java hotspot虚拟机 - class文件

oop-klass model概述

HotSpot JVM并没有根据Java实例对象直接通过虚拟机映射到新建的C++对象,而是设计了一个oop-klass model。

当我们在写Java代码的时候,我们会面对着无数个接口,类,对象和方法。但我们有木有想过,Java中的这些对象、类和方法,在HotSpot JVM中的结构又是怎么样呢?HotSpot JVM底层都是C++实现的,那么Java的对象模型与C++对象模型之间又有什么关系呢?今天就来分析一下HotSpot JVM中的对象模型:oop-klass model,它们的源码位于openjdk-8/openjdk/hotspot/src/share/vm/oops文件夹内。

那么为何要设计这样一个一分为二的对象模型呢?这是因为HotSopt JVM的设计者不想让每个对象中都含有一个vtable(虚函数表),所以就把对象模型拆成klass和oop,其中oop中不含有任何虚函数,而klass就含有虚函数表,可以进行method dispatch。这个模型其实是参照的 Strongtalk VM 底层的对象模型。

jdk版本:openjdk-7-fcs-src-b147-27_jun_2011 源码路径:openjdk
在oopsHierarchy.hpp里定义了oop和klass各自的体系。 这是oop的体系:

typedef class oopDesc*                            oop;
typedef class   instanceOopDesc*            instanceOop;
typedef class   methodOopDesc*                    methodOop;
typedef class   constMethodOopDesc*            constMethodOop;
typedef class   methodDataOopDesc*            methodDataOop;
typedef class   arrayOopDesc*                    arrayOop;
typedef class     objArrayOopDesc*            objArrayOop;
typedef class     typeArrayOopDesc*            typeArrayOop;
typedef class   constantPoolOopDesc*            constantPoolOop;
typedef class   constantPoolCacheOopDesc*   constantPoolCacheOop;
typedef class   klassOopDesc*                    klassOop;
typedef class   markOopDesc*                    markOop;
typedef class   compiledICHolderOopDesc*    compiledICHolderOop;

概述,代码架构

klass.cpp oop.cpp arrayKlass.cpp arrayOop.cpp instanceKlass.cpp instanceOop.cpp // #include "oops/oop.hpp" methodKlass.cpp

// A methodOop represents a Java method. // #include "oops/constantPoolOop.hpp"#include "oops/instanceKlass.hpp" #include "oops/oop.hpp" methodOop.cpp

methodDataKlass.cpp methodDataOop.cpp objArrayKlass.cpp objArrayOop.cpp

symbol.cpp

一句话名词解释

  • oop: Ordinary Object Pointer(普通对象指针),oop.h中定义了oopDesc类(没有oop这个类)

oop* 有这个而东东啊

  • Desc: 即Describe, {name}Desc classes describe the format of Java objects so the fields can be accessed from C++
  • oopDesc: oop对象的类型其实是oopDesc*。在Java程序运行的过程中,每创建一个新的对象,在JVM内部就会相应地创建一个对应类型的oop对象。各种oop类的共同基类为oopDesc类。

  • oop-klass model:

Klass

一个Klass对象代表一个类的元数据(相当于java.lang.Class对象)。它提供: language level class object (method dictionary etc.) provide vm dispatch behavior for the object

所有的函数都被整合到一个C++类中。 Klass对象的继承关系:xxxKlass <:< Klass <:< Metadata <:< MetaspaceObj

klass对象的布局如下: 来自klass.hpp

// A Klass is the part of the klassOop that provides:
//  1: language level class object (method dictionary etc.)
//  2: provide vm dispatch behavior for the object
// Both functions are combined into one C++ class. The toplevel class "Klass"
// implements purpose 1 whereas all subclasses provide extra virtual functions
// for purpose 2.

// One reason for the oop/klass dichotomy in the implementation is
// that we don't want a C++ vtbl pointer in every object.  Thus,
// normal oops don't have any virtual functions.  Instead, they
// forward all "virtual" functions to their klass, which does have
// a vtbl and does the C++ dispatch depending on the object's
// actual type.  (See oop.inline.hpp for some of the forwarding code.)
// ALL FUNCTIONS IMPLEMENTING THIS DISPATCH ARE PREFIXED WITH "oop_"!

//  Klass layout:
//    [header        ] klassOop
//    [klass pointer ] klassOop
//    [C++ vtbl ptr  ] (contained in Klass_vtbl)
//    [layout_helper ]
//    [super_check_offset   ] for fast subtype checks
//    [secondary_super_cache] for fast subtype checks
//    [secondary_supers     ] array of 2ndary supertypes
//    [primary_supers 0]
//    [primary_supers 1]
//    [primary_supers 2]
//    ...
//    [primary_supers 7]
//    [java_mirror   ]
//    [super         ]
//    [name          ]
//    [first subklass]
//    [next_sibling  ] link to chain additional subklasses
//    [modifier_flags]
//    [access_flags  ]
//    [verify_count  ] - not in product
//    [alloc_count   ]
//    [last_biased_lock_bulk_revocation_time] (64 bits)
//    [prototype_header]
//    [biased_lock_revocation_count]

oop

oop类型其实是oopDesc*。在Java程序运行的过程中,每创建一个新的对象,在JVM内部就会相应地创建一个对应类型的oop对象。各种oop类的共同基类为oopDesc类。

JVM内部,一个Java对象在内存中的布局可以连续分成两部分:instanceOopDesc和实例数据。instanceOopDesc和arrayOopDesc又称为对象头。

instanceOopDesc对象头包含两部分信息:Mark Word 和 元数据指针(Klass*):

// from oop.hpp
// oopDesc is abstract.
// (see oopHierarchy for complete oop class hierarchy)
class oopDesc {
  friend class VMStructs;
 private:
  volatile markOop  _mark;  // mark word
  union _metadata {    // metadata
    wideKlassOop    _klass;
    narrowOop       _compressed_klass;
  } _metadata;
  ...
  • Mark word: // 存储对象的hashCode或锁信息等。
  • Klass* // 存储到对象类型数据的指针

基础知识:

C++ vtbl pointer:

虚函数

ss

参考

深入探究JVM | klass-oop对象模型研究