浅谈JVM系列之JIT中的Virtual Call

Virtual Call和它的本质

有用过PrintAssembly的朋友，可能会在反编译的汇编代码中发现有些方法调用的说明是invokevirtual，实际上这个invokevirtual就是Virtual Call。

Virtual Call是什么呢？

面向对象的编程语言基本上都支持方法的重写，我们考虑下面的情况：

private static class CustObj
{
    public void methodCall()
    {
        if(System.currentTimeMillis()== 0){
            System.out.println("CustObj is very good!");
        }
    }
}
private static class CustObj2 extends  CustObj
{
    public final void methodCall()
    {
        if(System.currentTimeMillis()== 0){
            System.out.println("CustObj2 is very good!");
        }
    }
}

我们定义了两个类，CustObj是父类CustObj2是子类。然后我们通一个方法来调用他们：

public static void doWithVMethod(CustObj obj)
{
    obj.methodCall();
}

因为doWithVMethod的参数类型是CustObj，但是我们同样也可以传一个CustObj2对象给doWithVMethod。

怎么传递这个参数是在运行时决定的，我们很难在编译的时候判断到底该如何执行。

那么JVM会怎么处理这个问题呢？

答案就是引入VMT(Virtual Method Table)，这个VMT存储的是该class对象中所有的Virtual Method。

然后class的实例对象保存着一个VMT的指针，执行VMT。

程序运行的时候首先加载实例对象，然后通过实例对象找到VMT，通过VMT再找到对应的方法地址。

Virtual Call和classic call

Virtual Call意思是调用方法的时候需要依赖不同的实例对象。而classic call就是直接指向方法的地址，而不需要通过VMT表的转换。

所以classic call通常会比Virtual Call要快。

那么在java中是什么情况呢？

在java中除了static, private和构造函数之外，其他的默认都是Virtual Call。

Virtual Call优化单实现方法的例子

有些朋友可能会有疑问了，java中其他方法默认都是Virtual Call，那么如果只有一个方法的实现，性能不会受影响吗？

不用怕，JIT足够智能，可以检测到这种情况，在这种情况下JIT会对Virtual Call进行优化。

接下来，我们使用JIT Watcher来进行Assembly代码的分析。

要运行的代码如下：

public class TestVirtualCall {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CustObj obj = new CustObj();
        for (int i = 0; i < 10000; i++)
        {
            doWithVMethod(obj);
        }
        Thread.sleep(1000);
    }

    public static void doWithVMethod(CustObj obj)
    {
        obj.methodCall();
    }

    private static class CustObj
    {
        public void methodCall()
        {
            if(System.currentTimeMillis()== 0){
                System.out.println("CustObj is very good!");
            }
        }
    }
}

上面的例子中我们只定义了一个类的方法实现。

在JIT Watcher的配置中，我们禁用inline,以免inline的结果对我们的分析进行干扰。

如果你不想使用JIT Watcher,那么可以在运行是添加参数-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly -XX:-Inline， 这里使用JIT Watcher是为了方便分析。

好了运行代码：

运行完毕，界面直接定位到我们的JIT编译代码的部分，如下图所示：

obj.methodCall相对应的byteCode中，大家可以看到第二行就是invokevirtual，和它对应的汇编代码我也在最右边标明了。

大家可以看到在invokevirtual methodCall的最下面，已经写明了optimized virtual_call,表示这个方法已经被JIT优化过了。

接下来，我们开启inline选项，再运行一次：

大家可以看到methodCall中的System.currentTimeMillis已经被内联到methodCall中了。

因为内联只会发生在classic calls中，所以也侧面说明了methodCall方法已经被优化了。

Virtual Call优化多实现方法的例子

上面我们讲了一个方法的实现，现在我们测试一下两个方法的实现：

public class TestVirtualCall2 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CustObj obj = new CustObj();
        CustObj2 obj2 = new CustObj2();
        for (int i = 0; i < 10000; i++)
        {
            doWithVMethod(obj);
            doWithVMethod(obj2);

        }
        Thread.sleep(1000);
    }

    public static void doWithVMethod(CustObj obj)
    {
        obj.methodCall();
    }

    private static class CustObj
    {
        public void methodCall()
        {
            if(System.currentTimeMillis()== 0){
                System.out.println("CustObj is very good!");
            }
        }
    }
    private static class CustObj2 extends  CustObj
    {
        public final void methodCall()
        {
            if(System.currentTimeMillis()== 0){
                System.out.println("CustObj2 is very good!");
            }
        }
    }
}

上面的例子中我们定义了两个类CustObj和CustObj2。

再次运行看下结果，同样的，我们还是禁用inline。

大家可以看到结果中，首先对两个对象做了cmp，然后出现了两个优化过的virtual call。

这里比较的作用就是找到两个实例对象中的方法地址，从而进行优化。

那么问题来了，两个对象可以优化，三个对象，四个对象呢？

我们选择三个对象来进行分析：

public class TestVirtualCall4 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CustObj obj = new CustObj();
        CustObj2 obj2 = new CustObj2();
        CustObj3 obj3 = new CustObj3();
        for (int i = 0; i < 10000; i++)
        {
            doWithVMethod(obj);
            doWithVMethod(obj2);
            doWithVMethod(obj3);

        }
        Thread.sleep(1000);
    }

    public static void doWithVMethod(CustObj obj)
    {
        obj.methodCall();
    }

    private static class CustObj
    {
        public void methodCall()
        {
            if(System.currentTimeMillis()== 0){
                System.out.println("CustObj is very good!");
            }
        }
    }
    private static class CustObj2 extends  CustObj
    {
        public final void methodCall()
        {
            if(System.currentTimeMillis()== 0){
                System.out.println("CustObj2 is very good!");
            }
        }
    }
    private static class CustObj3 extends  CustObj
    {
        public final void methodCall()
        {
            if(System.currentTimeMillis()== 0){
                System.out.println("CustObj3 is very good!");
            }
        }
    }
}

运行代码，结果如下：

总结

本文介绍了Virtual Call和它在java代码中的使用，并在汇编语言的角度对其进行了一定程度的分析。

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