Java虚拟机 -方法调用

方法调用

我们编写Java程序的时候，我们自己写的类通常不仅仅是调用自己本类的方法。调用别的类的方法的时候，从字节码的角度，我们调用别的类的方法，字节码里面存储的是别的类的符号引用。

但是JVM运行的时候，我们需要一个机制去把这个符号，转化成实际的引用的类方法的地址，这样我们运行的时候，才能够找到要调用的方法。
在JVM中，将符号引用转化为调用方法的直接引用与方法的绑定机制有关，方法的绑定机制有两种：

1. 静态绑定
2. 动态绑定

静态链接

Java源代码转化成字节码文件装载到JVM区域的时候，如果被调用的类的目标方法，编译期间就可以确定下来的话，而且运行期间不会变。这时候，我们可以将调用方法的符号引用直接转化成目标方法的直接引用，这种情况就是静态链接或者早期绑定。

动态链接

被调用的方法如果编译期间无法确定下来，这种情况，程序只能够在运行期间将调用方法的符号引用转化成直接引用，这种情况就叫动态链接或者晚期绑定。

案例

class Student{public void study() {System.out.println("begin study");}
}interface Play{public void play();
}class JuniorStudent extends Student implements Play{@Overridepublic void play() {System.out.println("JuniorStudent play");}
}class MiddleStudent extends Student implements Play{@Overridepublic void play() {System.out.println("MiddleStudent play");}
}public class LinkTest {public void play(Play play) {play.play();}public void study(Student student) {student.study();}
}

虚方法与非虚方法

JVM的实现机制

1. 虚方法调用
   JVM使用虚方法表（vtable）实现动态分派。每个类维护一个虚方法表，记录方法的实际入口地址。调用时根据对象的实际类型查表，找到正确的方法实现。
2. 非虚方法调用
   直接通过符号引用在编译期确定调用目标，无需运行时查找。

虚方法（Virtual Method）

虚方法是支持动态绑定（运行时绑定）的方法，具体调用的方法实现由对象的实际类型（运行时类型）决定。Java中，默认情况下，未被final、private或static修饰的实例方法都是虚方法。

特点

• 动态绑定：方法调用在运行时根据对象的实际类型确定。

• 支持多态：允许子类重写（Override）父类方法，实现多态。

• 虚方法表（vtable）：JVM通过虚方法表快速查找方法的实际实现。

class Animal {public void speak() { // 虚方法（可被重写）System.out.println("Animal speaks");}
}class Dog extends Animal {@Overridepublic void speak() { // 重写父类方法System.out.println("Dog barks");}
}public class Test {public static void main(String[] args) {Animal animal = new Dog();animal.speak(); // 输出 "Dog barks"（动态绑定到Dog的speak方法）}
}

常见虚方法

• 普通实例方法（未被final、private、static修饰）。

• 接口的默认方法（default方法）。

• 抽象方法（abstract方法）。

非虚方法（Non-Virtual Method）

非虚方法是静态绑定（编译时绑定）的方法，调用的具体方法在编译期就能确定，与对象的实际类型无关。这些方法无法被重写，或不需要动态分派。

特点

• 静态绑定：方法调用在编译时确定。

• 无法被重写：子类无法修改其行为。

• 性能更高：无需运行时查找方法表。

class Parent {public static void staticMethod() { // 非虚方法（静态方法）System.out.println("Parent's static method");}private void privateMethod() { // 非虚方法（private方法）System.out.println("Parent's private method");}public final void finalMethod() { // 非虚方法（final方法）System.out.println("Parent's final method");}
}class Child extends Parent {// 尝试重写静态方法（实际是隐藏，而非重写）public static void staticMethod() {System.out.println("Child's static method");}// 无法重写private方法和final方法
}public class Test {public static void main(String[] args) {Parent parent = new Child();parent.staticMethod(); // 输出 "Parent's static method"（静态绑定）}
}

常见的非虚方法

• 静态方法（static）：属于类，调用时基于引用类型。

• 私有方法（private）：仅在类内部可见，无法被重写。

• final方法：禁止子类重写。

• 构造方法：隐式调用，无法被动态分派。

• 通过super调用的父类方法：直接指定父类实现。

方法返回地址

当一个方法开始执行之后，只有两种可能：

1. 正常结束，当前方法栈帧出栈， 返回上一个方法的栈帧；
2. 异常结束，如果本方法没有处理异常的方法，方法就会异常退出，不会给调用者提供任何返回值

无论是怎样退出，在方法退出之后，都需要恢复到被调用之前的那个方法的栈帧的当时的状态，程序才能正常往下执行。从栈的角度，方法退出，实际上是当前栈帧出栈，要恢复上层方法的局部变量表与操作数栈，如果有返回值，还需要把返回值压入操作数栈，然后将程序计数器指向上层方法的下一条指令的地址。