java方法调用之重载、重写的调用原理（一）

来源：互联网发布：不怎么花钱的网络手游编辑：程序博客网时间：2024/06/03 00:49

前一段时间看了《深入理解JVM》第三部分虚拟机执行子系统的内容，看到了重载与重写在JVM层面的调用原理（详见8.3 方法调用一节），但是没有写成博客总结一下，这里讨论讨论。在讨论过程中，难免会涉及到 字节码指令 相关的内容，这部分内容请查看博文：由常量池运行时常量池 String intern方法想到的（二）之class文件及字节码指令。

结论

1.重载（overload）方法
对重载方法的调用主要看静态类型，静态类型是什么类型，就调用什么类型的参数方法。
2.重写（override）方法
对重写方法的调用主要看实际类型。实际类型如果实现了该方法则直接调用该方法，如果没有实现，则在继承关系中从低到高搜索有无实现。
3.
java文件的编译过程中不存在传统编译的连接过程，一切方法调用在class文件中存放的只是符号引用，而不是方法在实际运行时内存布局中的入口地址。

基本概念

1.静态类型与实际类型，方法接收者

Human man = new Man();man.foo();

上面这条语句中，man的静态类型为Human，实际类型为Man。所谓方法接收者，就是指将要执行foo()方法的所有者（在多态中，有可能是父类Human的对象，也可能是子类Man的对象）。
2.字节码的方法调用指令
（1）invokestatic：调用静态方法
（2）invokespecial：调用实例构造器方法，私有方法和父类方法。
（3）invokevirtual：调用所有的虚方法。
（4）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。
（5）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。
前2条指令（invokestatic, invokespecial），在类加载时就能把符号引用解析为直接引用，符合这个条件的有静态方法、实例构造器方法、私有方法、父类方法这4类，这4类方法叫非虚方法。
非虚方法除了上面静态方法、实例构造器方法、私有方法、父类方法这4种方法之外，还包括final方法。虽然final方法使用invokevirtual指令来调用，但是final方法无法被覆盖，没有其他版本，无需对方法接收者进行多态选择，或者说多态选择的结果是唯一的。

重载overload

上面说的静态类型和动态类型都是可以变化的。静态类型发生变化（强制类型转换）时，对于编译器是可知的，即编译器知道对象的最终静态类型。而实际类型变化（对象指向了其他对象）时，编译器是不可知的，只有在运行时才可知。

//静态类型变化sr.sayHello((Man) man);sr.sayHello((Woman) man);//实际类型变化Human man = new Man();man = new Woman();

重载只涉及静态类型的选择。
测试代码如下：

/** * Created by fan on 2016/3/28. */public class StaticDispatcher {    static class Human {}    static class Man extends Human {}    static class Woman extends Human {}    public void sayHello(Human human) {        System.out.println("Hello guy!");    }    public void sayHello(Man man) {        System.out.println("Hello man!");    }    public void sayHello(Woman woman) {        System.out.println("Hello woman!");    }    public static void main(String[] args) {        StaticDispatcher staticDispatcher = new StaticDispatcher();        Human man = new Man();        Human woman = new Woman();        staticDispatcher.sayHello(man);        staticDispatcher.sayHello(woman);        staticDispatcher.sayHello((Man)man);        staticDispatcher.sayHello((Woman)man);    }}

先看看执行结果：
这里写图片描述

由此可见，当静态类型发生变化时，会调用相应类型的方法。但是，当将Man强制类型转换成Woman时，没有编译错误，却有运行时异常。“classCastException”类映射异常。
看看字节码指令：
javap -verbose -c StaticDispatcher

public static void main(java.lang.String[]);  Code:   Stack=2, Locals=4, Args_size=1   0:   new     #7; //class StaticDispatcher   3:   dup   4:   invokespecial   #8; //Method "<init>":()V   7:   astore_1   8:   new     #9; //class StaticDispatcher$Man   11:  dup   12:  invokespecial   #10; //Method StaticDispatcher$Man."<init>":()V   15:  astore_2   16:  new     #11; //class StaticDispatcher$Woman   19:  dup   20:  invokespecial   #12; //Method StaticDispatcher$Woman."<init>":()V   23:  astore_3   24:  aload_1   25:  aload_2   26:  invokevirtual   #13; //Method sayHello:(LStaticDispatcher$Human;)V   29:  aload_1   30:  aload_3   31:  invokevirtual   #13; //Method sayHello:(LStaticDispatcher$Human;)V   34:  aload_1   35:  aload_2   36:  checkcast       #9; //class StaticDispatcher$Man   39:  invokevirtual   #14; //Method sayHello:(LStaticDispatcher$Man;)V   42:  aload_1   43:  aload_2   44:  checkcast       #11; //class StaticDispatcher$Woman   47:  invokevirtual   #15; //Method sayHello:(LStaticDispatcher$Woman;)V   50:  return

看到，在强制类型转换时，会有指令checkCast的调用，而且invokevirtual指令的调用方法也发生了变化39: invokevirtual #14; //Method sayHello:(LStaticDispatcher$Man;)V 。
虚拟机（准确说是编译器）在重载时是通过参数的静态类型而不是实际类型作为判定依据的。
对于字面量类型，编译器会自动进行类型转换。转换的顺序为：
char-int-long-float-double-Character-Serializable-Object
转换成Character是因为发生了自动装箱，转换成Serializable是因为Character实现了Serializable接口。

重写override

测试代码如下：

/** * Created by fan on 2016/3/29. */public class DynamicDispatcher {    static abstract class Human {        protected abstract void sayHello();    }    static class Man extends Human {        @Override        protected void sayHello() {            System.out.println("Man say hello");        }    }    static class Woman extends Human {        @Override        protected void sayHello() {            System.out.println("Woman say hello");        }    }    public static void main(String[] args) {        Human man = new Man();        Human woman = new Woman();        man.sayHello();        woman.sayHello();        man = new Woman();        man.sayHello();    }}

执行结果：
这里写图片描述

看下字节码指令：

public static void main(java.lang.String[]);  Code:   Stack=2, Locals=3, Args_size=1   0:   new     #2; //class DynamicDispatcher$Man   3:   dup   4:   invokespecial   #3; //Method DynamicDispatcher$Man."<init>":()V   7:   astore_1   8:   new     #4; //class DynamicDispatcher$Woman   11:  dup   12:  invokespecial   #5; //Method DynamicDispatcher$Woman."<init>":()V   15:  astore_2   16:  aload_1   17:  invokevirtual   #6; //Method DynamicDispatcher$Human.sayHello:()V   20:  aload_2   21:  invokevirtual   #6; //Method DynamicDispatcher$Human.sayHello:()V   24:  new     #4; //class DynamicDispatcher$Woman   27:  dup   28:  invokespecial   #5; //Method DynamicDispatcher$Woman."<init>":()V   31:  astore_1   32:  aload_1   33:  invokevirtual   #6; //Method DynamicDispatcher$Human.sayHello:()V   36:  return

从字节码中可以看到，他们调用的都是相同的方法invokevirtual #6; //Method DynamicDispatcher$Human.sayHello:()V ，但是执行的结果却显示调用了不同的方法。因为，在编译阶段，编译器只知道对象的静态类型，而不知道实际类型，所以在class文件中只能确定要调用父类的方法。但是在执行时却会判断对象的实际类型。如果实际类型实现这个方法，则直接调用，如果没有实现，则按照继承关系从下往上一次检索，只要检索到就调用，如果始终没有检索到，则抛异常（难道能编译通过）。

（1）测试代码如下：

/** * Created by fan on 2016/3/29. */public class Test {    static class Human {        protected void sayHello() {            System.out.println("Human say hello");        }        protected void sayHehe() {            System.out.println("Human say hehe");        }    }    static class Man extends Human {        @Override        protected void sayHello() {            System.out.println("Man say hello");        }//        protected void sayHehe() {//            System.out.println("Man say hehe");//        }    }    static class Woman extends Human {        @Override        protected void sayHello() {            System.out.println("Woman say hello");        }//        protected void sayHehe() {//            System.out.println("Woman say hehe");//        }    }    public static void main(String[] args) {        Human man = new Man();        man.sayHehe();    }}

测试结果如下：
这里写图片描述
字节码指令：

public static void main(java.lang.String[]);  Code:   Stack=2, Locals=2, Args_size=1   0:   new     #2; //class Test$Man   3:   dup   4:   invokespecial   #3; //Method Test$Man."<init>":()V   7:   astore_1   8:   aload_1   9:   invokevirtual   #4; //Method Test$Human.sayHehe:()V   12:  return

字节码指令与上面代码的字节码指令没有本质区别。

（2）测试代码如下：

/** * Created by fan on 2016/3/29. */public class Test {    static class Human {        protected void sayHello() {        }    }    static class Man extends Human {        @Override        protected void sayHello() {            System.out.println("Man say hello");        }        protected void sayHehe() {            System.out.println("Man say hehe");        }    }    static class Woman extends Human {        @Override        protected void sayHello() {            System.out.println("Woman say hello");        }        protected void sayHehe() {            System.out.println("Woman say hehe");        }    }    public static void main(String[] args) {        Human man = new Man();        man.sayHehe();    }}

编译时报错：
这里写图片描述

这个例子说明了：Java编译器是基于静态类型进行检查的。

修改上面错误代码，如下所示：

/** * Created by fan on 2016/3/29. */public class Test {    static class Human {        protected void sayHello() {            System.out.println("Human say hello");        }//        protected void sayHehe() {//            System.out.println("Human say hehe");//        }    }    static class Man extends Human {        @Override        protected void sayHello() {            System.out.println("Man say hello");        }        protected void sayHehe() {            System.out.println("Man say hehe");        }    }    static class Woman extends Human {        @Override        protected void sayHello() {            System.out.println("Woman say hello");        }        protected void sayHehe() {            System.out.println("Woman say hehe");        }    }    public static void main(String[] args) {        Man man = new Man();        man.sayHehe();    }}

注意在Main方法中，改成了Man man = new Man();
执行结果如下所示：
这里写图片描述
字节码指令如下所示：

public static void main(java.lang.String[]);  Code:   Stack=2, Locals=2, Args_size=1   0:   new     #2; //class Test$Man   3:   dup   4:   invokespecial   #3; //Method Test$Man."<init>":()V   7:   astore_1   8:   aload_1   9:   invokevirtual   #4; //Method Test$Man.sayHehe:()V   12:  return

注意上面的字节码指令invokevirtual #4; //Method Test$Man.sayHehe:()V 。

结束语

本文讨论了一下重载与重写的基本原理，查看了相关的字节码指令，下篇博文 java方法调用之单分派与多分派（二）讨论下单分派与多分派。
可以再看看这篇博文 java方法调用之动态调用多态（重写override）的实现原理——方法表（三）

参考资料

周志明《深入理解JAVA虚拟机》

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