本文由HeapDump性能社区首席讲师鸠摩（马智）授权整理发布
第29篇-调用Java主类的main()方法
前面已经写了许多篇介绍字节码指令对应的汇编代码执行逻辑，还有一些字节码指令对应的汇编代码逻辑没有介绍，这些指令包括方法调用指令、同步指令、异常抛出指令，这些指令的汇编代码实现逻辑比较复杂，所以后面在介绍到方法调用、同步和异常处理的知识点时，会通过大篇幅的文章进行详细介绍！
在第1篇中大概介绍过Java中主类方法main()的调用过程，这一篇介绍的详细一点，大概的调用过程如下图所示。
其中浅红色的函数由主线程执行，而另外的浅绿色部分由另外一个线程执行，浅绿色的线程最终也会负责执行Java主类中的main()方法。在JavaMain()函数中调用LoadMainClass()函数加载Java主类。接着在JavaMain()函数中有如下调用：
源代码位置：openjdk/jdk/src/share/bin/java.c
mainID = (*env)->GetStaticMethodID(
env,
mainClass,
"main",
"([Ljava/lang/String;)V");
复制代码env为JNIEnv*类型。调用JNIEnv类型中定义的GetStaticMethodID()函数获取Java主类中main()方法的方法唯一ID，调用GetStaticMethodID()函数就是调用jni_GetStaticMethodID()函数，此函数的实现如下：
源代码位置：openjdk/hotspot/src/share/vm/prims/jni.cpp
JNI_ENTRY(jmethodID, jni_GetStaticMethodID(JNIEnv *env, jclass clazz,const char *name, const char *sig))
jmethodID ret = get_method_id(env, clazz, name, sig, true, thread);
return ret;
JNI_END
static jmethodID get_method_id(
JNIEnv *env,
jclass clazz,
const char *name_str,
const char *sig,
bool is_static,
TRAPS
){
const char *name_to_probe = (name_str == NULL)
? vmSymbols::object_initializer_name()->as_C_string()
: name_str;
TempNewSymbol name = SymbolTable::probe(name_to_probe, (int)strlen(name_to_probe));
TempNewSymbol signature = SymbolTable::probe(sig, (int)strlen(sig));
KlassHandle klass(THREAD,java_lang_Class::as_Klass(JNIHandles::resolve_non_null(clazz)));
// 保证java.lang.Class类已经初始化完成
klass()->initialize(CHECK_NULL);
Method* m;
if ( name == vmSymbols::object_initializer_name() || 查找的是<init>方法
name == vmSymbols::class_initializer_name() ) { 查找的是<clinit>方法
// 因为要查找的是构造函数，构造函数没有继承特性，所以当前类找不到时不向父类中继续查找
if (klass->oop_is_instance()) {
// find_method()函数不会向上查找
m = InstanceKlass::cast(klass())->find_method(name, signature);
} else {
m = NULL;
}
} else {
// lookup_method()函数会向上查找
m = klass->lookup_method(name, signature);
if (m == NULL && klass->oop_is_instance()) {
m = InstanceKlass::cast(klass())->lookup_method_in_ordered_interfaces(name, signature);
}
}
return m->jmethod_id();
}
复制代码获取Java类中main()方法的jmethod_id。
源代码位置：method.hpp
// Get this method's jmethodID -- allocate if it doesn't exist
jmethodID jmethod_id() {
methodHandle this_h(this);
return InstanceKlass::get_jmethod_id(method_holder(), this_h);
}
复制代码调用的InstanceKlass::get_jmethod_id()函数获取唯一ID，关于如何获取或生成ID的过程这里不再详细介绍，有兴趣的自行研究。
在JavaMain()函数中有如下调用：
mainArgs = CreateApplicationArgs(env, argv, argc);
(*env)->CallStaticVoidMethod(env, mainClass, mainID, mainArgs);
复制代码通过调用CallStaticVoidMethod()函数来调用Java主类中的main()方法。控制权转移到Java主类中的main()方法之中。调用CallStaticVoidMethod()函数就是调用jni_CallStaticVoidMethod()函数，此函数的实现如下：
源代码位置：openjdk/hotspot/src/share/vm/prims/jni.cpp
JNI_ENTRY(void, jni_CallStaticVoidMethod(JNIEnv *env, jclass cls, jmethodID methodID, ...))
va_list args;
va_start(args, methodID);
JavaValue jvalue(T_VOID);
JNI_ArgumentPusherVaArg ap(methodID, args);
jni_invoke_static(env, &jvalue, NULL, JNI_STATIC, methodID, &ap, CHECK);
va_end(args);
JNI_END
复制代码将传给Java方法的参数以C的可变长度参数传入后，使用JNI_ArgumentPusherVaArg实例ap是将其封装起来。JNI_ArgumentPusherVaArg类的继承体系如下：
JNI_ArgumentPusherVaArg->JNI_ArgumentPusher->SignatureIterator
复制代码调用的jni_invoke_static()函数的实现如下：
// 通过jni的方式调用Java静态方法
static void jni_invoke_static(
JNIEnv *env,
JavaValue* result,
jobject receiver,
JNICallType call_type,
jmethodID method_id,
JNI_ArgumentPusher *args,
TRAPS
){
Method* m = Method::resolve_jmethod_id(method_id);
methodHandle method(THREAD, m);
ResourceMark rm(THREAD);
int number_of_parameters = method->size_of_parameters();
// 这里进一步将要传给Java的参数转换为JavaCallArguments对象传下去
JavaCallArguments java_args(number_of_parameters);
args->set_java_argument_object(&java_args);
// Fill out(填，填写) JavaCallArguments object
Fingerprinter fp = Fingerprinter(method);
uint64_t x = fp.fingerprint();
args->iterate(x);
// Initialize result type
BasicType bt = args->get_ret_type();
result->set_type(bt);
// Invoke the method. Result is returned as oop.
JavaCalls::call(result, method, &java_args, CHECK);
// Convert result
if (
result->get_type() == T_OBJECT ||
result->get_type() == T_ARRAY
) {
oop tmp = (oop) result->get_jobject();
jobject jobj = JNIHandles::make_local(env,tmp);
result->set_jobject(jobj);
}
}
复制代码通过JavaCalls::call()函数来调用Java主类的main()方法。关于JavaCalls::call()函数大家应该不会陌生，这个函数是怎么建立Java栈帧以及找到Java方法入口在之前已经详细介绍过，这里不再介绍。
第30篇-解释执行main()方法小实例
我们在介绍完一些常用字节码指令的汇编代码执行逻辑后，基本看到一个main()方法从开始调用、栈帧建立、字节码执行的整个逻辑了，但是方法退栈、同步方法以及异常抛出等知识点还没有介绍，我们这里只举个最简单的例子，可以帮助大家回顾一下之前那么多篇文章所学到的内容。
在第7篇详细介绍过为Java方法创建的栈帧，如下图所示。
调用完generate_fixed_frame()函数后一些寄存器中保存的值如下：
rbx：Method*
ecx：invocation counter
r13：bcp(byte code pointer)
rdx：ConstantPool* 常量池的地址
r14：本地变量表第1个参数的地址
复制代码现在我们举一个例子，来完整的走一下解释执行的过程。这个例子如下：
package com.classloading;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
int i = 0;
i = i++;
}
}
复制代码通过javap -verbose Test.class命令反编译后的字节码文件内容如下：
Constant pool:
#1 = Methodref #3.#12 // java/lang/Object."<init>":()V
#2 = Class #13 // com/classloading/Test
#3 = Class #14 // java/lang/Object
#4 = Utf8 <init>
#5 = Utf8 ()V
#6 = Utf8 Code
#7 = Utf8 LineNumberTable
#8 = Utf8 main
#9 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V
#10 = Utf8 SourceFile
#11 = Utf8 Test.java
#12 = NameAndType #4:#5 // "<init>":()V
#13 = Utf8 com/classloading/Test
#14 = Utf8 java/lang/Object
{
...
public static void main(java.lang.String[]);
descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=1, locals=2, args_size=1
0: iconst_0
1: istore_1
2: return
}
复制代码如上实例对应的栈帧状态如下图所示。
现在我们就以解释执行的方式执行main()方法中的字节码。由于是从虚拟机调用过来的，而调用完generate_fixed_frame()函数后一些寄存器中保存的值并没有涉及到栈顶缓存，所以需要从iconst_0这个字节码指令的vtos入口进入，然后找到iconst_0这个字节码指令对应的机器指令片段。
现在回顾一下字节码分派的逻辑，在generate_normal_entry()函数中会调用generate_fixed_frame()函数为Java方法的执行生成对应的栈帧，接下来还会调用dispatch_next()函数执行Java方法的字节码，首次获取字节码时的汇编如下：
// 在generate_fixed_frame()方法中已经让%r13存储了bcp
movzbl 0x0(%r13),%ebx // %ebx中存储的是字节码的操作码
// $0x7ffff73ba4a0这个地址指向的是对应state状态下的一维数组，长度为256
movabs $0x7ffff73ba4a0,%r10
// 注意%r10中存储的是常量，根据计算公式%r10+%rbx*8来获取指向存储入口地址的地址，
// 通过*(%r10+%rbx*8)获取到入口地址，然后跳转到入口地址执行
jmpq *(%r10,%rbx,8)
复制代码注意如上的$0x7ffff73ba4a0这个常量值已经表示了栈顶缓存状态为vtos下的一维数组首地址。而在首次进行方法的字节码分派时，通过0x0(%r13)即可取出字节码对应的Opcode，使用这个Opcode可定位到iconst_0的入口地址。
%r10指向的是对应栈顶缓存状态state下的一维数组，长度为256，其中存储的值为Opcode，这在第8篇详细介绍过，示意图如下图所示。
现在就是看入口为vtos，出口为itos的iconst_0所要执行的汇编代码了，如下：
...
// vtos入口
mov $0x1,%eax
...
// iconst_0对应的汇编代码
xor %eax,%eax
复制代码汇编指令足够简单，最后将值存储到了%eax中，所以也就是栈顶缓存的出口状态为itos。
上图紫色的部分是本地变量表，由于本地变量表的大小为2，所以我画了2个方格表示slot。
执行下一个字节码指令istore_1，也会执行字节码分派相关的逻辑。这里需要提醒下，其实之前在介绍字节码指令对应的汇编时，只关注了字节码指令本身的执行逻辑，其实在为每个字节码指令生成机器指令时，一般都会为这些字节码指令生成3部分机器指令片段：
（1）不同栈顶状态对应的入口执行逻辑；
（2）字节码指令本身需要执行的逻辑；
（3）分派到下一个字节码指令的逻辑。
对于字节码指令模板定义中，如果flags中指令有disp，那么这些指令自己会含有分派的逻辑，如goto、ireturn、tableswitch、lookupswitch、jsr等。由于我们的指令是iconst_0，所以会为这个字节码指令生成分派逻辑，生成的逻辑如下：
movzbl 0x1(%r13),%ebx // %ebx中存储的是字节码的操作码
movabs itos对应的一维数组的首地址,%r10
jmpq *(%r10,%rbx,8)
复制代码需要注意的是，如果要让%ebx中存储istore_1的Opcode，则%r13需要加上iconst_0指令的长度，即1。由于iconst_0执行后的出口栈顶缓存为itos，所以要找到入口状态为itos，而Opcode为istore_1的机器指令片段执行。指令片段如下：
mov %eax,-0x8(%r14)
复制代码代码将栈顶的值%eax存储到本地变量表下标索引为1的位置处。通过%r14很容易定位到本地变量表的位置，执行完成后的栈状态如下图所示。
执行iconst_0和istore_1时，整个过程没有向表达式栈（上图中sp/rsp开始以下的部分就是表达式栈）中压入0，实际上如果没有栈顶缓存的优化，应该将0压入栈顶，然后弹出栈顶存储到局部变量表，但是有了栈顶缓存后，没有压栈操作，也就有弹栈操作，所以能极大的提高程序的执行效率。
return指令判断的逻辑比较多，主要是因为有些方法可能有synchronized关键字，所以会在方法栈中保存锁相关的信息，而在return返回时，退栈要释放锁。不过我们现在只看针对本实例要运行的部分代码，如下：
// 将JavaThread::do_not_unlock_if_synchronized属性存储到%dl中
0x00007fffe101b770: mov 0x2ad(%r15),%dl
// 重置JavaThread::do_not_unlock_if_synchronized属性值为false
0x00007fffe101b777: movb $0x0,0x2ad(%r15)
// 将Method*加载到%rbx中
0x00007fffe101b77f: mov -0x18(%rbp),%rbx
// 将Method::_access_flags加载到%ecx中
0x00007fffe101b783: mov 0x28(%rbx),%ecx
// 检查Method::flags是否包含JVM_ACC_SYNCHRONIZED
0x00007fffe101b786: test $0x20,%ecx
// 如果方法不是同步方法，跳转到----unlocked----
0x00007fffe101b78c: je 0x00007fffe101b970
复制代码main()方法为非同步方法，所以跳转到unlocked处执行，在unlocked处执行的逻辑中会执行一些释放锁的逻辑，对于我们本实例来说这不重要，我们直接看退栈的操作，如下：
// 将-0x8(%rbp)处保存的old stack pointer(saved rsp)取出来放到%rbx中
0x00007fffe101bac7: mov -0x8(%rbp),%rbx
// 移除栈帧
// leave指令相当于：
// mov %rbp, %rsp
// pop %rbp
0x00007fffe101bacb: leaveq
// 将返回地址弹出到%r13中
0x00007fffe101bacc: pop %r13
// 设置%rsp为调用者的栈顶值
0x00007fffe101bace: mov %rbx,%rsp
0x00007fffe101bad1: jmpq *%r13
复制代码这个汇编不难，这里不再继续介绍。退栈后的栈状态如下图所示。
这就完全回到了调用Java方法之前的栈状态，接下来如何退出如上栈帧并结束方法调用就是C++语言的事儿了。
第31篇-方法调用指令之invokevirtual
invokevirtual字节码指令的模板定义如下：
def(Bytecodes::_invokevirtual , ubcp|disp|clvm|____, vtos, vtos, invokevirtual , f2_byte );
复制代码生成函数为invokevirtual，传递的参数为f2_byte，也就是2，如果为2时，ConstantPoolCacheEntry::indices中取[b2,b1,original constant pool index]中的b2部分。调用的TemplateTable::invokevirtual()函数的实现如下：
void TemplateTable::invokevirtual(int byte_no) {
prepare_invoke(byte_no,
rbx, // method or vtable index
noreg, // unused itable index
rcx, // recv
rdx); // flags
// rbx: index
// rcx: receiver
// rdx: flags
invokevirtual_helper(rbx, rcx, rdx);
}
复制代码先调用prepare_invoke()函数，后调用invokevirtual_helper()函数来生成invokevirtual字节码指令对应的汇编代码（其实是生成机器指令，然后反编译对应的汇编代码，在后面我们就直接表述为汇编代码，读者要知道）。
1、prepare_invoke()函数
调用TemplateTable::prepare_invoke()函数生成的汇编代码比较多，所以我们分三部分进行查看。
第1部分：
0x00007fffe1021f90: mov %r13,-0x38(%rbp) // 将bcp保存到栈中
// invokevirtual x中取出x，也就是常量池索引存储到%edx，
// 其实这里已经是ConstantPoolCacheEntry的index，因为在类的连接
// 阶段会对方法中特定的一些字节码指令进行重写
0x00007fffe1021f94: movzwl 0x1(%r13),%edx
// 将ConstantPoolCache的首地址存储到%rcx
0x00007fffe1021f99: mov -0x28(%rbp),%rcx
// 左移2位，因为%edx中存储的是ConstantPoolCacheEntry索引，左移2位是因为
// ConstantPoolCacheEntry占用4个字
0x00007fffe1021f9d: shl $0x2,%edx
// 计算%rcx+%rdx*8+0x10，获取ConstantPoolCacheEntry[_indices,_f1,_f2,_flags]中的_indices
// 因为ConstantPoolCache的大小为0x16字节，%rcx+0x10定位
// 到第一个ConstantPoolCacheEntry的位置
// %rdx*8算出来的是相对于第一个ConstantPoolCacheEntry的字节偏移
0x00007fffe1021fa0: mov 0x10(%rcx,%rdx,8),%ebx
// 获取ConstantPoolCacheEntry中indices[b2,b1,constant pool index]中的b2
0x00007fffe1021fa4: shr $0x18,%ebx
// 取出indices中含有的b2，即bytecode存储到%ebx中
0x00007fffe1021fa7: and $0xff,%ebx
// 查看182的bytecode是否已经连接
0x00007fffe1021fad: cmp $0xb6,%ebx
// 如果连接就进行跳转，跳转到resolved
0x00007fffe1021fb3: je 0x00007fffe1022052
复制代码主要查看字节码是否已经连接，如果没有连接则需要连接，如果已经进行了连接，则跳转到resolved直接执行方法调用操作。
第2部分：
// 调用InterpreterRuntime::resolve_invoke()函数，因为指令还没有连接
// 将bytecode为182的指令移动到%ebx中
0x00007fffe1021fb9: mov $0xb6,%ebx
// 通过调用MacroAssembler::call_VM()函数来调用
// InterpreterRuntime::resolve_invoke(JavaThread* thread, Bytecodes::Code bytecode)函数
// 进行方法连接
0x00007fffe1021fbe: callq 0x00007fffe1021fc8
0x00007fffe1021fc3: jmpq 0x00007fffe1022046 // 跳转到----E----
// 准备第2个参数，也就是bytecode
0x00007fffe1021fc8: mov %rbx,%rsi
0x00007fffe1021fcb: lea 0x8(%rsp),%rax
0x00007fffe1021fd0: mov %r13,-0x38(%rbp)
0x00007fffe1021fd4: mov %r15,%rdi
0x00007fffe1021fd7: mov %rbp,0x200(%r15)
0x00007fffe1021fde: mov %rax,0x1f0(%r15)
0x00007fffe1021fe5: test $0xf,%esp
0x00007fffe1021feb: je 0x00007fffe1022003
0x00007fffe1021ff1: sub $0x8,%rsp
0x00007fffe1021ff5: callq 0x00007ffff66ac528
0x00007fffe1021ffa: add $0x8,%rsp
0x00007fffe1021ffe: jmpq 0x00007fffe1022008
0x00007fffe1022003: callq 0x00007ffff66ac528
0x00007fffe1022008: movabs $0x0,%r10
0x00007fffe1022012: mov %r10,0x1f0(%r15)
0x00007fffe1022019: movabs $0x0,%r10
0x00007fffe1022023: mov %r10,0x200(%r15)
0x00007fffe102202a: cmpq $0x0,0x8(%r15)
0x00007fffe1022032: je 0x00007fffe102203d
0x00007fffe1022038: jmpq 0x00007fffe1000420
0x00007fffe102203d: mov -0x38(%rbp),%r13
0x00007fffe1022041: mov -0x30(%rbp),%r14
0x00007fffe1022045: retq
// 结束MacroAssembler::call_VM()函数的调用
// **** E ****
// 将invokevirtual x中的x加载到%edx中,也就是ConstantPoolCacheEntry的索引
0x00007fffe1022046: movzwl 0x1(%r13),%edx
// 将ConstantPoolCache的首地址存储到%rcx中
0x00007fffe102204b: mov -0x28(%rbp),%rcx
// %edx中存储的是ConstantPoolCacheEntry index，转换为字偏移
0x00007fffe102204f: shl $0x2,%edx
复制代码方法连接的逻辑和之前介绍的字段的连接逻辑类似，都是完善ConstantPoolCache中对应的ConstantPoolCacheEntry添加相关信息。
调用InterpreterRuntime::resolve_invoke()函数进行方法连接，这个函数的实现比较多，我们在下一篇中详细介绍。连接完成后ConstantPoolCacheEntry中的各个项如下图所示。
所以对于invokevirtual来说，通过vtable进行方法的分发，在ConstantPoolCacheEntry中，_f1字段没有使用，而对_f2字段来说，如果调用的是非final的virtual方法，则保存的是目标方法在vtable中的索引编号，如果是virtual final方法，则_f2字段直接指向目标方法的Method实例。
第3部分：
// **** resolved ****
// resolved的定义点，到这里说明invokevirtual字节码已经连接
// 获取ConstantPoolCacheEntry::_f2,这个字段只对virtual有意义
// 在计算时，因为ConstantPoolCacheEntry在ConstantPoolCache之后保存，
// 所以ConstantPoolCache为0x10，而
// _f2还要偏移0x10，这样总偏移就是0x20
// ConstantPoolCacheEntry::_f2存储到%rbx
0x00007fffe1022052: mov 0x20(%rcx,%rdx,8),%rbx
// ConstantPoolCacheEntry::_flags存储到%edx
0x00007fffe1022057: mov 0x28(%rcx,%rdx,8),%edx
// 将flags移动到ecx中
0x00007fffe102205b: mov %edx,%ecx
// 从flags中取出参数大小
0x00007fffe102205d: and $0xff,%ecx
// 获取到recv,%rcx中保存的是参数大小，最终计算参数所需要的大小为%rsp+%rcx*8-0x8，
// flags中的参数大小对实例方法来说，已经包括了recv的大小
// 如调用实例方法的第一个参数是this(recv)
0x00007fffe1022063: mov -0x8(%rsp,%rcx,8),%rcx // recv保存到%rcx
// 将flags存储到r13中
0x00007fffe1022068: mov %edx,%r13d
// 从flags中获取return type，也就是从_flags的高4位保存的TosState
0x00007fffe102206b: shr $0x1c,%edx
// 将TemplateInterpreter::invoke_return_entry地址存储到%r10
0x00007fffe102206e: movabs $0x7ffff73b6380,%r10
// %rdx保存的是return type，计算返回地址
// 因为TemplateInterpreter::invoke_return_entry是数组，
// 所以要找到对应return type的入口地址
0x00007fffe1022078: mov (%r10,%rdx,8),%rdx
// 向栈中压入返回地址
0x00007fffe102207c: push %rdx
// 还原ConstantPoolCacheEntry::_flags
0x00007fffe102207d: mov %r13d,%edx
// 还原bcp
0x00007fffe1022080: mov -0x38(%rbp),%r13
复制代码TemplateInterpreter::invoke_return_entry保存了一段例程的入口，这段例程在后面会详细介绍。
执行完如上的代码后，已经向相关的寄存器中存储了相关的值。相关的寄存器状态如下：
rbx: 存储的是ConstantPoolCacheEntry::_f2属性的值
rcx: 就是调用实例方法时的第一个参数this
rdx: 存储的是ConstantPoolCacheEntry::_flags属性的值
复制代码栈的状态如下图所示。
栈中压入了TemplateInterpreter::invoke_return_entry的返回地址。
2、invokevirtual_helper()函数
调用TemplateTable::invokevirtual_helper()函数生成的代码如下：
// flags存储到%eax
0x00007fffe1022084: mov %edx,%eax
// 测试调用的方法是否为final
0x00007fffe1022086: and $0x100000,%eax
// 如果不为final就直接跳转到----notFinal----
0x00007fffe102208c: je 0x00007fffe10220c0
// 通过(%rcx)来获取receiver的值，如果%rcx为空，则会引起OS异常
0x00007fffe1022092: cmp (%rcx),%rax
// 省略统计相关代码部分
// 设置调用者栈顶并保存
0x00007fffe10220b4: lea 0x8(%rsp),%r13
0x00007fffe10220b9: mov %r13,-0x10(%rbp)
// 跳转到Method::_from_interpretered_entry入口去执行
0x00007fffe10220bd: jmpq *0x58(%rbx)
复制代码对于final方法来说，其实没有动态分派，所以也不需要通过vtable进行目标查找。调用时的栈如下图所示。
如下代码是通过vtable查找动态分派需要调用的方法入口 。
// **** notFinal ****
// invokevirtual指令调用的如果是非final方法，直接跳转到这里
// %rcx中存储的是receiver，用oop来表示。通过oop获取Klass
0x00007fffe10220c0: mov 0x8(%rcx),%eax
// 调用MacroAssembler::decode_klass__not_null()函数生成下面的一个汇编代码
0x00007fffe10220c3: shl $0x3,%rax // LogKlassAlignmentInBytes=0x03
// 省略统计相关代码部分
// %rax中存储的是recv_klass
// %rbx中存储的是vtable_index，
// 而0x1b8为InstanceKlass::vtable_start_offset()*wordSize+vtableEntry::method_offset_in_bytes()，
// 其实就是通过动态分派找到需要调用的Method*并存储到%rbx中
0x00007fffe1022169: mov 0x1b8(%rax,%rbx,8),%rbx
// 设置调用者的栈顶地址并保存
0x00007fffe1022171: lea 0x8(%rsp),%r13
0x00007fffe1022176: mov %r13,-0x10(%rbp)
// 跳转到Method::_from_interpreted_entry处执行
0x00007fffe102217a: jmpq *0x58(%rbx)
复制代码理解如上代码时需要知道vtable方法分派以及vtable在InstanceKlass中的布局，这在《深入剖析Java虚拟机：源码剖析与实例详解》一书中详细介绍过，这里不再介绍。
跳转到Method::_from_interpretered_entry保存的例程处执行，也就是以解释执行运行invokevirtual字节码指令调用的目标方法，关于Method::_from_interpretered_entry保存的例程的逻辑在第6篇、第7篇、第8篇中详细介绍过，这里不再介绍。
如上的汇编语句 mov 0x1b8(%rax,%rbx,8),%rbx 是通过调用调用lookup_virtual_method()函数生成的，此函数将vtable_entry_addr加载到%rbx中，实现如下：
void MacroAssembler::lookup_virtual_method(Register recv_klass,
RegisterOrConstant vtable_index,
Register method_result) {
const int base = InstanceKlass::vtable_start_offset() * wordSize;
Address vtable_entry_addr(
recv_klass,
vtable_index,
Address::times_ptr,
base + vtableEntry::method_offset_in_bytes());
movptr(method_result, vtable_entry_addr);
}
复制代码其中的vtable_index取的就是ConstantPoolCacheEntry::_f2属性的值。
最后还要说一下，如上生成的一些汇编代码中省略了统计相关的执行逻辑，这里统计相关的代码也是非常重要的，它会辅助进行编译，所以后面我们还会介绍这些统计相关的逻辑。
第32篇-解析interfacevirtual字节码指令
在前面介绍invokevirtual指令时，如果判断出ConstantPoolCacheEntry中的_indices字段的_f2属性的值为空，则认为调用的目标方法没有连接，也就是没有向ConstantPoolCacheEntry中保存调用方法的相关信息，需要调用InterpreterRuntime::resolve_invoke()函数进行方法连接，这个函数的实现比较多，我们分几部分查看：
InterpreterRuntime::resolve_invoke()函数第1部分：
Handle receiver(thread, NULL);
if (bytecode == Bytecodes::_invokevirtual || bytecode == Bytecodes::_invokeinterface) {
ResourceMark rm(thread);
// 调用method()函数从当前的栈帧中获取到需要执行的方法
Method* m1 = method(thread);
methodHandle m (thread, m1);
// 调用bci()函数从当前的栈帧中获取需要执行的方法的字节码索引
int i1 = bci(thread);
Bytecode_invoke call(m, i1);
// 当前需要执行的方法的签名
Symbol* signature = call.signature();
frame fm = thread->last_frame();
oop x = fm.interpreter_callee_receiver(signature);
receiver = Handle(thread,x);
}
复制代码当字节码为invokevirtual或invokeinterface这样的动态分派字节码时，执行如上的逻辑。获取到了receiver变量的值。接着看实现，如下：
InterpreterRuntime::resolve_invoke()函数第2部分：
CallInfo info;
constantPoolHandle pool(thread, method(thread)->constants());
{
JvmtiHideSingleStepping jhss(thread);
int cpcacheindex = get_index_u2_cpcache(thread, bytecode);
LinkResolver::resolve_invoke(info, receiver, pool,cpcacheindex, bytecode, CHECK);
...
}
// 如果已经向ConstantPoolCacheEntry中更新了调用的相关信息则直接返回
if (already_resolved(thread))
return;
复制代码根据存储在当前栈中的bcp来获取字节码指令的操作数，这个操作数通常就是常量池缓存项索引。然后调用LinkResolver::resolve_invoke()函数进行方法连接。 这个函数会间接调用LinkResolver::resolve_invokevirtual()函数，实现如下：
void LinkResolver::resolve_invokevirtual(
CallInfo& result,
Handle recv,
constantPoolHandle pool,
int index,
TRAPS
){
KlassHandle resolved_klass;
Symbol* method_name = NULL;
Symbol* method_signature = NULL;
KlassHandle current_klass;
resolve_pool(resolved_klass, method_name, method_signature, current_klass, pool, index, CHECK);
KlassHandle recvrKlass(THREAD, recv.is_null() ? (Klass*)NULL : recv->klass());
resolve_virtual_call(result, recv, recvrKlass, resolved_klass, method_name, method_signature, current_klass, true, true, CHECK);
}
复制代码其中会调用resolve_pool()和resolve_vritual_call()函数分别连接常量池和方法调用指令。调用会涉及到的相关函数大概如下图所示。
下面介绍resolve_pool()和resolve_virtual_call()函数及其调用的相关函数的实现。
01 resolve_pool()函数
调用的resolve_pool()函数会调用一些函数，如下图所示。
每次调用LinkResolver::resolve_pool()函数时不一定会按如上的函数调用链执行，但是当类还没有解析时，通常会调用SystemDictionary::resolve_or_fail()函数进行解析，最终会获取到指向Klass实例的指针，最终将这个类更新到常量池中。
resolve_pool()函数的实现如下：
void LinkResolver::resolve_pool(
KlassHandle& resolved_klass,
Symbol*& method_name,
Symbol*& method_signature,
KlassHandle& current_klass,
constantPoolHandle pool,
int index,
TRAPS
) {
resolve_klass(resolved_klass, pool, index, CHECK);
method_name = pool->name_ref_at(index);
method_signature = pool->signature_ref_at(index);
current_klass = KlassHandle(THREAD, pool->pool_holder());
}
复制代码其中的index为常量池缓存项的索引。resolved_klass参数表示需要进行解析的类（解析是在类生成周期中连接相关的部分，所以我们之前有时候会称为连接，其实具体来说是解析的意思），而current_klass为当前拥有常量池的类，由于传递参数时是C++的引用传递，所以同值会直接改变变量的值，调用者中的值也会随着改变。
调用resolve_klass()函数进行类解析，一般来说，类解析会在解释常量池项时就会进行，这在《深入剖析Java虚拟机：源码剖析与实例详解（基础卷）》一书中介绍过，这里需要再说一下。
调用的resolve_klass()函数及相关函数的实现如下：
void LinkResolver::resolve_klass(
KlassHandle& result,
constantPoolHandle pool,
int index,
TRAPS
) {
Klass* result_oop = pool->klass_ref_at(index, CHECK);
// 通过引用进行传递
result = KlassHandle(THREAD, result_oop);
}
Klass* ConstantPool::klass_ref_at(int which, TRAPS) {
int x = klass_ref_index_at(which);
return klass_at(x, CHECK_NULL);
}
int klass_ref_index_at(int which) {
return impl_klass_ref_index_at(which, false);
}
复制代码调用的impl_klass_ref_index_at()函数的实现如下：
int ConstantPool::impl_klass_ref_index_at(int which, bool uncached) {
int i = which;
if (!uncached && cache() != NULL) {
// 从which对应的ConstantPoolCacheEntry项中获取ConstantPoolIndex
i = remap_instruction_operand_from_cache(which);
}
assert(tag_at(i).is_field_or_method(), "Corrupted constant pool");
// 获取
jint ref_index = *int_at_addr(i);
// 获取低16位，那就是class_index
return extract_low_short_from_int(ref_index);
}
复制代码根据断言可知，在原常量池索引的i处的项肯定为JVM_CONSTANT_Fieldref、JVM_CONSTANT_Methodref或JVM_CONSTANT_InterfaceMethodref，这几项的格式如下：
CONSTANT_Fieldref_info{
u1 tag;
u2 class_index;
u2 name_and_type_index; // 必须是字段描述符
}
CONSTANT_InterfaceMethodref_info{
u1 tag;
u2 class_index; // 必须是接口
u2 name_and_type_index; // 必须是方法描述符
}
CONSTANT_Methodref_info{
u1 tag;
u2 class_index; // 必须是类
u2 name_and_type_index; // 必须是方法描述符
}
复制代码3项的格式都一样，其中的class_index索引处的项必须为CONSTANT_Class_info结构，表示一个类或接口，当前类字段或方法是这个类或接口的成员。name_and_type_index索引处必须为CONSTANT_NameAndType_info项。
通过调用int_at_addr()函数和extract_low_short_from_int()函数获取class_index的索引值，如果了解了常量池内存布局，这里函数的实现理解起来会很简单，这里不再介绍。
在klass_ref_at()函数中调用klass_at()函数，此函数的实现如下：
Klass* klass_at(int which, TRAPS) {
constantPoolHandle h_this(THREAD, this);
return klass_at_impl(h_this, which, CHECK_NULL);
}
复制代码调用的klass_at_impl()函数的实现如下：
Klass* ConstantPool::klass_at_impl(
constantPoolHandle this_oop,
int which,
TRAPS
) {
CPSlot entry = this_oop->slot_at(which);
if (entry.is_resolved()) { // 已经进行了连接
return entry.get_klass();
}
bool do_resolve = false;
bool in_error = false;
Handle mirror_handle;
Symbol* name = NULL;
Handle loader;
{
MonitorLockerEx ml(this_oop->lock());
if (this_oop->tag_at(which).is_unresolved_klass()) {
if (this_oop->tag_at(which).is_unresolved_klass_in_error()) {
in_error = true;
} else {
do_resolve = true;
name = this_oop->unresolved_klass_at(which);
loader = Handle(THREAD, this_oop->pool_holder()->class_loader());
}
}
} // unlocking constantPool
// 省略当in_error变量的值为true时的处理逻辑
if (do_resolve) {
oop protection_domain = this_oop->pool_holder()->protection_domain();
Handle h_prot (THREAD, protection_domain);
Klass* k_oop = SystemDictionary::resolve_or_fail(name, loader, h_prot, true, THREAD);
KlassHandle k;
if (!HAS_PENDING_EXCEPTION) {
k = KlassHandle(THREAD, k_oop);
mirror_handle = Handle(THREAD, k_oop->java_mirror());
}
if (HAS_PENDING_EXCEPTION) {
...
return 0;
}
if (TraceClassResolution && !k()->oop_is_array()) {
...
} else {
MonitorLockerEx ml(this_oop->lock());
do_resolve = this_oop->tag_at(which).is_unresolved_klass();
if (do_resolve) {
ClassLoaderData* this_key = this_oop->pool_holder()->class_loader_data();
this_key->record_dependency(k(), CHECK_NULL); // Can throw OOM
this_oop->klass_at_put(which, k()); // 注意这里会更新常量池中存储的内容，这样就表示类已经解析完成，下次就不需要重复解析了
}
}
}
entry = this_oop->resolved_klass_at(which);
assert(entry.is_resolved() && entry.get_klass()->is_klass(), "must be resolved at this point");
return entry.get_klass();
}
复制代码函数首先调用slot_at()函数获取常量池中一个slot中存储的值，然后通过CPSlot来表示这个slot，这个slot中可能存储的值有2个，分别为指向Symbol实例（因为类名用CONSTANT_Utf8_info项表示，在虚拟机内部统一使用Symbol对象表示字符串）的指针和指向Klass实例的指针，如果类已经解释，那么指针表示的地址的最后一位为0，如果还没有被解析，那么地址的最后一位为1。
当没有解析时，需要调用SystemDictionary::resolve_or_fail()函数获取类Klass的实例，然后更新常量池中的信息，这样下次就不用重复解析类了。最后返回指向Klass实例的指针即可。
继续回到LinkResolver::resolve_pool()函数看接下来的执行逻辑，也就是会获取JVM_CONSTANT_Fieldref、JVM_CONSTANT_Methodref或JVM_CONSTANT_InterfaceMethodref项中的name_and_type_index，其指向的是CONSTANT_NameAndType_info项，格式如下：
CONSTANT_NameAndType_info{
u1 tag;
u2 name_index;
u2 descriptor index;
}
复制代码获取逻辑就是先根据常量池缓存项的索引找到原常量池项的索引，然后查找到CONSTANT_NameAndType_info后，获取到方法名称和签名的索引，进而获取到被调用的目标方法的名称和签名。这些信息将在接下来调用的resolve_virtual_call()函数中使用。
02 resolve_virtual_call()函数
resolve_virtual_call()函数会调用的相关函数如下图所示。
LinkResolver::resolve_virtual_call()的实现如下：
void LinkResolver::resolve_virtual_call(
CallInfo& result,
Handle recv,
KlassHandle receiver_klass,
KlassHandle resolved_klass,
Symbol* method_name,
Symbol* method_signature,
KlassHandle current_klass,
bool check_access,
bool check_null_and_abstract,
TRAPS
) {
methodHandle resolved_method;
linktime_resolve_virtual_method(resolved_method, resolved_klass, method_name, method_signature, current_klass, check_access, CHECK);
runtime_resolve_virtual_method(result, resolved_method, resolved_klass, recv, receiver_klass, check_null_and_abstract, CHECK);
}
复制代码首先调用LinkResolver::linktime_resolve_virtual_method()函数，这个函数会调用如下函数：
void LinkResolver::resolve_method(
methodHandle& resolved_method,
KlassHandle resolved_klass,
Symbol* method_name,
Symbol* method_signature,
KlassHandle current_klass,
bool check_access,
bool require_methodref,
TRAPS
) {
// 从解析的类和其父类中查找方法
lookup_method_in_klasses(resolved_method, resolved_klass, method_name, method_signature, true, false, CHECK);
// 没有在解析类的继承体系中查找到方法
if (resolved_method.is_null()) {
// 从解析类实现的所有接口（包括间接实现的接口）中查找方法
lookup_method_in_interfaces(resolved_method, resolved_klass, method_name, method_signature, CHECK);
// ...
if (resolved_method.is_null()) {
// 没有找到对应的方法
...
}
}
// ...
}
复制代码如上函数中最主要的就是根据method_name和method_signature从resolved_klass类中找到合适的方法，如果找到就赋值给resolved_method变量。
调用lookup_method_in_klasses()、lookup_method_in_interfaces()等函数进行方法的查找，这里暂时不介绍。
下面接着看runtime_resolve_virtual_method()函数，这个函数的实现如下：
void LinkResolver::runtime_resolve_virtual_method(
CallInfo& result,
methodHandle resolved_method,
KlassHandle resolved_klass,
Handle recv,
KlassHandle recv_klass,
bool check_null_and_abstract,
TRAPS
) {
int vtable_index = Method::invalid_vtable_index;
methodHandle selected_method;
// 当方法定义在接口中时，表示是miranda方法
if (resolved_method->method_holder()->is_interface()) {
vtable_index = vtable_index_of_interface_method(resolved_klass,resolved_method);
InstanceKlass* inst = InstanceKlass::cast(recv_klass());
selected_method = methodHandle(THREAD, inst->method_at_vtable(vtable_index));
} else {
// 如果走如下的代码逻辑，则表示resolved_method不是miranda方法，需要动态分派且肯定有正确的vtable索引
vtable_index = resolved_method->vtable_index();
// 有些方法虽然看起来需要动态分派，但是如果这个方法有final关键字时，可进行静态绑定，所以直接调用即可
// final方法其实不会放到vtable中，除非final方法覆写了父类中的方法
if (vtable_index == Method::nonvirtual_vtable_index) {
selected_method = resolved_method;
} else {
// 根据vtable和vtable_index以及inst进行方法的动态分派
InstanceKlass* inst = (InstanceKlass*)recv_klass();
selected_method = methodHandle(THREAD, inst->method_at_vtable(vtable_index));
}
}
// setup result resolve的类型为CallInfo，为CallInfo设置了连接后的相关信息
result.set_virtual(resolved_klass, recv_klass, resolved_method, selected_method, vtable_index, CHECK);
}
复制代码当为miranda方法时，调用 LinkResolver::vtable_index_of_interface_method()函数查找；当为final方法时，因为final方法不可能被子类覆写，所以resolved_method就是目标调用方法；除去前面的2种情况后，剩下的方法就需要结合vtable和vtable_index进行动态分派了。
如上函数将查找到调用时需要的所有信息并存储到CallInfo类型的result变量中。
在获取到调用时的所有信息并存储到CallInfo中后，就可以根据info中相关信息填充ConstantPoolCacheEntry。我们回看InterpreterRuntime::resolve_invoke()函数的执行逻辑。
InterpreterRuntime::resolve_invoke()函数第2部分：
switch (info.call_kind()) {
case CallInfo::direct_call: // 直接调用
cache_entry(thread)->set_direct_call(
bytecode,
info.resolved_method());
break;
case CallInfo::vtable_call: // vtable分派
cache_entry(thread)->set_vtable_call(
bytecode,
info.resolved_method(),
info.vtable_index());
break;
case CallInfo::itable_call: // itable分派
cache_entry(thread)->set_itable_call(
bytecode,
info.resolved_method(),
info.itable_index());
break;
default: ShouldNotReachHere();
}
复制代码无论直接调用，还是vtable和itable动态分派，都会在方法解析完成后将相关的信息存储到常量池缓存项中。调用cache_entry()函数获取对应的ConstantPoolCacheEntry项，然后调用set_vtable_call()函数，此函数会调用如下函数更新ConstantPoolCacheEntry项中的信息，如下：
void ConstantPoolCacheEntry::set_direct_or_vtable_call(
Bytecodes::Code invoke_code,
methodHandle method,
int vtable_index
) {
bool is_vtable_call = (vtable_index >= 0); // FIXME: split this method on this boolean
int byte_no = -1;
bool change_to_virtual = false;
switch (invoke_code) {
case Bytecodes::_invokeinterface:
change_to_virtual = true;
// ...
// 可以看到，通过_invokevirtual指令时，并不一定都是动态分发，也有可能是静态绑定
case Bytecodes::_invokevirtual: // 当前已经在ConstantPoolCacheEntry类中了
{
if (!is_vtable_call) {
assert(method->can_be_statically_bound(), "");
// set_f2_as_vfinal_method checks if is_vfinal flag is true.
set_method_flags(as_TosState(method->result_type()),
( 1 << is_vfinal_shift) |
((method->is_final_method() ? 1 : 0) << is_final_shift) |
((change_to_virtual ? 1 : 0) << is_forced_virtual_shift), // 在接口中调用Object中定义的方法
method()->size_of_parameters());
set_f2_as_vfinal_method(method());
} else {
// 执行这里的逻辑时，表示方法是非静态绑定的非final方法，需要动态分派，则vtable_index的值肯定大于等于0
set_method_flags(as_TosState(method->result_type()),
((change_to_virtual ? 1 : 0) << is_forced_virtual_shift),
method()->size_of_parameters());
// 对于动态分发来说，ConstantPoolCacheEntry::_f2中保存的是vtable_index
set_f2(vtable_index);
}
byte_no = 2;
break;
}
// ...
}
if (byte_no == 1) {
// invoke_code为非invokevirtual和非invokeinterface字节码指令
set_bytecode_1(invoke_code);
} else if (byte_no == 2) {
if (change_to_virtual) {
if (method->is_public())
set_bytecode_1(invoke_code);
} else {
assert(invoke_code == Bytecodes::_invokevirtual, "");
}
// set up for invokevirtual, even if linking for invokeinterface also:
set_bytecode_2(Bytecodes::_invokevirtual);
}
}
复制代码连接完成后ConstantPoolCacheEntry中的各个项如下图所示。
所以对于invokevirtual来说，通过vtable进行方法的分发，在ConstantPoolCacheEntry中，_f1字段没有使用，而对_f2字段来说，如果调用的是非final的virtual方法，则保存的是目标方法在vtable中的索引编号，如果是virtual final方法，则_f2字段直接指向目标方法的Method实例。
第33篇-方法调用指令之invokeinterface
invokevirtual字节码指令的模板定义如下：
def(Bytecodes::_invokeinterface , ubcp|disp|clvm|____, vtos, vtos, invokeinterface , f1_byte );
复制代码可以看到指令的生成函数为TemplateTable::invokeinterface()，在这个函数中首先会调用TemplateTable::prepare_invoke()函数，TemplateTable::prepare_invoke()函数生成的汇编代码如下：
第1部分
0x00007fffe1022610: mov %r13,-0x38(%rbp)
0x00007fffe1022614: movzwl 0x1(%r13),%edx
0x00007fffe1022619: mov -0x28(%rbp),%rcx
0x00007fffe102261d: shl $0x2,%edx
// 获取ConstantPoolCacheEntry[_indices,_f1,_f2,_flags]中的_indices
0x00007fffe1022620: mov 0x10(%rcx,%rdx,8),%ebx
// 获取ConstantPoolCacheEntry中indices[b2,b1,constant pool index]中的b1
// 如果已经连接，那这个b1应该等于185,也就是invokeinterface指令的操作码
0x00007fffe1022624: shr $0x10,%ebx
0x00007fffe1022627: and $0xff,%ebx
0x00007fffe102262d: cmp $0xb9,%ebx
// 如果invokeinterface已经连接就跳转到----resolved----
0x00007fffe1022633: je 0x00007fffe10226d2
复制代码汇编代码的判断逻辑与invokevirutal一致，这里不在过多解释。
第2部分
由于方法还没有解析，所以需要设置ConstantPoolCacheEntry中的信息，这样再一次调用时就不需要重新找调用相关的信息了。生成的汇编如下：
// 执行如下汇编代码时，表示invokeinterface指令还没有连接，也就是ConstantPoolCacheEntry中
// 还没有保存调用相关的信息
// 通过调用call_VM()函数生成如下汇编，通过这些汇编
// 调用InterpreterRuntime::resolve_invoke()函数
// 将bytecode存储到%ebx中
0x00007fffe1022639: mov $0xb9,%ebx
// 通过MacroAssembler::call_VM()来调用InterpreterRuntime::resolve_invoke()
0x00007fffe102263e: callq 0x00007fffe1022648
0x00007fffe1022643: jmpq 0x00007fffe10226c6
0x00007fffe1022648: mov %rbx,%rsi
0x00007fffe102264b: lea 0x8(%rsp),%rax
0x00007fffe1022650: mov %r13,-0x38(%rbp)
0x00007fffe1022654: mov %r15,%rdi
0x00007fffe1022657: mov %rbp,0x200(%r15)
0x00007fffe102265e: mov %rax,0x1f0(%r15)
0x00007fffe1022665: test $0xf,%esp
0x00007fffe102266b: je 0x00007fffe1022683
0x00007fffe1022671: sub $0x8,%rsp
0x00007fffe1022675: callq 0x00007ffff66ae13a
0x00007fffe102267a: add $0x8,%rsp
0x00007fffe102267e: jmpq 0x00007fffe1022688
0x00007fffe1022683: callq 0x00007ffff66ae13a
0x00007fffe1022688: movabs $0x0,%r10
0x00007fffe1022692: mov %r10,0x1f0(%r15)
0x00007fffe1022699: movabs $0x0,%r10
0x00007fffe10226a3: mov %r10,0x200(%r15)
0x00007fffe10226aa: cmpq $0x0,0x8(%r15)
0x00007fffe10226b2: je 0x00007fffe10226bd
0x00007fffe10226b8: jmpq 0x00007fffe1000420
0x00007fffe10226bd: mov -0x38(%rbp),%r13
0x00007fffe10226c1: mov -0x30(%rbp),%r14
0x00007fffe10226c5: retq
// 结束MacroAssembler::call_VM()函数
// 将invokeinterface x中的x加载到%edx中
0x00007fffe10226c6: movzwl 0x1(%r13),%edx
// 将ConstantPoolCache的首地址存储到%rcx中
0x00007fffe10226cb: mov -0x28(%rbp),%rcx
// %edx中存储的是ConstantPoolCacheEntry项的索引，转换为字节
// 偏移，因为一个ConstantPoolCacheEntry项占用4个字
0x00007fffe10226cf: shl $0x2,%edx
复制代码与invokevirtual的实现类似，这里仍然在方法没有解释时调用InterpreterRuntime::resolve_invoke()函数进行方法解析，后面我们也详细介绍一下InterpreterRuntime::resolve_invoke()函数的实现。
在调用完resolve_invoke()函数后，会将调用相信的信息存储到CallInfo实例info中。所以在调用的InterpreterRuntime::resolve_invoke()函数的最后会有如下的实现：
switch (info.call_kind()) {
case CallInfo::direct_call: // 直接调用
cache_entry(thread)->set_direct_call(
bytecode,
info.resolved_method());
break;
case CallInfo::vtable_call: // vtable分派
cache_entry(thread)->set_vtable_call(
bytecode,
info.resolved_method(),
info.vtable_index());
break;
case CallInfo::itable_call: // itable分派
cache_entry(thread)->set_itable_call(
bytecode,
info.resolved_method(),
info.itable_index());
break;
default: ShouldNotReachHere();
}
复制代码之前已经介绍过vtable分派，现在看一下itable分派。
当为itable分派时，会调用set_itable_call()函数设置ConstantPoolCacheEntry中的相关信息，这个函数的实现如下：
void ConstantPoolCacheEntry::set_itable_call(
Bytecodes::Code invoke_code,
methodHandle method,
int index
) {
InstanceKlass* interf = method->method_holder();
// interf一定是接口，method一定是非final方法
set_f1(interf); // 对于itable，则_f1为InstanceKlass
set_f2(index);
set_method_flags(as_TosState(method->result_type()),
0, // no option bits
method()->size_of_parameters());
set_bytecode_1(Bytecodes::_invokeinterface);
}
复制代码ConstantPoolCacheEntry中存储的信息为：
-
bytecode存储到了_f2字段上，这样当这个字段有值时表示已经对此方法完成了解析；
-
_f1字段存储声明方法的接口类，也就是_f1是指向表示接口的Klass实例的指针；
-
_f2表示_f1接口类对应的方法表中的索引，如果是final方法，则存储指向Method实例的指针。
解析完成后ConstantPoolCacheEntry中的各个项如下图所示。
第3部分
如果invokeinterface字节码指令已经解析，则直接跳转到resolved执行，否则调用resolve_invoke进行解析，解析完成后也会接着执行resolved处的逻辑，如下：
// **** resolved ****
// resolved的定义点，到这里说明invokeinterface字节码已经连接
// 执行完如上汇编后寄存器的值如下：
// %edx：ConstantPoolCacheEntry index
// %rcx：ConstantPoolCache
// 获取到ConstantPoolCacheEntry::_f1
// 在计算时，因为ConstantPoolCacheEntry在ConstantPoolCache
// 之后保存，所以ConstantPoolCache为0x10，而
// _f1还要偏移0x8，这样总偏移就是0x18
0x00007fffe10226d2: mov 0x18(%rcx,%rdx,8),%rax
// 获取ConstantPoolCacheEntry::_f2属性
0x00007fffe10226d7: mov 0x20(%rcx,%rdx,8),%rbx
// 获取ConstantPoolCacheEntry::_flags属性
0x00007fffe10226dc: mov 0x28(%rcx,%rdx,8),%edx
// 执行如上汇编后寄存器的值如下：
// %rax：ConstantPoolCacheEntry::_f1
// %rbx：ConstantPoolCacheEntry::_f2
// %edx：ConstantPoolCacheEntry::_flags
// 将flags移动到ecx中
0x00007fffe10226e0: mov %edx,%ecx
// 从ConstantPoolCacheEntry::_flags中获取参数大小
0x00007fffe10226e2: and $0xff,%ecx
// 让%rcx指向recv
0x00007fffe10226e8: mov -0x8(%rsp,%rcx,8),%rcx
// 暂时用%r13d保存ConstantPoolCacheEntry::_flags属性
0x00007fffe10226ed: mov %edx,%r13d
// 从_flags的高4位保存的TosState中获取方法返回类型
0x00007fffe10226f0: shr $0x1c,%edx
// 将TemplateInterpreter::invoke_return_entry地址存储到%r10
0x00007fffe10226f3: movabs $0x7ffff73b63e0,%r10
// %rdx保存的是方法返回类型，计算返回地址
// 因为TemplateInterpreter::invoke_return_entry是数组，
// 所以要找到对应return type的入口地址
0x00007fffe10226fd: mov (%r10,%rdx,8),%rdx
// 获取结果处理函数TemplateInterpreter::invoke_return_entry的地址并压入栈中
0x00007fffe1022701: push %rdx
// 恢复ConstantPoolCacheEntry::_flags中%edx
0x00007fffe1022702: mov %r13d,%edx
// 还原bcp
0x00007fffe1022705: mov -0x38(%rbp),%r13
复制代码在TemplateTable::invokeinterface()函数中首先会调用prepare_invoke()函数，上面的汇编就是由这个函数生成的。调用完后各个寄存器的值如下：
rax: interface klass (from f1)
rbx: itable index (from f2)
rcx: receiver
rdx: flags
复制代码然后接着执行TemplateTable::invokeinterface()函数生成的汇编片段，如下：
第4部分
// 将ConstantPoolCacheEntry::_flags的值存储到%r14d中
0x00007fffe1022709: mov %edx,%r14d
// 检测一下_flags中是否含有is_forced_virtual_shift标识，如果有，
// 表示调用的是Object类中的方法，需要通过vtable进行动态分派
0x00007fffe102270c: and $0x800000,%r14d
0x00007fffe1022713: je 0x00007fffe1022812 // 跳转到----notMethod----
// ConstantPoolCacheEntry::_flags存储到%eax
0x00007fffe1022719: mov %edx,%eax
// 测试调用的方法是否为final
0x00007fffe102271b: and $0x100000,%eax
0x00007fffe1022721: je 0x00007fffe1022755 // 如果为非final方法，则跳转到----notFinal----
// 下面汇编代码是对final方法的处理
// 对于final方法来说，rbx中存储的是Method*，也就是ConstantPoolCacheEntry::_f2指向Method*
// 跳转到Method::from_interpreted处执行即可
0x00007fffe1022727: cmp (%rcx),%rax
// ... 省略统计相关的代码
// 设置调用者栈顶并存储
0x00007fffe102274e: mov %r13,-0x10(%rbp)
// 跳转到Method::_from_interpreted_entry
0x00007fffe1022752: jmpq *0x58(%rbx) // 调用final方法
// **** notFinal ****
// 调用load_klass()函数生成如下2句汇编
// 查看recv这个oop对应的Klass，存储到%eax中
0x00007fffe1022755: mov 0x8(%rcx),%eax
// 调用decode_klass_not_null()函数生成的汇编
0x00007fffe1022758: shl $0x3,%rax
// 省略统计相关的代码
// 调用lookup_virtual_method()函数生成如下这一句汇编
0x00007fffe10227fe: mov 0x1b8(%rax,%rbx,8),%rbx
// 设置调用者栈顶并存储
0x00007fffe1022806: lea 0x8(%rsp),%r13
0x00007fffe102280b: mov %r13,-0x10(%rbp)
// 跳转到Method::_from_interpreted_entry
0x00007fffe102280f: jmpq *0x58(%rbx)
复制代码如上汇编包含了对final和非final方法的分派逻辑。对于final方法来说，由于ConstantPoolCacheEntry::_f2中存储的就是指向被调用的Method实例，所以非常简单；对于非final方法来说，需要通过vtable实现动态分派。分派的关键一个汇编语句如下：
mov 0x1b8(%rax,%rbx,8),%rbx
复制代码需要提示的是，只有少量的方法可能才会走这个逻辑进行vtable的动态分派，如调用Object类中的方法。
如果跳转到notMethod后，那就需要通过itable进行方法的动态分派了，我们看一下这部分的实现逻辑：
第5部分
// **** notMethod ****
// 让%r14指向本地变量表
0x00007fffe1022812: mov -0x30(%rbp),%r14
// %rcx中存储的是receiver，%edx中保存的是Klass
0x00007fffe1022816: mov 0x8(%rcx),%edx
// LogKlassAlignmentInBytes=0x03，进行对齐处理
0x00007fffe1022819: shl $0x3,%rdx
// 如下代码是调用如下函数生成的：
__ lookup_interface_method(rdx, // inputs: rec. class
rax, // inputs: interface
rbx, // inputs: itable index
rbx, // outputs: method
r13, // outputs: scan temp. reg
no_such_interface);
// 获取vtable的起始地址
// %rdx中存储的是recv.Klass，获取Klass中
// vtable_length属性的值
0x00007fffe10228c1: mov 0x118(%rdx),%r13d
// %rdx：recv.Klass，%r13为vtable_length，
// 最后r13指向第一个itableOffsetEntry
// 加一个常量0x1b8是因为vtable之前是InstanceKlass
0x00007fffe10228c8: lea 0x1b8(%rdx,%r13,8),%r13
0x00007fffe10228d0: lea (%rdx,%rbx,8),%rdx
// 获取itableOffsetEntry::_interface并与%rax比较，%rax中存储的是要查找的接口
0x00007fffe10228d4: mov 0x0(%r13),%rbx
0x00007fffe10228d8: cmp %rbx,%rax
// 如果相等，则直接跳转到---- found_method ----
0x00007fffe10228db: je 0x00007fffe10228f3
// **** search ****
// 检测%rbx中的值是否为NULL，如果为NULL，
// 那就说明receiver没有实现要查询的接口
0x00007fffe10228dd: test %rbx,%rbx
// 跳转到---- L_no_such_interface ----
0x00007fffe10228e0: je 0x00007fffe1022a8c
0x00007fffe10228e6: add $0x10,%r13
0x00007fffe10228ea: mov 0x0(%r13),%rbx
0x00007fffe10228ee: cmp %rbx,%rax
// 如果还是没有在itableOffsetEntry中找到接口类，
// 则跳转到search继续进行查找
0x00007fffe10228f1: jne 0x00007fffe10228dd // 跳转到---- search ----
// **** found_method ****
// 已经找到匹配接口的itableOffsetEntry，获取
// itableOffsetEntry的offset属性并存储到%r13d中
0x00007fffe10228f3: mov 0x8(%r13),%r13d
// 通过recv_klass进行偏移后找到此接口下声明
// 的一系列方法的开始位置
0x00007fffe10228f7: mov (%rdx,%r13,1),%rbx
复制代码我们需要重点关注itable的分派逻辑，首先生成了如下汇编：
mov 0x118(%rdx),%r13d
复制代码%rdx中存储的是recv.Klass，获取Klass中vtable_length属性的值，有了这个值，我们就可以计算出vtable的大小，从而计算出itable的开始地址。
接着执行了如下汇编：
lea 0x1b8(%rdx,%r13,8),%r13
复制代码其中的0x1b8表示的是recv.Klass首地址到vtable的距离，这样最终的%r13指向的是itable的首地址。如下图所示。
后面我们就可以开始循环从itableOffsetEntry中查找匹配的接口了， 如果找到则跳转到found_method，在found_method中，要找到对应的itableOffsetEntry的offset，这个offset指明了接口中定义的方法的存储位置相对于Klass的偏移量，也就是找到接口对应的第一个itableMethodEntry，因为%rbx中已经存储了itable的索引，所以根据这个索引直接定位对应的itableMethodEntry即可，我们现在合起来看如下的2个汇编：
lea (%rdx,%rbx,8),%rdx
...
mov (%rdx,%r13,1),%rbx
复制代码当执行到如上的第2个汇编时，%r13存储的是相对于Klass实例的偏移，而%rdx在执行第1个汇编时存储的是Klass首地址，然后根据itable索引加上了相对于第1个itableMethodEntry的偏移，这样就找到了对应的itableMethodEntry。
第6部分
在执行如下汇编时，各个寄存器的值如下：
rbx: Method* to call
rcx: receiver
生成的汇编代码如下：
0x00007fffe10228fb: test %rbx,%rbx
// 如果本来应该存储Method*的%rbx是空，则表示没有找到
// 这个方法，跳转到---- no_such_method ----
0x00007fffe10228fe: je 0x00007fffe1022987
// 保存调用者的栈顶指针
0x00007fffe1022904: lea 0x8(%rsp),%r13
0x00007fffe1022909: mov %r13,-0x10(%rbp)
// 跳转到Method::from_interpreted指向的例程并执行
0x00007fffe102290d: jmpq *0x58(%rbx)
// 省略should_not_reach_here()函数生成的汇编
// **** no_such_method ****
// 当没有找到方法时，会跳转到这里执行
// 弹出调用prepare_invoke()函数压入的返回地址
0x00007fffe1022987: pop %rbx
// 恢复让%r13指向bcp
0x00007fffe1022988: mov -0x38(%rbp),%r13
// 恢复让%r14指向本地变量表
0x00007fffe102298c: mov -0x30(%rbp),%r14
// ... 省略通过call_VM()函数生成的汇编来调用InterpreterRuntime::throw_abstractMethodError()函数
// ... 省略调用should_not_reach_here()函数生成的汇编代码
// **** no_such_interface ****
// 当没有找到匹配的接口时执行的汇编代码
0x00007fffe1022a8c: pop %rbx
0x00007fffe1022a8d: mov -0x38(%rbp),%r13
0x00007fffe1022a91: mov -0x30(%rbp),%r14
// ... 省略通过call_VM()函数生成的汇编代码来调用InterpreterRuntime::throw_IncompatibleClassChangeError()函数
// ... 省略调用should_not_reach_here()函数生成的汇编代码
复制代码对于一些异常的处理这里就不过多介绍了，有兴趣的可以看一下相关汇编代码的实现。
由于字数限制，《虚拟机解释执行Java方法（下）》将在下篇中释出
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