第38篇-解释方法之间的调用小实例第38篇-解释方法之间的调用小

这一篇我们介绍一下解释执行的main()方法调用解析执行的add()方法的小实例，这个例子如下：

package com.classloading; public class TestInvokeMethod { public int add(int a, int b) { return a + b; } public static void main(String[] args) { TestInvokeMethod tim = new TestInvokeMethod(); tim.add(2, 3); } }

通过Javac编译器编译为字节码文件，如下：

Constant pool: #1 = Methodref#5.#16// java/lang/Object."":()V #2 = Class#17// com/classloading/TestInvokeMethod #3 = Methodref#2.#16// com/classloading/TestInvokeMethod."":()V #4 = Methodref#2.#18// com/classloading/TestInvokeMethod.add:(II)I #5 = Class#19// java/lang/Object #6 = Utf8 #7 = Utf8()V #8 = Utf8Code #9 = Utf8LineNumberTable #10 = Utf8add #11 = Utf8(II)I #12 = Utf8main #13 = Utf8([Ljava/lang/String; )V #14 = Utf8SourceFile #15 = Utf8TestInvokeMethod.java #16 = NameAndType#6:#7// "":()V #17 = Utf8com/classloading/TestInvokeMethod #18 = NameAndType#10:#11// add:(II)I #19 = Utf8java/lang/Object { public com.classloading.TestInvokeMethod(); descriptor: ()V flags: ACC_PUBLIC Code: stack=1, locals=1, args_size=1 0: aload_0 1: invokespecial #1// Method java/lang/Object."":()V 4: returnpublic int add(int, int); descriptor: (II)I flags: ACC_PUBLIC Code: stack=2, locals=3, args_size=3 0: iload_1 1: iload_2 2: iadd 3: ireturnpublic static void main(java.lang.String[]); descriptor: ([Ljava/lang/String; )V flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC Code: stack=3, locals=2, args_size=1 0: new#2// class com/classloading/TestInvokeMethod 3: dup 4: invokespecial #3// Method "":()V 7: astore_1 8: aload_1 9: iconst_2 10: iconst_3 11: invokevirtual #4// Method add:(II)I 14: pop 15: return }

下面分几部分介绍调用相关的内容。
1、C++函数调用main()方法
现在我们从字节码索引为8的aload_1开始看，此时的栈帧状态如下：

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由于aload_1的tos_out为atos，所以在栈顶缓存的寄存器中会缓存有TestInvokeMethod实例的地址，当执行iconst_2时，会从atos进入。iconst_2指令的汇编如下：

//aep push%rax jmpq// 跳转到下面那条指令执行// ...mov$0x2,%eax // 指令的汇编代码

由于iconst_2的tos_out为itos，所以在进入下一个指令时，会从iconst_3的tos_int为itos中进入，如下：

// iep push%raxmov$0x3,%eax

接下来就是执行invokevirtual字节码指令了，此时的2已经压入了表达式栈，而3在%eax寄存器中做为栈顶缓存，但是invokevirtual的tos_in为vtos，所以从invokevirtual字节码指令的iep进入时会将%eax寄存器中的值也压入表达式栈中，最终的栈状态如下图所示。

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2、main()方法调用add()方法
invokevirtual字节码指令在执行时，假设此字节码指令已经解析完成，也就是对应的ConstantPoolCacheEntry中已经保存了方法调用相关的信息，则执行的相关汇编代码如下：

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: mov0x10(%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: je0x00007fffe1022052

我们直接看方法解析后的逻辑实现，如下：

// **** 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: mov0x20(%rcx,%rdx,8),%rbx // ConstantPoolCacheEntry::_flags存储到%edx 0x00007fffe1022057: mov0x28(%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

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

栈的状态如下图所示。

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需要注意的是return address也是一个例程的地址，是TemplateInterpreter::invoke_return_entry一维数组中类型为整数对应的下标存储的那个地址，因为调用add()方法返回的是整数类型。如何得出add()方法的返回类型呢？是从ConstantPoolCacheEntry的_flags的TosState中得出的。
下面继续看invokevirtual字节码指令将要执行的汇编代码，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: je0x00007fffe10220c0 // 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: lea0x8(%rsp),%r13 0x00007fffe10220b9: mov%r13,-0x10(%rbp) // 跳转到Method::_from_interpretered_entry入口去执行 0x00007fffe10220bd: jmpq*0x58(%rbx)

执行Method::_from_interpretered_entry例程，这个例程在之前详细介绍过，执行完成后会为add()方法创建栈帧，此时的栈状态如下图所示。

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执行iload_0与iload_1指令，由于连续出现了2个iload，所以是_fast_iload2，汇编如下：

movzbl0x1(%r13),%ebx neg%rbx mov(%r14,%rbx,8),%eax push%rax movzbl0x3(%r13),%ebx neg%rbx mov(%r14,%rbx,8),%eax

注意，只有第1个变量压入了栈，第2个则存储到%eax中做为栈顶缓存。
调用iadd指令，由于tos_in为itos，所以汇编如下：

mov(%rsp),%edx add$0x8,%rsp add%edx,%eax

最后结果缓存在%eax中。
3、退出add()方法
执行ireturn字节码指令进行add()方法的退栈操作。对于实例来说，执行的相关汇编代码如下：

// 将JavaThread::do_not_unlock_if_synchronized属性存储到%dl中 0x00007fffe101b770: mov0x2ad(%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: mov0x28(%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: je0x00007fffe101b970

unlocked处的汇编实现如下：

// 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

执行leaveq指令进行退栈操作，此时的栈状态如下图所示。

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然后我们就要弹出返回地址，跳转到TemplateInterpreter::invoke_return_entry数组中保存的相关地址去执行对应的例程了。
4、执行返回例程
对于实例来说，传递的state为itos时生成的汇编代码如下：

// 将-0x10(%rbp)存储到%rsp后，置空-0x10(%rbp) 0x00007fffe1006ce0: mov-0x10(%rbp),%rsp// 更改rsp 0x00007fffe1006ce4: movq$0x0,-0x10(%rbp)// 更改栈中特定位置的值 // 恢复bcp和locals，使%r14指向本地变量表，%r13指向bcp 0x00007fffe1006cec: mov-0x38(%rbp),%r13 0x00007fffe1006cf0: mov-0x30(%rbp),%r14 // 获取ConstantPoolCacheEntry的索引并加载到%ecx 0x00007fffe1006cf4: movzwl 0x1(%r13),%ecx // 获取栈中-0x28(%rbp)的ConstantPoolCache并加载到%ecx 0x00007fffe1006cf9: mov-0x28(%rbp),%rbx // shl是逻辑左移，获取字偏移 0x00007fffe1006cfd: shl$0x2,%ecx // 获取ConstantPoolCacheEntry中的_flags属性值 0x00007fffe1006d00: mov0x28(%rbx,%rcx,8),%ebx // 获取_flags中的低8位中保存的参数大小 0x00007fffe1006d04: and$0xff,%ebx// lea指令将地址加载到内存寄存器中，也就是恢复调用方法之前栈的样子 0x00007fffe1006d0a: lea(%rsp,%rbx,8),%rsp// 跳转到下一指令执行 0x00007fffe1006d0e: movzbl 0x3(%r13),%ebx 0x00007fffe1006d13: add$0x3,%r13 0x00007fffe1006d17: movabs $0x7ffff73b7ca0,%r10 0x00007fffe1006d21: jmpq*(%r10,%rbx,8)

如上的汇编代码也是执行的退栈操作，最主要的就是把在调用解释执行方法时压入的实参从栈中弹出，接着就是执行main()方法中invokevirtual中的下一条指令pop。此时的栈状态如下图所示。

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需要注意的是，此时的栈顶缓存中存储着调用add()方法的执行结果，那么在跳转到下一条指令pop时，必须要从pop的iep入口进入，这样就能正确的执行下去了。
5、退出main()方法
当执行pop指令时，会从iep入口进入，执行的汇编代码如下：

// iep push%rax// ...add$0x8,%rsp

由于main()方法调用add()方法不需要返回结果，所以对于main()方法来说，这个结果会从main()方法的表达式栈中弹出。下面接着执行return指令，这个指令对应的汇编代码如下：

// 将JavaThread::do_not_unlock_if_synchronized属性存储到%dl中 0x00007fffe101b770: mov0x2ad(%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: mov0x28(%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: je0x00007fffe101b970

main()方法为非同步方法，所以跳转到unlocked，在unlocked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

最后的栈状态如下图所示。