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。

_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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