Java中的instanceof关键字是如何实现的?

沉默王二2022年4月13日
大约 4 分钟

小二那天去面试,碰到了这个问题:“instanceof 关键字是如何实现的?”面试官希望他能从底层来分析一下,结果小二没答上来,就来问我。

我唯唯诺诺,强装镇定,只好把 R 大的一篇回答甩给了他,并且叮嘱他:“认认真真看,玩完后要是还不明白,再来问我。。。”

作者:RednaxelaFX,整理:沉默王二,链接:https://www.zhihu.com/question/21574535/answer/18998914open in new window


场景一:月薪 3000 元一下的码农职位

用 Java 伪代码来表现instanceof关键字在Java语言规范所描述的运行时语义,是这样的:

// obj instanceof T
boolean result;
if (obj == null) {
  result = false;
} else {
  try {
      T temp = (T) obj; // checkcast
      result = true;
  } catch (ClassCastException e) {
      result = false;
  }
}

用中文说就是:如果有表达式 obj instanceof T,那么如果 obj 不为 null 并且 (T) obj 不抛 ClassCastException 异常则该表达式值为 true ,否则值为 false 。

如果面试官说“这不是废话嘛”,进入场景二。

场景二:月薪6000-8000的Java研发职位

JVM有一条名为 instanceof 的指令,而Java源码编译到Class文件时会把Java语言中的 instanceof 运算符映射到JVM的 instanceof 指令上。

javac是这样做的:

  • instanceof 是javac能识别的一个关键字,对应到Token.INSTANCEOF的token类型。做词法分析的时候扫描到"instanceof"关键字就映射到了一个Token.INSTANCEOF token。
  • 该编译器的抽象语法树节点有一个JCTree.JCInstanceOf类用于表示instanceof运算。做语法分析的时候解析到instanceof运算符open in new window就会生成这个JCTree.JCInstanceof类型的节点。
  • 中途还得根据Java语言规范对instanceof运算符的编译时检查的规定把有问题的情况找出来。
  • 到最后生成字节码的时候为JCTree.JCInstanceof节点生成instanceof字节码指令。

回答到这层面就已经能解决好些实际问题了,如果面试官还说,“这不还是废话嘛”,进入场景三。

场景三:月薪10000的Java高级研发职位

先简单介绍一下instanceof的字节码:

  • 操作:确定对象是否为给定的类型
  • 指令格式:instanceof|indexbyte1|indexbyte2
  • 指令执行前后的栈顶状态:
    • ……,objectref=>
    • ……,result

再简单描述下:indexbyte1和indexbyte2用于构造对当前类的常量池的索引,objectref为reference类型,可以是某个类,数组的实例或者是接口。

基本的实现过程:对indexbyte1和indexbyte2构造的常量池索引进行解析,然后根据java规范判断解析的类是不是objectref的一个实例,最后在栈顶写入结果。

基本上就是根据规范来 YY 下实现,就能八九不离十蒙混过关了。

如果面试官还不满意,进入场景四。

场景四:月薪10000以上的Java资深研发职位

这个岗位注重性能调优什么的,R 大说可以上论文了:

https://dl.acm.org/doi/10.1145/583810.583821open in new window

论文我也看不懂,所以这里就不 BB 了。(逃

篇论文描述了HotSpot VM做子类型判断的算法,这里简单补充一下JDK6至今的HotSpot VM实际采用的算法:

S.is_subtype_of(T) := {
  int off = T.offset;
  if (S == T) return true;
  if (T == S[off]) return true;
  if (off != &cache) return false;
  if ( S.scan_secondary_subtype_array(T) ) {
    S.cache = T;
    return true;
  }
  return false;
}

HotSpot VM的两个编译器,Client Compiler (C1) 与 Server Compiler (C2) 各自对子类型判断的实现有更进一步的优化。实际上在JVM里,instanceof的功能就实现了4份,VM runtime、解释器、C1、C2各一份。

VM runtime的:

http://hg.openjdk.java.net/jdk7u/jdk7u/hotspot/file/tip/src/share/vm/oops/oop.inline.hppopen in new window

分享的最后,二哥简单来说一下。

这个问题涉及语法细节,涉及jvm实现,涉及编译器,还涉及一点点数据结构设计,比较考验一个 Java 程序员的内功,如果要回答到论文的程度,那真的是,面试官也得提前备好知识点,不然应聘者的回答啥也听不懂就挺尴尬的。

反正 R 大回答里的很多细节我都是第一次听,逃了逃了。。。。。。


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