0 .前言
多态性在Java技术中有重要的地位,面试中也经常听到。
多态性的用法大家应该都很熟悉,多态性的实现原理有点抽象,查阅了很多资料,断断续续看了好几天,看着看着就容易分心。 毕竟太抽象了,哈哈~
但我还是硬着头皮去读了一下,整理了很多资料中关于多态性的知识,(增删)删减了很久,重点根据自己的理解用红字表示)有了这篇文章。 我相信通过这篇文章,会有助于你更深入地理解多态性。
1.Java多态性概述
重载Java方法是指可以在类中创建具有相同名称但具有不同参数列表和返回类型的多个方法。 多态性取决于调用方法时传递的参数类型,以确定具体使用哪个方法。
Java的方法重写是父类和子类之间的多态性,子类可以继承父类的方法,但是子类可能希望对其进行一定的修改,而不是直接继承父类的方法,这需要方法重写的参数列表和返回类型无法更改。
2 .方法重写后的动态绑定
当多态性允许特定访问时,实现方法的动态绑定。 Java动态绑定的实现主要依赖于方法表,而通过继承和接口实现多态性是不同的。
继承:执行某个方法时,在方法区域中找到该类的方法表,然后检查方法表中的方法偏移。 找到方法后,如果被重写,则直接调用。 否则,父类中的方法将被视为未重写,并且在这种情况下,将根据继承关系在父类的方法表中查找与该偏移对应的方法。
接口:在Java中,一个类可以实现多个接口。 从某种意义上说,相当于多重继承。 因此,同一接口的方法在每个类中的方法表位置可能不同。 所以要找完整的方法表,而不是偏移的方法。
3.JVM的结构(拓展知识,不知道就看看) )
如上图所示,如果程序需要类来执行,类加载器会将对应的class文件加载到JVM中,并在方法区域中显示该类的类型信息(方法代码、类变量、成员变量以及本博客重点介绍的梅
请注意,此方法区域的类型信息与堆中存储的class对象不同。 在方法区域中,此class的类型信息只有唯一的实例。 因此,方法区域是每个线程共享的内存区域。 堆中可以有多个此class对象。 可以通过堆中的class对象访问方法区域中的类型信息。 与java反射一样,可以从class对象访问类中的所有信息。
【重点】
方法表是实现动态调用的核心。 为了优化对象调用方法的速度,方法区域的类型信息将添加指向记录该类方法的方法表的指针。 方法表中的每个条目都是指向相应方法的指针。 这些方法包括从父类继承的所有方法以及自身重写(override )方法。
4.Java的方法调用方式(扩展知识,不用看) ) )。
有两种类型的Java方法调用:动态方法调用和静态方法调用。
静态方法调用是对类的静态方法调用方法,静态绑定的动态方法调用需要方法调用所作用的对象,并且是动态绑定的。
如果在编译过程中确定了具体的调用方法,则类调用(invokestatic )。
实例调用(invokevirtual )在调用时才决定具体的调用方法。 这就是动态绑定,也是多态性需要解决的中心问题。
有四个JVM方法调用命令: invokestatic、invokespecial、invokesvirtual和invoke界面。 前两个是静态绑定,后两个是动态绑定。 本文也可以说是对JVM后两个调用实现的考察。
5 .方法表和方法调用
如果有定义人员、Girl和Boy的类
类人员{
公共字符串
return 'I'm a person.';
}
公共void eat
公共void speak () }
}
class Boy extends Person{
公共字符串
return 'I'm a boy ';
}
公共void speak () }
公共void fight () }
}
类girl extends person {
公共字符串
return 'I'm a girl ';
}
公共void speak () }
public void sing () }
}
当这三个类加载到Java虚拟机中时,方法区域包含每个类的信息。 方法区域中的Girl和Boy方法表可以表示为:
您可以看到Girl和Boy方法表包含从Object继承的方法、从直接父类Person继承的方法以及每个新定义的方法。 注意
方法表条目指向的具体的方法地址,如 Girl 继承自 Object 的方法中,只有 toString() 指向自己的实现(Girl 的方法代码),其余皆指向 Object 的方法代码;其继承自于 Person 的方法 eat() 和 speak() 分别指向 Person 的方法实现和本身的实现。如果子类改写了父类的方法,那么子类和父类的那些同名的方法共享一个方法表项。
因此,方法表的偏移量总是固定的。所有继承父类的子类的方法表中,其父类所定义的方法的偏移量也总是一个定值。
Person 或 Object中的任意一个方法,在它们的方法表和其子类 Girl 和 Boy 的方法表中的位置 (index) 是一样的。这样 JVM 在调用实例方法其实只需要指定调用方法表中的第几个方法即可。
如调用如下:
class Party{
void happyHour(){
Person girl = new Girl();
girl.speak(); }
}
当编译 Party 类的时候,生成 girl.speak()的方法调用假设为:
Invokevirtual #12
设该调用代码对应着 girl.speak(); #12 是 Party 类的常量池的索引。JVM 执行该调用指令的过程如下所示:
(1)在常量池(这里有个错误,上图为ClassReference常量池而非Party的常量池)中找到方法调用的符号引用 。
(2)查看Person的方法表,得到speak方法在该方法表的偏移量(假设为15),这样就得到该方法的直接引用。
(3)根据this指针得到具体的对象(即 girl 所指向的位于堆中的对象)。
(4)根据对象得到该对象对应的方法表,根据偏移量15查看有无重写(override)该方法,如果重写,则可以直接调用(Girl的方法表的speak项指向自身的方法而非父类);如果没有重写,则需要拿到按照继承关系从下往上的基类(这里是Person类)的方法表,同样按照这个偏移量15查看有无该方法。
6.接口调用
因为 Java 类是可以同时实现多个接口的,而当用接口引用调用某个方法的时候,情况就有所不同了。
Java 允许一个类实现多个接口,从某种意义上来说相当于多继承,这样同样的方法在基类和派生类的方法表的位置就可能不一样了。
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,继承自接口 IDance 的方法 dance()在类 Dancer 和 Snake 的方法表中的位置已经不一样了,显然我们无法仅根据偏移量来进行方法的调用。
Java 对于接口方法的调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,必须搜索Dancer的整个方法表。
因为每次接口调用都要搜索方法表,所以从效率上来说,接口方法的调用总是慢于类方法的调用的。