java应用程序的启动在在/hotspot/src/share/tools/launcher/java.c的main()函数中，而在虚拟机初始化过程中，将创建并启动Java的Main线程。最后将调用JNIEnv的CallStaticVoidMethod()来执行main方法。
CallStaticVoidMethod()对应的jni函数为jni_CallStaticVoidMethod，定义在/hotspot/src/share/vm/PRims/jni.cpp中，而jni_CallStaticVoidMethod()又调用了jni_invoke_static()，jni_invoke_static()通过JavaCalls的call()发起对Java方法的调用
所有来自虚拟机对Java函数的调用最终都将由JavaCalls模块来完成，JavaCalls将通过call_helper()来执行Java方法并返回调用结果，并最终调用StubRoutines::call_stub()来执行Java方法：
1//do call2{ JavaCallWrapper link(method, receiver, result, CHECK);3{ HandleMark hm(thread);//HandleMark used by HandleMarkCleaner45StubRoutines::call_stub()(6(address)&link,7//(intptr_t*)&(result->_value),//see NOTE above (compiler problem)8result_val_address,//see NOTE above (compiler problem)9result_type,10method(),11entry_point,12args->parameters(),13args->size_of_parameters(),14CHECK15);1617result = link.result();//circumvent MS C++ 5.0 compiler bug (result is clobbered across call)18//Preserve oop return value across possible gc points19if(oop_result_flag) {20thread->set_vm_result((oop) result->get_jobject());21}22}23}
call_stub()定义在/hotspot/src/share/vm/runtime/stubRoutines.h中，实际上返回的就是CallStub函数指针_call_stub_entry，该指针指向call_stub的汇编实现的目标代码指令地址，即call_stub的例程入口。
//Calls to Javatypedefvoid(*CallStub)(
address link,
intptr_t*result,
BasicType result_type,
methodOopDesc*method,
address entry_point,
intptr_t*parameters,intsize_of_parameters,
TRAPS
);staticCallStub call_stub() {returnCAST_TO_FN_PTR(CallStub, _call_stub_entry); }
在分析call_stub的汇编代码之前，先了解下x86寄存器和栈帧以及函数调用的相关知识。
x86-64的所有寄存器都是与机器字长(数据总线位宽)相同，即64位的，x86-64将x86的8个32位通用寄存器扩展为64位(eax、ebx、ecx、edx、eci、edi、ebp、esp)，并且增加了8个新的64位寄存器(r8-r15)，在命名方式上，也从”exx”变为”rxx”，但仍保留”exx”进行32位操作，下表描述了各寄存器的命名和作用
此外，还有16个128位的XMM寄存器，分别为xmm0-15，x84-64的寄存器遵循调用约定(Calling Conventions)：
https://msdn.microsoft.com/en-US/library/zthk2dkh(v=vs.80).aspx
1.参数传递：
(1).前4个参数的int类型分别通过rcx、rdx、r8、r9传递，多余的在栈空间上传递(从右向左依次入栈)，寄存器所有的参数都是向右对齐的(低位对齐)
(2).浮点数类型的参数通过xmm0-xmm3传递，注意不同类型的参数占用的寄存器序号是根据参数的序号来决定的，比如add(int,double,float,int)就分别保存在rcx、xmm1、xmm2、r9寄存器中
(3).8/16/32/64类型的结构体或共用体和_m64类型将使用rcx、rdx、r8、r9直接传递，而其他类型将会通过指针引用的方式在这4个寄存器中传递
(4).被调用函数当需要时要把寄存器中的参数移动到栈空间中(shadow space)
2.返回值传递
(1).对于可以填充为64位的返回值(包括_m64)将使用rax进行传递
(2).对于_m128(i/d)以及浮点数类型将使用xmm0传递
(3).对于64位以上的返回值，将由调用函数在栈上为其分配空间，并将其指针保存在rcx中作为”第一个参数”，而传入参数将依次右移，最后函数调用完后，由rax返回该空间的指针
(4).用户定义的返回值类型长度必须是1、2、4、8、16、32、64
3.调用者/被调用者保存寄存器
调用者保存寄存器：rax、rcx、rdx、r8-r11都认为是易失型寄存器(volatile)，这些寄存器随时可能被用到，这些寄存器将由调用者自行维护，当调用其他函数时，被调用函数对这些寄存器的操作并不会影响调用函数(即这些寄存器的作用范围仅限于当前函数)。
被调用者保存寄存器：rbx、rbp、rdi、rsi、r12-r15、xmm6-xmm15都是非易失型寄存器(non-volatile)，调用其他函数时，这些寄存器的值可能在调用返回时还需要用，那么被调用函数就必须将这些寄存器的值保存起来，当要返回时，恢复这些寄存器的值(即这些寄存器的作用范围是跨函数调用的)。
以如下程序为例，分析函数调用的栈帧布局：
1doublefunc(intparam_i1,floatparam_f1,doubleparam_d1,intparam_i2,doubleparam_d2)23{4intlocal_i1, local_i2;5floatlocal_f1;6doublelocal_d1;7doublelocal_d2 =3.0;8local_i1 =param_i1;9local_i2 =param_i2;10local_f1 =param_f1;11local_d1 =param_d1;12returnlocal_d1 + local_f1 * (local_i2 - local_i1) - param_d2 +local_d2;13}1415intmain()1617{18doubleres;19res = func(1,1.0,2.0,3,3.0);20return0;21}
main函数调用func之前的汇编代码如下：
main:
pushq%rbp//保存rbp.seh_pushreg %rbp
movq%rsp, %rbp//更新栈基址.seh_setframe %rbp,0subq $80, %rsp
.seh_stackalloc80//main栈需要80字节的栈空间.seh_endprologue
call __main
movabsq $4611686018427387904, %rdx//0x4000000000000000，即浮点数2.0movabsq $4613937818241073152, %rax//0x3000000000000000，即浮点数3.0movq %rax,32(%rsp)//第5个参数3.0，即param_d2保存在栈空间上movl $3, %r9d//第4个参数3，即param_i2保存在r9d中(r9的低32位)movq %rdx, -24(%rbp)
movsd-24(%rbp), %xmm2//第3个参数2.0，即param_d1保存在xmm2中movss .LC2(%rip), %xmm1//第2个参数1.0(0x3f800000),保存在xmm1中movl $1, %ecx//第1个参数1，保存在ecx中(rcx的低32位)call func
func函数返回后，main函数将从xmm0中取出返回结果
call func
movq%xmm0, %rax//保存结果movq %rax, -8(%rbp)
movl $0, %eax//清空eax，回收main栈，恢复栈顶地址addq $80, %rsp
popq%rbp
ret
func函数的栈和操作数准备如下：
func:
pushq%rbp//保存rbp(main函数栈的基址).seh_pushreg %rbp
movq%rsp, %rbp//将main栈的栈顶指针作为被调用函数的栈基址.seh_setframe %rbp,0subq $32, %rsp//func栈需要32字节的栈空间.seh_stackalloc32.seh_endprologue
movl%ecx,16(%rbp)//将4个参数移动到栈底偏移16-40的空间(main栈的shadow space)movss %xmm1,24(%rbp)
movsd%xmm2,32(%rbp)
movl%r9d,40(%rbp)
movabsq $4613937818241073152, %rax//本地变量local_d2，即浮点数3.0movq %rax, -8(%rbp)//5个局部变量movl16(%rbp), %eax
movl%eax, -12(%rbp)
movl40(%rbp), %eax
movl%eax, -16(%rbp)
movl24(%rbp), %eax
movl%eax, -20(%rbp)
movq32(%rbp), %rax
movq%rax, -32(%rbp)
随后的func的运算过程如下：
movl -16(%rbp), %eax//local_i2 - local_i1subl -12(%rbp), %eax
pxor%xmm0, %xmm0//准备xmm0寄存器,按位异或，xmm0清零cvtsi2ss %eax, %xmm0
mulss-20(%rbp), %xmm0//local_f1 * (local_i2 - local_i1)cvtss2sd %xmm0, %xmm0
addsd-32(%rbp), %xmm0//local_d1 + local_f1 * (local_i2 - local_i1)subsd48(%rbp), %xmm0//local_d1 + local_f1 * (local_i2 - local_i1) - param_d2addsd -8(%rbp), %xmm0//local_d1 + local_f1 * (local_i2 - local_i1) - param_d2 + local_d2addq $32, %rsp//回收func栈，恢复栈顶地址popq %rbp
ret
根据以上代码分析，大概得出该程序调用栈结构：
这里没有考虑func函数再次调用其他函数而准备操作数的栈内容的情况，但结合main函数栈，大致可以得出栈的通用结构如下：
call_stub由generate_call_stub()解释成汇编代码，有兴趣的可以继续阅读call_stub的汇编代码进行分析。
下面对call_stub的汇编部分进行分析：
先来看下call_stub的调用栈结构：(注：本文实验是在windows_64位平台上实现的)
//Call stubs are used to call Java from C//return_from_Java 是紧跟在call *%eax后面的那条指令的地址//[ return_from_Java ] <--- rsp//-28 [ arguments ] <-- rbp - 0xe8//-26 [ saved xmm15 ] <-- rbp - 0xd8//-24 [ saved xmm14 ] <-- rbp - 0xc8//-22 [ saved xmm13 ] <-- rbp - 0xb8//-20 [ saved xmm12 ] <-- rbp - 0xa8//-18 [ saved xmm11 ] <-- rbp - 0x98//-16 [ saved xmm10 ] <-- rbp - 0x88//-14 [ saved xmm9 ] <-- rbp - 0x78//-12 [ saved xmm8 ] <-- rbp - 0x68//-10 [ saved xmm7 ] <-- rbp - 0x58//-9 [ saved xmm6 ] <-- rbp - 0x48//-7 [ saved r15 ] <-- rbp - 0x38//-6 [ saved r14 ] <-- rbp - 0x30//-5 [ saved r13 ] <-- rbp - 0x28//-4 [ saved r12 ] <-- rbp - 0x20//-3 [ saved rdi ] <-- rbp - 0x18//-2 [ saved rsi ] <-- rbp - 0x10//-1 [ saved rbx ] <-- rbp - 0x8//0 [ saved rbp ] <--- rbp,//1 [ return address ] <--- rbp + 0x08//2 [ ptr. to call wrapper ] <--- rbp + 0x10//3 [ result ] <--- rbp + 0x18//4 [ result_type ] <--- rbp + 0x20//5 [ method ] <--- rbp + 0x28//6 [ entry_point ] <--- rbp + 0x30//7 [ parameters ] <--- rbp + 0x38//8 [ parameter_size ] <--- rbp + 0x40//9 [ thread ] <--- rbp + 0x48
1.根据函数调用栈的结构：
在被调函数栈帧的栈底 %rbp + 8(栈地址向下增长，堆地址向上增长，栈底的正偏移值指向调用函数栈帧内容)保存着被调函数的传入参数，这里即：
JavaCallWrapper指针、返回结果指针、返回结果类型、被调用方法的methodOop、被调用方法的解释代码的入口地址、参数地址、参数个数。
StubRoutines::call_stub [0x0000000002400567,0x00000000024006cb[ (356bytes)//保存bp0x0000000002400567: push %rbp//更新栈顶地址0x0000000002400568: mov %rsp,%rbp//call_stub需要的栈空间大小为0xd80x000000000240056b: sub $0xd8,%rsp
2.rcx、rdx、r8d、r9d分别保存着传入call_stub的前4个参数，现在需要将其复制到栈上的shadow space中
//分别使用rcx、rdx、r8、r9来保存第1、2、3、4个参数，多出来的其他参数用栈空间来传递//使用xmm0-4来传递第1-4个浮点数参数//这里将参数复制到栈空间，这样call_stub的所有参数就在rbp + 0x10 ~ 0x48栈空间上0x0000000002400572: mov %r9,0x28(%rbp)0x0000000002400576: mov %r8d,0x20(%rbp)0x000000000240057a: mov %rdx,0x18(%rbp)0x000000000240057e: mov %rcx,0x10(%rbp)
3.将被调用者保存寄存器的值压入call_stub栈中：
;; save registers://依次保存rbx、rsi、rdi这三个被调用者保存的寄存器，随后保存r12-r15、XMM寄存器组xmm6-xmm150x0000000002400582: mov %rbx,-0x8(%rbp)0x0000000002400586: mov %r12,-0x20(%rbp)0x000000000240058a: mov %r13,-0x28(%rbp)0x000000000240058e: mov %r14,-0x30(%rbp)0x0000000002400592: mov %r15,-0x38(%rbp)0x0000000002400596: vmovdqu %xmm6,-0x48(%rbp)0x000000000240059b: vmovdqu %xmm7,-0x58(%rbp)0x00000000024005a0: vmovdqu %xmm8,-0x68(%rbp)0x00000000024005a5: vmovdqu %xmm9,-0x78(%rbp)0x00000000024005aa: vmovdqu %xmm10,-0x88(%rbp)0x00000000024005b2: vmovdqu %xmm11,-0x98(%rbp)0x00000000024005ba: vmovdqu %xmm12,-0xa8(%rbp)0x00000000024005c2: vmovdqu %xmm13,-0xb8(%rbp)0x00000000024005ca: vmovdqu %xmm14,-0xc8(%rbp)0x00000000024005d2: vmovdqu %xmm15,-0xd8(%rbp)0x00000000024005da: mov %rsi,-0x10(%rbp)0x00000000024005de: mov %rdi,-0x18(%rbp)//栈底指针的0x48偏移保存着thread对象，0x6d01a2c3(%rip)为异常处理入口0x00000000024005e2: mov0x48(%rbp),%r150x00000000024005e6: mov0x6d01a2c3(%rip),%r12 #0x000000006f41a8b0
4.call_stub的参数保存着Java方法的参数，现在就需要将参数压入call_stub栈中
/栈底指针的0x40偏移保存着参数的个数0x00000000024005ed: mov0x40(%rbp),%r9d//若参数个数为0，则直接跳转0x000000000240060d准备调用Java方法0x00000000024005f1: test %r9d,%r9d0x00000000024005f4: je0x000000000240060d//若参数个数不为0，则遍历参数，将所有参数压入本地栈//其中栈底指针的0x38偏移保存着参数的地址，edx将用作循环的迭代器0x00000000024005fa: mov0x38(%rbp),%r80x00000000024005fe: mov %r9d,%edx
;; loop://从第一个参数开始，将Java方法的参数压人本地栈/** i = parameter_size; //确保不等于0
* do{
* push(parameter[i]);
* i--;
* }while(i!=0);*/0x0000000002400601: mov (%r8),%rax0x0000000002400604: add $0x8,%r80x0000000002400608: dec %edx0x000000000240060a: push %rax0x000000000240060b: jne0x0000000002400601
5.调用Java方法的解释代码
;; prepare entry://栈底指针的0x28和0x30偏移分别保存着被调用Java方法的methodOop指针和解释代码的入口地址0x000000000240060d: mov0x28(%rbp),%rbx0x0000000002400611: mov0x30(%rbp),%rdx0x0000000002400615: mov %rsp,%r13//保存栈顶指针;; jump to run Java method:0x0000000002400618: callq *%rdx
6.准备保存返回结果，这里需要先根据不同的返回类型取出返回结果，然后保存到返回结果指针所指向的位置
;; prepare to save result://栈底指针的0x18和0x20偏移分别保存着返回结果的指针和结果类型0x000000000240061a: mov0x18(%rbp),%rcx0x000000000240061e: mov0x20(%rbp),%edx
;; handle result accord to different result_type:0x0000000002400621: cmp $0xc,%edx0x0000000002400624: je0x00000000024006b70x000000000240062a: cmp $0xb,%edx0x000000000240062d: je0x00000000024006b70x0000000002400633: cmp $0x6,%edx0x0000000002400636: je0x00000000024006bc0x000000000240063c: cmp $0x7,%edx0x000000000240063f: je0x00000000024006c2;; save resultforthe other result_type:0x0000000002400645: mov %eax,(%rcx)
下面分别为返回结果类型为long、float、double的情况
;;long类型返回结果保存:0x00000000024006b7: mov %rax,(%rcx)0x00000000024006ba: jmp0x0000000002400647;;float类型返回结果保存:0x00000000024006bc: vmovss %xmm0,(%rcx)0x00000000024006c0: jmp0x0000000002400647;;double类型返回结果保存:0x00000000024006c2: vmovsd %xmm0,(%rcx)0x00000000024006c6: jmpq0x0000000002400647
7.被调用者保存寄存器的恢复，以及栈指针的复位
;; restore registers:0x0000000002400647: lea -0xd8(%rbp),%rsp0x000000000240064e: vmovdqu -0xd8(%rbp),%xmm150x0000000002400656: vmovdqu -0xc8(%rbp),%xmm140x000000000240065e: vmovdqu -0xb8(%rbp),%xmm130x0000000002400666: vmovdqu -0xa8(%rbp),%xmm120x000000000240066e: vmovdqu -0x98(%rbp),%xmm110x0000000002400676: vmovdqu -0x88(%rbp),%xmm100x000000000240067e: vmovdqu -0x78(%rbp),%xmm90x0000000002400683: vmovdqu -0x68(%rbp),%xmm80x0000000002400688: vmovdqu -0x58(%rbp),%xmm70x000000000240068d: vmovdqu -0x48(%rbp),%xmm60x0000000002400692: mov -0x38(%rbp),%r150x0000000002400696: mov -0x30(%rbp),%r140x000000000240069a: mov -0x28(%rbp),%r130x000000000240069e: mov -0x20(%rbp),%r120x00000000024006a2: mov -0x8(%rbp),%rbx0x00000000024006a6: mov -0x18(%rbp),%rdi0x00000000024006aa: mov -0x10(%rbp),%rsi
;; back to old(caller) stack frame:0x00000000024006ae: add $0xd8,%rsp//栈顶指针复位0x00000000024006b5: pop %rbp//栈底指针复位0x00000000024006b6: retq
归纳出call_stub栈结构如下：
8.对于不同的Java方法，虚拟机在初始化时会生成不同的方法入口例程
(method entry point)来准备栈帧，这里以较常被使用的zerolocals方法入口为例，分析Java方法的栈帧结构与调用过程，入口例程目标代码的产生在InterpreterGenerator::generate_normal_entry()中：
(1).根据之前的分析，初始的栈结构如下：
获取传入参数数量到rcx中：
address InterpreterGenerator::generate_normal_entry(boolsynchronized) {//determine code generation flagsboolinc_counter = UseCompiler ||CountCompiledCalls;//ebx: methodOop//r13: sender spaddress entry_point =__ pc();constAddress size_of_parameters(rbx,
methodOopDesc::size_of_parameters_offset());constAddress size_of_locals(rbx, methodOopDesc::size_of_locals_offset());constAddress invocation_counter(rbx,
methodOopDesc::invocation_counter_offset()+InvocationCounter::counter_offset());constAddressaccess_flags(rbx, methodOopDesc::access_flags_offset());//get parameter size (always needed)__ load_unsigned_short(rcx, size_of_parameters);
其中methodOop指针被保存在rbx中，调用Java方法的sender sp被保存在r13中，参数大小保存在rcx中
(2).获取局部变量区的大小，保存在rdx中，并减去参数数量，将除参数以外的局部变量数量保存在rdx中(虽然参数作为局部变量是方法的一部分，但参数由调用者提供，这些参数应有调用者栈帧而非被调用者栈帧维护，即被调用者栈帧只需要维护局部变量中除了参数的部分即可)
//rbx: methodOop//rcx: size of parameters//r13: sender_sp (could differ from sp+WordSize if we were called via c2i )__ load_unsigned_short(rdx, size_of_locals);//get size of locals in words__ subl(rdx, rcx);//rdx = no. of additional locals
(3).对栈空间大小进行检查，判断是否会发生栈溢出
//see if we've got enough room on the stack for locals plus overhead.generate_stack_overflow_check();
(4).获取返回地址，保存在rax中(注意此时栈顶为调用函数call指令后下一条指令的地址)
//get return address__ pop(rax);
(5).由于参数在栈中由低地址向高地址是以相反的顺序存放的，所以第一个参数的地址应该是 rsp+rcx*8-8(第一个参数地址范围为 rsp+rcx*8-8 ~ rsp+rcx*8)，将其保存在r14中
//compute beginning of parameters (r14)__ lea(r14, Address(rsp, rcx, Address::times_8, -wordSize))
(6).为除参数以外的局部变量分配栈空间，若这些局部变量数量为0，那么就跳过这一部分处理，否则，将压入 maxlocals - param_size个0，以初始化这些局部变量
//该部分为一个loop循环//rdx - # of additional locals//allocate space for locals//explicitly initialize locals{
Label exit, loop;
__ testl(rdx, rdx);
__ jcc(Assembler::lessEqual, exit);//do nothing if rdx <= 0__ bind(loop);
__ push((int) NULL_WORD);//initialize local variables__ decrementl(rdx);//until everything initialized__ jcc(Assembler::greater, loop);
__ bind(exit);
}
这时栈的层次如下：
(7).将方法的调用次数保存在rcx/ecx中
//(pre-)fetch invocation countif(inc_counter) {
__ movl(rcx, invocation_counter);
}
(8).初始化当前方法的栈帧
//initialize fixed part of activation framegenerate_fixed_frame(false);
generate_fixed_frame()的实现如下：
__ push(rax);//save return address__ enter();//save old & set new rbp__ push(r13);//set sender sp__ push((int)NULL_WORD);//leave last_sp as null__ movptr(r13, Address(rbx, methodOopDesc::const_offset()));//get constMethodOop__ lea(r13, Address(r13, constMethodOopDesc::codes_offset()));//get codebase__ push(rbx);
保存返回地址，为被调用的Java方法准备栈帧，并将sender sp指针、last_sp(设置为0)压入栈，根据methodOop的constMethodOop成员将字节码指针保存到r13寄存器中，并将methodOop压入栈
}else{
__ push(0);//methodData}
__ movptr(rdx, Address(rbx, methodOopDesc::constants_offset()));
__ movptr(rdx, Address(rdx, constantPoolOopDesc::cache_offset_in_bytes()));
__ push(rdx);//set constant pool cache__ push(r14);//set locals pointerif(native_call) {
__ push(0);//no bcp}else{
__ push(r13);//set bcp}
__ push(0);//reserve word for pointer to expression stack bottom__ movptr(Address(rsp,0), rsp);//set expression stack bottom}
将methodData以0为初始值压入栈，根据methodOop的ConstantPoolOop成员将常量池缓冲地址压入栈，r14中保存着局部变量区(第一个参数的地址)指针，将其压入栈，此外如果调用的是native调用，那么字节码指针部分为0，否则正常将字节码指针压入栈，最后为栈留出一个字的表达式栈底空间，并更新rsp
最后栈的空间结构如下：
(9).增加方法的调用计数
//increment invocation count & check for overflowLabel invocation_counter_overflow;
Label profile_method;
Label profile_method_continue;if(inc_counter) {
generate_counter_incr(&invocation_counter_overflow,&profile_method,&profile_method_continue);if(ProfileInterpreter) {
__ bind(profile_method_continue);
}
}
(当调用深度过大会抛出StackOverFlow异常)
(10).同步方法的Monitor对象分配和方法的加锁(在汇编部分分析中没有该部分，如果对同步感兴趣的请自行分析)
if(synchronized) {//Allocate monitor and lock methodlock_method();
(11).JVM工具接口部分
//jvmti support__ notify_method_entry();
(12).跳转到第一条字节码的本地代码处执行
__ dispatch_next(vtos);
以上分析可能略显复杂，但重要的是明白方法的入口例程是如何为Java方法构造新的栈帧，从而为字节码的运行提供调用栈环境。
method entry point汇编代码的分析可以参考随后的一篇文章。