Java虚拟机学习：方法调用的字节码指令

原创

JAVA高级架构开发

修改于 2018-09-29 17:11:58

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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：

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：

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：

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：

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

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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