Java动态绑定机制的内幕
作者:谭思 发布时间:[ 2016/12/21 10:23:20 ] 推荐标签:测试开发技术 Java
其中invokevirtual指令的详细调用过程是这样的:
(1) invokevirtual指令中的#15指的是AutoCall类的常量池中第15个常量表的索引项。这个常量表(CONSTATN_Methodref_info) 记录的是方法f1信息的符号引用(包括f1所在的类名,方法名和返回类型)。JVM会首先根据这个符号引用找到调用方法f1的类的全限定名: hr.test.Father。这是因为调用方法f1的类的对象father声明为Father类型。
(2) 在Father类型的方法表中查找方法f1,如果找到,则将方法f1在方法表中的索引项11(如上图)记录到AutoCall类的常量池中第15个常量表中(常量池解析 )。这里有一点要注意:如果Father类型方法表中没有方法f1,那么即使Son类型中方法表有,编译的时候也通过不了。因为调用方法f1的类的对象father的声明为Father类型。
(3) 在调用invokevirtual指令前有一个aload_1指令,它会将开始创建在堆中的Son对象的引用压入操作数栈。然后invokevirtual指令会根据这个Son对象的引用首先找到堆中的Son对象,然后进一步找到Son对象所属类型的方法表。过程如下图所示:
(4) 这是通过第(2)步中解析完成的#15常量表中的方法表的索引项11,可以定位到Son类型方法表中的方法f1(),然后通过直接地址找到该方法字节码所在的内存空间。
很明显,根据对象(father)的声明类型(Father)还不能够确定调用方法f1的位置,必须根据father在堆中实际创建的对象类型Son来确定f1方法所在的位置。这种在程序运行过程中,通过动态创建的对象的方法表来定位方法的方式,我们叫做 动态绑定机制 。
上面的过程很清楚的反映出在方法覆盖的多态调用的情况下,JVM是如何定位到准确的方法的。但是下面的调用方法JVM是如何定位的呢?(仍然使用上面代码中的Father和Son类型)
public class AutoCall{
public static void main(String[] args){
Father father=new Son();
char c='a';
father.f1(c); //打印结果:father-f1() para-int 97
}
}
问题是Fahter类型中并没有方法签名为f1(char)的方法呀。但打印结果显示JVM调用了Father类型中的f1(int)方法,并没有调用到Son类型中的f1(char)方法。
根据上面详细阐述的调用过程,首先可以明确的是:JVM首先是根据对象father声明的类型Father来解析常量池的(也是用Father方法表中的索引项来代替常量池中的符号引用)。如果Father中没有匹配到”合适” 的方法,无法进行常量池解析,这在编译阶段通过不了。
那么什么叫”合适”的方法呢?当然,方法签名完全一样的方法自然是合适的。但是如果方法中的参数类型在声明的类型中并不能找到呢?比如上面的代码中调用father.f1(char),Father类型并没有f1(char)的方法签名。实际上,JVM会找到一种“凑合”的办法,是通过 参数的自动转型 来找 到“合适”的 方法。比如char可以通过自动转型成int,那么Father类中可以匹配到这个方法了 (关于Java的自动转型问题可以参见《【解惑】Java类型间的转型》)。但是还有一个问题,如果通过自动转型发现可以“凑合”出两个方法的话怎么办?比如下面的代码:
class Father{
public void f1(Object o){
System.out.println("Object");
} public void f1(double[] d){
System.out.println("double[]");
} }
public class Demo{
public static void main(String[] args) {
new Father().f1(null); //打印结果
: double[]
}
}
null可以引用于任何的引用类型,那么JVM如何确定“合适”的方法呢。一个很重要的标准是:如果一个方法可以接受传递给另一个方法的任何参数,那么第一个方法相对不合适。比如上面的代码: 任何传递给f1(double[])方法的参数都可以传递给f1(Object)方法,而反之却不行,那么f1(double[])方法更合适。因此JVM会调用这个更合适的方法。
总结
(1) 所有私有方法、静态方法、构造器及初始化方法<clinit>都是采用静态绑定机制。在编译器阶段已经指明了调用方法在常量池中的符号引用,JVM运行的时候只需要进行一次常量池解析即可。
(2) 类对象方法的调用必须在运行过程中采用动态绑定机制。
首先,根据对象的声明类型(对象引用的类型)找到“合适”的方法。具体步骤如下:
① 如果能在声明类型中匹配到方法签名完全一样(参数类型一致)的方法,那么这个方法是合适的。
② 在第①条不能满足的情况下,寻找可以“凑合”的方法。标准是通过将参数类型进行自动转型之后再进行匹配。如果匹配到多个自动转型后的方法签名f(A)和f(B),则用下面的标准来确定合适的方法:传递给f(A)方法的参数都可以传递给f(B),则f(A)合适。反之f(B)合适 。
③ 如果仍然在声明类型中找不到“合适”的方法,则编译阶段无法通过。
然后,根据在堆中创建对象的实际类型找到对应的方法表,从中确定具体的方法在内存中的位置。
覆写(override)
一个实例方法可以覆写(override)在其超类中可访问到的具有相同签名的所有实例方法,从而使能了动态分派(dynamic dispatch);换句话说,VM将基于实例的运行期类型来选择要调用的覆写方法。覆写是面向对象编程技术的基础,并且是没有被普遍劝阻的名字重用形式:
class Base{
public void f(){}
}
class Derived extends Base{
public void f(){}
}
隐藏(hide)
一个域、静态方法或成员类型可以分别隐藏(hide)在其超类中可访问到的具有相同名字(对方法而言是相同的方法签名)的所有域、静态方法或成员类型。隐藏一个成员将阻止其被继承。
class Base{
public static void f(){}
}
class Derived extends Base {
private static void f(){} //hides Base. f()
}
重载(overload)
在某个类中的方法可以重载(overload)另一个方法,只要它们具有相同的名字和不同的签名。由调用所指定的重载方法是在编译期选定的。
class CircuitBreaker{
public void f (int i){} //int overloading
public void f(String s){} //String overloading
}
遮蔽(shadow)
一个变量、方法或类型可以分别遮蔽(shadow)在一个闭合的文本范围内的具有相同名字的所有变量、方法或类型。如果一个实体被遮蔽了,那么你用它的简单名是无法引用到它的;根据实体的不同,有时你根本无法引用到它。
class WhoKnows{
static String sentence=”I don't know.”;
public static void main(String[] args〕{
String sentence=”I don't know.”; //shadows static field
System.out. println (sentence); // prints local variable
}
}
尽管遮蔽通常是被劝阻的,但是有一种通用的惯用法确实涉及遮蔽。构造器经常将来自其所在类的某个域名重用为一个参数,以传递这个命名域的值。这种惯用法并不是没有风险,但是大多数Java程序员都认为这种风格带来的实惠要超过
class Belt{
private find int size ; //Parameter shadows Belt. size
public Belt (int size){
this. size=size;
}
}
其风险:
遮掩(obscure)
一个变量可以遮掩具有相同名字的一个类型,只要它们都在同一个范围内:如果这个名字被用于变量与类型都被许可的范围,那么它将引用到变量上。相似地,一个变量或一个类型可以遮掩一个包。遮掩是一种两个名字位于不同的名字空间的名字重用形式,这些名字空间包括:变量、包、方法或类型。如果一个类型或一个包被遮掩了,那么你不能通过其简单名引用到它,除非是在这样一个上下文环境中,即语法只允许在其名字空间中出现一种名字。遵守命名习惯可以极大地消除产生遮掩的可能性:
public class Obscure{
static String System;// Obscures type java.lang.System
public static void main(String[] args)
// Next line won't compile:System refers to static field
System. out. println(“hello, obscure world!”);
}
}
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