【JVM】字节码技术：手撕 多态执行原理

一、源文件

package org.example.classLoading;

import java.io.IOException;
/**
 * 演示多态原理，注意加上下面的 JVM 参数，禁用指针压缩
 * -XX:-UseCompressedOops -XX:-UseCompressedClassPointers
 */
public class PolymorphicTest {
    public static void test(Animal animal){
        animal.eat();
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        test(new Cat());
        test(new Dog());
        System.in.read();
    }
}

abstract class Animal {
    public abstract void eat();

    @Override
    public String toString() {
        return "我是"+this.getClass().getSimpleName();
    }
}
class Dog extends Animal{
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("啃骨头");
    }
}
class Cat extends Animal{
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("吃鱼");
    }
}
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二、运行代码

停在 System.in.read() 方法上，这时运行 jps 获取进程 id：4268

PS F:\software\IDEA\JavaProjects\JvmTest> jps
5956 Launcher
10956
17596 Jps
4268 PolymorphicTest
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三、运行HSDB工具

进入 JDK 安装目录，执行

F:\software\Java\jdk1.8.0_333>java -cp ./lib/sa-jdi.jar sun.jvm.hotspot.HSDB
1

进入图形界面 attach 进程 id

四、查找某个对象

打开 Tools -> Find Object By Query

输入 select d from org.example.classLoading.Dog d 点击 Execute 执行

五、查看对象内存结构

点击 0x0000020f086acd98 可以看到对象的内存结构。此对象没有任何属性，因此只有对象头的 16 字节。

前 8 字节是 MarkWord，后 8 字节就是对象的 Class指针 。目前看不到 Class对象 的实际地址

六、查看对象Class的内存地址

方式一：连接前面第五节

可以通过 Windows -> Console 进入命令行模式，执行下面命令查找对象中word的内存地址

mem 0x0000020f086acd98 2
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命令中有两个参数。参数 1 是对象地址，参数 2 是查看 2 行（即 16 字节）

结果中第二行 0x0000020f373d4128 即为 Class对象 的内存地址

方式二

Tools -> Class Browser 输入 Dog 查找，可以得到相同的结果：0x0000020f373d4128

七、查看类的多态方法表

Alt+R 进入 Inspector 工具，输入刚才的 Class对象 内存地址，看到如下界面

无论通过哪种方法，都可以找到 Dog Class对象 内存地址。发现 vtable 长度为 6，意思就是 Dog 类有 6 个虚方法（多态相关的。final，static 不会列入）

那么这 6 个方法都是谁呢？从 Class 的起始地址开始算，偏移 0x1b8 就是 vtable 的起始地址，进行计算得到：

0x0000020f373d4128
			   1b8 +
--------------------
0x0000020f373d42e0
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通过 Windows -> Console 进入命令行模式，执行下面命令。得到了 6 个虚方法的入口地址

mem 0x0000020f373d42e0 6
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八、验证方法地址

通过 Tools -> Class Browser 查看每个类的方法定义，比较可知：

1. Dog - public void eat() @0x0000020f373d40d0

   

2. Animal - public java.lang.String toString() @0x0000020f373d36a8

   

3. Object - protected void finalize() @0x0000020f36fd1b10

4. Object - public boolean equals(java.lang.Object) @0x0000020f36fd15e8

5. Object - public native int hashCode() @0x0000020f36fd1540

6. Object - protected native java.lang.Object clone() @0x0000020f36fd1678

   

九、小结

当执行 invokevirtual 指令时

1. 先通过栈帧中的对象引用找到对象
2. 分析对象头，找到对象的 实际Class
3. Class 结构中有 vtable，它在类加载的链接阶段就已经根据方法的重写规则生成好了
4. 查vtable表 得到方法的具体地址
5. 执行方法的字节码