虚拟机字节码执行引擎

1. 概述

　　“虚拟机”是一个相对于“物理机”的概念，这两种机器都有代码执行能力，其区别是物理机的执行引擎是直接建立在处理器、硬件、指令集和操作系统层面上的，而虚拟机的执行引擎是自己实现的，因此可以自行制定指令集与执行引擎的结构体系，并且能够执行那些不被硬件直接支持的指令集格式。

 

2. 运行时栈帧结构

　　栈帧是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构，它是虚拟机运行时数据区中的虚拟机栈的栈元素。每一个方法从调用开始至执行完成过程，都对应这一个栈帧在虚拟机栈里面从入栈到出栈的过程。每一个栈帧都包括了局部变量表、操作数栈、动态连接、方法返回地址和一些额外的附加信息。

　　(1) 局部变量表

　　　　局部变量表是一组变量值存储空间，用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量。

　　(2) 操作数栈

　　　　当一个方法刚刚开始执行的时候，这个方法的操作数栈是空的，在方法执行的过程中，会有各种字节码指令往操作数栈中写入和提取内容，也就是出栈/入栈操作。

　　(3) 动态连接

　　　　每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程的动态连接。Class文件的常量池中存有大量的符号引用，字节码中的方法调用指令就以常量池中指向方法的符号引用作为参数。这些符号引用一部分会在类加载阶段或者第一次使用的时候就转化为直接引用。这种转化称为静态解析。另外一部分将在每一次运行期间转化为直接引用，这部分称为动态连接。

　　(4) 方法返回地址

　　　　方法退出的过程实际上就等同于把当前栈帧出栈，因此退出时可能执行的操作有：回复上层方法的局部变量表和操作数栈，把返回值压入调用者栈帧的操作数栈中，调整PC计数器的值以指向方法调用指令后面的一条指令等。

3. 方法调用

　　一切方法调用在Class文件里面存储的都只是符号引用，而不是方法在实际运行时内存布局的入口地址（直接引用）。

　　(1) 解析

　　　　所有方法调用中的目标方法在Class文件里面都是一个常量池中的符号引用，在类加载的解析阶段，会将其中的一部分符号引用转化为直接引用。