每當(dāng)啟動(dòng)一個(gè)線程時(shí)，JVM就為它分配一個(gè)Java棧，棧是以幀為單位保存當(dāng)前線程的運(yùn)行狀態(tài)的。某個(gè)線程正在執(zhí)行的方法稱為當(dāng)前方法，當(dāng)前方法使用的幀稱為當(dāng)前幀，當(dāng)前方法所屬的類稱為當(dāng)前類，當(dāng)前類的常量池稱為當(dāng)前常量池。當(dāng)線程執(zhí)行一個(gè)方法時(shí)，它會(huì)追蹤當(dāng)前常量池。

棧幀是虛擬機(jī)棧的棧元素，每當(dāng)在調(diào)用一個(gè)方法時(shí)，才為當(dāng)前方法分配一個(gè)幀，然后將該幀壓入棧頂，這個(gè)幀就成了當(dāng)前幀，當(dāng)執(zhí)行這個(gè)方法時(shí)，它使用這個(gè)幀來存儲(chǔ)參數(shù)、局部變量，中間計(jì)算結(jié)果等。

棧是保存線程運(yùn)行狀態(tài)的，幀是保存方法執(zhí)行的運(yùn)行狀態(tài)的，幀是棧的元素。線程的切換對(duì)應(yīng)著棧的出棧入棧，線程中的不同方法依次運(yùn)行對(duì)應(yīng)著幀的出棧和入棧。

幀的組成部分

1. 局部變量表

局部變量表的大小是編譯期間可知的，因?yàn)樵趈ava程序編譯成class文件的時(shí)候，就在方法表對(duì)應(yīng)方法的code屬性的max_locals數(shù)據(jù)項(xiàng)中確定了該方法所需要分配的局部變量表的最大容量。

局部變量表的容量以變量槽slot為最小單位，一個(gè)slot的大小為32bit，在64位虛擬機(jī)中需要使用對(duì)齊和補(bǔ)白的手段讓slot在外觀上看起來與32位虛擬機(jī)中的一致。對(duì)于64位的數(shù)據(jù)（long,doble）需要占用兩個(gè)slot，對(duì)于這種占兩個(gè)slot的數(shù)據(jù)類型存儲(chǔ)，不允許采用任何方式單獨(dú)訪問其中某一個(gè)。

局部變量表順序：變量表從索引0開始，依次存放方法所屬對(duì)象的引用（如果為靜態(tài)方法則沒有）、方法參數(shù)變量（按照聲明順序）、方法內(nèi)局部變量（按照聲明順序）。注意，對(duì)于short、byte、char這三種數(shù)據(jù)類型需要轉(zhuǎn)換成int類型存儲(chǔ)在局部變量表中。

類變量與局部變量：class文件在被JVM加載時(shí)，創(chuàng)建Class對(duì)象，分配內(nèi)存空間時(shí)會(huì)為類變量指定初始值。但局部變量定義了沒有賦初始值是不能使用的，會(huì)出現(xiàn)編譯錯(cuò)誤。

slot是可重用的：對(duì)于局部變量中沒有覆蓋整個(gè)方法的作用域的變量是可重用的。對(duì)于可重用的slot，如果后面沒有在定義變量對(duì)這個(gè)slot進(jìn)行覆蓋，即使這個(gè)變量已經(jīng)離開了其作用域（無效），那么這個(gè)變量在方法體內(nèi)也不會(huì)被回收，除非顯示的賦值為null（解釋執(zhí)行的時(shí)候），但是在JIT編譯器優(yōu)化后賦值為null的操作就會(huì)被消除掉，這時(shí)候?qū)⒆兞吭O(shè)置為null就是沒有意義的。

2. 操作數(shù)棧

操作數(shù)棧和局部變量表一樣也是編譯期間可知的，操作數(shù)棧的最大深度在編譯的時(shí)候?qū)懭氲紺ode屬性的max_stacks數(shù)據(jù)項(xiàng)中。操作數(shù)棧的每一個(gè)元素可以是任意java數(shù)據(jù)類型，32位數(shù)據(jù)容量為1,64位數(shù)據(jù)容量為2，在方法執(zhí)行的時(shí)候，操作數(shù)棧的深度不會(huì)超過max_stacks數(shù)據(jù)項(xiàng)中設(shè)定的最大值。

在概念模型中，兩個(gè)棧幀是相互獨(dú)立的，但是在多數(shù)虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)里都會(huì)做一些優(yōu)化處理，令兩個(gè)棧幀出現(xiàn)一部分重疊，讓下面棧幀的部分操作數(shù)棧與上面的棧幀的部分局部變量表重疊在一起，這樣在進(jìn)行方法調(diào)用時(shí)就會(huì)公用一部分?jǐn)?shù)據(jù)，無需進(jìn)行額外的參數(shù)復(fù)制。java虛擬機(jī)的解釋執(zhí)行引擎稱為“基于棧的執(zhí)行引擎”，其中棧指的就是操作數(shù)棧。

3. 動(dòng)態(tài)連接

每個(gè)棧幀都包含了一個(gè)指向運(yùn)行時(shí)常量池中該棧幀所屬方法的引用
持有這個(gè)引用是為了支持方法調(diào)用過程中的動(dòng)態(tài)連接，class文件的常量池中存有大量的符號(hào)引用，字節(jié)碼中的方法調(diào)用指令就以常量池中指向方法的符號(hào)引用作為參數(shù)。

這些符號(hào)引用一部分會(huì)在類加載階段或者第一次使用的時(shí)候就轉(zhuǎn)化為直接引用，這種轉(zhuǎn)化稱為靜態(tài)解析。
另外一部分將在每一次運(yùn)行期間轉(zhuǎn)化為直接引用，這部分稱為動(dòng)態(tài)解析。

4. 方法返回地址

退出方法有兩種方法：

1. 正常完成出口：執(zhí)行引擎遇到任意一個(gè)方法返回的字節(jié)碼指令。

2. 異常完成出口：在方法的執(zhí)行過程中遇到了異常，并且這個(gè)異常沒有在方法體內(nèi)得到處理。

無論以哪種方式退出，都需要返回到方法被調(diào)用的位置，程序才能繼續(xù)執(zhí)行，一般來說，方法正常退出時(shí)，調(diào)用者的PC計(jì)數(shù)器的值可以作為返回地址，棧幀中很可能會(huì)保存這個(gè)計(jì)數(shù)器值；方法異常退出時(shí)，返回的地址是要通過異常處理器表來確定的，棧幀中一般不會(huì)保存這部分信息。

方法退出相當(dāng)于把當(dāng)前棧幀出棧，因此退出時(shí)可能執(zhí)行的操作有：恢復(fù)上層方法的局部變量表和操作數(shù)棧，把返回值（如果有的話） 壓入調(diào)用者棧幀的操作數(shù)棧中，調(diào)整PC計(jì)數(shù)器的值以指向方法調(diào)用指令后面的一條指令。

方法調(diào)用

確定方法調(diào)用的版本，這個(gè)階段并沒有執(zhí)行方法體的內(nèi)容。class文件的編譯過程中不包含傳統(tǒng)編譯中的連接步驟，一切方法調(diào)用在class文件里面存儲(chǔ)的都只是符號(hào)引用，而不是方法在實(shí)際運(yùn)行時(shí)內(nèi)存布局中的入口地址（直接引用），需要在類加載期間，甚至到運(yùn)行期間才能確定目標(biāo)方法的直接引用。

1. 解析調(diào)用
   在類加載的解析階段，會(huì)將其中一部分符號(hào)引用轉(zhuǎn)化為直接引用，這種解析的前提是：方法在程序真正執(zhí)行之前就有一個(gè)可確定的調(diào)用版本，并且這個(gè)方法的調(diào)用版本在運(yùn)行期間是不可變的。換句話說，調(diào)用目標(biāo)在程序代碼寫好，編譯器進(jìn)行編譯時(shí)就必須確定下來。這類方法的調(diào)用稱為解析調(diào)用。
   在java語言中符合“編譯期間可知，運(yùn)行期間不變”要求的方法主要有：靜態(tài)方法（invokestatic指令調(diào)用）、私有方法（invokespecial指令調(diào)用）、實(shí)例構(gòu)造器方法（invokespecial指令調(diào)用）、父類方法（invokespecial指令調(diào)用）、final方法（invokevirtual指令調(diào)用）。凡是能在解析階段中確定唯一的調(diào)用版本的這些方法稱為非虛方法，與之相反，其他的方法則成為虛方法。

2. 分派
   2.1. 靜態(tài)分派與多態(tài)之重載
   重載 : 方法名相同，方法簽名不同，調(diào)用時(shí)根據(jù)方法的簽名選擇最佳的方法。
   虛擬機(jī)（編譯器）在重載時(shí)是通過參數(shù)的靜態(tài)類型而不是實(shí)際類型作為判定依據(jù)的， 并且靜態(tài)類型是編譯期間可知的，因此，在編譯階段，javac編譯器會(huì)根據(jù)參數(shù)的靜態(tài)類型決定使用哪個(gè)重載版本。
   靜態(tài)類型不可變，編譯期間可知，實(shí)際類型可變，編譯期間不可知，運(yùn)行期間確定。

//實(shí)際類型變化
Human man = new Man();
man = new Women();
//靜態(tài)類型變化
sr.sayHello((Man) man);
sr.sayHello((Woman) man);

靜態(tài)分派發(fā)生在編譯階段，因此確定靜態(tài)分派的動(dòng)作實(shí)際上不是有虛擬機(jī)來執(zhí)行的。很多情況下這個(gè)重載版本并不是“唯一的”，往往只能確定一個(gè)更加合適的“版本”。
2.2 動(dòng)態(tài)分派與多態(tài)之重寫
重寫：子類重寫父類的方法，方法名和方法簽名都相同，注意靜態(tài)方法可以重載，但是對(duì)靜態(tài)方法進(jìn)行重寫是無效的（通過子類的實(shí)例對(duì)象調(diào)用，則對(duì)應(yīng)的是父類定義的靜態(tài)方法，通過子類的類對(duì)象調(diào)用則調(diào)用子類定義的靜態(tài)方法）

public class DynamicDispatchTest {
    private static void print(String str){
        System.out.println(str);
    }
    static class Human{
        protected void sayHello(){
            print("human");
        }
        protected static void printStatic(){
            print("human static");
        }
    }
    static class Man extends Human{
        @Override
        protected void sayHello(){
            print("man");
        }
        protected static void printStatic(){
            print("man static");
        }
    }
    static class Woman extends Human{
        @Override
        protected void sayHello(){
            print("woman");
        }
        protected static void printStatic(){
            print("woman static");
        }
    }
    public static void main(String[] args){
        //動(dòng)態(tài)分派測試
        print("動(dòng)態(tài)分派測試");
        Human man = new Man();
        Human woman = new Woman();
        man.sayHello();
        woman.sayHello();
        man = new Woman();
        man.sayHello();
        //靜態(tài)方法重寫測試
        print("靜態(tài)方法重寫測試");
        Human.printStatic();
        Man.printStatic();
        man.printStatic();
        woman.printStatic();
    }
}
/*
動(dòng)態(tài)分派測試
man
woman
woman
靜態(tài)方法重寫測試
human static
man static
human static
human static
*/

解析和分派這兩者之間不是二選一的排他關(guān)系，而是不同階段的不同層次上去篩選、確定目標(biāo)方法的過程。比如，靜態(tài)方法會(huì)在類加載期間就進(jìn)行解析，而靜態(tài)方法顯然也是可以擁有重載版本的，選擇重載版本的過程也是通過靜態(tài)分派完成的。
動(dòng)態(tài)分派和多態(tài)重寫的本質(zhì)要從字節(jié)碼指令invokevirtual的多態(tài)查找過程開始說起： 1) 找到棧頂元素所指向的對(duì)象的實(shí)際類型，記為C；2) 在類型C中找到與常量池中的描述符與簡單名稱都相符的方法，然后進(jìn)行訪問權(quán)限檢查，如果通過則返回這個(gè)方法的直接引用，查找結(jié)束；如果不通過，則返回java.lang.IllegalAccessError異常。3) 否則，按照繼承關(guān)系，繼續(xù)重復(fù)2中搜索和驗(yàn)證過程。 4) 如果始終沒有找到，則拋出java.lang.AbstractMethodError異常。

調(diào)用方法時(shí)，invokevirtaul指令把常量池中的類方法符號(hào)引用解析到了不同的實(shí)際類型的直接引用上，這個(gè)就是java方法中重寫的本質(zhì)。

動(dòng)態(tài)分配的實(shí)現(xiàn)：動(dòng)態(tài)分派時(shí)，在類的方法的元數(shù)據(jù)中搜索合適的目標(biāo)方法，基于性能的考慮，避免頻繁的搜索，會(huì)為類在方法區(qū)中建立一個(gè)虛方法表，使用虛方法表索引來代替元數(shù)據(jù)查找以提高性能。

虛方法表：虛方法表中存放著各個(gè)方法的實(shí)際入口地址。如果某個(gè)方法在子類中沒有重寫，那子類的虛方法表里面的地址入口和父類相同方法的地址入口時(shí)一致的，都指向父類的實(shí)現(xiàn)入口，如果子類中重寫了這個(gè)方法，子類方發(fā)表的地址將會(huì)替代為指向子類實(shí)現(xiàn)版本的入口地址。具有相同方法簽名的父類、子類的方法在父類和子類的虛方法表中具有相同的索引序號(hào)，這樣當(dāng)類型變換時(shí)，僅需要變更查找的方法表。

解釋執(zhí)行和直接執(zhí)行

1. 解釋器

javac將java文件編譯成class文件，將源代碼編譯成字節(jié)碼（中間代碼），這個(gè)字節(jié)碼是與平臺(tái)無關(guān)的，而解釋器就是將字節(jié)碼翻譯成對(duì)應(yīng)平臺(tái)的機(jī)器碼，解釋執(zhí)行。

2. JIT即時(shí)編譯器

分析Java應(yīng)用程序的函數(shù)調(diào)用，將熱點(diǎn)代碼將字節(jié)碼編譯為本地更高效的機(jī)器碼，JVM對(duì)這個(gè)函數(shù)就不在進(jìn)行解釋執(zhí)行了，而是直接執(zhí)行。

3. 解釋執(zhí)行還是直接執(zhí)行

• 在client模式下，是解釋執(zhí)行的。
• 在server模式下：先解釋執(zhí)行，然后JVM統(tǒng)計(jì)函數(shù)執(zhí)行熱點(diǎn)，將這些熱點(diǎn)代碼仔細(xì)優(yōu)化編譯成本地機(jī)器碼(默認(rèn)為調(diào)用10000次以上)，然后執(zhí)行本地機(jī)器碼，當(dāng)這個(gè)熱點(diǎn)不再是熱點(diǎn)的時(shí)候，釋放編譯的代碼，重新解釋執(zhí)行。這也就是Sun JDK被稱為 HotSpot（熱點(diǎn)） VM的原因