寫在前面

由于找工作的原因，最近幾個(gè)月都沒有更新博客了。。。這篇可能是今年最后一篇總結(jié)類的博文了，希望能夠?qū)懙暮命c(diǎn)吧 _{_}
至此，博客中java基礎(chǔ)方面的內(nèi)容零零散散地也逐漸總結(jié)完了，基本上面試經(jīng)常問到的內(nèi)容都涵蓋了，希望大家喜歡

概念介紹

• 定義
  多態(tài)，是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言最核心的特征。多態(tài)，意味著一個(gè)對(duì)象有著多重特征，可以在特定的情況下，表現(xiàn)不同的狀態(tài)，從而對(duì)應(yīng)著不同的屬性和方法。

• 實(shí)現(xiàn)技術(shù)
  動(dòng)態(tài)綁定（dynamic binding），是指在執(zhí)行期間判斷所引用對(duì)象的實(shí)際類型，根據(jù)其實(shí)際的類型調(diào)用其相應(yīng)的方法。

• 作用
  消除類型之間的耦合關(guān)系。

• 應(yīng)用場(chǎng)景
  現(xiàn)實(shí)中，關(guān)于多態(tài)的例子不勝枚舉。比方說按下 F1 鍵這個(gè)動(dòng)作，如果當(dāng)前在 Flash 界面下彈出的就是 AS 3 的幫助文檔；如果當(dāng)前在 Word 下彈出的就是 Word 幫助；在 Windows 下彈出的就是 Windows 幫助和支持。同一個(gè)事件發(fā)生在不同的對(duì)象上會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。

深入理解多態(tài)

多態(tài)存在的三個(gè)必要條件：
一、要有繼承；
二、要有重寫；
三、父類引用指向子類對(duì)象。

Java中多態(tài)的實(shí)現(xiàn)方式：
接口實(shí)現(xiàn)
繼承父類進(jìn)行方法重寫
同一個(gè)類中進(jìn)行方法重載

• 方法表與方法調(diào)用

Java 的方法調(diào)用有兩類，動(dòng)態(tài)方法調(diào)用與靜態(tài)方法調(diào)用。靜態(tài)方法調(diào)用是指對(duì)于類的靜態(tài)方法的調(diào)用方式，是靜態(tài)綁定的；而動(dòng)態(tài)方法調(diào)用需要有方法調(diào)用所作用的對(duì)象，是動(dòng)態(tài)綁定的。類調(diào)用 (invokestatic) 是在編譯時(shí)刻就已經(jīng)確定好具體調(diào)用方法的情況，而實(shí)例調(diào)用 (invokevirtual) 則是在調(diào)用的時(shí)候才確定具體的調(diào)用方法，這就是動(dòng)態(tài)綁定，也是多態(tài)要解決的核心問題。

方法表是動(dòng)態(tài)調(diào)用的核心，也是 Java 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)用的主要方式。它被存儲(chǔ)于方法區(qū)中的類型信息，包含有該類型所定義的所有方法及指向這些方法代碼的指針，注意這些具體的方法代碼可能是被覆寫的方法，也可能是繼承自基類的方法。

如有類定義 Person, Girl, Boy,

class Person { 
 public String toString(){ 
    return "I'm a person."; 
     } 
 public void eat(){} 
 public void speak(){} 
    
 } 

 class Boy extends Person{ 
 public String toString(){ 
    return "I'm a boy"; 
     } 
 public void speak(){} 
 public void fight(){} 
 } 

 class Girl extends Person{ 
 public String toString(){ 
    return "I'm a girl"; 
     } 
 public void speak(){} 
 public void sing(){} 
 }

當(dāng)這三個(gè)類被載入到 Java 虛擬機(jī)之后，方法區(qū)中就包含了各自的類的信息。Girl 和 Boy 在方法區(qū)中的方法表可表示如下：

Boy 和 Girl 的方法表

可以看到，Girl 和 Boy 的方法表包含繼承自 Object 的方法，繼承自直接父類 Person 的方法及各自新定義的方法。注意方法表?xiàng)l目指向的具體的方法地址，如 Girl 的繼承自 Object 的方法中，只有 toString() 指向自己的實(shí)現(xiàn)（Girl 的方法代碼），其余皆指向 Object 的方法代碼；其繼承自于 Person 的方法 eat() 和 speak() 分別指向 Person 的方法實(shí)現(xiàn)和本身的實(shí)現(xiàn)。
Person 或 Object 的任意一個(gè)方法，在它們的方法表和其子類 Girl 和 Boy 的方法表中的位置 (index) 是一樣的。這樣 JVM 在調(diào)用實(shí)例方法其實(shí)只需要指定調(diào)用方法表中的第幾個(gè)方法即可。

如調(diào)用如下：

 class Party{ 
…
 void happyHour(){ 
 Person girl = new Girl(); 
 girl.speak(); 
…
     } 
 }

當(dāng)編譯 Party 類的時(shí)候，生成 girl.speak()的方法調(diào)用假設(shè)為：

Invokevirtual #12

設(shè)該調(diào)用代碼對(duì)應(yīng)著 girl.speak(); #12 是 Party 類的常量池的索引。JVM 執(zhí)行該調(diào)用指令的過程如下所示：

解析調(diào)用過程

JVM 首先查看 Party 的常量池索引為 12 的條目（應(yīng)為 CONSTANT_Methodref_info 類型，可視為方法調(diào)用的符號(hào)引用），進(jìn)一步查看常量池（CONSTANT_Class_info，CONSTANT_NameAndType_info ，CONSTANT_Utf8_info）可得出要調(diào)用的方法是 Person 的 speak 方法（注意引用 girl 是其基類 Person 類型），查看 Person 的方法表，得出 speak 方法在該方法表中的偏移量 15（offset），這就是該方法調(diào)用的直接引用。

當(dāng)解析出方法調(diào)用的直接引用后（方法表偏移量 15），JVM 執(zhí)行真正的方法調(diào)用：根據(jù)實(shí)例方法調(diào)用的參數(shù) this 得到具體的對(duì)象（即 girl 所指向的位于堆中的對(duì)象），據(jù)此得到該對(duì)象對(duì)應(yīng)的方法表 (Girl 的方法表 )，進(jìn)而調(diào)用方法表中的某個(gè)偏移量所指向的方法（Girl 的 speak() 方法的實(shí)現(xiàn)）。

• 接口調(diào)用
  因?yàn)?Java 類是可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口的，而當(dāng)用接口引用調(diào)用某個(gè)方法的時(shí)候，情況就有所不同了。Java 允許一個(gè)類實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口，從某種意義上來說相當(dāng)于多繼承，這樣同樣的方法在基類和派生類的方法表的位置就可能不一樣了。

interface IDance{ 
   void dance(); 
 } 

 class Person { 
 public String toString(){ 
   return "I'm a person."; 
     } 
 public void eat(){} 
 public void speak(){} 
    
 } 

 class Dancer extends Person 
 implements IDance { 
 public String toString(){ 
   return "I'm a dancer."; 
     } 
 public void dance(){} 
 } 

 class Snake implements IDance{ 
 public String toString(){ 
   return "A snake."; 
     } 
 public void dance(){ 
 //snake dance 
     } 
 }

Dancer 的方法表

可以看到，由于接口的介入，繼承自于接口 IDance 的方法 dance（）在類 Dancer 和 Snake 的方法表中的位置已經(jīng)不一樣了，顯然我們無法通過給出方法表的偏移量來正確調(diào)用 Dancer 和 Snake 的這個(gè)方法。這也是 Java 中調(diào)用接口方法有其專有的調(diào)用指令（invokeinterface）的原因。
Java 對(duì)于接口方法的調(diào)用是采用搜索方法表的方式，對(duì)如下的方法調(diào)用

invokeinterface #13

JVM 首先查看常量池，確定方法調(diào)用的符號(hào)引用（名稱、返回值等等），然后利用 this 指向的實(shí)例得到該實(shí)例的方法表，進(jìn)而搜索方法表來找到合適的方法地址。
因?yàn)槊看谓涌谡{(diào)用都要搜索方法表，所以從效率上來說，接口方法的調(diào)用總是慢于類方法的調(diào)用的。

?？紗栴}解析

下面來看一個(gè)關(guān)于多態(tài)的經(jīng)典實(shí)例
（一）相關(guān)類

public class A {
    public String show(D obj) {
        return ("A and D");
    }
 
    public String show(A obj) {
        return ("A and A");
    } 
 
}
 
public class B extends A{
    public String show(B obj){
        return ("B and B");
    }
 
    public String show(A obj){
        return ("B and A");
    } 
}
 
public class C extends B{
 
}
 
public class D extends B{
 
}

（二）問題：以下輸出結(jié)果是什么？

        A a1 = new A();
        A a2 = new B();
        B b = new B();
        C c = new C();
        D d = new D();
 
        System.out.println("1--" + a1.show(b));
        System.out.println("2--" + a1.show(c));
        System.out.println("3--" + a1.show(d));
        System.out.println("4--" + a2.show(b));
        System.out.println("5--" + a2.show(c));
        System.out.println("6--" + a2.show(d));
        System.out.println("7--" + b.show(b));
        System.out.println("8--" + b.show(c));
        System.out.println("9--" + b.show(d));  

（三）答案
1--A and A
2--A and A
3--A and D
4--B and A
5--B and A
6--A and D
7--B and B
8--B and B
9--A and D

（四）分析
①②③比較好理解，一般不會(huì)出錯(cuò)。④⑤就有點(diǎn)糊涂了，為什么輸出的不是"B and B”呢？??！先來回顧一下多態(tài)性。
運(yùn)行時(shí)多態(tài)性是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)代碼重用的一個(gè)最強(qiáng)大機(jī)制，動(dòng)態(tài)性的概念也可以被說成“一個(gè)接口，多個(gè)方法”。Java實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)多態(tài)性的基礎(chǔ)是動(dòng)態(tài)方法調(diào)度，它是一種在運(yùn)行時(shí)而不是在編譯期調(diào)用重載方法的機(jī)制。
方法的重寫Overriding和重載Overloading是Java多態(tài)性的不同表現(xiàn)。重寫Overriding是父類與子類之間多態(tài)性的一種表現(xiàn)，重載Overloading是一個(gè)類中多態(tài)性的一種表現(xiàn)。如果在子類中定義某方法與其父類有相同的名稱和參數(shù)，我們說該方法被重寫(Overriding)。子類的對(duì)象使用這個(gè)方法時(shí)，將調(diào)用子類中的定義，對(duì)它而言，父類中的定義如同被“屏蔽”了。如果在一個(gè)類中定義了多個(gè)同名的方法，它們或有不同的參數(shù)個(gè)數(shù)或有不同的參數(shù)類型，則稱為方法的重載(Overloading)。Overloaded的方法是可以改變返回值的類型。
當(dāng)超類對(duì)象引用變量引用子類對(duì)象時(shí)，被引用對(duì)象的類型而不是引用變量的類型決定了調(diào)用誰(shuí)的成員方法，但是這個(gè)被調(diào)用的方法必須是在超類中定義過的，也就是說被子類覆蓋的方法。 （但是如果強(qiáng)制把超類轉(zhuǎn)換成子類的話，就可以調(diào)用子類中新添加而超類沒有的方法了。）
好了，先溫習(xí)到這里，言歸正傳！實(shí)際上這里涉及方法調(diào)用的優(yōu)先問題 ，優(yōu)先級(jí)由高到低依次為：this.show(O)、super.show(O)、this.show((super)O)、super.show((super)O)。讓我們來看看它是怎么工作的。
比如④，a2.show(b)，a2是一個(gè)引用變量，類型為A，則this為a2，b是B的一個(gè)實(shí)例，于是它到類A里面找show(B obj)方法，沒有找到，于是到A的super(超類)找，而A沒有超類，因此轉(zhuǎn)到第三優(yōu)先級(jí)this.show((super)O)，this仍然是a2，這里O為B，(super)O即(super)B即A，因此它到類A里面找show(A obj)的方法，類A有這個(gè)方法，但是由于a2引用的是類B的一個(gè)對(duì)象，B覆蓋了A的show(A obj)方法，因此最終鎖定到類B的show(A obj)，輸出為"B and A”。
再比如⑧，b.show(c)，b是一個(gè)引用變量，類型為B，則this為b，c是C的一個(gè)實(shí)例，于是它到類B找show(C obj)方法，沒有找到，轉(zhuǎn)而到B的超類A里面找，A里面也沒有，因此也轉(zhuǎn)到第三優(yōu)先級(jí)this.show((super)O)，this為b，O為C，(super)O即(super)C即B，因此它到B里面找show(B obj)方法，找到了，由于b引用的是類B的一個(gè)對(duì)象，因此直接鎖定到類B的show(B obj)，輸出為"B and B”。
按照上面的方法，可以正確得到其他的結(jié)果。
問題還要繼續(xù)，現(xiàn)在我們?cè)賮砜瓷厦娴姆治鲞^程是怎么體現(xiàn)出藍(lán)色字體那句話的內(nèi)涵的。它說：當(dāng)超類對(duì)象引用變量引用子類對(duì)象時(shí)，被引用對(duì)象的類型而不是引用變量的類型決定了調(diào)用誰(shuí)的成員方法，但是這個(gè)被調(diào)用的方法必須是在超類中定義過的，也就是說被子類覆蓋的方法。還是拿a2.show(b)來說吧。
a2是一個(gè)引用變量，類型為A，它引用的是B的一個(gè)對(duì)象，因此這句話的意思是由B來決定調(diào)用的是哪個(gè)方法。因此應(yīng)該調(diào)用B的show(B obj)從而輸出"B and B”才對(duì)。但是為什么跟前面的分析得到的結(jié)果不相符呢？！問題在于我們不要忽略了藍(lán)色字體的后半部分，那里特別指明：這個(gè)被調(diào)用的方法必須是在超類中定義過的，也就是被子類覆蓋的方法。B里面的show(B obj)在超類A中有定義嗎？沒有！那就更談不上被覆蓋了。實(shí)際上這句話隱藏了一條信息：它仍然是按照方法調(diào)用的優(yōu)先級(jí)來確定的。它在類A中找到了show(A obj)，如果子類B沒有覆蓋show(A obj)方法，那么它就調(diào)用A的show(A obj)（由于B繼承A，雖然沒有覆蓋這個(gè)方法，但從超類A那里繼承了這個(gè)方法，從某種意義上說，還是由B確定調(diào)用的方法，只是方法是在A中實(shí)現(xiàn)而已）；現(xiàn)在子類B覆蓋了show(A obj)，因此它最終鎖定到B的show(A obj)。這就是那句話的意義所在。

參考文獻(xiàn)

[1]Java多態(tài)性理解
[2]java提高篇之理解java的三大特性——多態(tài)
[3]java多態(tài)實(shí)現(xiàn)原理
[4]深入理解java多態(tài)性