JVM源码系列：java如何实现多态性，基于itable, vtable源码分析

Posted 2022-05-31 raintungli

在Java实现中我们常使用多态性，在java里主要是通过itable, vtable来实现准确的跳转。

Vtable: 虚拟函数表

该类所有函数自有函数（除了static, final）和 父类的函数虚拟表。

结构：

vtableEntry | vtableEntry |vtableEntry...

是以vtableEntry 结构体的数组顺序结构，在每个entry 中保存了所调用的函数的指针

（源码参考klassVtable.hpp）

举个例子：

 

class A 

public void A()

public void A(String a)



Class B extends A
public  void A()

public void B()

对于B的vtale: 就是 B.AA.A(String)B.B

 

 

如何初始化

当类初始化的时候，复制父类的虚拟表， 然后根据自己的顺序替换或者增加虚拟表的内容，

1. 如果overwrite函数,(方法名字，参数签名 完全一样)，也就是替换虚拟表相同顺序的内容

2. 如果overload函数（方法名字，参数签名完全不一样）/或者自己写的函数，顺序添加到虚拟表尾部

3. 特殊的mirandas，该类的实现的接口函数里的方法列表，如果函数名字和参数签名一样的话，认为是同一个，顺序的添加到虚拟表的最后

 

Itable: 接口函数表

该类所有实现接口的函数列表, 相对来说这个结构复杂一点 

itableOffsetEntry0itableOffsetEntry1...itableMethodEntry0itableMethodEntry1

itableOffsetEntry 保存的是interface,和对应的itableMethodEntry的偏移

itableMethodEntry保存的是实现的函数

源码参考（klassVtable.hpp）

初始化

接口中非public的，和abstract的方法是不会加到itable中去。

 

Java中的函数调用

调用方式

java中函数常见调用方式

 

_invokeinterface	调用接口函数 ex. interface A method b A.b
_invokevirtual	非private的一些方法
_invokespecial	private，构造器的一些方法，（个人认为可以包含final函数）
_invokestatic	static 方法

 

如何调用

 

根据前面的分析，我们可以知道 

invokeinterface 使用的是itable

invokevitual 使用的是vtable

invokesepical 直接调用不需要转换

invokestatic  直接调用不需要转换

 

jvm里面查找到正确的函数的方式

如果不是vitual,interface 调用，可以直接用cache->f1取到真实的函数

如果不是的话，

函数可以通过查找Java的栈，能找到具体执行的对象的所对应的class, 而对应的cache->f2 标识的是执行的函数编号。

如果是vitual 查找对应的vtable里的cache->f2 的函数编号， 这就是为什么vtable 首先先复制父对象的table。

如果是interface的调用，则使用itable。首先先遍历到对应的interface, 然后在通过interface 找到cache->f2 函数编号多对应的方法。

举个例子：

 

interface A 
 public void a();

class C implements A
public void a()


class B 
   public void test(A x)
       x.a();
    

 

x.a()的调用是invokeinterface

 

 

首先通过查找自己的栈，找到传过来的对象是C，然后查找 C的itable, 从itableOffsetEntry开始遍历，找到对应的class的位置，然后通过位移找到itableOffsetEntry对应的第一个itableMethodEntry，根据cache->f2的函数编号，找到对应的itableMethodEntry

具体实现参考 bytecodeInterpreter.cpp

 

为什么需要itable,而不是用vtable解决所有问题

一个类可以实现多个接口，而每个接口的函数编号是个自己相关的，vtable 无法解决多个对应接口的函数编号问题。而对继承一个类只能继承一个父亲，子类只要包含父类vtable，并且和父类的函数包含部分编号是一致的，就可以直接使用父类的函数编号找到对应的子类实现函数。

 

性能

接口调用, 多态调用，直接调用的性能也就可以显而易见了，invokeinterface 最慢，invokevitual中，invokespeical最快