[Golang实现JVM第五篇]静态方法调用的实现

一直以来又长又臭的调用链简直就是Java语言的标志性特色，方法调用可谓是Java世界里表达一切逻辑的基石。现在我们终于具备了实现它的基础。

JVM中的5条方法调用指令

在JVM中触发方法调用的指令有5条，分别是：

invokestatic

调用静态方法

invokespecial

调用构造方法

invokeinterface

调用接口方法

invokevirtual

调用对象方法

invokedynamic

jdk1.7中引入，给动态语言预留的调用指令。指令的第一个参数不再是代表方法符号引用的CONSTANT_Methodref_info常量，而是变为JDK 1.7新加入的CONSTANT_InvokeDynamic_info常量

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invokestatic指令的实现

这里面最简单的就是invokestatic静态方法调用指令了，因为静态方法不需要创建对象，属于类。这条指令后面紧跟着两个字节，表示常量池中方法引用常量的下标：

invokestatic byte1 byte2

这样的话我们就可以从常量池中找到CONSTANT_Methodref_info常量，结构如下：

// 方法引用常量
type MethodRefConstInfo struct {
    Tag uint8
    ClassIndex uint16
    NameAndTypeIndex uint16
}

可以看到，里面记录了方法所在的类，和一个NameAndType常量的索引。其中NameAndType的结构如下：

type NameAndTypeConst struct {
    Tag uint8
    NameIndex uint16
    DescIndex uint16
}

其中NameIndex又是一个下标，指向的是常量池中的UTF8属性，表示方法的简单名，例如sayHello；

DescIndex也是一个下标，指向的是常量池中的UTF8属性，表示方法描述符，例如(ILjava/lang/String;)Ljava/lang/String;。方法描述符描述了一个方法的参数类型、数量和返回类型，其中括号里的(ILjava/lang/String;)表示的是方法参数，I表示基本类型int，Ljava/lang/String;表示对象类型。注意基本类型跟其他类型之间是没有任何分隔符的，如果是对象类型，则以大写字母L开头，然后紧跟着类的全名，最后以;结束。括号外的Ljava/lang/String;表示此方法的返回类型也是String，如果没有返回值则表示为V，没有参数的话则表示为一对空括号()。综上所述，描述符(ILjava/lang/String;)Ljava/lang/String;表示第一个参数为int类型，第二个参数为String类型，返回类型为String的方法：

String foo(int, String) {}

有了方法名、方法签名、类名，我们就可以唯一确定一个方法了。在调用之前还要注意参数顺序问题，调用前javac会生成一系列参数压栈的指令，但是我们在取参数出栈的时候，由于栈先进先出的性质，弹出参数的顺序跟实际顺序是相反的，这一点一定要小心。

最后我们再来看一下常量池中的UTF8数据项结构：

type Utf8InfoConst struct {
    Tag uint8
    Length uint16
    Bytes []byte
}

里面的Bytes就是UTF8字节流了，可以直接转换成string。class里所有对字符串的记录都是通过UTF8属性保存的，想引用这个字符串的话就用UTF8属性在常量池的下标来引用。

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有了上面的分析，我们就可以按图索骥的去实现了。首先，我们要把指令后面的byte1 byte2组装回整数：

methodRefCpIndex := (indexbyte1 << 8) | indexbyte2

然后取出方法引用常量、取出方法名、方法描述符、方法所在的class全名:

/ 取出引用的方法
    methodRef := def.ConstPool[methodRefCpIndex].(*class.MethodRefConstInfo)
    // 取出方法名
    nameAndType := def.ConstPool[methodRef.NameAndTypeIndex].(*class.NameAndTypeConst)
    methodName := def.ConstPool[nameAndType.NameIndex].(*class.Utf8InfoConst).String()
    // 描述符
    descriptor := def.ConstPool[nameAndType.DescIndex].(*class.Utf8InfoConst).String()
    // 取出方法所在的class
    classRef := def.ConstPool[methodRef.ClassIndex].(*class.ClassInfoConstInfo)
    // 取出目标class全名
    targetClassFullName := def.ConstPool[classRef.FullClassNameIndex].(*class.Utf8InfoConst).String()

加载class:

// 加载
    targetDef, err := i.miniJvm.findDefClass(targetClassFullName)
    if nil != err {
        return fmt.Errorf("failed to load class for '%s': %w", targetClassFullName, err)
    }

这里的findDefClass()方法会首先从已经加载的类中查找，如果没有，就会遍历classpath下的所有.class文件(包括jar包中的文件)，找到全限定性名相符的class文件，执行class解析逻辑(第二篇中有讲)，然后返回一个DefClass结构的指针。

然后就可以直接调用方法了：

// 调用
    return i.ExecuteWithFrame(targetDef, methodName, descriptor, frame)

在ExecuteWithFrame方法中实现了方法描述符的解析、方法栈帧的创建和参数的传递，代码比较复杂不再罗列了，可以在这里找到完整代码：https://github.com/wanghongfei/mini-jvm/blob/master/vm/interpreted_execution_engine.go

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至此我们就完成了JVM中最简单的方法调用指令的实现。为什么说最简单呢，因为invokestatic不需要创建对象，也不涉及复杂的方法查找逻辑，只需要匹配类名、方法名、方法签名就可以了。静态方法调用的实现是以后实现native方法的基石，在下一篇中就会介绍。