Java和JVM的重載和重寫方法是什么

本文小編為大家詳細介紹“Java和JVM的重載和重寫方法是什么”，內容詳細，步驟清晰，細節處理妥當，希望這篇“Java和JVM的重載和重寫方法是什么”文章能幫助大家解決疑惑，下面跟著小編的思路慢慢深入，一起來學習新知識吧。

1.案例

void invoke(Object obj, Object... args) { ... }
void invoke(String s, Object obj, Object... args) { ... }

invoke(null, 1);    // 調用第二個invoke方法
invoke(null, 1, 2); // 調用第二個invoke方法
invoke(null, new Object[]{1}); // 只有手動繞開可變長參數的語法糖，
                               // 才能調用第一個invoke方法

某API定義了兩個同名重載方法：

• 第一個接收一個Object，以及聲明為Object…的變長參數

• 第二個則接收一個String、一個Object，以及聲明為Object…的變長參數

想調用第一個方法，傳參(null, 1)，即聲明為Object的形式參數所對應的實際參數為null，而變長參數則對應1。
之所以不提倡可變長參數方法重載，是因為Java編譯器可能無法決定應該調用哪個目標方法。
這種情況下，編譯器會報錯，并且提示這方法調用有二義性。然而，Java編譯器直接將我的方法調用識別為調用第二個方法，這究竟是為什么呢？

Java虛擬機是怎么識別目標方法的？

2.重載與重寫

同一類中出現多個：

• 名字相同

• 參數類型相同

這限制可通過字節碼工具繞開，編譯完成后，可再向class文件中添加方法名和參數類型相同，而返回類型不同的方法。當這種包括多個方法名相同、參數類型相同，而返回類型不同的方法的類，出現在Java編譯器的用戶類路徑上時，它是怎么確定需要調用哪個方法的呢？
當前版本的Java編譯器會直接選取第一個方法名以及參數類型匹配的方法。并且，它會根據所選取方法的返回類型來決定可不可以通過編譯，以及需不需要進行值轉換等。
重載的方法在編譯過程中即可完成識別。具體到每一個方法調用，Java編譯器會根據所傳入參數的聲明類型（注意與實際類型區分）來選取重載方法。選取的過程共分為三個階段：

• 在不考慮對基本類型自動裝拆箱及可變長參數情況下選取重載方法

• 如在第1個階段沒找到適配方法，那在允許自動裝拆箱，但不允許可變長參數情況下選取重載方法

• 如在第2個階段中沒找到適配方法，那在允許自動裝拆箱及可變長參數情況下選取重載方法

如Java編譯器在同一階段中找到多個適配方法，那它會在其中選擇一個最為貼切，貼切程度關鍵就是形式參數類型的繼承關系。

傳入null時，它既可匹配第一個方法中聲明為Object的形式參數，也可匹配第二個方法中聲明為String的形式參數。由于String是Object的子類，因此Java編譯器會認為第二個方法更貼切。
除同一個類中的方法，重載也可作用于這個類所繼承而來的方法。如子類定義了與父類中非私有方法同名的方法，且這兩個方法的參數類型不同，那在子類中，這兩個方法同樣構成重載。

若子類定義與父類中非private方法的同名方法，且這兩方法參數類型相同，那這倆方法間啥關系：

• 若這倆都是static方法，那子類中的方法隱藏了父類中的方法

• 若都不是 static 的，則子類的方法重寫了父類中的方法

Java的方法重寫是多態的體現：允許子類在繼承父類部分功能同時，擁有自己獨特行為。
重寫調用會根據調用者的動態類型選取實際的目標方法。

3.JVM的靜態綁定和動態綁定

Java虛擬機識別方法的關鍵在于類名、方法名及方法描述符（method descriptor）。
方法描述符由方法的參數類型及返回類型構成。
同一類中，如同時出現多個名字相同且描述符相同的方法，那Java虛擬機會在類的驗證階段報錯。
Java虛擬機與Java語言不同，它不限制名字與參數類型相同，但返回類型不同的方法出現在同一類，對調用這些方法的字節碼，由于字節碼所附帶的方法描述符包含了返回類型，因此Java虛擬機能夠準確識別目標方法。

JVM方法重寫判定同樣基于方法描述符。
如子類定義了與父類中非私有、非靜態方法同名的方法，則僅當這倆方法的參數類型及返回類型一致，JVM才會判定為重寫。

對Java中重寫而Java虛擬機中非重寫的情況，編譯器會通過生成橋接方法[2]實現Java的重寫語義。

由于對重載方法的區分在編譯階段已完成，可認為JVM不存在重載概念。因此，某些文章將

• 重載稱為靜態綁定（static binding）或編譯時多態（compile-time polymorphism）

• 重寫稱為動態綁定（dynamic binding）

這說法在JVM語境下并非完全正確，因為某類中的重載方法可能被它的子類重寫，因此JVM 會將所有對非私有實例方法的調用編譯為需要動態綁定的類型。

JVM的：

• 靜態綁定指在解析時便能夠直接識別目標方法

• 動態綁定指要在運行過程中，根據調用者的動態類型來識別目標方法

Java字節碼中與調用相關的指令有：

• invokestatic：調用靜態方法

• invokespecial：調用私有實例方法、構造器及使用super關鍵字調用父類的實例方法或構造器，和所實現接口的默認方法

• invokevirtual：用于調用非私有實例方法

• invokeinterface：用于調用接口方法

• invokedynamic：用于調用動態方法較為復雜

編譯生成這四種調用指令的情況。

interface 客戶 {
  boolean isVIP();
}

class 商戶 {
  public double 折后價格(double 原價, 客戶 某客戶) {
    return 原價 * 0.8d;
  }
}

class 奸商 extends 商戶 {
  @Override
  public double 折后價格(double 原價, 客戶 某客戶) {
    if (某客戶.isVIP()) {                         // invokeinterface      
      return 原價 * 價格歧視();                    // invokestatic
    } else {
      return super.折后價格(原價, 某客戶);          // invokespecial
    }
  }
  public static double 價格歧視() {
    // 咱們的殺熟算法太粗暴了，應該將客戶城市作為隨機數生成器的種子。
    return new Random()                          // invokespecial
           .nextDouble()                         // invokevirtual
           + 0.8d;
  }
}

“商戶”類定義了一個成員方法，叫“折后價格”，它接收一個double類型參數及一個“客戶”類型參數。
這里“客戶”是個接口，定義了一個接口方法“isVIP”。

“奸商”類這個方法，首先調用客戶#isVIP，該調用會被編譯為invokeinterface指令

• 若客戶是VIP，則調用奸商類的一個名叫“價格歧視”的靜態方法。該調用會被編譯為invokestatic指令

• 如客戶不是VIP，則通過super調用父類的“折后價格”方法。該調用會被編譯為invokespecial指令

在靜態方法“價格歧視”會調用Random類的構造器。該調用會被編譯為invokespecial指令。然后以這個新建Random對象為調用者，調用Random類中的nextDouble方法。該調用會被編譯為invokevirutal指令。

對于invokestatic以及invokespecial而言，Java虛擬機能夠直接識別具體的目標方法。

而對于invokevirtual以及invokeinterface而言，在絕大部分情況下，虛擬機需要在執行過程中，根據調用者的動態類型，來確定具體的目標方法。

如虛擬機能確定目標方法有且僅有一個，比如說目標方法被標記為final[3][4]，它可不通過動態類型，直接確定目標方法。

4.調用指令的符號引用

編譯過程中，我們并不知目標方法的具體內存地址。因此，Java編譯器會暫時用符號引表示該目標方法。
這符號引用包括目標方法所在的類或接口的名字，以及目標方法的方法名和方法描述符。

符號引用存儲在class文件的常量池。根據目標方法是否為接口方法，這些引用可分為：

• 接口符號引用

• 非接口符號引用

// 在奸商.class的常量池中，#16為接口符號引用，指向接口方法"客戶.isVIP()"。#22為非接口符號引用，指向靜態方法"奸商.價格歧視()"。
$ javap -v 奸商.class ...
Constant pool:
...
  #16 = InterfaceMethodref #27.#29        // 客戶.isVIP:()Z
...
  #22 = Methodref          #1.#33         // 奸商.價格歧視:()D
...

執行使用了符號引用的字節碼前，JVM需解析這些【符號引用】并替換為【實際引用】。

對【非接口符號引用】，假定該【符號引用】所指向的類為C，則JVM按如下步驟查找：

• 在C中查找符合名字及描述符的方法

• 若沒找到，搜索C的父類，直至Object類

• 若還沒找到，在C所直接實現或間接實現的接口中搜索，該步搜索得到的目標方法必須是非private、非static且若目標方法在間接實現的接口中，則需滿足C與該接口間無其他符合條件的目標方法。若有多個符合條件的目標方法，則返回其中任一。

所以static方法也可通過子類來調用。子類的static方法會隱藏（這不是重寫）父類中的同名、同描述符的靜態方法。

對于接口符號引用，假定該符號引用所指向的接口為I，則Java虛擬機會按照如下步驟進行查找。

• 在I中查找符合名字及描述符的方法。

• 如果沒有找到，在Object類中的公有實例方法中搜索。

• 如果沒有找到，則在I的超接口中搜索。這一步的搜索結果的要求與非接口符號引用步驟3的要求一致。

經過上述解析步驟后，符號引用會被解析成實際引用：

• 對可靜態綁定的方法調用，實際引用是個指向方法的指針

• 對需動態綁定的方法調用，實際引用則是個方法表的索引

5.總結與實踐

文介紹了Java以及Java虛擬機是如何識別目標方法的。

在Java方法的：

• 重載，方法名相同而參數類型不相同的方法間

• 重寫，方法名相同&參數類型也相同的方法間

JVM識別方法的方式除了方法名和參數類型，還有返回類型。

JVM的：

• 靜態綁定：在解析時便能夠直接識別目標方法的情況

• 動態綁定，需在運行過程中根據調用者的動態類型來識別目標方法的情況。由于Java編譯器已區分重載方法，因此可認為JVM不存在重載

在class文件中，Java編譯器會用符號引用指代目標方法。在執行調用指令前，它所附帶的符號引用需要被解析成實際引用。對于可以靜態綁定的方法調用而言，實際引用為目標方法的指針。對于需要動態綁定的方法調用而言，實際引用為輔助動態綁定的信息。

Java的重寫與Java虛擬機中的重寫并不一致，但編譯器會通過生成橋接方法來彌補。

讀到這里，這篇“Java和JVM的重載和重寫方法是什么”文章已經介紹完畢，想要掌握這篇文章的知識點還需要大家自己動手實踐使用過才能領會，如果想了解更多相關內容的文章，歡迎關注億速云行業資訊頻道。