klassVtable与klassItable

时间：2020-08-08 11:01:53 阅读：75 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

klassVtable与klassItable类用来实现Java方法的多态，也可以叫动态绑定，是指在应用执行期间通过判断接受对象的实际类型，根据实际类型调用对应的方法。C++为了实现多态，在对象中嵌入了虚函数表vtable，通过虚函数表来实现运行期的方法分派，这在之前介绍HotSpot的二分模型时简单介绍过，这里不再介绍C++的方法分派。

1、klassVtable类

C++中的vtable只包含虚函数，非虚函数在编译期就已经解析出正确的方法调用了。Java vtable除了虚方法外还包含了其他的非虚方法。

vtable中的一条记录用vtableEntry表示，该类在klassVtable.hpp文件中定义，只定义了一个属性Method* _method，所以说此类只是对Method*做了简单包装而已，提供了操作Method对象的方法。

访问vtable需要通过klassVtable类，该类在klassVtable.hpp文件中定义，提供了操作vtable的方法，如Method* method_at(int i)、int index_of(Method* m)等，其实现都是基于vtable的内存起始地址和内存偏移完成的。

klassVtable类的定义及属性的声明如下：

A klassVtable abstracts the variable-length(可变长度) vtable that is embedded in InstanceKlass and ArrayKlass.
klassVtable objects are used just as convenient transient accessors to the vtable,not to actually hold the vtable data.
Note: the klassVtable should not be accessed before the class has been verified(until that point, the vtable is uninitialized).

Currently a klassVtable contains a direct reference to the vtable data, and is therefore not preserved across GCs.
class klassVtable : public ResourceObj {
  KlassHandle  _klass;            // my klass
  int          _tableOffset;      // offset of start of vtable data within klass
  int          _length;           // length of vtable (number of entries)

  ...
}

属性的介绍如下：

（1）_klass：该vtable所属的klass

（2）_tableOffset：vtable在klass实例内存中的偏移量

（3）_length：vtable的长度，即vtableEntry的数量，因为一个vtableEntry实例只包含一个Method*，其大小等于字宽（一个指针的宽度），所以vtable的长度跟vtable以字宽为单位的内存大小相同

下面介绍一下vtableEntry类。

vtableEntry类的定义及属性的声明如下：

class vtableEntry VALUE_OBJ_CLASS_SPEC {
  ...
 private: 
  Method* _method;
  ...
};

这个类只是对_method进行了简单的封装。　

vtable表示是由一组变长（前面会有一个字段描述该表的长度）连续的vtableEntry元素构成的数组。其中每个vtableEntry封装了一个Method对象。在类初始化时，HotSpot将复制父类的vtable，然后根据自己定义的方法更新vtableEntry，或向vtable中添加新的vtableEntry对象。当Java方法重写父类方法时，HotSpot将更新vtable中表示被重写方法的vtableEntry，使其指向覆盖后的实现方法；如果是方法重载或者自身新增的方法，HotSpot将按顺序添加到vtable中。尚未提供实现的Java方法也放在了vtable中，因为没有实现，HotSpot没有为这个vtableEntry项分发具体的方法，这和C++的纯虚函数类似，不再赘述。调用类方法时，HotSpot通过ConstantPoolCacheEntry的_f2成员获取vtable中方法的索引，从而取到Method对象以便执行。关于ConstantPoolCacheEntry类及相关属性在后面会详细介绍。

2、klassItable

Java itable是Java接口函数表，为了方便查找某个接口对应的方法实现。itable的结构比vtable复杂，除了记录方法地址外还得记录该方法所属的接口类klass。

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itable表由偏移表和方法表两个表组成，这两个表都是变长的。每个offset table entry保存的是类实现的一个接口klassOop和该接口方法表所在的偏移位置；方法表method table entry元素保存的是实现的接口方法，方法在方法表的位置同样是使用ConstantPoolCacheEntry的_f2成员保存的。在初始化itable时，HotSpot将类实现的接口以及实现的方法填写在上述两张表中。接口中的非public方法和abstract方法（在vtable中占一个槽位）不放入itable中。调用接口方法时，HotSpot通过ConstantPoolCacheEntry的_f1成员拿到接口的klassOop，在itable的偏移表中逐一匹配，如果匹配上则获取它的方法表的位置，然后在方法表中通过ConstantPoolCacheEntry的_f2成员找到实现的方法Method。
类及属性的定义如下：

class klassItable : public ResourceObj {
 private:
  instanceKlassHandle  _klass;             // my klass
  int                  _table_offset;      // offset of start of itable data within klass (in words)
  int                  _size_offset_table; // size of offset table (in itableOffset entries)
  int                  _size_method_table; // size of methodtable (in itableMethodEntry entries)
  ...
}

该类包含4个属性：

（1）_klass：itable所属的Klass

（2）_table_offset：itable在所属Klass中的内存偏移量

（3）_size_offset_table：itable中itableOffsetEntry的数量

（4）_size_method_table：itable中itableMethodEntry的数量

方法所属的接口类klass地址用itableOffsetEntry表示，类的定义如下：

class itableOffsetEntry VALUE_OBJ_CLASS_SPEC {
 private:
  Klass*   _interface;
  int      _offset;
  ...
}

包含两个属性，如下：

（1） _interface：该方法所属的接口

（2）_offset：该接口下的第一个方法itableMethodEntry相对于所属Klass的偏移量

方法地址用itableMethodEntry表示，定义如下：

class itableMethodEntry VALUE_OBJ_CLASS_SPEC {
 private:
  Method*  _method;
  ...
}

跟vtableEntry一样，只包含了一个_method属性。

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和自己相关的，vtable 无法解决多个对应接口的函数编号问题。而一个子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。