第34篇-解析invokeinterface字节码指令
- 2021 年 11 月 1 日
- 筆記
与invokevirtual指令类似，当没有对目标方法进行解析时，需要调用LinkResolver::resolve_invoke()函数进行解析，这个函数会调用其它一些函数完成方法的解析，如下图所示。
上图中粉色的部分与解析invokevirtual字节码指令有所区别，resolve_pool()函数及其调用的相关函数在介绍invokevirtual字节码指令时详细介绍过，这里不再介绍。
调用LinkResolver::resolve_invokeinterface()函数对字节码指令进行解析。函数的实现如下：
void LinkResolver::resolve_invokeinterface(
CallInfo& result,
Handle recv,
constantPoolHandle pool,
int index, // 指的是常量池缓存项的索引
TRAPS
) {
KlassHandle resolved_klass;
Symbol* method_name = NULL;
Symbol* method_signature = NULL;
KlassHandle current_klass;
// 解析常量池时，传入的参数pool（根据当前栈中要执行的方法找到对应的常量池）和
// index（常量池缓存项的缓存，还需要映射为原常量池索引）是有值的，根据这两个值能够
// 解析出resolved_klass和要查找的方法名称method_name和方法签名method_signature
resolve_pool(resolved_klass, method_name, method_signature, current_klass, pool, index, CHECK);
KlassHandle recvrKlass (THREAD, recv.is_null() ? (Klass*)NULL : recv->klass());
resolve_interface_call(result, recv, recvrKlass, resolved_klass, method_name, method_signature, current_klass, true, true, CHECK);
}
我们接着看resolve_interface_call()函数的实现，如下：
void LinkResolver::resolve_interface_call(
CallInfo& result,
Handle recv,
KlassHandle recv_klass,
KlassHandle resolved_klass,
Symbol* method_name,
Symbol* method_signature,
KlassHandle current_klass,
bool check_access,
bool check_null_and_abstract,
TRAPS
) {
methodHandle resolved_method;
linktime_resolve_interface_method(resolved_method, resolved_klass, method_name, method_signature, current_klass, check_access, CHECK);
runtime_resolve_interface_method(result, resolved_method, resolved_klass, recv, recv_klass, check_null_and_abstract, CHECK);
}
调用2个函数对方法进行解析。首先看linktime_resolve_interface_method()函数的实现。
调用linktime_resolve_interface_method()函数会调用LinkResolver::resolve_interface_method()函数，此函数的实现如下：
void LinkResolver::resolve_interface_method(
methodHandle& resolved_method,
KlassHandle resolved_klass,
Symbol* method_name,
Symbol* method_signature,
KlassHandle current_klass,
bool check_access,
bool nostatics,
TRAPS
) {
// 从接口和父类java.lang.Object中查找方法，包括静态方法
lookup_method_in_klasses(resolved_method, resolved_klass, method_name, method_signature, false, true, CHECK);
if (resolved_method.is_null()) {
// 从实现的所有接口中查找方法
lookup_method_in_interfaces(resolved_method, resolved_klass, method_name, method_signature, CHECK);
if (resolved_method.is_null()) {
// no method found
// ...
}
}
// ...
}
首先调用LinkResolver::lookup_method_in_klasses()函数进行方法查找，在之前介绍过invokevirtual字节码指令时介绍过这个函数，不过只介绍了与invokevirtual指令相关的处理逻辑，这里需要继续查看invokeinterface的相关处理逻辑，实现如下：
void LinkResolver::lookup_method_in_klasses(
methodHandle& result,
KlassHandle klass,
Symbol* name,
Symbol* signature,
bool checkpolymorphism,
// 对于invokevirtual来说，值为false，对于invokeinterface来说，值为true
bool in_imethod_resolve,
TRAPS
) {
Method* result_oop = klass->uncached_lookup_method(name, signature);
// 在接口中定义方法的解析过程中，忽略Object类中的静态和非public方法，如
// clone、finalize、registerNatives
if (
in_imethod_resolve &&
result_oop != NULL &&
klass->is_interface() &&
(result_oop->is_static() || !result_oop->is_public()) &&
result_oop->method_holder() == SystemDictionary::Object_klass() // 方法定义在Object类中
) {
result_oop = NULL;
}
if (result_oop == NULL) {
Array<Method*>* default_methods = InstanceKlass::cast(klass())->default_methods();
if (default_methods != NULL) {
result_oop = InstanceKlass::find_method(default_methods, name, signature);
}
}
// ...
result = methodHandle(THREAD, result_oop);
}
调用uncached_lookup_method()函数从当前类和父类中查找，如果没有找到或找到的是Object类中的不合法方法，则会调用find_method()函数从默认方法中查找。在Java8的新特性中有一个新特性为接口默认方法，该新特性允许我们在接口中添加一个非抽象的方法实现，而这样做的方法只需要使用关键字default修饰该默认实现方法即可。
uncached_lookup_method()函数的实现如下：
Method* InstanceKlass::uncached_lookup_method(Symbol* name, Symbol* signature) const {
Klass* klass = const_cast<InstanceKlass*>(this);
bool dont_ignore_overpasses = true;
while (klass != NULL) {
Method* method = InstanceKlass::cast(klass)->find_method(name, signature);
if ((method != NULL) && (dont_ignore_overpasses || !method->is_overpass())) {
return method;
}
klass = InstanceKlass::cast(klass)->super();
dont_ignore_overpasses = false; // 不要搜索父类中的overpass方法
}
return NULL;
}
从当前类和父类中查找方法。当从类和父类中查找方法时，调用find_method()函数，最终调用另外一个重载函数find_method()从InstanceKlass::_methods属性中保存的方法中进行查找；当从默认方法中查找方法时，调用find_method()函数从InstanceKlass::_default_methods属性中保存的方法中查找。重载的find_method()函数的实现如下：
Method* InstanceKlass::find_method(Array<Method*>* methods, Symbol* name, Symbol* signature) {
int hit = find_method_index(methods, name, signature);
return hit >= 0 ? methods->at(hit): NULL;
}
其实调用find_method_index()函数就是根据二分查找来找名称为name，签名为signature的方法，因为InstanceKlass::_methods和InstanceKlass::_default_methods属性中的方法已经进行了排序，关于这些函数中存储的方法及如何进行排序在《深入剖析Java虚拟机：源码剖析与实例详解（基础卷）》一书中详细介绍过，这里不再介绍。
调用的LinkResolver::runtime_resolve_interface_method()函数的实现如下：
void LinkResolver::runtime_resolve_interface_method(
CallInfo& result,
methodHandle resolved_method,
KlassHandle resolved_klass,
Handle recv,
KlassHandle recv_klass,
bool check_null_and_abstract, // 对于invokeinterface来说，值为false
TRAPS
) {
// ...
methodHandle sel_method;
lookup_instance_method_in_klasses(
sel_method,
recv_klass,
resolved_method->name(),
resolved_method->signature(),
CHECK);
if (sel_method.is_null() && !check_null_and_abstract) {
sel_method = resolved_method;
}
// ...
// 如果查找接口的实现时找到的是Object类中的方法，那么要通过vtable进行分派，所以我们需要
// 更新的是vtable相关的信息
if (!resolved_method->has_itable_index()) {
int vtable_index = resolved_method->vtable_index();
assert(vtable_index == sel_method->vtable_index(), "sanity check");
result.set_virtual(resolved_klass, recv_klass, resolved_method, sel_method, vtable_index, CHECK);
} else {
int itable_index = resolved_method()->itable_index();
result.set_interface(resolved_klass, recv_klass, resolved_method, sel_method, itable_index, CHECK);
}
}
当没有itable索引时，通过vtable进行动态分派；否则通过itable进行动态分派。
调用的lookup_instance_method_in_klasses()函数的实现如下：
void LinkResolver::lookup_instance_method_in_klasses(
methodHandle& result,
KlassHandle klass,
Symbol* name,
Symbol* signature,
TRAPS
) {
Method* result_oop = klass->uncached_lookup_method(name, signature);
result = methodHandle(THREAD, result_oop);
// 循环查找方法的实现，不会查找静态方法
while (!result.is_null() && result->is_static() && result->method_holder()->super() != NULL) {
KlassHandle super_klass = KlassHandle(THREAD, result->method_holder()->super());
result = methodHandle(THREAD, super_klass->uncached_lookup_method(name, signature));
}
// 当从拥有Itable的类或父类中找到接口中方法的实现时，result不为NULL，
// 否则为NULL，这时候就要查找默认的方法实现了，这也算是一种实现
if (result.is_null()) {
Array<Method*>* default_methods = InstanceKlass::cast(klass())->default_methods();
if (default_methods != NULL) {
result = methodHandle(InstanceKlass::find_method(default_methods, name, signature));
}
}
}
如上在查找默认方法实现时会调用find_method()函数，此函数在之前介绍invokevirtual字节码指令的解析过程时详细介绍过，这里不再介绍。
在LinkResolver::runtime_resolve_interface_method()函数的最后有可能调用CallInfo::set_interface()或CallInfo::set_virtual()函数，调用这两个函数就是将查找到的信息保存到CallInfo实例中。最终会在InterpreterRuntime::resolve_invoke()函数中根据CallInfo实例中保存的信息更新ConstantPoolCacheEntry相关的信息，如下：
switch (info.call_kind()) {
// ...
case CallInfo::itable_call:
cache_entry(thread)->set_itable_call(
bytecode,
info.resolved_method(),
info.itable_index());
break;
default: ShouldNotReachHere();
}
当CallInfo中保存的是itable的分派信息时，调用set_itable_call()函数，这个函数的实现如下：
void ConstantPoolCacheEntry::set_itable_call(
Bytecodes::Code invoke_code,
methodHandle method,
int index
) {
assert(invoke_code == Bytecodes::_invokeinterface, "");
InstanceKlass* interf = method->method_holder();
// interf一定是接口，而method一定是非final方法
set_f1(interf); // 对于itable，_f1保存的是表示接口的InstanceKlass
set_f2(index); // 对于itable，_f2保存的是itable索引
set_method_flags(as_TosState(method->result_type()),
0, // no option bits
method()->size_of_parameters());
set_bytecode_1(Bytecodes::_invokeinterface);
}
使用CallInfo实例中的信息更新ConstantPoolCacheEntry中的信息即可。
推荐阅读：
第2篇-JVM虚拟机这样来调用Java主类的main()方法
第13篇-通过InterpreterCodelet存储机器指令片段
第20篇-加载与存储指令之ldc与_fast_aldc指令（2）
第21篇-加载与存储指令之iload、_fast_iload等（3）
