Java虚拟机学习：方法调用的字节码指令

Dear 丶 2021-09-19 03:18 322阅读 0赞

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我们在写java程序的时候会进行各种方法调用，虚拟机在执行这些调用的时候会用到不同的字节码指令，共有如下五种：

**1. invokespecial：调用私有实例方法；   
2. invokestatic：调用静态方法；   
3. invokevirtual：调用实例方法；   
4. invokeinterface：调用接口方法;   
5.  invokedynamic：调用动态方法；**

这里我们通过一个实例将这些方法调用的字节码指令逐个列出。

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实例共两个java文件，一个是接口另一个是类，先看接口源码，很简单只有一个方法声明：

package com.bolingcavalry;public interface Action {
        
    
       void doAction();
    
    }

接下来的类实现了这个接口，而且还有自己的共有、私有、静态方法：

package com.bolingcavalry;public class Test001 implements Action{
        
    
       private int add(int a, int b){
        
    
           return a+b;
    
       }
    
    
       public String getValue(int a, int b){
        
    
           return String.valueOf(add(a,b));
    
       }
    
    
       public static void output(String str){
        
    
           System.out.println(str);
    
       }
    
    
       @Override    public void doAction() {
        
    
           System.out.println("123");
    
       }
    
    
       public static void main(String[] args){
        
    
           Test001 t = new Test001();
    
           Action a = t;
    
           String str = t.getValue(1,2);
    
           t.output(str);
    
           t.doAction();
    
           a.doAction();
    
       }
    
    
       public void createThread(){
        
    
           Runnable r = () -> System.out.println("123");
    
       }
    
    }

小结一下，Test001的代码中主要的方法如下：   
1. 一个私有方法add；   
2. 一个公有方法getValue，里面调用了add方法；   
3. 一个静态方法output；   
4. 实现接口定义的doAction；   
5. 一个公有方法，里面使用了lambda表达式；   
6. main方法中，创建对象，调用getValue，output，doAction；

接下来我们通过javac命令或者ide工具得到Action.class和Test001.class文件，如果是用intellij idea，可以先把Test001运行一遍，然后在工程目录下找到out文件夹，打开后里面是production文件夹，再进去就能找到对应的package和class文件了，如下图：

![640?tp=webp&wxfrom=5&wx\_lazy=1&wx\_co=1][640_tp_webp_wxfrom_5_wx_lazy_1_wx_co_1]

打开命令行，在Test001.class目录下执行javap -c Test001.class   
，就可以对class文件进行反汇编，得到结果如下：

Compiled from "Test001.java"public class com.bolingcavalry.Test001 implements com.bolingcavalry.Action {
        
    
      public com.bolingcavalry.Test001();
    
       Code:
    
          0: aload_0
    
          1: invokespecial #1                  
    
          4: return
    
    
     public java.lang.String getValue(int, int);
    
       Code:
    
          0: aload_0
    
          1: iload_1
    
          2: iload_2
    
          3: invokespecial #2                  
    
          6: invokestatic  #3                  
    
          9: areturn
    
    
     public static void output(java.lang.String);
    
       Code:
    
          0: getstatic     #4                  
    
          3: aload_0
    
          4: invokevirtual #5                  
    
          7: return
    
    
     public void doAction();
    
       Code:
    
          0: getstatic     #4                  
    
          3: ldc           #6                  
    
          5: invokevirtual #5                  
    
          8: return
    
    
     public static void main(java.lang.String[]);
    
       Code:
    
          0: new           #7                  
    
          3: dup
    
          4: invokespecial #8                  
    
          7: astore_1
    
          8: aload_1
    
          9: astore_2
    
         10: aload_1
    
         11: iconst_1
    
         12: iconst_2
    
         13: invokevirtual #9                  
    
         16: astore_3
    
         17: aload_1
    
         18: pop
    
         19: aload_3
    
         20: invokestatic  #10                 
    
         23: aload_1
    
         24: invokevirtual #11                 
    
         27: aload_2
    
         28: invokeinterface #12,  1           
    
         33: returnpublic void createThread();
    
       Code:
    
          0: invokedynamic #13,  0             
    
          5: astore_1
    
          6: return}

现在我们可以对比反汇编结果来学习字节码的用法了：

### invokespecial：调用私有实例方法 ###

getValue()方法中调用了私有实例方法add(int a, int b)，反编译结果如下所示，注意编号为3的那一行：

public java.lang.String getValue(int, int);
    
       Code:
    
          0: aload_0
    
          1: iload_1
    
          2: iload_2
    
          3: invokespecial #2                  
    
          6: invokestatic  #3                  
    
          9: areturn

可见私有实例方法的调用是通过invokespecial指令来实现的；

### invokestatic：调用静态方法 ###

getValue()方法中，调用了静态方法String.valueOf()，反编译结果如下所示，注意编号为6的那一行：

可见静态方法的调用是通过invokestatic指令来实现的；

### invokevirtual：调用实例方法 ###

在main()方法中，调用了t.getValue(1,2)方法，反编译结果如下所示，注意编号为13的那一行：

public static void main(java.lang.String[]);
    
       Code:
    
          0: new           #7                  
    
          3: dup
    
          4: invokespecial #8                  
    
          7: astore_1
    
          8: aload_1
    
          9: astore_2
    
         10: aload_1
    
         11: iconst_1
    
         12: iconst_2
    
         13: invokevirtual #9                  
    
         16: astore_3
    
         17: aload_1
    
         18: pop
    
         19: aload_3
    
         20: invokestatic  #10                 
    
         23: aload_1
    
         24: invokevirtual #11                 
    
         27: aload_2
    
         28: invokeinterface #12,  1           
    
         33: return}

可见调用一个实例的方法的时候，通过invokevirtual指令来实现的；

### invokeinterface：调用接口方法 ###

在main()方法中，我们声明了接口Action a，然后调用了a.doAction()，反编译结果如下所示，注意编号为28的那一行：

可见调用一个接口的方法是通过invokeinterface指令来实现的；   
其实t.doAction()和a.doAction()最终都是调用Test001的实例的doAction，但是t的声明是类，a的声明是接口，所以两者的调用指令是不同的；

### invokedynamic：调用动态方法 ###

在main()方法中，我们声明了一个lambda() -> System.out.println(“123”)，反编译的结果如下：

0: invokedynamic #13,  0             
    
          5: astore_1
    
          6: return
    1

可见lambda表达式对应的实际上是一个invokedynamic调用，具体的调用内容，可以用Bytecode viewer这个工具来打开Test001.class再研究，由于反编译后得到invokedynamic的操作数是\#13，我们先去常量池看看13对应的内容：

![16c0f716068493496587aa96a076517a590b47f5][]

是个Name and type和Bootstrap method，再细看Bootstrap method的操作数，如下图：

![72b7a217165bbef11aed8a212d11a1e685f551ce][]

是个MethodHandler的引用，指向了用户实现的lambda方法；

以上就是五种方法调用的字节码指令的简单介绍，实际上每个指令背后都对应着更复杂的调用和操作，有兴趣的读者可以通过虚拟机相关的书籍和资料继续深入学习。

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[16c0f716068493496587aa96a076517a590b47f5]: /images/20210726/5544ceea2b8f41fd8fbe585f77f15af2.png
[72b7a217165bbef11aed8a212d11a1e685f551ce]: /images/20210726/113c875d14ce436a8f91a2a9dd70477d.png