Java和JVM重载识别、重写方法
JavaEdge. 人气:1可变长参数方法的重载造成的。
1.案例
void invoke(Object obj, Object... args) { ... }
void invoke(String s, Object obj, Object... args) { ... }
invoke(null, 1); // 调用第二个invoke方法
invoke(null, 1, 2); // 调用第二个invoke方法
invoke(null, new Object[]{1}); // 只有手动绕开可变长参数的语法糖，
// 才能调用第一个invoke方法某API定义了两个同名重载方法：
- 第一个接收一个Object，以及声明为Object…的变长参数
- 第二个则接收一个String、一个Object，以及声明为Object…的变长参数
想调用第一个方法，传参(null, 1)，即声明为Object的形式参数所对应的实际参数为null，而变长参数则对应1。
之所以不提倡可变长参数方法重载，是因为Java编译器可能无法决定应该调用哪个目标方法。
这种情况下，编译器会报错，并且提示这方法调用有二义性。然而，Java编译器直接将我的方法调用识别为调用第二个方法，这究竟是为什么呢？
Java虚拟机是怎么识别目标方法的？
2.重载与重写
同一类中出现多个：
- 名字相同
- 参数类型相同
这限制可通过字节码工具绕开，编译完成后，可再向class文件中添加方法名和参数类型相同，而返回类型不同的方法。当这种包括多个方法名相同、参数类型相同，而返回类型不同的方法的类，出现在Java编译器的用户类路径上时，它是怎么确定需要调用哪个方法的呢？
当前版本的Java编译器会直接选取第一个方法名以及参数类型匹配的方法。并且，它会根据所选取方法的返回类型来决定可不可以通过编译，以及需不需要进行值转换等。
重载的方法在编译过程中即可完成识别。具体到每一个方法调用，Java编译器会根据所传入参数的声明类型（注意与实际类型区分）来选取重载方法。选取的过程共分为三个阶段：
- 在不考虑对基本类型自动装拆箱及可变长参数情况下选取重载方法
- 如在第1个阶段没找到适配方法，那在允许自动装拆箱，但不允许可变长参数情况下选取重载方法
- 如在第2个阶段中没找到适配方法，那在允许自动装拆箱及可变长参数情况下选取重载方法
如Java编译器在同一阶段中找到多个适配方法，那它会在其中选择一个最为贴切，贴切程度关键就是形式参数类型的继承关系。
传入null时，它既可匹配第一个方法中声明为Object的形式参数，也可匹配第二个方法中声明为String的形式参数。由于String是Object的子类，因此Java编译器会认为第二个方法更贴切。
除同一个类中的方法，重载也可作用于这个类所继承而来的方法。如子类定义了与父类中非私有方法同名的方法，且这两个方法的参数类型不同，那在子类中，这两个方法同样构成重载。
若子类定义与父类中非private方法的同名方法，且这两方法参数类型相同，那这俩方法间啥关系：
- 若这俩都是static方法，那子类中的方法隐藏了父类中的方法
- 若都不是 static 的，则子类的方法重写了父类中的方法
Java的方法重写是多态的体现：允许子类在继承父类部分功能同时，拥有自己独特行为。
重写调用会根据调用者的动态类型选取实际的目标方法。
3.JVM的静态绑定和动态绑定
Java虚拟机识别方法的关键在于类名、方法名及方法描述符（method descriptor）。
方法描述符由方法的参数类型及返回类型构成。
同一类中，如同时出现多个名字相同且描述符相同的方法，那Java虚拟机会在类的验证阶段报错。
Java虚拟机与Java语言不同，它不限制名字与参数类型相同，但返回类型不同的方法出现在同一类，对调用这些方法的字节码，由于字节码所附带的方法描述符包含了返回类型，因此Java虚拟机能够准确识别目标方法。
JVM方法重写判定同样基于方法描述符。
如子类定义了与父类中非私有、非静态方法同名的方法，则仅当这俩方法的参数类型及返回类型一致，JVM才会判定为重写。
对Java中重写而Java虚拟机中非重写的情况，编译器会通过生成桥接方法[2]实现Java的重写语义。
由于对重载方法的区分在编译阶段已完成，可认为JVM不存在重载概念。因此，某些文章将
- 重载称为静态绑定（static binding）或编译时多态（compile-time polymorphism）
- 重写称为动态绑定（dynamic binding）
这说法在JVM语境下并非完全正确，因为某类中的重载方法可能被它的子类重写，因此JVM 会将所有对非私有实例方法的调用编译为需要动态绑定的类型。
JVM的：
- 静态绑定指在解析时便能够直接识别目标方法
- 动态绑定指要在运行过程中，根据调用者的动态类型来识别目标方法
Java字节码中与调用相关的指令有：
- invokestatic：调用静态方法
- invokespecial：调用私有实例方法、构造器及使用super关键字调用父类的实例方法或构造器，和所实现接口的默认方法
- invokevirtual：用于调用非私有实例方法
- invokeinterface：用于调用接口方法
- invokedynamic：用于调用动态方法较为复杂
编译生成这四种调用指令的情况。
interface 客户 {
boolean isVIP();
}
class 商户 {
public double 折后价格(double 原价, 客户 某客户) {
return 原价 * 0.8d;
}
}
class 奸商 extends 商户 {
@Override
public double 折后价格(double 原价, 客户 某客户) {
if (某客户.isVIP()) { // invokeinterface
return 原价 * 价格歧视(); // invokestatic
} else {
return super.折后价格(原价, 某客户); // invokespecial
}
}
public static double 价格歧视() {
// 咱们的杀熟算法太粗暴了，应该将客户城市作为随机数生成器的种子。
return new Random() // invokespecial
.nextDouble() // invokevirtual
+ 0.8d;
}
}“商户”类定义了一个成员方法，叫“折后价格”，它接收一个double类型参数及一个“客户”类型参数。
这里“客户”是个接口，定义了一个接口方法“isVIP”。
“奸商”类这个方法，首先调用客户#isVIP，该调用会被编译为invokeinterface指令
- 若客户是VIP，则调用奸商类的一个名叫“价格歧视”的静态方法。该调用会被编译为invokestatic指令
- 如客户不是VIP，则通过super调用父类的“折后价格”方法。该调用会被编译为invokespecial指令
在静态方法“价格歧视”会调用Random类的构造器。该调用会被编译为invokespecial指令。然后以这个新建Random对象为调用者，调用Random类中的nextDouble方法。该调用会被编译为invokevirutal指令。
对于invokestatic以及invokespecial而言，Java虚拟机能够直接识别具体的目标方法。
而对于invokevirtual以及invokeinterface而言，在绝大部分情况下，虚拟机需要在执行过程中，根据调用者的动态类型，来确定具体的目标方法。
如虚拟机能确定目标方法有且仅有一个，比如说目标方法被标记为final[3][4]，它可不通过动态类型，直接确定目标方法。
4.调用指令的符号引用
编译过程中，我们并不知目标方法的具体内存地址。因此，Java编译器会暂时用符号引表示该目标方法。
这符号引用包括目标方法所在的类或接口的名字，以及目标方法的方法名和方法描述符。
符号引用存储在class文件的常量池。根据目标方法是否为接口方法，这些引用可分为：
- 接口符号引用
- 非接口符号引用
// 在奸商.class的常量池中，#16为接口符号引用，指向接口方法"客户.isVIP()"。#22为非接口符号引用，指向静态方法"奸商.价格歧视()"。 $ javap -v 奸商.class ... Constant pool: ... #16 = InterfaceMethodref #27.#29 // 客户.isVIP:()Z ... #22 = Methodref #1.#33 // 奸商.价格歧视:()D ...
执行使用了符号引用的字节码前，JVM需解析这些【符号引用】并替换为【实际引用】。
对【非接口符号引用】，假定该【符号引用】所指向的类为C，则JVM按如下步骤查找：
- 在C中查找符合名字及描述符的方法
- 若没找到，搜索C的父类，直至Object类
- 若还没找到，在C所直接实现或间接实现的接口中搜索，该步搜索得到的目标方法必须是非private、非static且若目标方法在间接实现的接口中，则需满足C与该接口间无其他符合条件的目标方法。若有多个符合条件的目标方法，则返回其中任一。
所以static方法也可通过子类来调用。子类的static方法会隐藏（这不是重写）父类中的同名、同描述符的静态方法。
对于接口符号引用，假定该符号引用所指向的接口为I，则Java虚拟机会按照如下步骤进行查找。
- 在I中查找符合名字及描述符的方法。
- 如果没有找到，在Object类中的公有实例方法中搜索。
- 如果没有找到，则在I的超接口中搜索。这一步的搜索结果的要求与非接口符号引用步骤3的要求一致。
经过上述解析步骤后，符号引用会被解析成实际引用：
- 对可静态绑定的方法调用，实际引用是个指向方法的指针
- 对需动态绑定的方法调用，实际引用则是个方法表的索引
5.总结与实践
文介绍了Java以及Java虚拟机是如何识别目标方法的。
在Java方法的：
- 重载，方法名相同而参数类型不相同的方法间
- 重写，方法名相同&参数类型也相同的方法间
JVM识别方法的方式除了方法名和参数类型，还有返回类型。
JVM的：
- 静态绑定：在解析时便能够直接识别目标方法的情况
- 动态绑定，需在运行过程中根据调用者的动态类型来识别目标方法的情况。由于Java编译器已区分重载方法，因此可认为JVM不存在重载
在class文件中，Java编译器会用符号引用指代目标方法。在执行调用指令前，它所附带的符号引用需要被解析成实际引用。对于可以静态绑定的方法调用而言，实际引用为目标方法的指针。对于需要动态绑定的方法调用而言，实际引用为辅助动态绑定的信息。
Java的重写与Java虚拟机中的重写并不一致，但编译器会通过生成桥接方法来弥补。
参考：
[1] https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/language/varargs.html
[2] https://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/generics/bridgeMethods.html
[3] https://wiki.openjdk.java.net/display/HotSpot/VirtualCalls
[4] https://wiki.openjdk.java.net/display/HotSpot/InterfaceCalls
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