JVM源碼分析之不保證順序的Class.getMethods

依賴順序的場景

如果大家看過或者實(shí)現(xiàn)過序列化反序列化的代碼，這個(gè)問題就不難回答了，今天碰到的這個(gè)問題其實(shí)是發(fā)生在大家可能最常用的fastjson庫里的，所以如果大家在使用這個(gè)庫，請務(wù)必檢查下你的代碼，以免踩到此坑

對象序列化

大家都知道當(dāng)我們序列化好一個(gè)對象之后，要反序列回來，那問題就來了，就拿這個(gè)json序列化來說吧，我們要將對象序列化成json串，那意味著我們要先取出這個(gè)對象的屬性，然后寫成鍵值對的形式，那取值就意味著我們要遵循java bean的規(guī)范通過getter方法來取，那其實(shí)getter方法有兩種，一種是boolean類型的，一種是其他類型的，如果是boolean類型的，那我們通常是isXXX()這樣的方法，如果是其他類型的，一般是getXXX()這樣的方法。那假如說我們的類里針對某個(gè)屬性a，同時(shí)存在兩個(gè)方法isA()和getA()，那究竟我們會調(diào)用哪個(gè)來取值？這個(gè)就取決于具體的序列化框架實(shí)現(xiàn)了，比如導(dǎo)致我們這篇文章誕生的fastjson，就是利用我們這篇文章的主角java.lang.Class.getMethods返回的數(shù)組，然后挨個(gè)遍歷，先找到哪個(gè)就是哪個(gè)，如果我們的這個(gè)數(shù)組正好因?yàn)閖vm本身實(shí)現(xiàn)沒有保證順序，那么可能先找到isA()，也可能先找到getA()，如果兩個(gè)方法都是返回a這個(gè)屬性其實(shí)問題也不大，假如正好是這兩個(gè)方法返回不同的內(nèi)容呢？

private A a;public A getA(){    return a;
}public boolean isA(){    return false;
}public void setA(A a){    this.a=a;
}

如果是上面的內(nèi)容，那可能就會悲劇了，如果選了isA()，那其實(shí)是返回一個(gè)boolean類型的，將這個(gè)boolean寫入到j(luò)son串里，如果是選了getA()，那就是將A這個(gè)類型的對象寫到j(luò)son串里

對象反序列化

在完成了序列化過程之后，需要將這個(gè)字符串進(jìn)行反序列化了，于是就會去找json串里對應(yīng)字段的setter方法，比如上面的setA(A a)，假如我們之前選了isA()序列化好內(nèi)容，那我們此時(shí)的值是一個(gè)boolean值false，那就無法通過setA來賦值還原對象了。

解決方案

相信大家看完我上面的描述，知道這個(gè)問題所在了，要避免類似的問題，方案其實(shí)也挺多，比如對方法進(jìn)行先排序，又比如說優(yōu)先使用isXXX()方法，不過這種需要和開發(fā)者達(dá)成共識，和setter要對應(yīng)得起來

jvm里為什么不保證順序

JDK層面的代碼我就暫時(shí)不說了，大家都能看到代碼，從java.lang.Class.getMethods一層層走下去，相信大家細(xì)心點(diǎn)還是能抓住整個(gè)脈絡(luò)的，我這里主要想說大家可能比較難看到的一些實(shí)現(xiàn)，比如JVM里的具體實(shí)現(xiàn)

正常情況下大家跟代碼能跟到調(diào)用了java.lang.Class.getDeclaredMethods0這個(gè)native方法，其具體實(shí)現(xiàn)如下

JVM_ENTRY(jobjectArray, JVM_GetClassDeclaredMethods(JNIEnv *env, jclass ofClass, jboolean publicOnly))
{
  JVMWrapper("JVM_GetClassDeclaredMethods");  return get_class_declared_methods_helper(env, ofClass, publicOnly,                                           /*want_constructor*/ false,
                                           SystemDictionary::reflect_Method_klass(), THREAD);
}
JVM_END

其主要調(diào)用了get_class_declared_methods_helper方法

static jobjectArray get_class_declared_methods_helper(
                                  JNIEnv *env,
                                  jclass ofClass, jboolean publicOnly,
                                  bool want_constructor,
                                  Klass* klass, TRAPS) {

  JvmtiVMObjectAllocEventCollector oam;  // Exclude primitive types and array types
  if (java_lang_Class::is_primitive(JNIHandles::resolve_non_null(ofClass))
      || java_lang_Class::as_Klass(JNIHandles::resolve_non_null(ofClass))- >oop_is_array()) {    // Return empty array
    oop res = oopFactory::new_objArray(klass, 0, CHECK_NULL);    return (jobjectArray) JNIHandles::make_local(env, res);
  }  instanceKlassHandle k(THREAD, java_lang_Class::as_Klass(JNIHandles::resolve_non_null(ofClass)));  // Ensure class is linked
  k- >link_class(CHECK_NULL);

  Array< Method* >* methods = k- >methods();  int methods_length = methods- >length();  // Save original method_idnum in case of redefinition, which can change
  // the idnum of obsolete methods.  The new method will have the same idnum
  // but if we refresh the methods array, the counts will be wrong.
  ResourceMark rm(THREAD);
  GrowableArray< int >* idnums = new GrowableArray< int >(methods_length);  int num_methods = 0;  for (int i = 0; i < methods_length; i++) {    methodHandle method(THREAD, methods- >at(i));    if (select_method(method, want_constructor)) {      if (!publicOnly || method- >is_public()) {
        idnums- >push(method- >method_idnum());
        ++num_methods;
      }
    }
  }  // Allocate result
  objArrayOop r = oopFactory::new_objArray(klass, num_methods, CHECK_NULL);  objArrayHandle result (THREAD, r);  // Now just put the methods that we selected above, but go by their idnum
  // in case of redefinition.  The methods can be redefined at any safepoint,
  // so above when allocating the oop array and below when creating reflect
  // objects.
  for (int i = 0; i < num_methods; i++) {    methodHandle method(THREAD, k- >method_with_idnum(idnums- >at(i)));    if (method.is_null()) {      // Method may have been deleted and seems this API can handle null
      // Otherwise should probably put a method that throws NSME
      result- >obj_at_put(i, NULL);
    } else {
      oop m;      if (want_constructor) {
        m = Reflection::new_constructor(method, CHECK_NULL);
      } else {
        m = Reflection::new_method(method, UseNewReflection, false, CHECK_NULL);
      }
      result- >obj_at_put(i, m);
    }
  }  return (jobjectArray) JNIHandles::make_local(env, result());
}

從上面的k->method_with_idnum(idnums->at(i)),我們基本知道方法主要是從klass里來的

Method* InstanceKlass::method_with_idnum(int idnum) {
  Method* m = NULL;  if (idnum < methods()- >length()) {
    m = methods()- >at(idnum);
  }  if (m == NULL || m- >method_idnum() != idnum) {    for (int index = 0; index < methods()- >length(); ++index) {
      m = methods()- >at(index);      if (m- >method_idnum() == idnum) {        return m;
      }
    }    // None found, return null for the caller to handle.
    return NULL;
  }  return m;
}

因此InstanceKlass里的methods是關(guān)鍵，而這個(gè)methods的創(chuàng)建是在類解析的時(shí)候發(fā)生的

instanceKlassHandle ClassFileParser::parseClassFile(Symbol* name,
                                                    ClassLoaderData* loader_data,
                                                    Handle protection_domain,
                                                    KlassHandle host_klass,
                                                    GrowableArray< Handle >* cp_patches,
                                                    TempNewSymbol& parsed_name,
                                                    bool verify,
                                                    TRAPS) {


...
 Array< Method* >* methods = parse_methods(access_flags.is_interface(),
                                            &promoted_flags,
                                            &has_final_method,
                                            &declares_default_methods,

...                                            CHECK_(nullHandle));// sort methodsintArray* method_ordering = sort_methods(methods); 
...
this_klass- >set_methods(_methods);
...
}

上面的parse_methods就是從class文件里挨個(gè)解析出method，并存到_methods字段里，但是接下來做了一次sort_methods的動作，這個(gè)動作會對解析出來的方法做排序

intArray* ClassFileParser::sort_methods(Array< Method* >* methods) {  int length = methods- >length();  // If JVMTI original method ordering or sharing is enabled we have to
  // remember the original class file ordering.
  // We temporarily use the vtable_index field in the Method* to store the
  // class file index, so we can read in after calling qsort.
  // Put the method ordering in the shared archive.
  if (JvmtiExport::can_maintain_original_method_order() || DumpSharedSpaces) {    for (int index = 0; index < length; index++) {
      Method* m = methods- >at(index);      assert(!m- >valid_vtable_index(), "vtable index should not be set");
      m- >set_vtable_index(index);
    }
  }  // Sort method array by ascending method name (for faster lookups & vtable construction)
  // Note that the ordering is not alphabetical, see Symbol::fast_compare
  Method::sort_methods(methods);

  intArray* method_ordering = NULL;  // If JVMTI original method ordering or sharing is enabled construct int
  // array remembering the original ordering
  if (JvmtiExport::can_maintain_original_method_order() || DumpSharedSpaces) {
    method_ordering = new intArray(length);    for (int index = 0; index < length; index++) {
      Method* m = methods- >at(index);      int old_index = m- >vtable_index();      assert(old_index >= 0 && old_index < length, "invalid method index");
      method_ordering- >at_put(index, old_index);
      m- >set_vtable_index(Method::invalid_vtable_index);
    }
  }  return method_ordering;
}// This is only done during class loading, so it is OK to assume method_idnum matches the methods() array// default_methods also uses this without the ordering for fast find_methodvoid Method::sort_methods(Array< Method* >* methods, bool idempotent, bool set_idnums) {  int length = methods- >length();  if (length > 1) {
    {
      No_Safepoint_Verifier nsv;
      QuickSort::sort< Method* >(methods- >data(), length, method_comparator, idempotent);
    }    // Reset method ordering
    if (set_idnums) {      for (int i = 0; i < length; i++) {
        Method* m = methods- >at(i);
        m- >set_method_idnum(i);
        m- >set_orig_method_idnum(i);
      }
    }
  }
}

從上面的Method::sort_methods可以看出其實(shí)具體的排序算法是method_comparator

// Comparer for sorting an object array containing// Method*s.static int method_comparator(Method* a, Method* b) {  return a- >name()- >fast_compare(b- >name());
}

比較的是兩個(gè)方法的名字，但是這個(gè)名字不是一個(gè)字符串，而是一個(gè)Symbol對象，每個(gè)類或者方法名字都會對應(yīng)一個(gè)Symbol對象，在這個(gè)名字第一次使用的時(shí)候構(gòu)建，并且不是在java heap里分配的，比如jdk7里就是在c heap里通過malloc來分配的，jdk8里會在metaspace里分配

// Note: this comparison is used for vtable sorting only; it doesn't matter// what order it defines, as long as it is a total, time-invariant order// Since Symbol*s are in C_HEAP, their relative order in memory never changes,// so use address comparison for speedint Symbol::fast_compare(Symbol* other) const { return (((uintptr_t)this < (uintptr_t)other) ? -1
   : ((uintptr_t)this == (uintptr_t) other) ? 0 : 1);
}

從上面的fast_compare方法知道，其實(shí)對比的是地址的大小，因?yàn)镾ymbol對象是通過malloc來分配的，因此新分配的Symbol對象的地址就不一定比后分配的Symbol對象地址小，也不一定大，因?yàn)槠陂g存在內(nèi)存free的動作，那地址是不會一直線性變化的，之所以不按照字母排序，主要還是為了速度考慮，根據(jù)地址排序是最快的。

綜上所述，一個(gè)類里的方法經(jīng)過排序之后，順序可能會不一樣，取決于方法名對應(yīng)的Symbol對象的地址的先后順序

JVM為什么要對方法排序

其實(shí)這個(gè)問題很簡單，就是為了快速找到方法呢，當(dāng)我們要找某個(gè)名字的方法的時(shí)候，根據(jù)對應(yīng)的Symbol對象，能根據(jù)對象的地址使用二分排序的算法快速定位到具體的方法。