从虚拟机角度谈谈Java多态与重载、重写

一时失言乱红尘 2023-07-12 11:55 79阅读 0赞

我们先来看三个例题，如果都能答对的话，那么恭喜你，说明已经彻底理解了Java多态与重载、重写的本质。

**例一: Java多态与重载**

class Human {
        
    }
    
    class Man extends Human {
        
    }
    
    class Woman extends Human {
        
    }
    
    public class OverloadDemo {
        
    
    	public void say(Human human) {
        
    		System.out.println("say human");
    	}
    
    	//重载say()方法
    	public void say(Man man) {
        
    		System.out.println("say man");
    	}
    
    	//重载say()方法
    	public void say(Woman woman) {
        
    		System.out.println("say woman");
    	}
    
    	public static void main(String[] args) {
        
    		OverloadDemo demo = new OverloadDemo();
    
    		Human human = new Human();
    		Human man = new Man();
    		Human woman = new Woman();
    
    		demo.say(human);
    		demo.say(man);
    		demo.say(woman);
    	}
    }

运行结果：

say human
    say human
    say human

**例二 : Java多态与重写**

class Human {
        
    	public void say() {
        
    		System.out.println("say human");
    	}
    }
    
    class Man extends Human {
        
    	//重写say()方法
    	public void say() {
        
    		System.out.println("say man");
    	}
    }
    
    class Woman extends Human {
        
    	//重写say()方法
    	public void say() {
        
    		System.out.println("say woman");
    	}
    }
    
    public class OverrideDemo {
        
    	public static void main(String[] args) {
        
    		Human man = new Man();
    		Human woman = new Human();
    		man.say();
    		woman.say();
    
    		man = new Woman();
    		man.say();
    	}
    }

运行结果：

say man
    say human
    say woman

**例三: Java多态与重载、重写**

class Up {
        
    }
    
    class Down {
        
    }
    
    class Father {
        
    
    	public void say(Up up) {
        
    		System.out.println("father hands up!");
    	}
    
    	//重载say()方法
    	public void say(Down down) {
        
    		System.out.println("father hands down!");
    	}
    }
    
    class Son extends Father {
        
    	//重写say()方法
    	public void say(Up up) {
        
    		System.out.println("son hands up!");
    	}
    
    	public void say(Down down) {
        
    		System.out.println("son hands down!");
    	}
    
    }
    
    public class OverDemo {
        
    	public static void main(String[] args) {
        
    		Father father = new Father();
    		Father son = new Son();
    		
    		father.say(new Up());
    		
    		son.say(new Up());
    	}
    }

运行结果：

father hands up!
    son hands up!

--------------------

我们以例三为例，说明一下Java虚拟机执行的过程。

在此之前先设定两个概念**静态类型与实际类型**，以这行代码为例“Father father = new Son();”，称前面的“Father”为变量的静态类型，后面的“Son”为实际类型。

### 编译阶段 ###

首先是编译阶段，**编译器会根据两点进行目标字节码的编译，一是方法调用者本身的静态类型是Father还是Son；二是方法参数的静态类型是Up还是Down。**

下面是两行代码编译后的Java字节码。

//father.say(new Up());
        16: aload_1
        17: new           #22 // class jvm/Over/Up
        20: dup
        21: invokespecial #24 // Method jvm/Over/Up."<init>":()V
        24: invokevirtual #25 // Method jvm/Over/Father.say:(Ljvm/er/Up;)V

//son.say(new Up());
     	38: aload_2
        39: new           #22 // class jvm/Over/Up
        42: dup
        43: invokespecial #24 // Method jvm/Over/Up."<init>":()V
        46: invokevirtual #25 // Method jvm/Over/Father.say:(Ljvm/er/Up;)V

其中16行到21行是在完成new up();的操作，38行到43行也是在完成new up();的操作。也就是说正真调用say()方法的字节码是一模一样的，（1）指令相同，都是invokevirtual指令；（2）参数相同，都是常量池中第25项的常量，而且注释显示了这个常量含义是Father.say()的符号引用，说的再明白点就是基本确定要调用Fahter类中的say()方法。

但最后的结果却不相同，这说明问题出在程序运行时，更真确地说出在invokevirtual指令的执行过程中。

### 运行时 ###

invokevirtual指令执行的第一步就是确定运行期间方法调用者的**实际类型**，即Son；

第二步在Son类中找有没有和编译阶段确定的Father类中say()方法描述符、方法名都相符的方法，如果有，还要进行访问权限校验，若通过，就最终确定调用实际类型中的，若不通过，就抛出java.lang.IllegalAccessError异常；

第三步，如果在第二步的实际类型中没有找到相符的方法，则按照继承关系从下往上依次查找各个父类；

第四步，若始终没有找到，则抛出java.lang.AbstractMethodError异常。

### 思考题 ###

如果我们把Son类中的“public void say(Up up)”方法删除，其他不变，执行结果会是什么呢？

答：根据运行时invokevirtual指令的执行过程，第二步就走不通了，此时就会来到第三步，按照继承关系从Son类的父类中寻找，那么运行结果就是“father hands up!”了。有兴趣的可以亲自动手敲一下。

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### 附录： ###

例三中main()方法的全部字节码

public static void main(java.lang.String[]);
        Code:
        //Father father = new Father();
          0: new           #16 // class jvm/Over/Father
          3: dup
          4: invokespecial #18 // Method jvm/Over/Father."<init>":()V
          7: astore_1
        //Father son = new Son();
          8: new           #19 // class jvm/Over/Son
         11: dup
         12: invokespecial #21 // Method jvm/Over/Son."<init>":()V
         15: astore_2
        //father.say(new Up());
         16: aload_1
         17: new           #22 // class jvm/Over/Up
         20: dup
         21: invokespecial #24 // Method jvm/Over/Up."<init>":()V
         24: invokevirtual #25 // Method jvm/Over/Father.say:(Ljvm/Over/Up;)V
        //son.say(new Up());
         27: aload_2
         28: new           #22 // class jvm/Over/Up
         31: dup
         32: invokespecial #24 // Method jvm/Over/Up."<init>":()V
         35: invokevirtual #25 // Method jvm/Over/Father.say:(Ljvm/Over/Up;)V
         38: return