Java多態(tài)概述

多態(tài)是面向對象編程語言的重要特性，它允許基類的指針或引用指向派生類的對象，而在具體訪問時實現(xiàn)方法的動態(tài)綁定。

Java 對于方法調用動態(tài)綁定的實現(xiàn)主要依賴于方法表，但通過類引用調用(invokevitual)和接口引用調用(invokeinterface)的實現(xiàn)則有所不同。

類引用調用的大致過程為：Java編譯器將Java源代碼編譯成class文件，在編譯過程中，會根據(jù)靜態(tài)類型將調用的符號引用寫到class文件中。

在執(zhí)行時，JVM根據(jù)class文件找到調用方法的符號引用，然后在靜態(tài)類型的方法表中找到偏移量，然后根據(jù)this指針確定對象的實際類型，使用實際類型的方法表，偏移量跟靜態(tài)類型中方法表的偏移量一樣，如果在實際類型的方法表中找到該方法，則直接調用，否則，認為沒有重寫父類該方法。按照繼承關系從下往上搜索。 

接口引用調用后面再說吧。

從上圖可以看出，當程序運行時，需要某個類時，類載入子系統(tǒng)會將相應的class文件載入到JVM中，并在內部建立該類的類型信息（這個類型信息其實就是class文件在JVM中存儲的一種數(shù)據(jù)結構），包含java類定義的所有信息，包括方法代碼，類變量、成員變量、以及本博文要重點討論的方法表。這個類型信息就存儲在方法區(qū)。 

注意，這個方法區(qū)中的類型信息跟在堆中存放的class對象是不同的。

在方法區(qū)中，這個class的類型信息只有唯一的實例（所以是各個線程共享的內存區(qū)域），而在堆中可以有多個該class對象?？梢酝ㄟ^堆中的class對象訪問到方法區(qū)中類型信息。就像在java反射機制那樣，通過class對象可以訪問到該類的所有信息一樣。

重點

方法表是實現(xiàn)動態(tài)調用的核心。上面講過方法表存放在方法區(qū)中的類型信息中。為了優(yōu)化對象調用方法的速度，方法區(qū)的類型信息會增加一個指針，該指針指向一個記錄該類方法的方法表，方法表中的每一個項都是對應方法的指針。 這些方法中包括從父類繼承的所有方法以及自身重寫（override）的方法。

拓展

方法區(qū)：方法區(qū)和JAVA堆一樣，是各個線程共享的內存區(qū)域，用于存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。  運行時常量池：它是方法區(qū)的一部分，Class文件中除了有類的版本、方法、字段等描述信息外，還有一項信息是常量池，用于存放編譯器生成的各種符號引用，這部分信息在類加載時進入方法區(qū)的運行時常量池中。  方法區(qū)的內存回收目標是針對常量池的回收及對類型的卸載。

Java 的方法調用方式

Java 的方法調用有兩類，動態(tài)方法調用與靜態(tài)方法調用。

靜態(tài)方法調用是指對于類的靜態(tài)方法的調用方式，是靜態(tài)綁定的動態(tài)方法調用需要有方法調用所作用的對象，是動態(tài)綁定的。

類調用 (invokestatic) 是在編譯時就已經(jīng)確定好具體調用方法的情況。

實例調用 (invokevirtual)則是在調用的時候才確定具體的調用方法，這就是動態(tài)綁定，也是多態(tài)要解決的核心問題。

JVM 的方法調用指令有四個，分別是 invokestatic，invokespecial，invokesvirtual 和 invokeinterface。前兩個是靜態(tài)綁定，后兩個是動態(tài)綁定的。本文也可以說是對于JVM后兩種調用實現(xiàn)的考察。

方法表與方法調用

如有類定義 Person, Girl, Boy

class Person {
    public String toString() {
        return "I'm a person.";
    }
    public void eat() {
    }
    public void speak() {
    }
}
class Boy extends Person {
    public String toString() {
        return "I'm a boy";
    }
    public void speak() {
    }
    public void fight() {
    }
}
class Girl extends Person {
    public String toString() {
        return "I'm a girl";
    }
    public void speak() {
    }
    public void sing() {
    }
}

當這三個類被載入到 Java 虛擬機之后，方法區(qū)中就包含了各自的類的信息。Girl 和 Boy 在方法區(qū)中的方法表可表示如下：

可以看到，Girl 和 Boy 的方法表包含繼承自 Object 的方法，繼承自直接父類 Person 的方法及各自新定義的方法。注意方法表條目指向的具體的方法地址，如 Girl 繼承自 Object 的方法中，只有 toString() 指向自己的實現(xiàn)（Girl 的方法代碼），其余皆指向 Object 的方法代碼；其繼承自于 Person 的方法 eat() 和 speak() 分別指向 Person 的方法實現(xiàn)和本身的實現(xiàn)。

如果子類改寫了父類的方法，那么子類和父類的那些同名的方法共享一個方法表項。

因此，方法表的偏移量總是固定的。所有繼承父類的子類的方法表中，其父類所定義的方法的偏移量也總是一個定值。 Person 或 Object中的任意一個方法，在它們的方法表和其子類 Girl 和 Boy 的方法表中的位置 (index) 是一樣的。這樣 JVM 在調用實例方法其實只需要指定調用方法表中的第幾個方法即可。

如調用如下:

class Party {
    void happyHour() {
        Person girl = new Girl();
        girl.speak();
    }
}

當編譯 Party 類的時候，生成 girl.speak()的方法調用假設為：

Invokevirtual #12

設該調用代碼對應著 girl.speak(); #12 是 Party 類的常量池的索引。JVM 執(zhí)行該調用指令的過程如下所示：

（1）在常量池（這里有個錯誤，上圖為ClassReference常量池而非Party的常量池）中找到方法調用的符號引用 。

（2）查看Person的方法表，得到speak方法在該方法表的偏移量（假設為15），這樣就得到該方法的直接引用。 

（3）根據(jù)this指針得到具體的對象（即 girl 所指向的位于堆中的對象）。

（4）根據(jù)對象得到該對象對應的方法表，根據(jù)偏移量15查看有無重寫（override）該方法，如果重寫，則可以直接調用（Girl的方法表的speak項指向自身的方法而非父類）；如果沒有重寫，則需要拿到按照繼承關系從下往上的基類（這里是Person類）的方法表，同樣按照這個偏移量15查看有無該方法。

接口調用

因為 Java 類是可以同時實現(xiàn)多個接口的，而當用接口引用調用某個方法的時候，情況就有所不同了。

Java 允許一個類實現(xiàn)多個接口，從某種意義上來說相當于多繼承，這樣同樣的方法在基類和派生類的方法表的位置就可能不一樣了

interface IDance {
    void dance();
}
class Person {
    public String toString() {
        return "I'm a person.";
    }
    public void eat() {
    }
    public void speak() {
    }
}
class Dancer extends Person implements IDance {
    public String toString() {
        return "I'm a dancer.";
    }
    public void dance() {
    }
}
class Snake implements IDance {
    public String toString() {
        return "A snake.";
    }
    public void dance() {
        //snake dance  
    }
}

可以看到，由于接口的介入，繼承自于接口 IDance 的方法 dance()在類 Dancer 和 Snake 的方法表中的位置已經(jīng)不一樣了，顯然我們無法僅根據(jù)偏移量來進行方法的調用。

Java 對于接口方法的調用是采用搜索方法表的方式，如，要在Dancer的方法表中找到dance()方法，必須搜索Dancer的整個方法表。

因為每次接口調用都要搜索方法表，所以從效率上來說，接口方法的調用總是慢于類方法的調用的。

到此這篇關于Java中多態(tài)的實現(xiàn)原理詳細解析的文章就介紹到這了,更多相關Java多態(tài)的實現(xiàn)原理內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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