Java方法调用的字节码指令学习
- 2019 年 10 月 3 日
- 笔记
Java1.8环境下，我们在编写程序时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：
- invokespecial：调用私有实例方法；
- invokestatic：调用静态方法；
- invokevirtual：调用实例方法；
- invokeinterface：调用接口方法;
- 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。
实例源码
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：
- 一个私有方法add；
- 一个公有方法getValue，里面调用了add方法；
- 一个静态方法output；
- 实现接口定义的doAction；
- 一个公有方法，里面使用了lambda表达式；
- 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 // Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return public java.lang.String getValue(int, int); Code: 0: aload_0 1: iload_1 2: iload_2 3: invokespecial #2 // Method add:(II)I 6: invokestatic #3 // Method java/lang/String.valueOf:(I)Ljava/lang/String; 9: areturn public static void output(java.lang.String); Code: 0: getstatic #4 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 3: aload_0 4: invokevirtual #5 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 7: return public void doAction(); Code: 0: getstatic #4 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 3: ldc #6 // String 123 5: invokevirtual #5 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 8: return public static void main(java.lang.String[]); Code: 0: new #7 // class com/bolingcavalry/Test001 3: dup 4: invokespecial #8 // Method "<init>":()V 7: astore_1 8: aload_1 9: astore_2 10: aload_1 11: iconst_1 12: iconst_2 13: invokevirtual #9 // Method getValue:(II)Ljava/lang/String; 16: astore_3 17: aload_1 18: pop 19: aload_3 20: invokestatic #10 // Method output:(Ljava/lang/String;)V 23: aload_1 24: invokevirtual #11 // Method doAction:()V 27: aload_2 28: invokeinterface #12, 1 // InterfaceMethod com/bolingcavalry/Action.doAction:()V 33: return public void createThread(); Code: 0: invokedynamic #13, 0 // InvokeDynamic #0:run:()Ljava/lang/Runnable; 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 // Method add:(II)I 6: invokestatic #3 // Method java/lang/String.valueOf:(I)Ljava/lang/String; 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 // Method add:(II)I 6: invokestatic #3 // Method java/lang/String.valueOf:(I)Ljava/lang/String; 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 // class com/bolingcavalry/Test001 3: dup 4: invokespecial #8 // Method "<init>":()V 7: astore_1 8: aload_1 9: astore_2 10: aload_1 11: iconst_1 12: iconst_2 13: invokevirtual #9 // Method getValue:(II)Ljava/lang/String; 16: astore_3 17: aload_1 18: pop 19: aload_3 20: invokestatic #10 // Method output:(Ljava/lang/String;)V 23: aload_1 24: invokevirtual #11 // Method doAction:()V 27: aload_2 28: invokeinterface #12, 1 // InterfaceMethod com/bolingcavalry/Action.doAction:()V 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 // class com/bolingcavalry/Test001 3: dup 4: invokespecial #8 // Method "<init>":()V 7: astore_1 8: aload_1 9: astore_2 10: aload_1 11: iconst_1 12: iconst_2 13: invokevirtual #9 // Method getValue:(II)Ljava/lang/String; 16: astore_3 17: aload_1 18: pop 19: aload_3 20: invokestatic #10 // Method output:(Ljava/lang/String;)V 23: aload_1 24: invokevirtual #11 // Method doAction:()V 27: aload_2 28: invokeinterface #12, 1 // InterfaceMethod com/bolingcavalry/Action.doAction:()V 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 // InvokeDynamic #0:run:()Ljava/lang/Runnable; 5: astore_1 6: return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。
