Java - instanceof 关键字是如何实现的？

Posted 2021-05-22 Lux_Sun

在进入正题前先得提一句：既然楼主提问的背景是“被面试问到”，那很重要的一点是揣摩面试官提问的意图。按照楼主的简单描述，面试官问的是“Java的instanceof关键字是如何实现的”，那要选择怎样的答案就得看面试官有怎样的背景。比较安全的应对方法是请求面试官澄清/细化他的问题——他想要的“底层”底到什么程度。

情形1

你在面月薪3000以下的Java码农职位。如果面试官也只是做做Java层开发的，他可能只是想让你回答Java语言层面的 instanceof 运算符的语义。Java语言的“意思”就已经是“底层”。这样的话只要参考Java语言规范对 instanceof 运算符的定义就好：
15.20.2 Type Comparison Operator instanceof，Java语言规范Java SE 7版，当然这实际上回答的不是“如何实现的”，而是“如何设计的”。但面试嘛⋯如果用Java的伪代码来表现Java语言规范所描述的运行时语义，会是这样：

// obj instanceof T
boolean result;
if (obj == null) {
  result = false;
} else {
  try {
      T temp = (T) obj; // checkcast
      result = true;
  } catch (ClassCastException e) {
      result = false;
  }
}

用中文说就是：如果有表达式 obj instanceof T ，那么如果 obj 不为 null 并且 (T) obj 不抛 ClassCastException 异常则该表达式值为 true ，否则值为 false 。
注意这里完全没提到JVM啊Class对象啊啥的。另外要注意 instanceof 运算符除了运行时语义外还有部分编译时限制，详细参考规范。

如果这样回答被面试官说“这不是废话嘛”，请见情形2。 

 

情形2

你在面月薪6000-8000的Java研发职位。面试官也知道JVM这么个大体概念，但知道的也不多。JVM这个概念本身就是“底层”。JVM有一条名为 instanceof 的指令，而Java源码编译到Class文件时会把Java语言中的 instanceof 运算符映射到JVM的 instanceof 指令上。

你可以知道Java的源码编译器之一javac是这样做的：

1. instanceof 是javac能识别的一个关键字，对应到Token.INSTANCEOF的token类型。做词法分析的时候扫描到"instanceof"关键字就映射到了一个Token.INSTANCEOF token。jdk7u/jdk7u/langtools: 5c9759e0d341 src/share/classes/com/sun/tools/javac/parser/Token.java
2. 该编译器的抽象语法树节点有一个JCTree.JCInstanceOf类用于表示instanceof运算。做语法分析的时候解析到instanceof运算符就会生成这个JCTree.JCInstanceof类型的节点。jdk7u/jdk7u/langtools: 5c9759e0d341 src/share/classes/com/sun/tools/javac/parser/JavacParser.java term2Rest()
3. 中途还得根据Java语言规范对instanceof运算符的编译时检查的规定把有问题的情况找出来。
4. 到最后生成字节码的时候为JCTree.JCInstanceof节点生成instanceof字节码指令。jdk7u/jdk7u/langtools: 5c9759e0d341 src/share/classes/com/sun/tools/javac/jvm/Gen.java visitTypeTest()

（Java语言君说：“instanceof 这问题直接交给JVM君啦”）（面试官：你还给我废话⋯给我进情形3！）

其实能回答到这层面就已经能解决好些实际问题了，例如说需要手工通过字节码增强来实现一些功能的话，知道JVM有这么条 instanceof 指令或许正好就能让你顺利的使用 ASM 之类的库完成工作。