简单介绍Java的静态分派和动态分派

最近复习JVM的知识,对于静态分派和动态分派的理解有点混乱,于是自己尝试写写代码,在分析中巩固知识。

有如下一段代码,请问每一段分别输出什么?

 1 package com.khlin.my.test;
 2 
 3 class Base {
 4 
 5     public static void foo() {
 6         System.out.println("Base.foo() invoked");
 7     }
 8 
 9     public void bar(int c) {
10         System.out.println("Base.bar(int) invoked");
11     }
12 
13     public void bar(Character c) {
14         System.out.println("Base.bar(Character) invoked");
15     }
16 
17     public void baz(Object o) {
18         System.out.println("Base.baz(Object) invoked");
19     }
20 
21     public void baz(Integer i) {
22         System.out.println("Base.baz(Integer) invoked");
23     }
24 
25 }
26 
27 class Child extends Base {
28     public static void foo() {
29         System.out.println("Child.foo() invoked");
30     }
31 
32     public void bar(Character c) {
33         System.out.println("Child.bar(Character) invoked");
34     }
35 
36     public void bar(char c) {
37         System.out.println("Child.bar(char) invoked");
38     }
39 }
40 
41 public class App {
42 
43     public static void main(String[] args) {
44         Base child = new Child();
45 
46         System.out.println("第1段输出:");
47         child.foo();
48         child.bar(new Character('C'));
49 
50         System.out.println("第2段输出:");
51         Object integer = new Integer(100);
52         child.baz(integer);
53 
54         System.out.println("第3段输出:");
55         child.bar('C');
56 
57     }
58 }

 

下面我简单地介绍一下从代码编译到方法调用的整个过程。

· 编译

先看看第1段输出,child.foo()是调用父类还是子类的静态方法呢?

在编译阶段,发生了静态分派

1 Base child = new Child();

在我们创建一个对象时,如上图,Base称为变量的的静态类型(Static Type), 或者叫做外观类型(Apparent Type),后面的Child则称为变量的实际类型(Actual Type)。

所有依赖静态类型来定位方法执行版本的分派动作,称为静态分派。静态分派的典型应用是方法重载,其发生在编译阶段,因此确定静态分派的动作实际上不是由虚拟机来执行的。

方法的接收者(Reciever) 和方法的参数统称为方法的宗量,根据分派基于多少种宗量,可以将分派划分为单分派和多分派两种。

在静态分派的时候,选择目标方法的依据有两点,一是静态类型是Base还是Child,二是方法的参数类型。因此,静态分派是多分派。

接下来,我们来看看“第1段输出”代码生成的指令。通过javap -v App.class指令得出如下结果,可以看到第18和第31行两条指令的符号引用,和上述分析一致:child的静态类型是Base,所以选择Base类的方法;通过无参数和Character类型,分别确定是具体哪个方法版本。

但最终两者的行为不一样,child.foo() 调用的是静态类型Base的foo(),而child.bar(new Character('C')) 则是调用实际类型Child的方法。

原因就是出在两条指令不一样:invokestatic和invokevirtual

在Java虚拟机里面提供了5条方法调用字节码指令:

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

invokedynamic:先在运行时动态解析出调用点限定符所引用的方法,然后再执行该方法,在此之前的4条调用指令,分派逻辑是固化在Java虚拟机内部的,而invokedynamic是由用户所设定的引导方法决定的。

具体原因是不同的指令在下一阶段(类加载的解析)的行为不一样,暂时先放到一边,我们再看看第2段输出的指令。

可以看出,在静态分派时,是根据传入方法的参数的静态类型来决定调用的方法版本,虽然有baz(Integer)的方法,但是传入的参数integer的静态类型是Object,所以调用了baz(Object)。

再来看看第3段输出的指令,我们知道符号引用肯定还是Base类里的方法(尽管Child类里有参数一样的bar(char c) 方法),但Base里没有一模一样参数(char类型) 的方法,不会报错吗?会调用哪个方法呢?

原来,编译器虽然能确定出方法的重载版本,但在很多情况下这个重载版本并不是“唯一的”,往往只能确定一个“更加合适”的版本。

具体可参考:https://www.cnblogs.com/kingsleylam/p/6789119.html

· 类加载之解析

 解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。

只要能被invokestatic和invokespecial指令调用的方法,都可以在解析阶段中确定唯一的调用版本,符合这个条件的有静态方法,私有方法,实例构造器,父类方法4类,它们在类加载的时候就会把符号引用解析为该方法的直接引用。这些方法可以称为非虚方法,其他方法称为非虚方法(除了final方法)。

final修饰的方法,虽然是使用invokevirtual指令来调用,但由于它无法被覆盖,没有其他版本,因此也是非虚方法。具体参考:https://www.cnblogs.com/kingsleylam/p/6765426.html

回到第1段输出,child.foo()是invokestatic指令,那么在解析阶段,就会替换成直接引用,具体的类也就确定下来了,因此调用的是静态类型Base.foo()。

而child.bar(new Character('C')) 是invokevirtual, 在这个阶段可以确定调用的方法签名,但还不能确定方法的接收者的实际类型。它将由动态分派来完成确定。由于只有一个宗量影响,因此动态分派是单分派。

方法接收者的实际类型在下一阶段确定。

· 运行期的方法调用

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。

具体可以参考:https://www.cnblogs.com/kingsleylam/p/6789989.html

最终输出结果是:

 

参考资料:《深入理解Java虚拟机》第2版 周志明著

posted @ 2019-02-17 22:53  kingsleylam  阅读(619)  评论(0编辑  收藏