方法的虚分派(virtual dispatch)和方法表(method table)
2014-02-23 21:12
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Java方法调用的虚分派
JUN 2ND, 2013 | COMMENTS本文通过介绍 Java 方法调用的虚分派,来加深对 Java 多态实现的理解。需要预先理解 Java 字节码和 JVM 的基本框架。
虚分配(Virtual Dispatch)
首先从字节码中对方法的调用说起。Java 的 bytecode 中方法的调用实现分为四种指令:1.invokevirtual 为最常见的情况,包含 virtual dispatch 机制;
2.invokespecial 是作为对 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 指令,它涉及到了多态的特性,使用 virtual dispatch 做方法调用。
virtual dispatch 机制会首先从 receiver(被调用方法的对象)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,而不是依赖于引用的类型。
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。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 | 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()); } } |
1 2 3 | Hello,world Hello,le monde Bonjour,le monde |
第二行对于 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,但这是虚分派的结果,虚分派不管引用类型的,只查被调用对象的类型。
既然虚分派机制是从被调用对象本身的类开始查找,那么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
1 2 34 | 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()); } } |
1 2 3 | ALOAD 0: this INVOKESPECIAL Greeting.target() : String ARETURN |
方法表(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,使用了方法表机制实现虚分派,而有时候,为了节省内存可能不采用方法表的实现。
不要被方法表这个名字迷惑,它并不是记录所有方法的表。它是为虚分派服务,不会记录用 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,给类分配相应的方法表内存空间。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。(关于链接的更多信息,参见博文《Java
类的装载、链接和初始化》)
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,会执行解析,将符号索引替换为对应的直接索引)。
由于 invokevirtual 调用的方法在对应的类的方法表中都有固定的位置,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)
invokeinterface 与 invokevirtual 的比较
当使用 invokeinterface 来调用方法时,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 访问明显慢很多。
参考资料
《Inside the Java2 Virtual Machine》原文地址:http://biaobiaoqi.github.com/blog/2013/06/02/virtual-dispatch-and-method-table-in-java/
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