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JVM的多态是如何实现的原创

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哈喽,我是子牙。十余年技术生涯,一路披荆斩棘从技术小白到技术总监到JVM专家到创业。技术栈如汇编、C语言、C++、Windows内核、Linux内核。特别喜欢研究虚拟机底层实现,对JVM有深入研究。分享的文章偏硬核,很硬的那种。

 

手撸过JVM、内存池、垃圾回收算法、synchronized、线程池、NIO…

 

 

最近正在写三色标记算法 ^_^

 

昨天就有一个小伙伴被一道面试题虐了,我也给了他一定深度的答案。但是我觉得不够,我觉得应该让小伙伴们像我一样,答题能答出惊喜感,于是就有了这篇文章。我会从Java层面到Hotshot源码层面再到C++层面,完整分析这个问题。

 

这道面试题在好一些的互联网公司,尤其是一二线,问到的概率非常大,建议小伙伴们把这篇文章吃透。

 

 

这样说,六十分

 

多态是面向对象的三大特性之一,我个人认为,当时设计OOP机制的时候,能够想到多态的人,真特么太牛叉了。

 

多态理论第一次有了具体实现是在第一款面向对象的编程语言中,这个语言可能很多人没听过:**alltalk。此后出现的只要具备OOP机制的语言,都或多或少模仿或借鉴了前面语言的OOP实现机制。C++有没有模仿或借鉴**alltalk,我不敢说,没特别研究过**alltalk。但是我敢说,Java的多态是几乎百分百模仿C++的多态实现的,不过做了一些细化。C++中只有直接调用、间接调用,而JVM通过不同的invoke指令来实现不同属性的方法调用,这点后文会讲到。

 

那什么是多态呢,满足下面这几个条件就可以称为多态:

1、继承了某个类、实现了某个接口

2、重写父类的方法、实现接口中的方法

3、父类引用指向子类对象

 

 

其实面试官问的这个问题,你这样回答也算就着他这个问题做了回答。但是显然,面试官想听的不是这些,而是父类引用指向子类对象,进行方法调用,这个JVM底层是如何实现的。面试题就是为了筛人,所以面试的时候,能答多深就答多深,绝对加分。

 

顺便说下,经常跟多态联系在一起的两个词:动态绑定、晚绑定。别到时面试官说这两个词,你一脸懵,那真的很掉分,面试官的脸色一下就暗淡灰沉下去了。当面试官看到你的第一眼,心里给了你60分钟时间来表现,这下直接掉到5分钟。更直接一点的,可能找个借口就走人了。

 

这样说,七八十分

 

C++中的间接调用与直接调用,JVM抽象成了4个指令来完成:

1、invokevirtual:咱们平时写代码调用方法,最常用的就是这个指令。这个指令用于调用public、protected修饰,且不被static、final修饰的方法。跟多态机制有关。

2、invokeinterface:跟invokevirtual差不多。区别是多态调用时,如果父类引用是对象,就用invokevirtual。如果父类引用是接口,就用这个。

3、invokespecial:只用于调用私有方法,构造方法。跟多态机制无关。

4、invokestatic:只用于调用静态方法。与多态机制无关。

 

跟面试官当然要扯点高逼格的对吧,那咱们就讲讲invokeinterface。这个指令为什么逼格高呢?因为它的底层实现比其他几个指令都要复杂,如图

 

 

其他的invoke指令的后面就是2个字节的操作数,拿着操作数去常量池中就可以找到类信息、方法信息。但是invokeinterface你会发现,它后面操作数占了4个字节,这4个字节还不全是常量池索引,一起看下这个指令的结构,上图:

 

 

这个指令格式我解释一下:

1、第二个字节跟第三个字节合起来是常量池的索引,对应常量池项JVM_CONSTANT_InterfaceMethodref,这里面包含接口的元信息、方法信息。

2、第四个字节是这个方法的参数个数。是不是有小伙伴觉得很奇怪,show方法没有参数呀,这边怎么是1,是JVM的bug?呵,如果JVM有这么低级的bug,JVM也不会有今天的地位了。非静态方法就算没有参数,也默认有一个,就是this指针。

 

其实这个参数个数完全没必要记录,可以通过解析方法的签名计算出来,不明白当时为什么做这样的设计。面试的时候这点记得说,很加分。其实字节码文件中有很多可以优化的点,后面准备共享这方面的面试题,没人想打我吧。^_^

 

 

3、第五个字节永远为0,历史原因遗留。我查了一些资料,得到的答案是:为额外的运算元预留空间。子牙老师表示这个字我都认识,但是它组合在一起表达的意思我真不懂,是不是我太菜了。哎,还是太菜了。

 

有些小伙伴可能就想:答到这个份上才七八十分?那后面还能怎么说哦。咱们现在才只说到invokeinterface指令,那这个指令是怎么找到要调用的方法的呢?JVM的虚表机制到底是什么样的呢?又是怎么与C++的虚表机制合二为一的呢?虚表分发机制又是怎样的呢?这些才是这个问题的精髓。

 

这样说,薪资随你开

 

不知不觉写了这么多了,这点就留到下篇文章写吧。

 

文章太长,读起来也疲惫。

 

你好,我是子牙。十余年技术生涯,一路披荆斩棘从小白到技术总监到大厂中间件到创业。技术栈如汇编、C语言、C++、Windows内核、Linux内核及特别喜欢研究虚拟机底层实现,对JVM有深入研究。分享的文章偏硬核,很硬的那种。不考虑交个朋友吗?关注硬核子牙:

 

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子牙_公号硬核子牙

对编程语言的设计与实现有浓厚兴趣。聚焦Hotspot源码、Linux内核研究,硬核干货分享

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