描述一个Java类型：oop、klass和handle类

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虚函数列表

opp、klass和handle类型

oop体系

klass体系

handle类

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      现在使用广泛的hotspot虚拟机里，使用opp-klass模型，分两部分来表示Java类和对象，oop也就是ordinary object pointer，普通对象指针，用来标识对象的实例，klass则是用来描述类，标识里面的变量和方法等。oop体系和klass体系中都有instance、method、constantMethod和methodData等结构，大家共同组合起来一起描述Java类的类型，指针，方法，常量池一系列信息，总的来说就是将一个Java类一分为二，每一个oop模型都有一个____OopDesc与其对应，例如上几篇日志讲到常量池模型时，常量池结构对应的oop对象就是constantPoolOop，不同的oop类型有自己特定的结构，klass模型也有___Klass类型与之对应，下面的继承体系中会讲到。

 

虚函数列表

      hotspot虚拟机内部用opp-klass模型来表示一个Java类，oop普通对象指针用来表示类的实例数据，这些数据保存在了指针所存放的内存首地址后那片区域，生成一张数据视图，里面保存了类的实例对象在程序运行期间各个属性的值。klass保存了Java类的各种变量和方法，例如类变量、成员变量、成员方法和构造函数等，它会生成两张表，一张是元数据表，保存了该类的全部数据结构信息，另一张是虚函数表。虚函数是C++里的一个特性，用关键字“virtual”来修饰一个方法，我们知道JVM内部就是使用C/C++实现的，所以里面有很多的C++方法，每一个Java类最后都会被JVM转换成内部的C++类，因为Java语言没有“virtual”这个关键字，也就是没有虚函数，那么Java实现多态的方式是什么？答案是Java类将所有的函数都当作“虚函数”来处理，不用在前面添加“virtual”之类的关键字修饰，类中的所有方法都可以直接被子类覆盖，所以JVM的klass模型为每一个类都生成虚函数列表，用以维护Java类和内部C++类的对应关系。

 

opp、klass和handle类型

      说到JVM内部如何描述一个Java类，除了opp-klass体系中的oop类和klass类外，其实还有一个handle类同样用来标识一个Java类的信息。klass类描述了Java类中的元数据和虚函数表，这些信息的实际数据保存在了oop实例里面，handle类是对oop的封装，handle类里有专门的指针指向oop实例，oop实例里又有指针指向klass，所以如果一个Java方法被调用，那么一定是先通过handle里面的指针获得oop实例，再通过oop实例来获得klass，klass中包含有方法执行的接口，能够执行Java类方法。

oop体系

      oop前面说了就是普通对象指针，存放Java类的实际数据，JVM内部定义了许多___oopDesc*类型的指针，这些指针都由GC（garbage collection垃圾回收）管理，这里的oop指针前面要加上“普通”两个字，原因是区分开与SmallTalk语言中的“直接指针”，所谓直接指针就是将实际数据直接存放到指针变量里，并不会在GC堆上分配，这样对象在离开了函数的作用域后就会直接从对阵上被释放，而无需GC区回收。普通对象指针由于GC堆管理，垃圾回收需要GC来处理。来看看oop体系里面都有哪些类型变量：

//所有oops共同基类
typedef class   oopDesc*                    oop;
//表示Java类型实例
typedef class   instanceOopDesc*            instanceOop;
//表示Java方法
typedef class   methodOopDesc*              methodOop;
//表示Java方法中的只读信息
typedef class   constMethodOopDesc*         constMethodOop;
//性能统计数据结构
typedef class   methodDataOopDesc*          methodDataOop;
//oops数组
typedef class   arrayOopDesc*               arrayOop;
//引用类型数组
typedef class   objArrayOopDesc*            objArrayOop;
//基本类型数组
typedef class   typeArrayOopDesc*           typeArrayOop;
//.class文件中的常量池
typedef class   constantPoolOopDesc*        constantPoolOop;
//常量池缓存
typedef class   constantPoolCacheOopDesc*   constantPoolCacheOop;
//指向klass实例
typedef class   klassOopDesc*               klassOop;
//对象头
typedef class   markOopDesc*                markOop;
typedef class   compliedICholderOopDesc*    compliedICHolderOop;

      上图所示就是整个oop体系的结构，每一个类型代表JVM内部一个特定的对象模型，也就是说在Java程序运行时，每创建一个新的对象，都会有对应的OopDesc对象生成。

klass体系

      到klass，上面说过klass是JVM内部建立的Java类的对等模型，里面有Java类中的类变量，成员变量、成员方法和继承信息等，正是因为JVM在内部建立了一个和Java类对等的C++类模型，才能在程序运行过程动态反射出类的全部信息。除此之外klass模型还提供了虚函数列表，里面包含了一些函数的调用接口，在访问Java类时是通过handle类获得oop实例，在通过oop实例里的指向klass的指针得到klass实例，来完成函数调用。来看看klass类型的体系结构：

//所有klass共同基类
class 	Klass;
//JVM内部与Java类对等的结构
class   InstanceKlass;
//描述java.lang.Class实例
class   InstanceMirrorKlass;
//描述java.lang.ref.Reference子类
class   InstanceRefKlass;
//Java类方法
class 	methodKlass;
//Java类方法对应的字节码指令
class 	constMethodKlass;
class	methodDataKlass;
//klass链路的末端
class 	klassKlass;
class 	instanceKlass;
//标识Java数组
class   arrayKlass;
//标识引用类型数组
class   objArrayKlass;
//标识基本类型数组
class   typeArrayKlass;
//.class文件中的常量池
class	constantPoolKlass;
//常量池缓存
class	constantPoolCacheKlass;
class	compliedICHolderKlass;

      这里有一点要注意的是，klass类型的基类虽然是Klass，但Klass不是最顶级父类，它还继承了klass_vtbl类，这才是最顶级父类。

handle类

      最后一个，handle类，它的作用是对oop和klass进行封装，该类为oop和klass提供了两套不同的封装方式，对于一个oop类型，它存储的是Java类的实际数据，相当于标识了一个C++类型里的属性，klass在JVM里也会被封装成oop类型，当一个类的生命周期结束后，GC便会去回收，除了回收实际数据oop外，包含了元数据和虚函数表的klass也会被回收，那么为什么要把klass也封装成oop？前面说过oop普通对象指针区别于直接指针的一个特性是，直接指针因为数据直接存储在指针变量里，所以当离开了作用域后，它会立刻被从堆栈中释放掉，普通指针则需要通过GC来回收，把klass封装成oop，原因也就是为了更方便地被GC回收。最终，handle通过内部的oop实例，获得klass，相当于直接封装了oop，间接封装了klass。