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方法是如何被执行的

结论

因为每个线程都有自己的调用栈,局部变量保存在线程各自的调用栈里面,不会共享,所以自然也就没有并发问题。再次重申一遍:没有共享,就没有伤害。

下面来详细了解下

方法是如何被执行的#

高级语言里的普通语句,例如上面的r[i] = r[i-2] + r[i-1];翻译成 CPU 的指令相对简单,可方法的调用就比较复杂了。例如下面这三行代码:第 1 行,声明一个 int 变量 a;第 2 行,调用方法 fibonacci(a);第 3 行,将 b 赋值给 c

int a = 7
int[] b = fibonacci(a);
int[] c = b;

当你调用 fibonacci(a) 的时候,CPU 要先找到方法 fibonacci() 的地址,然后跳转到这个地址去执行代码,最后 CPU 执行完方法 fibonacci() 之后,要能够返回。首先找到调用方法的下一条语句的地址:也就是int[] c=b;的地址,再跳转到这个地址去执行。 你可以参考下面这个图再加深一下理解。

image.png 到这里,方法调用的过程想必你已经清楚了,但是还有一个很重要的问题,“CPU 去哪里找到调用方法的参数和返回地址?”如果你熟悉 CPU 的工作原理,你应该会立刻想到:通过 CPU 的堆栈寄存器。CPU 支持一种栈结构,栈你一定很熟悉了,就像手枪的弹夹,先入后出。因为这个栈是和方法调用相关的,因此经常被称为调用栈

例如,有三个方法 A、B、C,他们的调用关系是 A->B->C(A 调用 B,B 调用 C),在运行时,会构建出下面这样的调用栈。每个方法在调用栈里都有自己的独立空间,称为栈帧,每个栈帧里都有对应方法需要的参数和返回地址。当调用方法时,会创建新的栈帧,并压入调用栈;当方法返回时,对应的栈帧就会被自动弹出。也就是说,栈帧和方法是同生共死的image.png

利用栈结构来支持方法调用这个方案非常普遍,以至于 CPU 里内置了栈寄存器。虽然各家编程语言定义的方法千奇百怪,但是方法的内部执行原理却是出奇的一致:都是靠栈结构解决的。Java 语言虽然是靠虚拟机解释执行的,但是方法的调用也是利用栈结构解决的。

局部变量存哪里?#

我们已经知道了方法间的调用在 CPU 眼里是怎么执行的,但还有一个关键问题:方法内的局部变量存哪里? 局部变量的作用域是方法内部,也就是说当方法执行完,局部变量就没用了,局部变量应该和方法同生共死。此时你应该会想到调用栈的栈帧,调用栈的栈帧就是和方法同生共死的,所以局部变量放到调用栈里那儿是相当的合理。事实上,的确是这样的,局部变量就是放到了调用栈里。于是调用栈的结构就变成了下图这样。

image.png 这个结论相信很多人都知道,因为学 Java 语言的时候,基本所有的教材都会告诉你 new 出来的对象是在堆里,局部变量是在栈里,只不过很多人并不清楚堆和栈的区别,以及为什么要区分堆和栈。现在你应该很清楚了,局部变量是和方法同生共死的,一个变量如果想跨越方法的边界,就必须创建在堆里。

调用栈与线程#

两个线程可以同时用不同的参数调用相同的方法,那调用栈和线程之间是什么关系呢?答案是:每个线程都有自己独立的调用栈。因为如果不是这样,那两个线程就互相干扰了。如下面这幅图所示,线程 A、B、C 每个线程都有自己独立的调用栈。 image.png

线程封闭#

方法里的局部变量,因为不会和其他线程共享,所以没有并发问题,这个思路很好,已经成为解决并发问题的一个重要技术,同时还有个响当当的名字叫做线程封闭,比较官方的解释是:仅在单线程内访问数据。由于不存在共享,所以即便不同步也不会有并发问题,性能杠杠的。

完结~

方法是如何被执行的
作者
强人自传
发布于
2024-11-03
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0