使用Java怎么實現(xiàn)動態(tài)分派和靜態(tài)分派？相信很多沒有經(jīng)驗的人對此束手無策，為此本文總結(jié)了問題出現(xiàn)的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個問題。
Java 的動態(tài)分派和靜態(tài)分派也是 Java 方法的執(zhí)行原理。 Java 源代碼的編譯之后，方法之間的調(diào)用是使用符號引用來表示的。當字節(jié)碼被 JVM 加載之后，符號引用才會被替換為對應(yīng)方法在方法區(qū)的真實內(nèi)存地址。那么在替換之前，由于 Java 的方法重寫、重載，就導致符號引用對應(yīng)的方法可能是一個虛方法，那么方法的真實實現(xiàn)在運行時就可能有多個。
所以在將符號引用替換為真實地址時，還需要做一件事情：那就是確定符號引用要替換的方法的版本。
運行時方法幀
與 C,C++ 一樣，JVM 在運行時也會維護一個運行棧，用于方法的調(diào)用和返回。當調(diào)用一個方法時，會為方法在棧上分配一塊內(nèi)存區(qū)域作為方法的幀。方法調(diào)用幀又分為下面幾個區(qū)域：
局部變量表
存儲方法參數(shù)和方法體中的局部變量，其容量在編譯期就已確定。容量的最小單位是 variable slot(變量槽)。
靜態(tài)方法的局部變量數(shù)就是方法體中聲明的變量數(shù)；實例方法的局部變量數(shù)會多一個，多出的一個就是我們平時在實例方法中訪問的this。this 其實是編譯器在編譯時悄悄加到實例方法上的，而且是作為第一個參數(shù)。
操作數(shù)棧
JVM 的字節(jié)碼指令執(zhí)行機制是基于棧的，所以需要一個棧來存儲字節(jié)碼指令的操作數(shù)。
Android 的 VM 是基于寄存器的，所以沒有操作棧區(qū)域。
Android VM 采用寄存器存儲操作數(shù)有兩個主要原因：1. 寄存器乃是 CPU 內(nèi)部的高速內(nèi)存, 讀寫寄存器是與 CPU 交互最快的方式。2. 智能手機多使用 ARM 架構(gòu)的 CPU, ARM 架構(gòu)的 CPU 有很多通用寄存器可使用。
動態(tài)鏈接
方法體中調(diào)用其他方法時，會把將要調(diào)用的方法在常量池中的符號引用，轉(zhuǎn)化為將要其在方法區(qū)內(nèi)存中的開始地址信息，并儲存到動態(tài)鏈接中。
方法返回地址
一個方法執(zhí)行完畢之后，線程需要值得回到哪里繼續(xù)執(zhí)行，方法返回地址就是存儲這個信息的。返回地址一般就是當前方法的調(diào)用者的程序計數(shù)器的值(PC寄存器)。
正常完成出口: 方法正常返回時，如果有返回值，返回值會被壓入調(diào)用方法的操作數(shù)棧中
異常完成出口: 當方法發(fā)生了異常，且在異常表中沒有找到匹配的異常處理流程時，方法將不會有返回值
方法調(diào)用
方法調(diào)用并不等同于方法執(zhí)行，方法調(diào)用階段唯一的任務(wù)就是確定被調(diào)用方法的版本（即調(diào)用哪一個方法）
調(diào)用方法的指令
有以下字節(jié)碼指令用于方法的調(diào)用:
| 指令 | 用途 | 說明 |
|---|---|---|
| invokestatic | 調(diào)用類的靜態(tài)方法 | |
| invokespecfical | 調(diào)用對象的構(gòu)造函數(shù)和私有方法 | |
| invokevirtual | 調(diào)用對象的 public/protected 的方法 | 可能通過繼承復寫的方法稱做 virtual method: 表示要到運行時才能定位到真正的方法實現(xiàn)。通過符號引用確定虛方法直接引用的過程又叫做動態(tài)分派 |
| invokeinterface | 調(diào)用接口的方法 | 具體的實現(xiàn)類將在調(diào)用時確定 |
| invokedynamic | JDK1.7 為了讓 JVM 支持動態(tài)類型語言引入的指令 | 讓用戶可以決定如何查找目標方法 |
符號引用到直接引用
由于 Java 的編譯沒有C C++ 編譯過程中的鏈接階段，所以 Class 文件中儲存的只是符號引用，等到了在運行時才通過符號引用定位到方法區(qū)中方法代碼在內(nèi)存布局中的位置--直接引用。
符號引用到直接引用的替換又涉及兩種方式。一種是解析，另一種是分派。解析發(fā)生在類加載的解析階段，分派發(fā)生在編譯或方法調(diào)用階段。
解析
在類加載的解析階段會把滿足「編譯期可知，運行期不可變」的方法的符號引用替換為指向方法區(qū)的直接引用，不會延遲到運行時再去完成。
滿足編譯期可知，運行期不可變的方法有：構(gòu)造函數(shù)、私有方法、靜態(tài)方法、final修飾的方法。不滿足上述條件的方法的符號引用替換發(fā)生在方法調(diào)用期間。
分派 Dispatch
多態(tài)的實現(xiàn)原理
變量類型
理解分派之前，需要先看兩個類型概念。
比如：Object obj = new String("");
靜態(tài)類型
定義變量時，聲明的類型。比如這里 obj 的靜態(tài)類型就是 Object。靜態(tài)類型在編譯期的編譯器就能知道。
實際類型
變量賦值時的實際類型。比如這里 obj 的實際類型就是 String。實際類型在編譯期的編譯器是不可知的。
靜態(tài)分派
根據(jù)變量的「靜態(tài)類型(外觀類型)」匹配調(diào)用方法的過程稱為靜態(tài)分派。發(fā)生的場景為方法重載。
如下代碼:
重慶分公司
重慶分公司
public class StaticDispatch {
static abstract class Human { }
static class Man extends Human { }
static class Woman extends Human { }
static class Child extends Human { }
public void say(Human human) {
System.out.println("human");
}
public void say(Man man) {
System.out.println("man");
}
public void say(Woman woman) {
System.out.println("woman");
}
public void say(Child child) {
System.out.println("child");
}
}public static void main(String[] args) {
Human man = new Man();
Human woman = new Woman();
Human child = new Child();
StaticDispatch dispatch = new StaticDispatch();
dispatch.say(man);
dispatch.say(woman);
dispatch.say(child);
}main 方法的執(zhí)行結(jié)果:
human
human
human
雖然 StaticDispatch 為每種 Human 的子類都重載了一個 say 方法，但是由于重載采用的是靜態(tài)分派，是根據(jù)對象的靜態(tài)類型做方法匹配的。所以結(jié)果全都匹配到了 public void say(Human human) 方法。main 方法編譯之后的字節(jié)碼:
public static main([Ljava/lang/String;)V NEW method_invoke/StaticDispatch$Man DUP INVOKESPECIAL method_invoke/StaticDispatch$Man.()V ASTORE 1 NEW method_invoke/StaticDispatch$Woman DUP INVOKESPECIAL method_invoke/StaticDispatch$Woman. ()V ASTORE 2 NEW method_invoke/StaticDispatch$Child DUP INVOKESPECIAL method_invoke/StaticDispatch$Child. ()V ASTORE 3 NEW method_invoke/StaticDispatch DUP INVOKESPECIAL method_invoke/StaticDispatch. ()V ASTORE 4 // 下面為調(diào)用 say ALOAD 4 ALOAD 1 INVOKEVIRTUAL method_invoke/StaticDispatch.say (Lmethod_invoke/StaticDispatch$Human;)V ALOAD 4 ALOAD 2 INVOKEVIRTUAL method_invoke/StaticDispatch.say (Lmethod_invoke/StaticDispatch$Human;)V ALOAD 4 ALOAD 3 INVOKEVIRTUAL method_invoke/StaticDispatch.say (Lmethod_invoke/StaticDispatch$Human;)V RETURN
從字節(jié)碼也能看到，編譯器確實是按照靜態(tài)分派選擇了匹配靜態(tài)類型的 StaticDispatch.say(LStaticDispatch$Human;)V 方法，而沒有按照變量的實際類型去匹配重載的方法。
public class Overload {
public static void out(char a) { System.out.println("char " + a); }
public static void out(int a) {System.out.println("int " + a);}
public static void out(long a) { System.out.println("long " + a); }
public static void out(float a) { System.out.println("float " + a); }
public static void out(double a) { System.out.println("double " + a); }
public static void out(Integer a) { System.out.println("integer"); }
public static void out(Character a) { System.out.println("character"); }
public static void out(Serializable a) { System.out.println("serializable " + a); }
public static void out(Comparable a) { System.out.println("comparable " + a); }
public static void out(Object a) { System.out.println("object " + a); }
public static void out(char... a) { System.out.println("char ... " + Arrays.toString(a)); }
public static void main(String[] args) {
out('c');
}
}這段代碼也是一個靜態(tài)分派的例子，編譯器會選擇參數(shù)類型做合適的函數(shù)去調(diào)用?？梢宰⑨尩羲?out 函數(shù)，留下 out(Serializable a)，你會發(fā)現(xiàn)程序也能成功編譯和運行。如果留下Serializeable 和 Comparable 編譯則會失敗，提示對 out 的引用不明確。
動態(tài)分派
根據(jù)變量的「實際類型」匹配調(diào)用方法的過程稱為動態(tài)分派。發(fā)生的場景為方法重寫。當調(diào)用一個可能被子類重寫或繼承的方法時，就會觸發(fā)動態(tài)分派。
public class DynamicDispatch {
static class Human {
public void say() {
System.out.println("human");
}
}
static class Man extends Human {
@Override
public void say() {
System.out.println("man");
}
}
static class Woman extends Human {
@Override
public void say() {
System.out.println("woman");
}
}
}public static void main(String[] args) {
Human human = new Human();
Human man = new Man();
Human woman = new Woman();
human.say();
man.say();
woman.say();
}main 方法的執(zhí)行結(jié)果:
human
man
woman
意料之中，所謂的多態(tài)就是這樣。那多態(tài)是如何實現(xiàn)的？
其實多態(tài)的實現(xiàn)過程也就是確定被重寫的方法版本的過程。main 方法編譯之后的字節(jié)碼:
public static main([Ljava/lang/String;)V NEW method_invoke/DynamicDispatch$Human DUP INVOKESPECIAL method_invoke/DynamicDispatch$Human.()V ASTORE 1 NEW method_invoke/DynamicDispatch$Man DUP INVOKESPECIAL method_invoke/DynamicDispatch$Man. ()V ASTORE 2 NEW method_invoke/DynamicDispatch$Woman DUP INVOKESPECIAL method_invoke/DynamicDispatch$Woman. ()V ASTORE 3 // 下面為多態(tài)調(diào)用 say ALOAD 1 INVOKEVIRTUAL method_invoke/DynamicDispatch$Human.say ()V ALOAD 2 INVOKEVIRTUAL method_invoke/DynamicDispatch$Human.say ()V ALOAD 3 INVOKEVIRTUAL method_invoke/DynamicDispatch$Human.say ()V RETURN
這里通過字節(jié)碼感覺都會調(diào)用Hunman#say方法的，但是運行之后并不是。
當 JVM 執(zhí)行這兩行字節(jié)碼時:
ALOAD 1 // 由上面 ASTORE 1 可知, 局部變量表的第一個變量是 Woman 的對象 INVOKEVIRTUAL method_invoke/DynamicDispatch$Human.say ()V // INVOKEVIRTUAL 指令就會到 Woman 類中去尋找 say 方法
調(diào)用 say 方法時，JVM 會先去當前調(diào)用的對象的類中查找是否存在和目標方法的描述符、簡單名稱一樣的方法，如果存在則將符號引用替換為找到的方法的直接引用，否則就向父類去查找，向父類的父類去查找..., 直到最后找不到拋出NoSuchMethod異常。
Human 的 say 方法的簽名:
public void say(); descriptor: ()V
Woman 的 say 方法的簽名:
public void say(); descriptor: ()V
看完上述內(nèi)容，你們掌握使用Java怎么實現(xiàn)動態(tài)分派和靜態(tài)分派的方法了嗎？如果還想學到更多技能或想了解更多相關(guān)內(nèi)容，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站建設(shè)公司行業(yè)資訊頻道，感謝各位的閱讀！
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