高分面试分析jvm如何实现多态
时间：2022-10-10 12:50:53 | 栏目：JAVA代码 | 点击：次
昨天就有一个小伙伴被一道面试题虐了，我也给了他一定深度的答案。但是我觉得不够，我觉得应该让小伙伴们像我一样，答题能答出惊喜感，于是就有了这篇文章。我会从Java层面到Hotshot源码层面再到C++层面，完整分析这个问题。
这道面试题在好一些的互联网公司，尤其是一二线，问到的概率非常大，建议小伙伴们把这篇文章吃透。
这样说，六十分
多态是面向对象的三大特性之一，我个人认为，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。
多态理论第一次有了具体实现是在第一款面向对象的编程语言中，这个语言可能很多人没听过：smalltalk。此后出现的只要具备OOP机制的语言，都或多或少模仿或借鉴了前面语言的OOP实现机制。C++有没有模仿或借鉴smalltalk，我不敢说，没特别研究过smalltalk。但是我敢说，Java的多态是几乎百分百模仿C++的多态实现的，不过做了一些细化。C++中只有直接调用、间接调用，而JVM通过不同的invoke指令来实现不同属性的方法调用，这点后文会讲到。
那什么是多态呢，满足下面这几个条件就可以称为多态：
1、继承了某个类、实现了某个接口
2、重写父类的方法、实现接口中的方法
3、父类引用指向子类对象
其实面试官问的这个问题，你这样回答也算就着他这个问题做了回答。但是显然，面试官想听的不是这些，而是父类引用指向子类对象，进行方法调用，这个JVM底层是如何实现的。面试题就是为了筛人，所以面试的时候，能答多深就答多深，绝对加分。
顺便说下，经常跟多态联系在一起的两个词：动态绑定、晚绑定。别到时面试官说这两个词，你一脸懵，那真的很掉分，面试官的脸色一下就暗淡灰沉下去了。当面试官看到你的第一眼，心里给了你60分钟时间来表现，这下直接掉到5分钟。更直接一点的，可能找个借口就走人了。
这样说，七八十分
C++中的间接调用与直接调用，JVM抽象成了4个指令来完成：
1、invokevirtual：咱们平时写代码调用方法，最常用的就是这个指令。这个指令用于调用public、protected修饰，且不被static、final修饰的方法。跟多态机制有关。
2、invokeinterface：跟invokevirtual差不多。区别是多态调用时，如果父类引用是对象，就用invokevirtual。如果父类引用是接口，就用这个。
3、invokespecial：只用于调用私有方法，构造方法。跟多态机制无关。
4、invokestatic：只用于调用静态方法。与多态机制无关。
跟面试官当然要扯点高逼格的对吧，那咱们就讲讲invokeinterface。这个指令为什么逼格高呢？因为它的底层实现比其他几个指令都要复杂，如图
其他的invoke指令的后面就是2个字节的操作数，拿着操作数去常量池中就可以找到类信息、方法信息。但是invokeinterface你会发现，它后面操作数占了4个字节，这4个字节还不全是常量池索引，一起看下这个指令的结构，上图：
这个指令格式我解释一下：
1、第二个字节跟第三个字节合起来是常量池的索引，对应常量池项JVM_CONSTANT_InterfaceMethodref，这里面包含接口的元信息、方法信息。
2、第四个字节是这个方法的参数个数。是不是有小伙伴觉得很奇怪，show方法没有参数呀，这边怎么是1，是JVM的bug？呵，如果JVM有这么低级的bug，JVM也不会有今天的地位了。非静态方法就算没有参数，也默认有一个，就是this指针。
其实这个参数个数完全没必要记录，可以通过解析方法的签名计算出来，不明白当时为什么做这样的设计。面试的时候这点记得说，很加分。其实字节码文件中有很多可以优化的点，后面准备共享这方面的面试题，没人想打我吧。^_^
3、第五个字节永远为0，历史原因遗留。我查了一些资料，得到的答案是：为额外的运算元预留空间。子牙老师表示这个字我都认识，但是它组合在一起表达的意思我真不懂，是不是我太菜了。哎，还是太菜了。
有些小伙伴可能就想：答到这个份上才七八十分？那后面还能怎么说哦。咱们现在才只说到invokeinterface指令，那这个指令是怎么找到要调用的方法的呢？JVM的虚表机制到底是什么样的呢？又是怎么与C++的虚表机制合二为一的呢？虚表分发机制又是怎样的呢？这些才是这个问题的精髓。
这点就留到下篇文章写吧。文章太长，读起来也疲惫。