执行引擎是虚拟机的核心，物理机的执行引擎建立在处理器/硬件/指令集/OS层面；虚拟机的执行引擎自行制定指令集。虚拟机规范制定了执行引擎的概念模型，也就是各种虚拟机执行引擎的统一外观（facade）：输入是字节码并执行。

一、运行时栈帧结构

栈帧存储方法的局部变量表，操作数栈，动态连接/方法返回地址/附加信息(统称栈帧信息)。栈顶栈帧又称为当前有效栈帧

1. 局部变量表

存放方法参数和局部变量值。最大容量在编译时确定并写入类文件 -- 方法的Code属性 -- max_locals。

局部变量表的最小单位是slot，每个slot能存放一个boolean/byte/char/reference类型的数据，两个slot存放一个double/long。reference类型用于查找对象在堆中的起始地址和查找类在方法区的存储信息。slot可重用，当代码执行离开局部变量的作用域时，该变量的slot可以分配给其他局部变量。实例方法局部变量表的第0个slot存储方法所属对象实例的引用，也就是this。

2. 操作数栈

最大深度在编译时确定并写入类文件-- 方法Code属性 -- max_stacks。方法开始执行时，操作数栈为空；执行过程中，字节码指令往操作数栈写入/提取内容。如iadd指令将栈顶两个int值出栈并相加，然后结果入栈。

概念模型中栈帧相互独立，但实现中会优化：下面栈帧的部分操作数栈与上面栈帧的部分局部变量表重叠，从而方法调用时可共用部分数据，省去额外的参数复制传递。

3. 栈帧元数据

1）动态连接：字节码中的方法调用指令参数为类文件-- 常量池-- 指向方法的符号引用，符号引用的解析分为静态解析/动态解析。静态解析：符号引用在类加载或者第一次使用时转化为直接引用；动态解析-动态连接：运行时转化为直接引用

2）方法返回地址：方法退出需要返回到调用方法的位置，操作如下：恢复上层方法的局部变量表和操作数栈，把返回值压入调用者堆栈的操作数栈，调整PC计数器的值指向方法调用指令后面一条指令。

3）附加信息：虚拟机规范允许实现增加规范中没有的额外信息

二、方法调用

方法调用就是确定被调用方法的版本的过程，也就把类文件中的方法符号引用转化为直接引用的过程。字节码指令：invokestatic/special/virtual/interface/dynamic等。

1. 解析调用

编译时确定的静态过程，在类加载的解析阶段就把符号引用转化为直接引用。包括静态方法/私有方法/实例构造函数/父类方法；对应指令invokestatic/special。

2. 分派调用（dispatch）

1）静态分派：依赖静态类型来确定方法执行版本，典型应用是重载：Human a=new Man(); Human是变量a的静态类型，Man是变量a的实际类型。sayHello(a);调用的是sayHello(Human human)而不是sayHello(Man man)；发生在编译阶段。在没有明确静态类型时存在模糊匹配，如‘a’

2）动态分派：依赖动态类型判断，典型应用时重写override，内部实现是invokevirtual找到对象的实际类型，并在类型中定位到调用方法。虽然final方法由invokevirtual调用，但final方法无法被覆盖，方法调用者无法进行多态选择。

虚拟机动态分配的实现：在类的方法区建立虚方法表，存放方法的实际入口地址，如果子类方法没有重写父类方法，则子类的虚方法表里的地址和父类相同；如果重写了，则替换为子类实现版本的入口；相同签名的方法在父类/子类的虚方法表中索引序号相同，方便类型变换时进行检索。方法表的初始化在类加载的初始化阶段完成。

3）单分派与多分派：方法的接受者（所属对象）和方法的参数统称为方法的宗量。根据分派基于多少种宗量划分单分派与多分派。

3. 动态类型语言支持

Invokestatic/special/virtual/interface指令，第一个参数都是被调用方法的符号引用，而动态语言运行时才确定接受者类型，因此不满足需求。jdk7在指令层面引入invokedynamic，在代码层面引入methodHandle(类方法指针)来支持动态类型语言。

4. 基于栈的字节码解释执行引擎

1）基于栈的指令集：Javac编译结果是基于栈的指令集架构，依赖操作数栈进行工作。计算1+1：入栈两个1，执行指令，出栈相加，结果入栈。优点是可移植：寄存器由硬件直接提供，程序直接依赖寄存器则受到硬件约束。虚拟机没有这个限制，可以自行决定把访问频繁的数据（程序计数器）放在寄存器以获取好的性能。缺点是执行速度相对慢，栈在内存中，频繁的栈访问意味着频繁的内存访问，优化手段如栈顶缓存等。

2）基于寄存器的指令集：x86指令集，依赖寄存器进行工作。计算1+1: 寄存器值设为1，add指令+1，结果保存在寄存器。

三、重载与重写

1）重载：boolean methodName(int input); boolean methodName(String input);

2）重写override，在子类中重写父类的方法

3）多态：虚方法，在调用方法之前不知道调用的是哪个对象的方法。接口A提供方法a，有三个实现类A1、A2、A3，都实现/重写了a方法。