一直以来又长又臭的调用链简直就是Java语言的标志性特色,方法调用可谓是Java世界里表达一切逻辑的基石。现在我们终于具备了实现它的基础。
JVM中的5条方法调用指令
在JVM中触发方法调用的指令有5条,分别是:
- invokestatic
调用静态方法
- invokespecial
调用构造方法
- invokeinterface
调用接口方法
- invokevirtual
调用对象方法
- invokedynamic
jdk1.7中引入,给动态语言预留的调用指令。指令的第一个参数不再是代表方法符号引用的CONSTANT_Methodref_info
常量,而是变为JDK 1.7新加入的CONSTANT_InvokeDynamic_info
常量
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invokestatic指令的实现
这里面最简单的就是invokestatic
静态方法调用指令了,因为静态方法不需要创建对象,属于类。这条指令后面紧跟着两个字节,表示常量池中方法引用常量的下标:
invokestatic byte1 byte2
这样的话我们就可以从常量池中找到CONSTANT_Methodref_info
常量,结构如下:
// 方法引用常量
type MethodRefConstInfo struct {
Tag uint8
ClassIndex uint16
NameAndTypeIndex uint16
}
可以看到,里面记录了方法所在的类,和一个NameAndType
常量的索引。其中NameAndType
的结构如下:
type NameAndTypeConst struct {
Tag uint8
NameIndex uint16
DescIndex uint16
}
其中NameIndex
又是一个下标,指向的是常量池中的UTF8
属性,表示方法的简单名,例如sayHello
;
DescIndex
也是一个下标,指向的是常量池中的UTF8
属性,表示方法描述符,例如(ILjava/lang/String;)Ljava/lang/String;
。方法描述符描述了一个方法的参数类型、数量和返回类型,其中括号里的(ILjava/lang/String;)
表示的是方法参数,I
表示基本类型int
,Ljava/lang/String;
表示对象类型。注意基本类型跟其他类型之间是没有任何分隔符的,如果是对象类型,则以大写字母L
开头,然后紧跟着类的全名,最后以;
结束。括号外的Ljava/lang/String;
表示此方法的返回类型也是String
,如果没有返回值则表示为V
,没有参数的话则表示为一对空括号()
。综上所述,描述符(ILjava/lang/String;)Ljava/lang/String;
表示第一个参数为int
类型,第二个参数为String
类型,返回类型为String
的方法:
String foo(int, String) {}
有了方法名、方法签名、类名,我们就可以唯一确定一个方法了。在调用之前还要注意参数顺序问题,调用前javac会生成一系列参数压栈的指令,但是我们在取参数出栈的时候,由于栈先进先出的性质,弹出参数的顺序跟实际顺序是相反的,这一点一定要小心。
最后我们再来看一下常量池中的UTF8
数据项结构:
type Utf8InfoConst struct {
Tag uint8
Length uint16
Bytes []byte
}
里面的Bytes
就是UTF8字节流了,可以直接转换成string。class里所有对字符串的记录都是通过UTF8属性保存的,想引用这个字符串的话就用UTF8属性在常量池的下标来引用。
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有了上面的分析,我们就可以按图索骥的去实现了。首先,我们要把指令后面的byte1 byte2
组装回整数:
methodRefCpIndex := (indexbyte1 << 8) | indexbyte2
然后取出方法引用常量、取出方法名、方法描述符、方法所在的class全名:
/ 取出引用的方法
methodRef := def.ConstPool[methodRefCpIndex].(*class.MethodRefConstInfo)
// 取出方法名
nameAndType := def.ConstPool[methodRef.NameAndTypeIndex].(*class.NameAndTypeConst)
methodName := def.ConstPool[nameAndType.NameIndex].(*class.Utf8InfoConst).String()
// 描述符
descriptor := def.ConstPool[nameAndType.DescIndex].(*class.Utf8InfoConst).String()
// 取出方法所在的class
classRef := def.ConstPool[methodRef.ClassIndex].(*class.ClassInfoConstInfo)
// 取出目标class全名
targetClassFullName := def.ConstPool[classRef.FullClassNameIndex].(*class.Utf8InfoConst).String()
加载class:
// 加载
targetDef, err := i.miniJvm.findDefClass(targetClassFullName)
if nil != err {
return fmt.Errorf("failed to load class for '%s': %w", targetClassFullName, err)
}
这里的findDefClass()
方法会首先从已经加载的类中查找,如果没有,就会遍历classpath
下的所有.class
文件(包括jar包中的文件),找到全限定性名相符的class文件,执行class解析逻辑(第二篇中有讲),然后返回一个DefClass
结构的指针。
然后就可以直接调用方法了:
// 调用
return i.ExecuteWithFrame(targetDef, methodName, descriptor, frame)
在ExecuteWithFrame
方法中实现了方法描述符的解析、方法栈帧的创建和参数的传递,代码比较复杂不再罗列了,可以在这里找到完整代码:https://github.com/wanghongfei/mini-jvm/blob/master/vm/interpreted_execution_engine.go
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至此我们就完成了JVM中最简单的方法调用指令的实现。为什么说最简单呢,因为invokestatic
不需要创建对象,也不涉及复杂的方法查找逻辑,只需要匹配类名、方法名、方法签名就可以了。静态方法调用的实现是以后实现native
方法的基石,在下一篇中就会介绍。
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