虛方法調用

Java 裏所有非私有實例方法調用都會被編譯成 invokevirtual 指令，而接口方法調用會被編譯成 invokeinterface 指令。這兩種指令，均屬於 Java 虛擬機中的虛方法調用。

動態綁定：Java 虛擬機需要根據調用者的動態類型，來確定虛方法調用的目標方法。

靜態綁定：調用靜態方法的 invokestatic 指令，以及用於調用構造器，私有實例方法和超類非私有實例方法的 invokestatic 指令。如果虛方法調用指向一個標記為 final 的方法，那麽 Java 虛擬機也可以靜態綁定該虛方法調用的目標方法。

關於動態綁定，Java 虛擬機采用一種空間換區時間的策略來實現動態綁定。它為每個類生成一張方法表，用以快速定位目標方法。

方法表

類的加載過程中，到了準備階段，除了為靜態字段分配內存之外，還會構造於該類相關聯的方法表。方法表是 Java 虛擬機實現動態綁定的關鍵所在。

下面以 invokevirtual 所使用的虛方法表（virtual method table，vtable）為例介紹方法表的用法。

方法表本質上是一個數組，每個數組元素指向一個當前類及其祖先類中非私有的實例方法。這些方法可以是具體的可執行的方法，也可以是沒有想用字節碼的抽象方法。

方法表滿足兩個特質：一，子類方法表中包含父類方法表中的所有方法；二，子類方法在方法表中的索引值，與它所重寫的父類方法的索引值相同。

類的加載過程中，方法調用指令中的符號引用會在執行之前解析成實際引用。對於靜態綁定的方法調用而言，實際引用將指向具體的目標方法。對於動態綁定的方法調用而言，實際引用則是方法表的索引值（並不僅僅是索引值。）。

在執行過程中，Java 虛擬機將獲取調用者的十幾類型，並在該實際類型的虛方法表中，根據索引值獲得目標方法。這個過程就是動態綁定。

動態綁定與靜態綁定相比，僅僅是多出幾個內存解引用的操作：訪問棧上的調用者，讀取調用者的動態類型，讀取該類型的方法表，讀取方法表中某個索引對應的目標方法。對於創建並初始化 Java 棧幀來說，這幾個內存解引用操作的開銷簡直可以忽略不計。

利用方法表的方式優化虛方法的調用，這種優化僅存在於解釋執行中，或者即時編譯代碼的最壞情況中。即時編譯還有另外兩種性能更好的優化手段：內聯緩存和方法內聯。

內聯緩存

內聯緩存是一種加快動態動態綁定的優化技術。它能夠緩存虛方法調用中調用者的動態類型，以及該類型所對應的目標方法。在之後的執行過程中，如果碰到已緩存的類型，內聯緩存便會直接調用該類型所對應的目標方法。如果沒有緩存，則會退化為基於方法表的動態綁定。

在針對多態的優化手段中，需要了解一下三個術語：
1：單態，指的是僅有一種狀態的情況。
2：多態，指的是有限數量種多態的情況。
3：超多態，指的是更多種狀態的情況。通常用一個具體值區分多態和超態，數值之下為多態，數值之上為超態。

對於內聯緩存，有上述三種對用的內聯緩存。

單態內聯緩存：只緩存一種動態類型以及它所對應的目標方法。

多態內聯緩存：緩存多個動態類型以及它所對應的目標方法。使用的時候，需要遍歷多個緩存數據，如果命中則調用對應的目標方法。在時間操作中，大部分的虛方法調用均是單態的，也就是只用一種動態類型。為了節省內存空間，Java 虛擬機只采用單態的內聯緩存。如果沒有命中緩存，Java 虛擬機就要重新使用方法表進行動態綁定。

這種情況下，對於內聯緩存，我們有兩種選擇。一：替換單態內聯緩存中的記錄。替換後，要保證方法調用者的動態類型與方法調用的類型保持一致，從而能夠有效的利用內聯緩存。最壞的情況是兩種不同的動態類型交替調用，對於內聯緩存就只有寫的額外開銷，並沒有利用緩存來提高性能。二：劣化為超多態狀態。這也是 Java 虛擬機的具體實現方式。這種情況下，其實已經放棄了緩存優化，直接訪問方法表來動態綁定目標方法。於內聯緩存相比，方法表犧牲了優化的機會，但是卻節省了寫內存的額外開銷。

問答

Q：為什麽調用超類非私有實例方法會屬於靜態綁定呢？

通過super關鍵字來調用父類方法，本意就是想要調用父類的特定方法，而不是根據具體類型決定目標方法。

總結

本文創作靈感來源於 極客時間 鄭雨迪老師的《深入拆解 Java 虛擬機》課程，通過課後反思以及借鑒各位學友的發言總結，現整理出自己的知識架構，以便日後溫故知新，查漏補缺。

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04 JVM是如何執行方法調用的（下）