????? 在Java方法調(diào)用的過程中，JVM是如何知道調(diào)用的是哪個(gè)類的方法源代碼？ 這里面到底有什么內(nèi)幕呢？ 這篇文章我們就將揭露JVM方法調(diào)用的 靜態(tài)(static binding) 和 動(dòng)態(tài)綁定機(jī)制(auto binding) 。

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★ 靜態(tài)綁定機(jī)制

    //被調(diào)用的類
package hr.test;
class Father{
      public static void f1(){
              System.out.println("Father— f1()");
      }
}
//調(diào)用靜態(tài)方法
import hr.test.Father;
public class StaticCall{
       public static void main(){
            Father.f1(); //調(diào)用靜態(tài)方法
       }
}
  

???? 上面的源代碼中執(zhí)行方法調(diào)用的語句(Father.f1())被編譯器編譯成了一條指令：invokestatic #13。我們看看JVM是如何處理這條指令的

???? (1) 指令中的#13指的是StaticCall類的常量池中第13個(gè)常量表的索引項(xiàng)(關(guān)于常量池詳見《 Class文件內(nèi)容及常量池 》)。這個(gè)常量表 ( CONSTATN_Methodref_info ) 記錄的是方法f1信息的符號(hào)引用(包括f1所在的類名，方法名和返回類型)。JVM會(huì)首先根據(jù)這個(gè)符號(hào)引用找到方法f1所在的類的全限定名: hr.test.Father。

???? (2) 緊接著JVM會(huì)加載、鏈接和初始化Father類。

???? (3) 然后在Father類所在的方法區(qū)中找到f1()方法的直接地址，并將這個(gè)直接地址記錄到StaticCall類的常量池索引為13的常量表中。這個(gè)過程叫 常量池解析 ，以后再次調(diào)用Father.f1()時(shí)，將直接找到f1方法的字節(jié)碼。

???? (4) 完成了StaticCall類常量池索引項(xiàng)13的常量表的解析之后，JVM就可以調(diào)用f1()方法，并開始解釋執(zhí)行f1()方法中的指令了。

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???? 通過上面的過程，我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過常量池解析之后，JVM就能夠確定要調(diào)用的f1()方法具體在內(nèi)存的什么位置上了。實(shí)際上，這個(gè)信息在編譯階段就已經(jīng)在StaticCall類的常量池中記錄了下來。這種在編譯階段就能夠確定調(diào)用哪個(gè)方法的方式，我們叫做 靜態(tài)綁定機(jī)制 。

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???? 除了被 static 修飾的靜態(tài)方法，所有被 private 修飾的私有方法、被 final 修飾的禁止子類覆蓋的方法都會(huì)被編譯成invokestatic指令。另外所有類的初始化方法<init>和<clinit>會(huì)被編譯成invokespecial指令。JVM會(huì)采用靜態(tài)綁定機(jī)制來順利的調(diào)用這些方法。

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★ 動(dòng)態(tài)綁定機(jī)制

    package hr.test;
//被調(diào)用的父類
class Father{
	public void f1(){
		System.out.println("father-f1()");
	}
        public void f1(int i){
                System.out.println("father-f1()  para-int "+i);
        }
}
//被調(diào)用的子類
class Son extends Father{
	public void f1(){ //覆蓋父類的方法
		System.out.println("Son-f1()");
	}
        public void f1(char c){
                System.out.println("Son-s1() para-char "+c);
        }
}

//調(diào)用方法
import hr.test.*;
public class AutoCall{
	public static void main(String[] args){
		Father father=new Son(); //多態(tài)
		father.f1(); //打印結(jié)果： Son-f1()
	}
}
  

????? 上面的源代碼中有三個(gè)重要的概念： 多態(tài)(polymorphism) 、 方法覆蓋 、 方法重載 。打印的結(jié)果大家也都比較清楚，但是JVM是如何知道f.f1()調(diào)用的是子類Sun中方法而不是Father中的方法呢？在解釋這個(gè)問題之前，我們首先簡(jiǎn)單的講下JVM管理的一個(gè)非常重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—— 方法表 。

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??? ?? 在JVM加載類的同時(shí)，會(huì)在方法區(qū)中為這個(gè)類存放很多信息(詳見《 Java 虛擬機(jī)體系結(jié)構(gòu) 》)。其中就有一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)叫方法表。 它以數(shù)組的形式記錄了當(dāng)前類及其所有超類的可見方法字節(jié)碼在內(nèi)存中的直接地址 。下圖是上面源代碼中Father和Sun類在方法區(qū)中的方法表：

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????? 上圖中的方法表有兩個(gè)特點(diǎn)：(1) 子類方法表中繼承了父類的方法，比如Father extends Object。 (2) 相同的方法(相同的方法簽名：方法名和參數(shù)列表)在所有類的方法表中的索引相同。比如Father方法表中的f1()和Son方法表中的f1()都位于各自方法表的第11項(xiàng)中。

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????? 對(duì)于上面的源代碼，編譯器首先會(huì)把main方法編譯成下面的字節(jié)碼指令：

    0  new hr.test.Son [13] //在堆中開辟一個(gè)Son對(duì)象的內(nèi)存空間，并將對(duì)象引用壓入操作數(shù)棧
3  dup  
4  invokespecial #7 [15] // 調(diào)用初始化方法來初始化堆中的Son對(duì)象 
7  astore_1 //彈出操作數(shù)棧的Son對(duì)象引用壓入局部變量1中
8  aload_1 //取出局部變量1中的對(duì)象引用壓入操作數(shù)棧
9  invokevirtual #15 //調(diào)用f1()方法
12  return
  

?????? 其中invokevirtual指令的詳細(xì)調(diào)用過程是這樣的：

?????? (1) invokevirtual指令中的#15指的是AutoCall類的常量池中第15個(gè)常量表的索引項(xiàng)。這個(gè)常量表 ( CONSTATN_Methodref_info ) 記錄的是方法f1信息的符號(hào)引用(包括f1所在的類名，方法名和返回類型)。JVM會(huì)首先根據(jù)這個(gè)符號(hào)引用找到調(diào)用方法f1的類的全限定名: hr.test.Father。這是因?yàn)檎{(diào)用方法f1的類的對(duì)象father聲明為Father類型。

?????? (2) 在Father類型的方法表中查找方法f1，如果找到，則將方法f1在方法表中的索引項(xiàng)11(如上圖)記錄到AutoCall類的常量池中第15個(gè)常量表中( 常量池解析 ) 。這里有一點(diǎn)要注意：如果Father類型方法表中沒有方法f1，那么即使Son類型中方法表有，編譯的時(shí)候也通過不了。因?yàn)檎{(diào)用方法f1的類的對(duì)象father的聲明為Father類型。

?????? (3) 在調(diào)用invokevirtual指令前有一個(gè)aload_1指令，它會(huì)將開始創(chuàng)建在堆中的Son對(duì)象的引用壓入操作數(shù)棧。然后invokevirtual指令會(huì)根據(jù)這個(gè)Son對(duì)象的引用首先找到堆中的Son對(duì)象，然后進(jìn)一步找到Son對(duì)象所屬類型的方法表。過程如下圖所示：

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????? (4) 這是通過第(2)步中解析完成的#15常量表中的方法表的索引項(xiàng)11，可以定位到Son類型方法表中的方法f1()，然后通過直接地址找到該方法字節(jié)碼所在的內(nèi)存空間。

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????? 很明顯，根據(jù)對(duì)象(father)的聲明類型(Father)還不能夠確定調(diào)用方法f1的位置，必須根據(jù)father在堆中實(shí)際創(chuàng)建的對(duì)象類型Son來確定f1方法所在的位置。這種在程序運(yùn)行過程中，通過動(dòng)態(tài)創(chuàng)建的對(duì)象的方法表來定位方法的方式，我們叫做 動(dòng)態(tài)綁定機(jī)制 。

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????? 上面的過程很清楚的反映出在方法覆蓋的多態(tài)調(diào)用的情況下，JVM是如何定位到準(zhǔn)確的方法的。但是下面的調(diào)用方法JVM是如何定位的呢？(仍然使用上面代碼中的Father和Son類型)

    public class AutoCall{
       public static void main(String[] args){
             Father father=new Son();
             char c='a';
             father.f1(c); //打印結(jié)果：father-f1()  para-int 97
       }
}
  

?????? 問題是Fahter類型中并沒有方法簽名為f1(char)的方法呀。但打印結(jié)果顯示JVM調(diào)用了Father類型中的f1(int)方法，并沒有調(diào)用到Son類型中的f1(char)方法。

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?????? 根據(jù)上面詳細(xì)闡述的調(diào)用過程，首先可以明確的是： JVM首先是根據(jù)對(duì)象father聲明的類型Father來解析常量池的(也就是用Father方法表中的索引項(xiàng)來代替常量池中的符號(hào)引用)。如果Father中沒有匹配到 "合適" 的方法，就無法進(jìn)行常量池解析，這在編譯階段就通過不了。

????? 那么什么叫"合適"的方法呢？當(dāng)然，方法簽名完全一樣的方法自然是合適的。但是如果方法中的參數(shù)類型在聲明的類型中并不能找到呢？比如上面的代碼中調(diào)用father.f1(char)，F(xiàn)ather類型并沒有f1(char)的方法簽名。 實(shí)際上，JVM會(huì)找到一種“湊合”的辦法，就是通過 參數(shù)的自動(dòng)轉(zhuǎn)型 來找 到“合適”的 方法。 比如char可以通過自動(dòng)轉(zhuǎn)型成int，那么Father類中就可以匹配到這個(gè)方法了 (關(guān)于Java的自動(dòng)轉(zhuǎn)型問題可以參見《 【解惑】Java類型間的轉(zhuǎn)型 》) 。但是還有一個(gè)問題，如果通過自動(dòng)轉(zhuǎn)型發(fā)現(xiàn)可以“湊合”出兩個(gè)方法的話怎么辦？比如下面的代碼：

    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); //打印結(jié)果： double[]
	}
}
  

??????? null可以引用于任何的引用類型，那么JVM如何確定“合適”的方法呢。一個(gè)很重要的標(biāo)準(zhǔn)就是： 如果一個(gè)方法可以接受傳遞給另一個(gè)方法的任何參數(shù)，那么第一個(gè)方法就相對(duì)不合適。 比如上面的代碼: 任何傳遞給f1(double[])方法的參數(shù)都可以傳遞給f1(Object)方法，而反之卻不行，那么f1(double[])方法就更合適。因此JVM就會(huì)調(diào)用這個(gè)更合適的方法。

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★ 總結(jié)

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????? (1) 所有私有方法、靜態(tài)方法、構(gòu)造器及初始化方法<clinit>都是采用靜態(tài)綁定機(jī)制。在編譯器階段就已經(jīng)指明了調(diào)用方法在常量池中的符號(hào)引用，JVM運(yùn)行的時(shí)候只需要進(jìn)行一次常量池解析即可。

????? (2) 類對(duì)象方法的調(diào)用必須在運(yùn)行過程中采用動(dòng)態(tài)綁定機(jī)制。

??? ? ? ?? 首先，根據(jù)對(duì)象的聲明類型(對(duì)象引用的類型)找到“合適”的方法。具體步驟如下：

????????? ? ① 如果能在聲明類型中匹配到方法簽名完全一樣(參數(shù)類型一致)的方法，那么這個(gè)方法是最合適的。

?????????? ② 在第①條不能滿足的情況下，尋找可以“湊合”的方法。標(biāo)準(zhǔn)就是通過將參數(shù)類型進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)型之后再進(jìn)行匹配。如果匹配到多個(gè)自動(dòng)轉(zhuǎn)型后的方法簽名f(A)和f(B)，則用下面的標(biāo)準(zhǔn)來確定合適的方法：傳遞給f(A)方法的參數(shù)都可以傳遞給f(B)，則f(A)最合適。反之f(B)最合適 。

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?????????? ③ 如果仍然在聲明類型中找不到“合適”的方法，則編譯階段就無法通過。

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?????????? 然后，根據(jù)在堆中創(chuàng)建對(duì)象的實(shí)際類型找到對(duì)應(yīng)的方法表，從中確定具體的方法在內(nèi)存中的位置。

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★ 覆寫（override）

?????? 一個(gè)實(shí)例方法可以覆寫（override）在其超類中可訪問到的具有相同簽名的所有實(shí)例方法，從而使能了動(dòng)態(tài)分派（dynamic dispatch）；換句話說，VM將基于實(shí)例的運(yùn)行期類型來選擇要調(diào)用的覆寫方法。覆寫是面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)的基礎(chǔ)，并且是唯一沒有被普遍勸阻的名字重用形式：

    class Base{
      public void f(){}
}
class Derived extends Base{
      public void f(){}
}
  

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★ 隱藏（hide）

?????? 一個(gè)域、靜態(tài)方法或成員類型可以分別隱藏（hide）在其超類中可訪問到的具有相同名字（對(duì)方法而言就是相同的方法簽名)的所有域、靜態(tài)方法或成員類型。隱藏一個(gè)成員將阻止其被繼承。

    class Base{
      public static void f(){}
}
class Derived extends Base  {
      private static void f(){}   //hides Base. f()
}


  

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★ 重載（overload）
????? 在某個(gè)類中的方法可以重載（overload）另一個(gè)方法，只要它們具有相同的名字和不同的簽名。由調(diào)用所指定的重載方法是在編譯期選定的。

    class CircuitBreaker{
      public void f (int i){}    //int overloading
      public void f(String s){}   //String overloading
}

  

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★ 遮蔽（shadow）
???? 一個(gè)變量、方法或類型可以分別遮蔽（shadow）在一個(gè)閉合的文本范圍內(nèi)的具有相同名字的所有變量、方法或類型。如果一個(gè)實(shí)體被遮蔽了，那么你用它的簡(jiǎn)單名是無法引用到它的;根據(jù)實(shí)體的不同，有時(shí)你根本就無法引用到它。

    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
    }
}
  

????? 盡管遮蔽通常是被勸阻的，但是有一種通用的慣用法確實(shí)涉及遮蔽。構(gòu)造器經(jīng)常將來自其所在類的某個(gè)域名重用為一個(gè)參數(shù)，以傳遞這個(gè)命名域的值。這種慣用法并不是沒有風(fēng)險(xiǎn)，但是大多數(shù)Java程序員都認(rèn)為這種風(fēng)格帶來的實(shí)惠要超過
其風(fēng)險(xiǎn):

    class Belt{
      private find int size ;  //Parameter shadows Belt. size
      public Belt (int size){
           this. size=size;
      }
}

  

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★ 遮掩（obscure）

?????? 一個(gè)變量可以遮掩具有相同名字的一個(gè)類型，只要它們都在同一個(gè)范圍內(nèi):如果這個(gè)名字被用于變量與類型都被許可的范圍，那么它將引用到變量上。相似地，一個(gè)變量或一個(gè)類型可以遮掩一個(gè)包。遮掩是唯一一種兩個(gè)名字位于不同的名字空間的名字重用形式，這些名字空間包括:變量、包、方法或類型。如果一個(gè)類型或一個(gè)包被遮掩了，那么你不能通過其簡(jiǎn)單
名引用到它，除非是在這樣一個(gè)上下文環(huán)境中，即語法只允許在其名字空間中出現(xiàn)一種名字。遵守命名習(xí)慣就可以極大地消除產(chǎn)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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【解惑】Java動(dòng)態(tài)綁定機(jī)制的內(nèi)幕