【JVM源码解析】虚拟机解释执行Java方法（下）

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【JVM源码解析】虚拟机解释执行Java方法（下）

2023-05-28 08:33| 来源: 网络整理| 查看: 265

本文由HeapDump性能社区首席讲师鸠摩（马智）授权整理发布

第34篇-解析invokeinterface字节码指令

与invokevirtual指令类似，当没有对目标方法进行解析时，需要调用LinkResolver::resolve_invoke()函数进行解析，这个函数会调用其它一些函数完成方法的解析，如下图所示。

上图中粉色的部分与解析invokevirtual字节码指令有所区别，resolve_pool()函数及其调用的相关函数在介绍invokevirtual字节码指令时详细介绍过，这里不再介绍。

调用LinkResolver::resolve_invokeinterface()函数对字节码指令进行解析。函数的实现如下：

void LinkResolver::resolve_invokeinterface( CallInfo& result, Handle recv, constantPoolHandle pool, int index, // 指的是常量池缓存项的索引 TRAPS ) { KlassHandle resolved_klass; Symbol* method_name = NULL; Symbol* method_signature = NULL; KlassHandle current_klass; // 解析常量池时，传入的参数pool（根据当前栈中要执行的方法找到对应的常量池）和 // index（常量池缓存项的缓存，还需要映射为原常量池索引）是有值的，根据这两个值能够 // 解析出resolved_klass和要查找的方法名称method_name和方法签名method_signature resolve_pool(resolved_klass, method_name, method_signature, current_klass, pool, index, CHECK); KlassHandle recvrKlass (THREAD, recv.is_null() ? (Klass*)NULL : recv->klass()); resolve_interface_call(result, recv, recvrKlass, resolved_klass, method_name, method_signature, current_klass, true, true, CHECK); } 复制代码

我们接着看resolve_interface_call()函数的实现，如下：

void LinkResolver::resolve_interface_call( CallInfo& result, Handle recv, KlassHandle recv_klass, KlassHandle resolved_klass, Symbol* method_name, Symbol* method_signature, KlassHandle current_klass, bool check_access, bool check_null_and_abstract, TRAPS ) { methodHandle resolved_method; linktime_resolve_interface_method(resolved_method, resolved_klass, method_name, method_signature, current_klass, check_access, CHECK); runtime_resolve_interface_method(result, resolved_method, resolved_klass, recv, recv_klass, check_null_and_abstract, CHECK); } 复制代码

调用2个函数对方法进行解析。首先看linktime_resolve_interface_method()函数的实现。

调用linktime_resolve_interface_method()函数会调用LinkResolver::resolve_interface_method()函数，此函数的实现如下：

void LinkResolver::resolve_interface_method( methodHandle& resolved_method, KlassHandle resolved_klass, Symbol* method_name, Symbol* method_signature, KlassHandle current_klass, bool check_access, bool nostatics, TRAPS ) { // 从接口和父类java.lang.Object中查找方法，包括静态方法 lookup_method_in_klasses(resolved_method, resolved_klass, method_name, method_signature, false, true, CHECK); if (resolved_method.is_null()) { // 从实现的所有接口中查找方法 lookup_method_in_interfaces(resolved_method, resolved_klass, method_name, method_signature, CHECK); if (resolved_method.is_null()) { // no method found // ... } } // ... } 复制代码

首先调用LinkResolver::lookup_method_in_klasses()函数进行方法查找，在之前介绍过invokevirtual字节码指令时介绍过这个函数，不过只介绍了与invokevirtual指令相关的处理逻辑，这里需要继续查看invokeinterface的相关处理逻辑，实现如下：　

void LinkResolver::lookup_method_in_klasses( methodHandle& result, KlassHandle klass, Symbol* name, Symbol* signature, bool checkpolymorphism, // 对于invokevirtual来说，值为false，对于invokeinterface来说，值为true bool in_imethod_resolve, TRAPS ) { Method* result_oop = klass->uncached_lookup_method(name, signature); // 在接口中定义方法的解析过程中，忽略Object类中的静态和非public方法，如 // clone、finalize、registerNatives if ( in_imethod_resolve && result_oop != NULL && klass->is_interface() && (result_oop->is_static() || !result_oop->is_public()) && result_oop->method_holder() == SystemDictionary::Object_klass() // 方法定义在Object类中 ) { result_oop = NULL; } if (result_oop == NULL) { Array* default_methods = InstanceKlass::cast(klass())->default_methods(); if (default_methods != NULL) { result_oop = InstanceKlass::find_method(default_methods, name, signature); } } // ... result = methodHandle(THREAD, result_oop); } 复制代码

调用uncached_lookup_method()函数从当前类和父类中查找，如果没有找到或找到的是Object类中的不合法方法，则会调用find_method()函数从默认方法中查找。在Java8的新特性中有一个新特性为接口默认方法，该新特性允许我们在接口中添加一个非抽象的方法实现，而这样做的方法只需要使用关键字default修饰该默认实现方法即可。

uncached_lookup_method()函数的实现如下：

Method* InstanceKlass::uncached_lookup_method(Symbol* name, Symbol* signature) const { Klass* klass = const_cast(this); bool dont_ignore_overpasses = true; while (klass != NULL) { Method* method = InstanceKlass::cast(klass)->find_method(name, signature); if ((method != NULL) && (dont_ignore_overpasses || !method->is_overpass())) { return method; } klass = InstanceKlass::cast(klass)->super(); dont_ignore_overpasses = false; // 不要搜索父类中的overpass方法 } return NULL; } 复制代码

从当前类和父类中查找方法。当从类和父类中查找方法时，调用find_method()函数，最终调用另外一个重载函数find_method()从InstanceKlass::_methods属性中保存的方法中进行查找；当从默认方法中查找方法时，调用find_method()函数从InstanceKlass::_default_methods属性中保存的方法中查找。重载的find_method()函数的实现如下：

Method* InstanceKlass::find_method(Array* methods, Symbol* name, Symbol* signature) { int hit = find_method_index(methods, name, signature); return hit >= 0 ? methods->at(hit): NULL; } 复制代码

其实调用find_method_index()函数就是根据二分查找来找名称为name，签名为signature的方法，因为InstanceKlass::_methods和InstanceKlass::_default_methods属性中的方法已经进行了排序，关于这些函数中存储的方法及如何进行排序在《深入剖析Java虚拟机：源码剖析与实例详解（基础卷）》一书中详细介绍过，这里不再介绍。

调用的LinkResolver::runtime_resolve_interface_method()函数的实现如下：

void LinkResolver::runtime_resolve_interface_method( CallInfo& result, methodHandle resolved_method, KlassHandle resolved_klass, Handle recv, KlassHandle recv_klass, bool check_null_and_abstract, // 对于invokeinterface来说，值为false TRAPS ) { // ... methodHandle sel_method; lookup_instance_method_in_klasses( sel_method, recv_klass, resolved_method->name(), resolved_method->signature(), CHECK); if (sel_method.is_null() && !check_null_and_abstract) { sel_method = resolved_method; } // ... // 如果查找接口的实现时找到的是Object类中的方法，那么要通过vtable进行分派，所以我们需要 // 更新的是vtable相关的信息 if (!resolved_method->has_itable_index()) { int vtable_index = resolved_method->vtable_index(); assert(vtable_index == sel_method->vtable_index(), "sanity check"); result.set_virtual(resolved_klass, recv_klass, resolved_method, sel_method, vtable_index, CHECK); } else { int itable_index = resolved_method()->itable_index(); result.set_interface(resolved_klass, recv_klass, resolved_method, sel_method, itable_index, CHECK); } } 复制代码

当没有itable索引时，通过vtable进行动态分派；否则通过itable进行动态分派。

调用的lookup_instance_method_in_klasses()函数的实现如下：

void LinkResolver::lookup_instance_method_in_klasses( methodHandle& result, KlassHandle klass, Symbol* name, Symbol* signature, TRAPS ) { Method* result_oop = klass->uncached_lookup_method(name, signature); result = methodHandle(THREAD, result_oop); // 循环查找方法的实现，不会查找静态方法 while (!result.is_null() && result->is_static() && result->method_holder()->super() != NULL) { KlassHandle super_klass = KlassHandle(THREAD, result->method_holder()->super()); result = methodHandle(THREAD, super_klass->uncached_lookup_method(name, signature)); } // 当从拥有Itable的类或父类中找到接口中方法的实现时，result不为NULL， // 否则为NULL，这时候就要查找默认的方法实现了，这也算是一种实现 if (result.is_null()) { Array* default_methods = InstanceKlass::cast(klass())->default_methods(); if (default_methods != NULL) { result = methodHandle(InstanceKlass::find_method(default_methods, name, signature)); } } } 复制代码

如上在查找默认方法实现时会调用find_method()函数，此函数在之前介绍invokevirtual字节码指令的解析过程时详细介绍过，这里不再介绍。

在LinkResolver::runtime_resolve_interface_method()函数的最后有可能调用CallInfo::set_interface()或CallInfo::set_virtual()函数，调用这两个函数就是将查找到的信息保存到CallInfo实例中。最终会在InterpreterRuntime::resolve_invoke()函数中根据CallInfo实例中保存的信息更新ConstantPoolCacheEntry相关的信息，如下：

switch (info.call_kind()) { // ... case CallInfo::itable_call: cache_entry(thread)->set_itable_call( bytecode, info.resolved_method(), info.itable_index()); break; default: ShouldNotReachHere(); } 复制代码

当CallInfo中保存的是itable的分派信息时，调用set_itable_call()函数，这个函数的实现如下：

void ConstantPoolCacheEntry::set_itable_call( Bytecodes::Code invoke_code, methodHandle method, int index ) { assert(invoke_code == Bytecodes::_invokeinterface, ""); InstanceKlass* interf = method->method_holder(); // interf一定是接口，而method一定是非final方法 set_f1(interf); // 对于itable，_f1保存的是表示接口的InstanceKlass set_f2(index); // 对于itable，_f2保存的是itable索引 set_method_flags(as_TosState(method->result_type()), 0, // no option bits method()->size_of_parameters()); set_bytecode_1(Bytecodes::_invokeinterface); } 复制代码

使用CallInfo实例中的信息更新ConstantPoolCacheEntry中的信息即可。

第35篇-方法调用指令之invokespecial与invokestatic字

这一篇将详细介绍invokespecial和invokestatic字节码指令的汇编实现逻辑

1、invokespecial指令

invokespecial指令的模板定义如下：

def(Bytecodes::_invokespecial , ubcp|disp|clvm|____, vtos, vtos, invokespecial , f1_byte ); 复制代码

生成函数为invokespecial()，生成的汇编代码如下：

0x00007fffe1022250: mov %r13,-0x38(%rbp) 0x00007fffe1022254: movzwl 0x1(%r13),%edx 0x00007fffe1022259: mov -0x28(%rbp),%rcx 0x00007fffe102225d: shl $0x2,%edx 0x00007fffe1022260: mov 0x10(%rcx,%rdx,8),%ebx // 获取ConstantPoolCacheEntry中indices[b2,b1,constant pool index]中的b1 0x00007fffe1022264: shr $0x10,%ebx 0x00007fffe1022267: and $0xff,%ebx // 检查invokespecial=183的bytecode是否已经连接，如果已经连接就进行跳转 0x00007fffe102226d: cmp $0xb7,%ebx 0x00007fffe1022273: je 0x00007fffe1022312 // ... 省略调用InterpreterRuntime::resolve_invoke()函数 // 对invokespecial=183的bytecode进行连接， // 因为字节码指令还没有连接 // 将invokespecial x中的x加载到%edx中 0x00007fffe1022306: movzwl 0x1(%r13),%edx // 将ConstantPoolCache的首地址存储到%rcx中 0x00007fffe102230b: mov -0x28(%rbp),%rcx // %edx中存储的是ConstantPoolCacheEntry项的索引，转换为字偏移 0x00007fffe102230f: shl $0x2,%edx // 获取ConstantPoolCache::_f1属性的值 0x00007fffe1022312: mov 0x18(%rcx,%rdx,8),%rbx // 获取ConstantPoolCache::_flags属性的值 0x00007fffe1022317: mov 0x28(%rcx,%rdx,8),%edx // 将flags移动到ecx中 0x00007fffe102231b: mov %edx,%ecx // 从flags中取出参数大小 0x00007fffe102231d: and $0xff,%ecx // 获取到recv,%rcx中保存的是参数大小，最终计算为 %rsp+%rcx*8-0x8， // flags中的参数大小可能对实例方法来说，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) 0x00007fffe1022323: mov -0x8(%rsp,%rcx,8),%rcx // 从flags中获取return type，也就是从_flags的高4位保存的TosState 0x00007fffe1022328: shr $0x1c,%edx // 将TemplateInterpreter::invoke_return_entry地址存储到%r10 0x00007fffe102232b: movabs $0x7ffff73b6380,%r10 // 找到对应return type的invoke_return_entry的地址 0x00007fffe1022335: mov (%r10,%rdx,8),%rdx // 通过invokespecial指令调用函数后的返回地址 0x00007fffe1022339: push %rdx // 空值检查 0x00007fffe102233a: cmp (%rcx),%rax // ... // 设置调用者栈顶 0x00007fffe102235c: lea 0x8(%rsp),%r13 // 向栈中last_sp的位置保存调用者栈顶 0x00007fffe1022361: mov %r13,-0x10(%rbp) // 跳转到Method::_from_interpretered_entry入口去执行 0x00007fffe1022365: jmpq *0x58(%rbx) 复制代码

invokespecial指令在调用private和构造方法时，不需要动态分发。在这个字节码指令解析完成后，ConstantPoolCacheEntry中的_f1指向目标方法的Method实例，_f2没有使用，所以如上汇编的逻辑非常简单，这里不再过多介绍。

2、invokestatic指令

invokestatic指令的模板定义如下：

def(Bytecodes::_invokestatic , ubcp|disp|clvm|____, vtos, vtos, invokestatic , f1_byte); 复制代码

生成函数为invokestatic()，生成的汇编代码如下：

0x00007fffe101c030: mov %r13,-0x38(%rbp) 0x00007fffe101c034: movzwl 0x1(%r13),%edx 0x00007fffe101c039: mov -0x28(%rbp),%rcx 0x00007fffe101c03d: shl $0x2,%edx 0x00007fffe101c040: mov 0x10(%rcx,%rdx,8),%ebx 0x00007fffe101c044: shr $0x10,%ebx 0x00007fffe101c047: and $0xff,%ebx 0x00007fffe101c04d: cmp $0xb8,%ebx // 检查invokestatic=184的bytecode是否已经连接，如果已经连接就进行跳转 0x00007fffe101c053: je 0x00007fffe101c0f2 // 调用InterpreterRuntime::resolve_invoke()函数对invokestatic=184的 // 的bytecode进行连接，因为字节码指令还没有连接 // ... 省略了解析invokestatic的汇编代码 // 将invokestatic x中的x加载到%edx中 0x00007fffe101c0e6: movzwl 0x1(%r13),%edx // 将ConstantPoolCache的首地址存储到%rcx中 0x00007fffe101c0eb: mov -0x28(%rbp),%rcx // %edx中存储的是ConstantPoolCacheEntry项的索引，转换为字偏移 0x00007fffe101c0ef: shl $0x2,%edx // 获取ConstantPoolCache::_f1属性的值 0x00007fffe101c0f2: mov 0x18(%rcx,%rdx,8),%rbx // 获取ConstantPoolCache::_flags属性的值 0x00007fffe101c0f7: mov 0x28(%rcx,%rdx,8),%edx // 从flags中获取return type，也就是从_flags的高4位保存的TosState 0x00007fffe101c0fb: shr $0x1c,%edx // 将TemplateInterpreter::invoke_return_entry地址存储到%r10 0x00007fffe101c0fe: movabs $0x7ffff73b5d00,%r10 // 找到对应return type的invoke_return_entry的地址 0x00007fffe101c108: mov (%r10,%rdx,8),%rdx // 通过invokespecial指令调用函数后的返回地址 0x00007fffe101c10c: push %rdx // 设置调用者栈顶 0x00007fffe101c10d: lea 0x8(%rsp),%r13 // 向栈中last_sp的位置保存调用者栈顶 0x00007fffe101c112: mov %r13,-0x10(%rbp) // 跳转到Method::_from_interpretered_entry入口去执行 0x00007fffe101c116: jmpq *0x58(%rbx) 复制代码

invokespecial指令在调用静态方法时，不需要动态分发。在这个字节码指令解析完成后，ConstantPoolCacheEntry中的_f1指向目标方法的Method实例，_f2没有使用，所以如上汇编的逻辑非常简单，这里不再过多介绍。

关于invokestatic与invokespecial的解析过程这里就不再过多介绍了，有兴趣的可从LinkResolver::resolve_invoke()函数查看具体的解析过程。

第36篇-方法返回指令之return

方法返回的字节码相关指令如下表所示。

模板定义如下：

生成函数都为TemplateTable::_return()。但是如果是Object对象的构造方法中的return指令，那么这个指令还可能会被重写为_return_register_finalizer指令。

生成的return字节码指令对应的汇编代码如下：　

第1部分 // 将JavaThread::do_not_unlock_if_synchronized属性存储到%dl中 0x00007fffe101b770: mov 0x2ad(%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: mov 0x28(%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: je 0x00007fffe101b970 // 如果在%dl寄存器中存储的_do_not_unlock_if_synchronized的值不为0， // 则跳转到no_unlock，表示不要释放和锁相关的资源 0x00007fffe101b792: test $0xff,%dl 0x00007fffe101b795: jne 0x00007fffe101ba90 // 跳转到----no_unlock----处复制代码

在JavaThread类中定义了一个属性_do_not_unlock_if_synchronized，这个值表示在抛出异常的情况下不要释放receiver（在非静态方法调用的情况下，我们总是会将方法解析到某个对象上，这个对象就是这里的receiver，也可称为接收者），此值仅在解释执行的情况下才会起作用。初始的时候会初始化为false。在如上汇编中可以看到，当_do_not_unlock_if_synchronized的值为true时，表示不需要释放receiver，所以虽然当前是同步方法，但是却直接调用到了no_unlock处。

第2部分

如果执行如下汇编代码，则表示%dl寄存器中存储的_do_not_unlock_if_synchronized的值为0，需要执行释放锁的操作。

// 将之前字节码指令执行的结果存储到表达式栈顶， // 由于return不需要返回执行结果，所以不需要设置返回值等信息， // 最终在这里没有生成任何push指令 // 将BasicObjectLock存储到%rsi中，由于%rsi在调用C++函数时可做为 // 第2个参数传递，所以如果要调用unlock_object就可以传递此值 0x00007fffe101b79b: lea -0x50(%rbp),%rsi // 获取BasicObjectLock::obj属性地址存储到%rax中 0x00007fffe101b79f: mov 0x8(%rsi),%rax // 如果不为0，则跳转到unlock处，因为不为0，表示 // 这个obj有指向的锁对象，需要进行释放锁的操作 0x00007fffe101b7a3: test %rax,%rax 0x00007fffe101b7a6: jne 0x00007fffe101b8a8 // 跳转到----unlock----处 // 如果是其它的return指令，则由于之前通过push指令将结果保存在 // 表达式栈上，所以现在可通过pop将表达式栈上的结果弹出到对应寄存器中复制代码

第1个指令的-0x50(%rbp)指向了第1个BasicObjectLock对象，其中的sizeof(BasicObjectLock)的值为16，也就是16个字节。在之前我们介绍栈帧的时候介绍过Java解释栈的结构，如下：

假设当前的栈帧中有2个锁对象，则会在栈帧中存储2个BasicObjectLock对象，BasicObjectLock中有2个属性，_lock和_obj，分别占用8字节。布局如下图所示。

由于return字节码指令负责要释放的是加synchronized关键字的、解释执行的Java方法，所以为synchronized关键字建立的第1个锁对象存储在离当前栈帧最靠近栈底的地方，也就是上图中灰色部分，而其它锁对象我们暂时不用管。灰色部分表示的BasicObjectLock的地址通过-0x50(%rbp)就能获取到，然后对其中的_lock和_obj属性进行操作。

由于现在还没有介绍锁相关的知识，所以这里不做过多介绍，在后面介绍完锁相关知识后还会详细介绍。

第3部分

在变量throw_monitor_exception为true的情况下，通过调用call_VM()函数生成抛出锁状态异常的汇编代码，这些汇编代码主要是为了执行C++函数InterpreterRuntime::throw_illegal_monitor_state_exception()。完成执行后还会执行由should_not_reach_here()函数生成的汇编代码。

在变量throw_monitor_exception为false并且install_monitor_exception为true的情况下，通过调用call_VM()函数生成汇编代码来执行C++函数InterpreterRuntime::new_illegal_monitor_state_exception()。最后跳转到unlocked处执行。

第4部分

在InterpreterMacroAssembler::remove_activation()函数中，bind完unlock后就会调用InterpreterMacroAssembler::unlock_object()函数生成如下的汇编代码。InterpreterMacroAssembler::unlock_object()函数的作用如下：

Unlocks an object. Used in monitorexit bytecode and remove_activation. Throws an IllegalMonitorException if object is not locked by current thread.

生成的汇编代码如下：

// **** unlock **** // ============调用InterpreterMacroAssembler::unlock_object()函数生成如下的汇编代码================== // 将%r13存储到栈中，防止异常破坏了%r13寄存器中的值 0x00007fffe101b8a8: mov %r13,-0x38(%rbp) // 将BasicObjectLock::_lock的地址存储到%rax寄存器中 0x00007fffe101b8ac: lea (%rsi),%rax // 将BasicObjectLock::_obj存储到%rcx寄存器中 0x00007fffe101b8af: mov 0x8(%rsi),%rcx // 将BasicObjectLock::_obj的值设置为NULL，表示释放锁操作 0x00007fffe101b8b3: movq $0x0,0x8(%rsi) // ----------当UseBiasedLocking的值为true时，调用MacroAssembler::biased_locking_exit()生成如下的汇编代码------------ // 从BasicObjectLock::_obj对象中取出mark属性值并相与 0x00007fffe101b8bb: mov (%rcx),%rdx 0x00007fffe101b8be: and $0x7,%rdx // 如果BasicObjectLock::_obj指向的oop的mark属性后3位是偏向锁的状态，则跳转到---- done ---- 0x00007fffe101b8c2: cmp $0x5,%rdx 0x00007fffe101b8c6: je 0x00007fffe101b96c // ------------------------结束调用MacroAssembler::biased_locking_exit()生成的汇编代码--------------------- // 将BasicObjectLock::_lock这个oop对象的_displaced_header属性值取出 0x00007fffe101b8cc: mov (%rax),%rdx // 判断一下是否为锁的重入，如果是锁的重入，则跳转到---- done ---- 0x00007fffe101b8cf: test %rdx,%rdx 0x00007fffe101b8d2: je 0x00007fffe101b96c // 让BasicObjectLock::_obj的那个oop的mark恢复为 // BasicObjectLock::_lock中保存的原对象头 0x00007fffe101b8d8: lock cmpxchg %rdx,(%rcx) // 如果为0，则表示锁的重入，跳转到---- done ---- ???? 0x00007fffe101b8dd: je 0x00007fffe101b96c // 让BasicObjectLock::_obj指向oop，这个oop的对象头已经替换为了BasicObjectLock::_lock中保存的对象头 0x00007fffe101b8e3: mov %rcx,0x8(%rsi) // -----------调用call_VM()函数生成汇编代码来执行C++函数InterpreterRuntime::monitorexit()---------------- 0x00007fffe101b8e7: callq 0x00007fffe101b8f1 0x00007fffe101b8ec: jmpq 0x00007fffe101b96c 0x00007fffe101b8f1: lea 0x8(%rsp),%rax 0x00007fffe101b8f6: mov %r13,-0x38(%rbp) 0x00007fffe101b8fa: mov %r15,%rdi 0x00007fffe101b8fd: mov %rbp,0x200(%r15) 0x00007fffe101b904: mov %rax,0x1f0(%r15) 0x00007fffe101b90b: test $0xf,%esp 0x00007fffe101b911: je 0x00007fffe101b929 0x00007fffe101b917: sub $0x8,%rsp 0x00007fffe101b91b: callq 0x00007ffff66b3d22 0x00007fffe101b920: add $0x8,%rsp 0x00007fffe101b924: jmpq 0x00007fffe101b92e 0x00007fffe101b929: callq 0x00007ffff66b3d22 0x00007fffe101b92e: movabs $0x0,%r10 0x00007fffe101b938: mov %r10,0x1f0(%r15) 0x00007fffe101b93f: movabs $0x0,%r10 0x00007fffe101b949: mov %r10,0x200(%r15) 0x00007fffe101b950: cmpq $0x0,0x8(%r15) 0x00007fffe101b958: je 0x00007fffe101b963 0x00007fffe101b95e: jmpq 0x00007fffe1000420 0x00007fffe101b963: mov -0x38(%rbp),%r13 0x00007fffe101b967: mov -0x30(%rbp),%r14 0x00007fffe101b96b: retq // ------------------------结束call_VM()函数调用生成的汇编代码-------------------------------- // **** done **** 0x00007fffe101b96c: mov -0x38(%rbp),%r13 0x00007fffe101b970: mov -0x40(%rbp),%rsi // ==========结束调用InterpreterMacroAssembler::unlock_object()函数生成如下的汇编代码============ 复制代码第5部分 // 如果是其它的return指令，则由于之前通过push指令将结果保存在 // 表达式栈上，所以现在可通过pop将表达式栈上的结果弹出到对应寄存器中 // **** unlocked **** // 在执行这里的代码时，表示当前的栈中没有相关的锁，也就是 // 相关的锁对象已经全部释放 // **** restart **** // 检查一下，是否所有的锁都已经释放了 // %rsi指向当前栈中最靠栈顶的BasicObjectLock 0x00007fffe101b970: mov -0x40(%rbp),%rsi // %rbx指向当前栈中最靠栈底的BasicObjectLock 0x00007fffe101b974: lea -0x40(%rbp),%rbx // 跳转到----entry---- 0x00007fffe101b978: jmpq 0x00007fffe101ba8b 复制代码第6部分

执行如下代码，会通过调用call_VM()函数来生成调用InterpreterRuntime::throw_illegal_monitor_state_exception()函数的代码：

// **** exception **** // Entry already locked, need to throw exception // 当throw_monitor_exception的值为true时，执行如下2个函数生成的汇编代码： // 执行call_VM()函数生成的汇编代码，就是调用C++函数InterpreterRuntime::throw_illegal_monitor_state_exception() // 执行should_not_reach_here()函数生成的汇编代码 // 当throw_monitor_exception的值为false，执行如下汇编： // 执行调用InterpreterMacroAssembler::unlock_object()函数生成的汇编代码 // install_monitor_exception的值为true时，执行call_VM()函数生成的汇编代码，就是调用C++函数InterpreterRuntime::new_illegal_monitor_state_exception() // 无条件跳转到----restart ---- 复制代码第7部分 // **** loop **** // 将BasicObjectLock::obj与NULL比较，如果不相等，则跳转到----exception---- 0x00007fffe101ba79: cmpq $0x0,0x8(%rsi) 0x00007fffe101ba81: jne 0x00007fffe101b97d // 则跳转到----exception---- 复制代码第8部分 // **** entry **** // 0x10为BasicObjectLock，找到下一个BasicObjectLock 0x00007fffe101ba87: add $0x10,%rsi // 检查是否到达了锁对象存储区域的底部 0x00007fffe101ba8b: cmp %rbx,%rsi // 如果不相等，跳转到loop 0x00007fffe101ba8e: jne 0x00007fffe101ba79 // 跳转到----loop---- 复制代码第9部分 // **** no_unlock **** // 省略jvmti support // 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 复制代码

其中的解释方法返回地址为return address，由于当前是C++函数调用Java，所以这个返回地址其实是C++函数的返回地址，我们不需要考虑。

整个的调用转换如下图所示。

其中的红色部分表示终结这个流程。

在return字节码指令中会涉及到锁释放的流程，所以上面的流程图看起来会复杂一些，等我们介绍完锁相关知识后会再次介绍return指令，这里不再过多介绍。

第37篇-恢复调用者栈帧例程Interpreter::_invoke_return_entry

我们在之前介绍过return字节码指令的执行逻辑，这个字节码指令只会执行释放锁和退出当前栈帧的操作，但是当控制权转移给调用者时，还需要恢复调用者的栈帧状态，如让%r13指向bcp、%r14指向局部变量表等，另外还需要弹出压入的实参、跳转到调用者的下一个字节码指令继续执行，而这一切操作都是由Interpreter::_return_entry例程负责的。这个例程在之前介绍invokevirtual和invokeinterface等字节码指令时介绍过，当使用这些字节码指令调用方法时，会根据方法的返回类型压入Interpreter::_return_entry一维数组中保存的对应例程地址，这样return字节码指令执行完成后就会执行这段例程。

在invokevirtual和invokeinterface等字节码指令中通过调用如下函数获取对应的例程入口：

address* TemplateInterpreter::invoke_return_entry_table_for(Bytecodes::Code code) { switch (code) { case Bytecodes::_invokestatic: case Bytecodes::_invokespecial: case Bytecodes::_invokevirtual: case Bytecodes::_invokehandle: return Interpreter::invoke_return_entry_table(); case Bytecodes::_invokeinterface: return Interpreter::invokeinterface_return_entry_table(); default: fatal(err_msg("invalid bytecode: %s", Bytecodes::name(code))); return NULL; } } 复制代码

可以看到invokeinterface字节码从Interpreter::_invokeinterface_return_entry数组中获取对应的例程，而其它的从Interpreter::_invoke_return_entry一维数组中获取。如下：

address TemplateInterpreter::_invoke_return_entry[TemplateInterpreter::number_of_return_addrs]; address TemplateInterpreter::_invokeinterface_return_entry[TemplateInterpreter::number_of_return_addrs]; 复制代码

当返回一维数组后，会根据方法返回类型进一步确定例程入口地址。下面我们就看一下这些例程的生成过程。

TemplateInterpreterGenerator::generate_all()函数中会生成Interpreter::_return_entry入口，如下：

{ CodeletMark cm(_masm, "invoke return entry points"); const TosState states[] = {itos, itos, itos, itos, ltos, ftos, dtos, atos, vtos}; const int invoke_length = Bytecodes::length_for(Bytecodes::_invokestatic); // invoke_length=3 const int invokeinterface_length = Bytecodes::length_for(Bytecodes::_invokeinterface); // invokeinterface=5 for (int i = 0; i < Interpreter::number_of_return_addrs; i++) { // number_of_return_addrs = 9 TosState state = states[i]; // TosState是枚举类型 Interpreter::_invoke_return_entry[i] = generate_return_entry_for(state, invoke_length, sizeof(u2)); Interpreter::_invokeinterface_return_entry[i] = generate_return_entry_for(state, invokeinterface_length, sizeof(u2)); } } 复制代码

除invokedynamic字节码指令外，其它的方法调用指令在解释执行完成后都需要调用由generate_return_entry_for()函数生成的例程，生成例程的generate_return_entry_for()函数实现如下：

address TemplateInterpreterGenerator::generate_return_entry_for(TosState state, int step, size_t index_size) { // Restore stack bottom in case万一 i2c adjusted stack __ movptr(rsp, Address(rbp, frame::interpreter_frame_last_sp_offset * wordSize)); // interpreter_frame_last_sp_offset=-2 // and NULL it as marker that esp is now tos until next java call __ movptr(Address(rbp, frame::interpreter_frame_last_sp_offset * wordSize), (int32_t)NULL_WORD); __ restore_bcp(); __ restore_locals(); // ... const Register cache = rbx; const Register index = rcx; __ get_cache_and_index_at_bcp(cache, index, 1, index_size); const Register flags = cache; __ movl(flags, Address(cache, index, Address::times_ptr, ConstantPoolCache::base_offset() + ConstantPoolCacheEntry::flags_offset())); __ andl(flags, ConstantPoolCacheEntry::parameter_size_mask); __ lea(rsp, Address(rsp, flags, Interpreter::stackElementScale()) ); // 栈元素标量为8 __ dispatch_next(state, step); return entry; } 复制代码

根据state的不同（方法的返回类型的不同），会在选择执行调用者方法的下一个字节码指令时，决定要从字节码指令的哪个入口处开始执行。我们看一下，当传递的state为itos（也就是当方法的返回类型为int时）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: mov 0x28(%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) 复制代码

如上汇编代码的逻辑非常简单，这里不再过多介绍。　　

第38篇-解释方法之间的调用小实例

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); } } 复制代码

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 = Utf8 Code #9 = Utf8 LineNumberTable #10 = Utf8 add #11 = Utf8 (II)I #12 = Utf8 main #13 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V #14 = Utf8 SourceFile #15 = Utf8 TestInvokeMethod.java #16 = NameAndType #6:#7 // "":()V #17 = Utf8 com/classloading/TestInvokeMethod #18 = NameAndType #10:#11 // add:(II)I #19 = Utf8 java/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: return public 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: ireturn public 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 } 复制代码

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：

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 // 指令的汇编代码复制代码

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 %rax mov $0x3,%eax 复制代码

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。

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: mov 0x10(%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: je 0x00007fffe1022052 复制代码

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: mov 0x20(%rcx,%rdx,8),%rbx // ConstantPoolCacheEntry::_flags存储到%edx 0x00007fffe1022057: mov 0x28(%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 复制代码

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属性的值复制代码

栈的状态如下图所示。

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: je 0x00007fffe10220c0 // 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: lea 0x8(%rsp),%r13 0x00007fffe10220b9: mov %r13,-0x10(%rbp) // 跳转到Method::_from_interpretered_entry入口去执行 0x00007fffe10220bd: jmpq *0x58(%rbx) 复制代码

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。

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：

movzbl 0x1(%r13),%ebx neg %rbx mov (%r14,%rbx,8),%eax push %rax movzbl 0x3(%r13),%ebx neg %rbx mov (%r14,%rbx,8),%eax 复制代码

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 复制代码

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: mov 0x2ad(%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: mov 0x28(%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: je 0x00007fffe101b970 复制代码

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 复制代码

执行leaveq指令进行退栈操作，此时的栈状态如下图所示。