Java：方法的虚分派(virtual dispatch)和方法表（method table）

Virtual Dispatch

首先从字节码中对方法的调用说起。

java的bytecode中对方法的调用实现分为四种情况：

1.invokevirtual 为最常见的情况，包含virtual dispatch机制；

2.invokespecial是作为private和构造方法的调用，绕过了virtual dispatch；

3.invokeinterface的实现跟invokevirtual类似。

4.invokestatic是对静态方法的调用。

其中最复杂的要属invokevirtual.

virtual dispatch机制会首先从receiver（调用该方法的对象）的类的实现中查找对应的方法，如果没找到，则去父类查找，直到找到函数并实现调用，而不是依赖于引用类型。

下面是一段有趣的代码。反映了virtual dispatch机制 和 一般的field访问的不同。

public class Greeting {
	String intro = "Hello";
	String target(){
		return "world";
	}
}

public class FrenchGreeting extends Greeting {
	String intro = "Bonjour";
	String target(){
		return "le monde";
	}
	
	
	public static void main(String[] args){
		Greeting english = new Greeting();
		Greeting french = new FrenchGreeting();
		
		System.out.println(english.intro + "," + english.target());
		System.out.println(french.intro + "," + french.target());
		System.out.println(((FrenchGreeting)french).intro + "," + ((FrenchGreeting)french).target());
	}
}

运行的结果为

Hello,world
Hello,le monde
Bonjour,le monde

其中的第二行是亮点。

对于intro这个filed的访问，直接指向了父类中的变量，因为引用类型为父类。

而对于target的方法调用，则是指向了子类中的方法，虽然引用类型也为父类，但这是virtual dispatch的结果，virtual dispatch不管引用类型的，只查receiver的类型。

既然 虚分派 机制是从receiver对象的子类开始查找，由此看来，对于一个覆盖了父类中某方法的子类的对象，是无法调用父类中那个被覆盖的方法的吗？

在虚分派机制中这确实是不可以的。但却可以通过invokespecial实现。如下代码

public class FrenchGreeting extends Greeting {
	String intro = "Bonjour";
	String target(){
		return "le monde";
	}
	
	public String func(){
		return super.target();
	}
	
	
	public static void main(String[] args){
		Greeting english = new Greeting();
		FrenchGreeting french = new FrenchGreeting();
		
		System.out.println(french.func());
		
	}
}

func()就成功的调用了父类的方法target，虽然target已经被子类重写了。怎么实现的？让我们看一看func方法中生成的字节码：

    ALOAD 0: this
    INVOKESPECIAL Greeting.target() : String
    ARETURN

原来如此，它是通过invokespecial 指令来调用的。

Method Table

介绍了虚分派，接下来介绍是它的一种实现方式 -- 方法表。类似于C++的虚函数表vtbl

在有的JVM实现中，使用了方法表（method table）机制实现虚分派（virtual dispatch）。（有时候，为了节省内存而不采用method table实现）

不要被method table这个名字迷惑，它显然不是记录所有method的表。它是为virtual dispatch服务，所以，排除了用invokestatic调用的静态方法和用invokespecial调用的构造函数和私有方法。

JVM会在链接类的过程中，给类分配相应的method table内存空间。每个类对应一个方法表。这些都是存在于method area区中的。这里与C++略有不同，C++中每个对象的第一个指针就是指向了相应的虚函数表。而java中每个对象索引到对应的类，在对应的类数据中对应一个方法表。（关于链接的详细信息，参见博文《java类的装载(Loading)、链接(Linking)和初始化(Initialization)》）

根据《Inside the Java2 Virtual Machine》中所描述，一种方法表的实现如下：

父类的方法比子类的方法先得到解析，即父类的方法相比子类的方法位于表的前列。表中每项对应于一个方法，索引到实际方法的实现代码上。如果子类重写了父类中某个方法的代码，则该方法第一次出现的位置的索引更换到子类的实现代码上，而不会在方法表中出现新的项。

JVM运行时，当代码索引到一个方法时，是根据它在方法表中的偏移量来实现访问的。（第一次执行到调用指令时，会将符号索引替换为对应的直接索引，执行解析）。由于invokevirtual调用的方法，在对应的类的method table中都有固定的位置，直接索引的值可以用偏移量来表示。（符号索引解析的最终目的是完成直接索引：对象方法和对象变量的调用都是用偏移量来表示直接索引的）

当使用invokeinterface来调用方法时，则没有那么幸运了。由于不同的类可以实现同一interface，我们无法确定在某个类中的inteface中的方法处在哪个位置。于是，也就无法解析 CONSTANT_intefaceMethodref-info为直接索引，而必须每次都执行一次在methodtable中的搜索了！

所以，在这种实现中，通过 invokeinterface访问方法比通过invokevirtual访问明显慢！