高分面试从Hotspot源码层面剖析java多态实现原理

目录
  • C++是如何实现多态的
  • JVM中的虚表
  • Java是如何实现虚表分发

本篇文章是接上篇文章【JVM的多态是如何实现的】写的，如果你还没看过，墙裂都建议你看一下。

传送门  高分面试分析jvm如何实现多态

上篇文章我给出了这道面试题的及格分的回答及七八十分的回答，今天我就告诉大家如果想回答得接近满分，应该怎么回答。因为会设计到C++的虚表及C++的多态实现，如何这块你不理解或不熟，面试中建议别拿出来说，免得碰到懂C++给你来个连环call把你问懵了。

这边给大家补一个知识点。我在昨天的文章里说：当时设计OOP机制的时候，能够想到多态的人，真特么太牛叉了。我给大家讲一下我为什么这样说。或者说，OOP三大机制为什么就是封装、继承、多态。这么几十年了，没加一个、减一个或改一个。

由于多态需要通过动态绑定才能得以实现，而绑定通俗一点讲就是让不同的对象对同一个函数进行调用，或者反过来讲，就是让同一个函数与不同的对象绑定起来，所以多态得以实现的一个大前提就是，编程语言必须是面向对象的。同时，函数与对象相互绑定，意味着函数也属于对象的一部分，这便具备了封装的特性。因为有了封装，才有了对象。同时，一个函数能够绑定多个对象，意味着对各不同的对象具有相同的行为，这是继承的含义。

因此，面向对象的三大特性缺一不可。封装与继承其实是为了多态准备的，或者说，封装与继承成全了多态，多态让封装与继承的意义最大化。

C++是如何实现多态的

多态的实现，现在几乎所有的编程语言都是基于虚表实现的，英文vtable。这里我没有说全部，因为我也不是所有的语言都了解哈，不敢乱说，免得遭喷。^_^

C++的虚表在哪呢？在new创建的对象的头部。虚表里面存储的是什么呢？是虚函数。C++这块的知识我就不讲太多了，很多小伙伴不了解C++，讲多了没必要，作为一名Java程序员，了解到这个程度够了。

因为hotshot主要是用C++写的，讲了C++的虚表，这张图你应该就能看懂了。

不然总有小伙伴问我：Java的类对应的C++对象，为什么有C++级别的虚表啊。我没看到哪里有这样的代码啊。

搞清楚了虚表，再来了解虚表分发就容易多了。虚表分发，其实就是通过虚表内存地址拿到虚表记录，然后通过函数名+内含参数信息及返回值信息的签名去虚表中找。因为是从前往后找，所以如果子类重写了父类的方法，会调用子类的方法。

C++的虚表分发，我只是简单讲了下，讲多了大家没概念。JVM的虚表分发，我等下会讲得详细一些。很多现象，如果不了解它的底层，是不是百思不得其解。有那么多为什么？为什么？^_^

所以Java虽好，底层也很重要。顺便说下，虚表就是用数组实现的，没有有些小伙伴想得那么复杂。

JVM中的虚表

JVM的虚表跟C++的虚表还不太一样。不一样体现在哪呢？研究虚表研究三个东西：虚表在哪、虚表是用什么结构实现的、虚表分发机制是怎样的。JVM的虚表分发等下讲，JVM的虚表也是用数组实现的，那这个不一样就体现在虚表在哪？

Java的类，JVM中对应的C++对象是klass模型。Java的对象，JVM中对应的C++对象是oop模型。C++中的虚表在对象头中，而JVM的虚表在klass模型的头部，即Java类对象的头部。这点区别一定要记住，这样你才能理解Java对象的内存布局。

问个问题：我们随便定义的一个类，它有没有JVM虚表呢？其实是有的。那是哪些方法的内存地址呢？回答这个问题前先得搞明白：什么样的方法会存入虚表。只有public、protect类型的，且不被static、final修饰的方法才能被多态调用，才会进入虚表。因为Java中所有的类都是Object的子类，所以Object中满足这个条件的方法都会在每个类的虚表中。

又到了小伙伴不服气环节。么事，上证据。具体怎么查看我就不讲了，有点复杂。对hotspot没一定的功力讲了也没概念。

Java是如何实现虚表分发

有些小伙伴不理解：我只会Java干活都没问题呀，我为什么要学底层呢？那你想进大厂跟优秀的人成为同事吗？你想成为别人眼中的大佬吗？你希望在某个领域能有一定的名气吗……这些都需要实力来支撑。

有些小伙伴说：我手写一个JVM干什么呢？那我就用我手写的JVM来讲解这个知识点。这就是你有一个手写JVM的意义之一。

JVM实现虚表分发，对应的字节码指令有两个：invokevirtual、invokeinterface。上篇文章咱们深入讲解了invokeinterface，这篇文章咱们继续拿这个指令来讲这个知识点。我们来看看JVM是如何分发的。其实一看执行invokeinterface时的堆栈，你应该就能明白了。

虽然invokeinterface后面的操作数是接口方法信息。但是真正的对象会作为this传过来。所以在调用的时候，从操作数栈拿到真正的对象，然后通过对象头中的类型指针拿到TestDuotai对应的C++类对象，即klass模型。前面说了，虚表就在这个对象的头部。然后通过函数名+内含参数信息及返回值信息的签名去虚表中找。因为是从前往后找，所以如果子类重写了父类的方法，会调用子类的方法。这就是JVM虚表分发的底层原理。

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