简单介绍Java的静态分派和动态分派

最近复习JVM的知识，对于静态分派和动态分派的理解有点混乱，于是自己尝试写写代码，在分析中巩固知识。

有如下一段代码，请问每一段分别输出什么？

package com.khlin.my.test;

class Base {

    public static void foo() {
        System.out.println("Base.foo() invoked");
    }

    public void bar(int c) {
        System.out.println("Base.bar(int) invoked");
    }

    public void bar(Character c) {
        System.out.println("Base.bar(Character) invoked");
    }

    public void baz(Object o) {
        System.out.println("Base.baz(Object) invoked");
    }

    public void baz(Integer i) {
        System.out.println("Base.baz(Integer) invoked");
    }

}

class Child extends Base {
    public static void foo() {
        System.out.println("Child.foo() invoked");
    }

    public void bar(Character c) {
        System.out.println("Child.bar(Character) invoked");
    }

    public void bar(char c) {
        System.out.println("Child.bar(char) invoked");
    }
}

public class App {

    public static void main(String[] args) {
        Base child = new Child();

        System.out.println("第1段输出：");
        child.foo();
        child.bar(new Character('C'));

        System.out.println("第2段输出：");
        Object integer = new Integer(100);
        child.baz(integer);

        System.out.println("第3段输出：");
        child.bar('C');

    }
}

 

下面我简单地介绍一下从代码编译到方法调用的整个过程。

· 编译

先看看第1段输出，child.foo()是调用父类还是子类的静态方法呢？

在编译阶段，发生了静态分派。

Base child = new Child();

在我们创建一个对象时，如上图，Base称为变量的的静态类型(Static Type), 或者叫做外观类型(Apparent Type)，后面的Child则称为变量的实际类型(Actual Type)。

所有依赖静态类型来定位方法执行版本的分派动作，称为静态分派。静态分派的典型应用是方法重载，其发生在编译阶段，因此确定静态分派的动作实际上不是由虚拟机来执行的。

方法的接收者(Reciever) 和方法的参数统称为方法的宗量，根据分派基于多少种宗量，可以将分派划分为单分派和多分派两种。

在静态分派的时候，选择目标方法的依据有两点，一是静态类型是Base还是Child，二是方法的参数类型。因此，静态分派是多分派。

接下来，我们来看看“第1段输出”代码生成的指令。通过javap -v App.class指令得出如下结果，可以看到第18和第31行两条指令的符号引用，和上述分析一致：child的静态类型是Base，所以选择Base类的方法；通过无参数和Character类型，分别确定是具体哪个方法版本。

但最终两者的行为不一样，child.foo() 调用的是静态类型Base的foo()，而child.bar(new Character('C')) 则是调用实际类型Child的方法。

原因就是出在两条指令不一样：invokestatic和invokevirtual

在Java虚拟机里面提供了5条方法调用字节码指令：

invokestatic:调用静态方法

invokespecial:调用实例构造器<init>方法、私有方法和父类方法

invokevirtual: 调用所有的虚方法

invokeinterface:调用接口方法，会在运行时再确定 一个实现此接口的对象

invokedynamic:先在运行时动态解析出调用点限定符所引用的方法，然后再执行该方法，在此之前的4条调用指令，分派逻辑是固化在Java虚拟机内部的，而invokedynamic是由用户所设定的引导方法决定的。

具体原因是不同的指令在下一阶段（类加载的解析）的行为不一样，暂时先放到一边，我们再看看第2段输出的指令。

可以看出，在静态分派时，是根据传入方法的参数的静态类型来决定调用的方法版本，虽然有baz(Integer)的方法，但是传入的参数integer的静态类型是Object，所以调用了baz(Object)。

再来看看第3段输出的指令，我们知道符号引用肯定还是Base类里的方法(尽管Child类里有参数一样的bar(char c) 方法)，但Base里没有一模一样参数(char类型) 的方法，不会报错吗？会调用哪个方法呢？

原来，编译器虽然能确定出方法的重载版本，但在很多情况下这个重载版本并不是“唯一的”，往往只能确定一个“更加合适”的版本。

具体可参考：https://www.cnblogs.com/kingsleylam/p/6789119.html

· 类加载之解析

 解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。

只要能被invokestatic和invokespecial指令调用的方法，都可以在解析阶段中确定唯一的调用版本，符合这个条件的有静态方法，私有方法，实例构造器，父类方法4类，它们在类加载的时候就会把符号引用解析为该方法的直接引用。这些方法可以称为非虚方法，其他方法称为非虚方法（除了final方法）。

final修饰的方法，虽然是使用invokevirtual指令来调用，但由于它无法被覆盖，没有其他版本，因此也是非虚方法。具体参考：https://www.cnblogs.com/kingsleylam/p/6765426.html

回到第1段输出，child.foo()是invokestatic指令，那么在解析阶段，就会替换成直接引用，具体的类也就确定下来了，因此调用的是静态类型Base.foo()。

而child.bar(new Character('C')) 是invokevirtual, 在这个阶段可以确定调用的方法签名，但还不能确定方法的接收者的实际类型。它将由动态分派来完成确定。由于只有一个宗量影响，因此动态分派是单分派。

方法接收者的实际类型在下一阶段确定。

· 运行期的方法调用

在运行期根据实际类型确定方法执行版本的分派过程称为动态分派。

具体可以参考：https://www.cnblogs.com/kingsleylam/p/6789989.html

最终输出结果是：

 

参考资料：《深入理解Java虚拟机》第2版 周志明著