HotSpot的類模型(4)
我們繼續接著上一篇 HotSpot的類模型(3)分析,這次主要分析表示java陣列的C++類。
4、ArrayKlass類
ArrayKlass繼承自Klass,是所有陣列類的抽象基類,類及重要屬性的定義如下:
class ArrayKlass: public Klass { ... private: int _dimension; // This is n'th-dimensional array. Klass* volatile _higher_dimension; // Refers the (n+1)'th-dimensional array (if present). Klass* volatile _lower_dimension; // Refers the (n-1)'th-dimensional array (if present). int _vtable_len; // size of vtable for this klass oop _component_mirror; // component type, as a java/lang/Class ... }
在Klass的基礎上增加的屬性如下表所示。
欄位 | 作用 |
_dimension | int型別,表示陣列的維度,記為n |
_higher_dimension | Klass指標,表示對n+1維陣列Klass的引用 |
_lower_dimension | Klass指標,表示對n-1維陣列Klass的引用 |
_vtable_len | int型別, 虛擬函式表的長度 |
_component_mirror | oop, 陣列元素對應的java/lang/Class物件的Oop |
_vtable_len的值為5,因為陣列是引用型別,父類為Object類,而Object類中有5個虛方法可被用來繼承和重寫,如下:
- void finalize()
- boolean equals(Object)
- String toString()
- int hashCode()
- Object clone()
_dimension、_higher_dimension與_lower_dimension對於一維及多維陣列的描述非常重要,屬性值的設定相對簡單,這裡不在介紹。
5、ArrayKlass類的子類
(1)TypeArrayKlass類
TypeArrayKlass是ArrayKlass的子類,用於表示陣列元素是基本型別的陣列
class TypeArrayKlass : public ArrayKlass { ... private: jint _max_length; // maximum number of elements allowed in an array ... }
_max_length表示該陣列允許的最大長度。
陣列類和普通類不同,陣列類沒有對應的Class檔案,所以陣列類是直接被虛擬機器建立的。HotSpot在初始化時就會建立好8個基本型別的一維陣列物件TypeArrayKlass。之前在講解HotSpot啟動時講到過,呼叫initializeJVM()方法初始化HotSpot,這個方法會最終呼叫到Universe::genesis()方法,在這個方法中初始化基本型別的一維陣列物件TypeArrayKlass。例如初始化boolean型別的一維陣列,呼叫語句如下:
_boolArrayKlassObj = TypeArrayKlass::create_klass(T_BOOLEAN, sizeof(jboolean), CHECK);
其中_boolArrayKlassObj是宣告在universe.cpp檔案中的全域性變數,如下:
Klass* Universe::_boolArrayKlassObj = NULL;
呼叫TypeArrayKlass::create_klass()方法建立TypeArrayKlass物件,具體就是呼叫TypeArrayKlass::create_klass()方法來完成,方法的實現如下:
TypeArrayKlass* TypeArrayKlass::allocate(ClassLoaderData* loader_data, BasicType type, Symbol* name, TRAPS) { assert(TypeArrayKlass::header_size() <= InstanceKlass::header_size(), "array klasses must be same size as InstanceKlass"); int x = TypeArrayKlass::header_size(); int size = ArrayKlass::static_size(x); // 呼叫的建構函式在下面 return new (loader_data, size, THREAD) TypeArrayKlass(type, name); }
非常類似於InstanceKlass等物件的建立,首先獲取需要記憶體的大小size,然後通過過載new運算子完成物件記憶體分配後,呼叫TypeArrayKlass初始化一些屬性,TypeArrayKlass的建構函式如下:
TypeArrayKlass::TypeArrayKlass(BasicType type, Symbol* name) : ArrayKlass(name) { int lh = array_layout_helper(type); set_layout_helper(lh); assert(oop_is_array(), "sanity"); assert(oop_is_typeArray(), "sanity"); set_max_length(arrayOopDesc::max_array_length(type)); // 設定陣列的最大長度 ... }
下面詳細介紹一下對_layout_helper屬性的設定。呼叫Klass::array_layout_helper()方法獲取_layout_helper屬性的值
jint Klass::array_layout_helper(BasicType etype) { assert(etype >= T_BOOLEAN && etype <= T_OBJECT, "valid etype"); // Note that T_ARRAY is not allowed here. int hsize = arrayOopDesc::base_offset_in_bytes(etype); // hsize表示陣列物件頭部大小 int esize = type2aelembytes(etype); // 對應型別儲存所需要的位元組數 bool isobj = (etype == T_OBJECT); int tag = isobj ? _lh_array_tag_obj_value : _lh_array_tag_type_value; int esz = exact_log2(esize); int lh = array_layout_helper(tag, hsize, etype, esz); return lh; }
關於_layout_helper在之前已經介紹過,由於T_BOOLEAN為基本型別,所以值為0xC0;hsize呼叫arrayOopDesc::base_offset_in_bytes()方法獲取,值為16,後面在講解arrayOopDesc時會介紹,陣列物件其實是由物件頭、物件欄位資料和對齊填充組成,而這裡獲取的就是物件頭的大小;esize表示對應型別儲存所需要的位元組數,對於T_BOOLEAN來說,只需要1個位元組即可,所以esz為0。最後呼叫array_layout_helper()方法按照約定組合成一個int型別的數字即可。array_layout_helper()方法的實現如下:
static jint array_layout_helper(jint tag, int hsize, BasicType etype, int log2_esize) { return (tag << _lh_array_tag_shift) // 左移30位 | (hsize << _lh_header_size_shift) // 左移16位 | ((int)etype << _lh_element_type_shift) // 左移1位 | (log2_esize << _lh_log2_element_size_shift); // 左移0位 }
另外還有對_component_mirror屬性的設定。對於一維基本型別的陣列來說,這個值是java.lang.Class物件。Class物件使用oop物件來表示,呼叫java_lang_Class::create_basic_type_mirror()方法獲取_component_mirror屬性的值,通過java_lang_Class::create_mirror()方法完成屬性的設定。例如獲取boolean型別的屬性值,呼叫語句如下:
void Universe::initialize_basic_type_mirrors(TRAPS) { ... _bool_mirror = java_lang_Class::create_basic_type_mirror("boolean",T_BOOLEAN, CHECK); ... }
方法create_basic_type_mirror()的實現如下:
oop java_lang_Class::create_basic_type_mirror(const char* basic_type_name, BasicType type, TRAPS) { // This should be improved by adding a field at the Java level or by // introducing a new VM klass (see comment in ClassFileParser) oop java_class = InstanceMirrorKlass::cast(SystemDictionary::Class_klass())->allocate_instance(NULL, CHECK_0); if (type != T_VOID) { Klass* aklass = Universe::typeArrayKlassObj(type); assert(aklass != NULL, "correct bootstrap"); set_array_klass(java_class, aklass); // 設定表示基本型別陣列的TypeArrayKlass的 } return java_class; }
通過InstanceMirrorKlass物件(表示java.lang.Class類)來建立oop(表示java.lang.Class物件),所以_component_mirror最終設定的就是這個oop。引用型別組成的一維或多維陣列的基本元素可以使用Klass物件來表示,如對於下面即將要介紹的Object[]來說,元素型別為Object,所以可以使用InstanceKlass來表示;基本型別組成的一維或多維陣列的基本元素沒有對應的Klass物件,所以只能使用Class物件來描述boolean、int等,這樣就會與表示Class物件的InstanceMirrorKlass物件產生關係,相關屬性最終的值如下所示。
TypeArrayKlass._component_mirror=InstanceMirrorKlass InstanceMirrorKlass._array_klass=TypeArrayKlass
其它的屬性設定很簡單,這裡不在介紹。
(2)ObjArrayKlass類
ObjArrayKlass是ArrayKlass的子類,用於表示陣列元素是類或者陣列
class ObjArrayKlass : public ArrayKlass { ... private: Klass* _element_klass; // The klass of the elements of this array type Klass* _bottom_klass; // The one-dimensional type (InstanceKlass or TypeArrayKlass) ... }
該類新增了2個屬性,如下:
- _element_klass:陣列元素對應的Klass引用,如果是多維陣列,對應陣列元素的ObjArrayKlass的引用
- _bottom_klass:一維陣列的型別,可以是InstanceKlass或者TypeArrayKlass。一維基本型別陣列為TypeArrayKlass,而二維基本型別陣列就會使用ObjArrayKlass來表示,所以其_bottom_klass會是TypeArrayKlass。
HotSpot在Universe::genesis()方法中建立Object陣列,如下:
InstanceKlass* ik = InstanceKlass::cast(SystemDictionary::Object_klass()); _objectArrayKlassObj = ik->array_klass(1, CHECK); // 呼叫表示Object類的InstanceKlass類的array_klass()方法
呼叫array_klass()方法時傳遞的引數1表示建立一維陣列。呼叫表示Object類的InstanceKlass物件的方法建立的,所以Object陣列的建立要依賴於InstanceKlass物件(表示Object類)進行建立。
最終表示Object類的InstanceKlass與表示一維陣列Object[]的ObjArrayKlass之間的相關屬性如下:
ObjArrayKlass._element_klass=InstanceKlass ObjArrayKlass._bottom_klass=InstanceKlass InstanceKlass._array_name="[Ljava/lang/Object;" InstanceKlass._array_klasses=ObjArrayKlass
ObjArrayKlass中其它的屬性設定也並不複雜,這裡不在介紹。
相關文章的連結如下:
1、在Ubuntu 16.04上編譯OpenJDK8的原始碼
2、除錯HotSpot原始碼
3、HotSpot專案結構
4、HotSpot的啟動過程
5、HotSpot二分模型 (1)
6、HotSpot的類模型(2)
7、HotSpot的類模型(3)
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