【深入Java虚拟机】之五：多态性实现机制——静态分派与动态分派
方法解析
Class文件的编译过程中不包含传统编译中的连接步骤，一切方法调用在Class文件里面存储的都只是符号引用，而不是方法在实际运行时内存布局中的入口地址。这个特性给Java带来了更强大的动态扩展能力，使得可以在类运行期间才能确定某些目标方法的直接引用，称为动态连接，也有一部分方法的符号引用在类加载阶段或第一次使用时转化为直接引用，这种转化称为静态解析。这在前面的“Java内存区域与内存溢出”一文中有提到。
静态解析成立的前提是：方法在程序真正执行前就有一个可确定的调用版本，并且这个方法的调用版本在运行期是不可改变的。换句话说，调用目标在编译器进行编译时就必须确定下来，这类方法的调用称为解析。
在Java语言中，符合“编译器可知，运行期不可变”这个要求的方法主要有静态方法和私有方法两大类，前者与类型直接关联，后者在外部不可被访问，这两种方法都不可能通过继承或别的方式重写出其他的版本，因此它们都适合在类加载阶段进行解析。
Java虚拟机里共提供了四条方法调用字节指令，分别是：
- invokestatic：调用静态方法。
- invokespecial：调用实例构造器<init>方法、私有方法和父类方法。
- invokevirtual：调用所有的虚方法。
- invokeinterface：调用接口方法，会在运行时再确定一个实现此接口的对象。
静态分派
所有依赖静态类型来定位方法执行版本的分派动作，都称为静态分派，静态分派的最典型应用就是多态性中的方法重载。静态分派发生在编译阶段，因此确定静态分配的动作实际上不是由虚拟机来执行的。下面通过一段方法重载的示例程序来更清晰地说明这种分派机制：
- class Human{
- }
- class Man extends Human{
- }
- class Woman extends Human{
- }
- public class StaticPai{
- public void say(Human hum){
- System.out.println("I am human");
- }
- public void say(Man hum){
- System.out.println("I am man");
- }
- public void say(Woman hum){
- System.out.println("I am woman");
- }
- public static void main(String[] args){
- Human man = new Man();
- Human woman = new Woman();
- StaticPai sp = new StaticPai();
- sp.say(man);
- sp.say(woman);
- }
- }
上面代码的执行结果如下：
I am human
I am human
以上结果的得出应该不难分析。在分析为什么会选择参数类型为Human的重载方法去执行之前，先看如下代码：
动态分派
动态分派与多态性的另一个重要体现——方法覆写有着很紧密的关系。向上转型后调用子类覆写的方法便是一个很好地说明动态分派的例子。这种情况很常见，因此这里不再用示例程序进行分析。很显然，在判断执行父类中的方法还是子类中覆盖的方法时，如果用静态类型来判断，那么无论怎么进行向上转型，都只会调用父类中的方法，但实际情况是，根据对父类实例化的子类的不同，调用的是不同子类中覆写的方法，很明显，这里是要根据变量的实际类型来分派方法的执行版本的。而实际类型的确定需要在程序运行时才能确定下来，这种在运行期根据实际类型确定方法执行版本的分派过程称为动态分派。
单分派和多分派
前面给出：方法的接受者（亦即方法的调用者）与方法的参数统称为方法的宗量。但分派是根据一个宗量对目标方法进行选择，多分派是根据多于一个宗量对目标方法进行选择。
- class Eat{
- }
- class Drink{
- }
- class Father{
- public void doSomething(Eat arg){
- System.out.println("爸爸在吃饭");
- }
- public void doSomething(Drink arg){
- System.out.println("爸爸在喝水");
- }
- }
- class Child extends Father{
- public void doSomething(Eat arg){
- System.out.println("儿子在吃饭");
- }
- public void doSomething(Drink arg){
- System.out.println("儿子在喝水");
- }
- }
- public class SingleDoublePai{
- public static void main(String[] args){
- Father father = new Father();
- Father child = new Child();
- father.doSomething(new Eat());
- child.doSomething(new Drink());
- }
- }
儿子在喝水
我们首先来看编译阶段编译器的选择过程，即静态分派过程。这时候选择目标方法的依据有两点：一是方法的接受者（即调用者）的静态类型是Father还是Child，二是方法参数类型是Eat还是Drink。因为是根据两个宗量进行选择，所以Java语言的静态分派属于多分派类型。
再来看运行阶段虚拟机的选择，即动态分派过程。由于编译期已经了确定了目标方法的参数类型（编译期根据参数的静态类型进行静态分派），因此唯一可以影响到虚拟机选择的因素只有此方法的接受者的实际类型是Father还是Child。因为只有一个宗量作为选择依据，所以Java语言的动态分派属于单分派类型。