部变量表、操作数栈、动态连接、返回地址。
栈帧中需要的局部变量表和操作数栈的大小在编译器就确定了。
局部变量表
局部变量表的容量以变量槽（Slot）为最小单位，一个Slot至少是32位。在32位机子上，Long和Double需要用2个Slot来存放。
下面我们通过测试代码来理解局部变量表的内容：
public class Test {
int add(int a, int b) {
int c = a + b;
return c;
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println(new Test().add(1,2));
}
}编译：
javac Test.java
查看字节码：
javap -verbose Test.class
int add(int, int);
descriptor: (II)I
flags:
Code:
stack=2, locals=4, args_size=3
0: iload_1
1: iload_2
2: iadd
3: istore_3
4: iload_3
5: ireturn
LineNumberTable:
line 8: 0
line 9: 4
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 6 0 this LTest;
0 6 1 a I
0 6 2 b I
4 2 3 c I
在上面的字节码中，Code字段定义了操作数栈（stack）的深度、局部变量表（locals）的深度和参数列表大小（args_size）。
同时，LocalVariableTable字段代表的是局部变量表的内容，依次是：
1. 如果是实例方法，则第一个Slot存放指向实例的引用，也就相当于this关键字
2. 接着存放方法的参数列表
3. 最后存放的是方法里用到的局部变量
当方法执行超出了局部变量的作用域时，它占用的Slot可以被其他局部变量复用。
操作数栈
对于操作数栈而言，无论是32位机还是64位机，32位数据类型占的栈容量为1，64位数据类型占的栈容量为2。
两个栈帧之间可以因为虚拟机的优化而出现重叠：调用者的局部变量表区域与被调用者的操作数栈区域重叠，这样做的好处是避免了额外的参数传递。
动态连接
Class文件中有大量的符号引用，这些符号引用一部分在类加载阶段就转化为直接引用；另一部分则在运行期间动态地转化为直接引用。这称为动态连接。
实现动态连接需要栈帧中包含该栈帧所属方法的引用。
方法返回地址
使用调用者的PC计数器的值作为返回地址。
方法调用的版本选择
对于静态方法、私有方法，由于它们不会被重写，不需要进行多态选择，所以它们适合在类加载阶段进行解析。
被invokestatic和invokespecial指令调用的方法，都可以在解析阶段确定唯一的调用版本，因此它们在类加载阶段就会把符号引用替换为直接饮用。
而被invokevirtual指令调用的方法，由于需要进行多态选择，需要在运行期才把方法的符号引用转化为直接引用。（被final修饰的方法例外）
Java是一个静态多分派、动态单分派的语言。
静态多分派
静态分派是指在编译阶段，编译器根据变量的静态类型和参数列表来决定方法的重载版本。
动态单分派
动态分派是指在运行期，编译期单单根据变量的实际类型来决定方法的重写版本。
基于栈的字节码执行引擎
主流的指令集架构有基于栈的和基于寄存器的指令集架构。
这两种架构的优劣在于：
1. 基于栈的指令集更紧凑，相同字节可容纳更多的指令。
2. 基于栈的运算会产生相当多的入栈和出栈操作，频繁的内存访问，导致执行速度相比基于寄存器的会慢一些。