Java多态和动态绑定是如何实现的

最近深入学习java，看到了动态绑定和多态这一章节，但遗憾的是，大部分的相关文章都停留于表面文字的描述。不得已，最后google了几篇英文文章，在此总结下这个问题。

 

一、静态绑定和动态绑定的区别

在Java中，当你调用一个方法时，可能会在编译时期（compile time）解析（resolve），也可能实在运行时期（runtime）解析，这全取决于到底是一个静态方法（static method）还是一个虚方法（virtual method）。如果是在编译时期解析，那么就称之为静态绑定（static binding），如果方法的调用是在运行时期解析，那就是动态绑定（dynamic binding）或者延迟绑定（late binding）。Java是一门面向对象的编程语言，优势就在于支持多态（Polymorphism）。多态使得父类型的引用变量可以引用子类型的对象。如果调用子类型对象的一个虚方法（非private,final or static），编译器将无法找到真正需要调用的方法，因为它可能是定义在父类型中的方法，也可能是在子类型中被重写（override）的方法，这种情形，只能在运行时进行解析，因为只有在运行时期，才能明确具体的对象到底是什么。这也是我们俗称的运行时或动态绑定（runtime or dynamic binding）。另一方面，private static和final方法将在编译时解析，因为编译器知道它们不能被重写，所有可能的方法都被定义在了一个类中，这些方法只能通过此类的引用变量进行调用。这叫做静态绑定或编译时绑定（static or compile time binding）。所有的private,static和final方法都通过静态绑定进行解析。这两个概念的关系，与“方法重载”（overloading，静态绑定）和“方法重写”（overriding，动态绑定）类似。动态绑定只有在重写可能存在时才会用到，而重载的方法在编译时期即可确定（这是因为它们总是定义在同一个类里面）

总而言之，其区别如下：

①静态绑定在编译时期，动态绑定在运行时期。

②静态绑定只用到类型信息，方法的解析根据引用变量的类型决定，而动态绑定则根据实际引用的的对象决定

③在java中，private static 和 final 方法都是静态绑定，只有虚方法才是动态绑定

④多态是通过动态绑定实现的。

 

二、动态绑定是如何实现的？

一个对象的多态方法的地址将被存储在该对象的方法表（method table）里面。在运行时期，调用多态方法的时候，JVM会在此表中搜索方法的名字，从而获取方法的地址。方法表里包含方法的名字和对应的地址（注意，这个地址是动态绑定的）。这个方法表对所有属于这个类的对象而言，都是一样的，所以它会存储在Class对象中（这里对象类型以Integer为例）（在其他的语言中，这样的表又叫做vtables，虚函数表）。需要说明的是，java语言中，如果没有添加任何关键字，则方法默认就是虚方法，任何子类都可以重写它。

方法表并不属于语言的一部分，但是会有很多种不同的实现（不同的JVM提供商可以自由选择实现的细节，只要结果保证一致就ok）。其中，Sun公司的JVM实现，则选择了将方法表入口放在对象的常量池（constant pool）里，你可以使用命令java -verbose foo来查看。（所有的属于同一个类型的对象都将拥有同一个方法表，JVM也可以将其放在别的地方）

下面，将通过一个图表实例来展示，对于某些类（这里以Integer为例）而言，是如何一步步构建方法表的。初始时，表都是空的。运行时，方法表将从最远的祖先类开始，逐步加入这些多态方法。通常，这个最远的祖先是Object类。

方法名	地址	注释
Object.toString	111	Object.toString method address
...	...	10个其他的方法

接下来，这个表中将加入第二远的祖先类的多态方法，如果已经存在，就修改其地址值。此例中，第二远的类是Number类。如果你查看了javadoc，你就会发现Number类并没有重写任何方法，只是额外多了六个方法，因而，将这六个多的方法加入表中。此时，toString项并没有被改变，方法表如下：

方法名	地址	注释
Object.toString	111	Number.toString method address
Number.intValue	222	Number.intValue method address
...	...	15个其他的方法

这个过程一直持续下去，直到所有的父类的多态方法都被合并进这个表里。最后，方法表会被Integer类的多态方法所更新，此时，toString方法会被重写：

方法名	地址	注释
Object.toString	333	Integer.toString method address
Number.intValue	444	interger.intValue method address
Integer.parseInt	555	Number.longValue method address
...	...	其他的一些方法

方法表中的方法名这一项，只包含最初始的类名，所谓重写，只是修改了地址栏下的值，不会改变方法名的值。所以，如果用javap指令查看多态方法名，只会显示Object.toString，而不是toString或者Integer.toString。

需要说明的是，此处，假如有Number num = new Integer(10)，即便方法表里面有了Integer.parseInt方法，我们仍不能通过num来调用parseInt。也就是说，num变量引用了Integer对象，并且与上述方法表关联，但在编译时期时，编译器会根据语法规则，实行访问控制，num不能调用和访问独属于Integer的类方法，只能访问自己拥有访问权限的类方法，而这些方法中的某些方法，在运行过程中，名字未变，映射地址却发生了变化，因而调用的是所引用的子类Integer的实现。这点要弄清楚！