Virtual Dispatch
首先从字节码中对方法的调用说起。
java的bytecode中对方法的调用实现分为四种情况:
1.invokevirtual 为最常见的情况,包含virtual dispatch机制;
2.invokespecial是作为private和构造方法的调用,绕过了virtual dispatch;
3.invokeinterface的实现跟invokevirtual类似。
4.invokestatic是对静态方法的调用。
其中最复杂的要属 invokevirtual .
virtual dispatch机制会首先从 receiver(调用该方法的对象)的类的实现中查找对应的方法,如果没找到,则去父类查找,直到找到函数并实现调用,而不是依赖于引用类型。
下面是一段有趣的代码。反映了virtual dispatch机制 和 一般的field访问的不同。
- public class Greeting {
-
String intro = "Hello";
- String target(){
-
return "world";
- }
- }
- public class FrenchGreeting extends Greeting {
-
String intro = "Bonjour";
- String target(){
-
return "le monde";
- }
-
-
-
public static void main(String[] args){
-
Greeting english = new Greeting();
-
Greeting french = new FrenchGreeting();
-
-
System.out.println(english.intro + "," + english.target());
-
System.out.println(french.intro + "," + french.target());
-
System.out.println(((FrenchGreeting)french).intro + "," + ((FrenchGreeting)french).target());
- }
- }
运行的结果为
- Hello,world
- Hello,le monde
- Bonjour,le monde
其中的第二行是亮点。
对于intro这个filed的访问,直接指向了父类中的变量,因为引用 类型为父类。
而对于target的方法调用,则是指向了子类中的方法,虽然引用类型也为父类,但这是virtual dispatch的结果,virtual dispatch不管引用类型的,只查receiver的类型。
既然 虚分派 机制是从receiver对象的子类开始查找,由此看来,对于一个覆盖了父类中某方法的子类的对象,是无法调用父类中那个被覆盖的方法的吗?
在虚分派机制中这确实是不可以的。但却可以通过invokespecial实现。如下代码
- public class FrenchGreeting extends Greeting {
-
String intro = "Bonjour";
- String target(){
-
return "le monde";
- }
-
-
public String func(){
-
return super.target();
- }
-
-
-
public static void main(String[] args){
-
Greeting english = new Greeting();
-
FrenchGreeting french = new FrenchGreeting();
-
- System.out.println(french.func());
-
- }
- }
func()就成功的调用了父类的方法target,虽然target已经被子类重写了。怎么实现的?让我们看一看func方法中生成的字节码:
- ALOAD 0: this
- INVOKESPECIAL Greeting.target() : String
- ARETURN
原来如此,它是通过invokespecial 指令来调用的。
Method Table
介绍了虚分派,接下来介绍是它的一种实现方式 -- 方法表。类似于C++的虚函数表vtbl
在有的JVM实现中,使用了方法表(method table)机制实现虚分派(virtual dispatch)。(有时候,为了节省内存而不采用method table实现)
不要被method table这个名字迷惑,它显然不是记录所有method的表。它是为virtual dispatch服务,所以,排除了用invokestatic调用的静态方法和用invokespecial调用的构造函数和私有方法。
JVM会在链接类的过程中,给类分配相应的method table内存空间。每个类对应一个方法表。这些都是存在于method area区中的。这里与C++略有不同,C++中每个对象的第一个指针就是指向了相应的虚函数表。而java中每个对象索引到对应的类,在对应的类数据中对应一个方法表。(关于链接的详细信息,参见博文《java类的装载(Loading)、链接(Linking)和初始化(Initialization)》)
根据《Inside the Java2 Virtual Machine》中所描述,一种方法表的实现如下:
父类的方法比子类的方法先得到解析,即父类的方法相比子类的方法位于表的前列。表中每项对应于一个方法,索引到实际方法的实现代码上。如果子类重写了父类中某个方法的代码,则该方法第一次出现的位置的索引更换到子类的实现代码上,而不会在方法表中出现新的项。
JVM运行时,当代码索引到一个方法时,是根据它在方法表中的偏移量来实现访问的。(第一次执行到调用指令时,会将符号索引替换为对应的直接索引,执行解析)。由于invokevirtual调用的方法,在对应的类的method table中都有固定的位置,直接索引的值可以用偏移量来表示。(符号索引解析的最终目的是完成直接索引:对象方法和对象变量的调用都是用偏移量来表示直接索引的)
当使用invokeinterface来调用方法时,则没有那么幸运了。由于不同的类可以实现同一interface,我们无法确定在某个类中的inteface中的方法处在哪个位置。于是,也就无法解析 CONSTANT_intefaceMethodref-info为直接索引,而必须每次都执行一次在methodtable中的搜索了!
所以,在这种实现中,通过 invokeinterface访问方法比通过invokevirtual访问明显慢!
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