快捷導(dǎo)航

高分面試從Hotspot源碼層面剖析java多態(tài)實(shí)現(xiàn)原理

更新時(shí)間：2022年01月26日 09:30:40 作者：子牙_公號(hào)硬核子牙

這篇文章主要為大家介紹了在面試中從Hotspot源碼層面來剖析java多態(tài)的實(shí)現(xiàn)原理，這樣回答薪資隨你開，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望大家多多加薪

上篇文章我給出了這道面試題的及格分的回答及七八十分的回答，今天我就告訴大家如果想回答得接近滿分，應(yīng)該怎么回答。因?yàn)闀?huì)設(shè)計(jì)到C++的虛表及C++的多態(tài)實(shí)現(xiàn)，如何這塊你不理解或不熟，面試中建議別拿出來說，免得碰到懂C++給你來個(gè)連環(huán)call把你問懵了。

這邊給大家補(bǔ)一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。我在昨天的文章里說：當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)OOP機(jī)制的時(shí)候，能夠想到多態(tài)的人，真特么太牛叉了。我給大家講一下我為什么這樣說?；蛘哒f，OOP三大機(jī)制為什么就是封裝、繼承、多態(tài)。這么幾十年了，沒加一個(gè)、減一個(gè)或改一個(gè)。

由于多態(tài)需要通過動(dòng)態(tài)綁定才能得以實(shí)現(xiàn)，而綁定通俗一點(diǎn)講就是讓不同的對(duì)象對(duì)同一個(gè)函數(shù)進(jìn)行調(diào)用，或者反過來講，就是讓同一個(gè)函數(shù)與不同的對(duì)象綁定起來，所以多態(tài)得以實(shí)現(xiàn)的一個(gè)大前提就是，編程語言必須是面向?qū)ο蟮?。同時(shí)，函數(shù)與對(duì)象相互綁定，意味著函數(shù)也屬于對(duì)象的一部分，這便具備了封裝的特性。因?yàn)橛辛朔庋b，才有了對(duì)象。同時(shí)，一個(gè)函數(shù)能夠綁定多個(gè)對(duì)象，意味著對(duì)各不同的對(duì)象具有相同的行為，這是繼承的含義。

因此，面向?qū)ο蟮娜筇匦匀币徊豢?。封裝與繼承其實(shí)是為了多態(tài)準(zhǔn)備的，或者說，封裝與繼承成全了多態(tài)，多態(tài)讓封裝與繼承的意義最大化。

C++是如何實(shí)現(xiàn)多態(tài)的

多態(tài)的實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在幾乎所有的編程語言都是基于虛表實(shí)現(xiàn)的，英文vtable。這里我沒有說全部，因?yàn)槲乙膊皇撬械恼Z言都了解哈，不敢亂說，免得遭噴。^_^

C++的虛表在哪呢？在new創(chuàng)建的對(duì)象的頭部。虛表里面存儲(chǔ)的是什么呢？是虛函數(shù)。C++這塊的知識(shí)我就不講太多了，很多小伙伴不了解C++，講多了沒必要，作為一名Java程序員，了解到這個(gè)程度夠了。

因?yàn)閔otshot主要是用C++寫的，講了C++的虛表，這張圖你應(yīng)該就能看懂了。

不然總有小伙伴問我：Java的類對(duì)應(yīng)的C++對(duì)象，為什么有C++級(jí)別的虛表啊。我沒看到哪里有這樣的代碼啊。

搞清楚了虛表，再來了解虛表分發(fā)就容易多了。虛表分發(fā)，其實(shí)就是通過虛表內(nèi)存地址拿到虛表記錄，然后通過函數(shù)名+內(nèi)含參數(shù)信息及返回值信息的簽名去虛表中找。因?yàn)槭菑那巴笳?，所以如果子類重寫了父類的方法，?huì)調(diào)用子類的方法。

C++的虛表分發(fā)，我只是簡單講了下，講多了大家沒概念。JVM的虛表分發(fā)，我等下會(huì)講得詳細(xì)一些。很多現(xiàn)象，如果不了解它的底層，是不是百思不得其解。有那么多為什么？為什么？^_^

所以Java雖好，底層也很重要。順便說下，虛表就是用數(shù)組實(shí)現(xiàn)的，沒有有些小伙伴想得那么復(fù)雜。

JVM中的虛表

JVM的虛表跟C++的虛表還不太一樣。不一樣體現(xiàn)在哪呢？研究虛表研究三個(gè)東西：虛表在哪、虛表是用什么結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的、虛表分發(fā)機(jī)制是怎樣的。JVM的虛表分發(fā)等下講，JVM的虛表也是用數(shù)組實(shí)現(xiàn)的，那這個(gè)不一樣就體現(xiàn)在虛表在哪？

Java的類，JVM中對(duì)應(yīng)的C++對(duì)象是klass模型。Java的對(duì)象，JVM中對(duì)應(yīng)的C++對(duì)象是oop模型。C++中的虛表在對(duì)象頭中，而JVM的虛表在klass模型的頭部，即Java類對(duì)象的頭部。這點(diǎn)區(qū)別一定要記住，這樣你才能理解Java對(duì)象的內(nèi)存布局。

問個(gè)問題：我們隨便定義的一個(gè)類，它有沒有JVM虛表呢？其實(shí)是有的。那是哪些方法的內(nèi)存地址呢？回答這個(gè)問題前先得搞明白：什么樣的方法會(huì)存入虛表。只有public、protect類型的，且不被static、final修飾的方法才能被多態(tài)調(diào)用，才會(huì)進(jìn)入虛表。因?yàn)镴ava中所有的類都是Object的子類，所以O(shè)bject中滿足這個(gè)條件的方法都會(huì)在每個(gè)類的虛表中。

又到了小伙伴不服氣環(huán)節(jié)。么事，上證據(jù)。具體怎么查看我就不講了，有點(diǎn)復(fù)雜。對(duì)hotspot沒一定的功力講了也沒概念。

Java是如何實(shí)現(xiàn)虛表分發(fā)

有些小伙伴不理解：我只會(huì)Java干活都沒問題呀，我為什么要學(xué)底層呢？那你想進(jìn)大廠跟優(yōu)秀的人成為同事嗎？你想成為別人眼中的大佬嗎？你希望在某個(gè)領(lǐng)域能有一定的名氣嗎……這些都需要實(shí)力來支撐。

有些小伙伴說：我手寫一個(gè)JVM干什么呢？那我就用我手寫的JVM來講解這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。這就是你有一個(gè)手寫JVM的意義之一。

JVM實(shí)現(xiàn)虛表分發(fā)，對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼指令有兩個(gè)：invokevirtual、invokeinterface。上篇文章咱們深入講解了invokeinterface，這篇文章咱們繼續(xù)拿這個(gè)指令來講這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。我們來看看JVM是如何分發(fā)的。其實(shí)一看執(zhí)行invokeinterface時(shí)的堆棧，你應(yīng)該就能明白了。

雖然invokeinterface后面的操作數(shù)是接口方法信息。但是真正的對(duì)象會(huì)作為this傳過來。所以在調(diào)用的時(shí)候，從操作數(shù)棧拿到真正的對(duì)象，然后通過對(duì)象頭中的類型指針拿到TestDuotai對(duì)應(yīng)的C++類對(duì)象，即klass模型。前面說了，虛表就在這個(gè)對(duì)象的頭部。然后通過函數(shù)名+內(nèi)含參數(shù)信息及返回值信息的簽名去虛表中找。因?yàn)槭菑那巴笳?，所以如果子類重寫了父類的方法，?huì)調(diào)用子類的方法。這就是JVM虛表分發(fā)的底層原理。