深入理解Java中方法重载的实现原理
一、前言
今天看《深入理解Java虚拟机》这本书的时候，看到了其中对方法重载（Overload）以及方法重写（Override）的原理讲解，顿时有了恍然大悟之感。这篇博客我就来参考书中的内容，讲一讲方法重载的实现原理。
二、正文
2.1 什么是方法重载
讲重载的实现原理之前，还是先来说一说什么是方法重载。Java中的每一个方法，都有自己的签名，或者也可以叫做标识，用来确认它的唯一性。在同一个类中，不能出现两个签名一样的方法。而方法的签名由什么组成呢？答案是方法名称 + 参数列表，也就是说，一个类中不允许出现两个方法名称一样，而且方法的参数列表也一样的方法（一个static，一个非static也不行）。知道上面的概念后，我们就可以定义方法重载了：在同一个类中，拥有相同方法名称，但是不同参数列表的多个方法，被称为重载方法，这种形式被称为方法的重载。例如下面几个方法，就是重载的方法，它们拥有相同的名称，但是参数列表不同：
void test(int a) {
System.out.println("type int");
}
void test(String a) {
System.out.println("type String");
}
void test(String arg1, int arg2){
System.out.println("String + int");
}
void test(int arg1, String arg2){
System.out.println("int + String");
}
需要注意的是，参数列表的不同指的是参数的数量不同，或者在参数数量相同的情况下，相同位置的参数类型不同，比如上面最后两个方法，虽然参数都是一个String，一个int，但是位置不同，所以也是允许的。可以注意到，最后两个方法的参数名称都是arg1和arg2，且位置相同，但是并不影响，因为方法的签名和参数的名称无关，只和类型有关。
最后需要注意的一点是，返回值并不能作为方法的重载条件，比如下面两个方法：
// 无返回值
void test(int a) {
System.out.println("type int");
}
// 返回值为int
int test(int a) {
return a;
}
若一个类中同时出现以下两个方法，将会编译错误，因为它们的方法名称+参数列表是一致的，编译器无法识别。为什么返回值不能作为重载的依据呢？很简单，因为我们调用方法时，并不一定需要接收方法的返回值，比如下面这行代码，对于上面两个方法都是适用的，编译器无法确定选择哪一个：
public static void main (String[]args){
test(1);
}
2.2 如何选择调用哪一个重载方法
当出现多个重载的方法时，编译器如何决定调用哪一个被重载的方法呢？相信很多人都知道，是根据调用方法时传递的实际参数类型来确定。比如说最开始列举的四个test方法，如果我们使用test（1），那将调用void test(int a)这个方法；如果我们使用test("aaa")，那将调用void test(String a)这个方法。这个应该很好理解，编译器在编译期间，根据调用方法的实际参数类型，就能够确定具体需要调用的哪一个方法。但是，这只是一种简单的情况，下面来看看一种稍微复杂的情况，即继承关系下的方法重载（看完后先猜猜输出结果）：
public class Main {
// 声明一个父类
static class Human {
}
// 声明两个子类
static class Man extends Human {
}
static class Woman extends Human {
}
// 三个重载方法，参数类型分别为以上三种类型
static void sayHello(Human human){
System.out.println("human say Hello");
}
static void sayHello(Man man){
System.out.println("man say Hello");
}
static void sayHello(Woman woman){
System.out.println("woman say Hello");
}
public static void main(String[] args) {
Human man = new Man();
Human woman = new Woman();
sayHello(man);
sayHello(woman);
}
}
以上代码的输出结果如下：
human say Hello
human say Hello
根据结果可以看到，最终都调用了参数为父类型Man的sayHello方法。这是为什么呢？这是因为对重载方法的选择，是根据变量的静态类型来确定的，而不是实际类型。比如代码Human man = new Man()，Human就是变量man的静态类型，而Man是它的实际类型。我们都知道，在多态的情况下调用方法，会根据实际类型调用实际对象的方法，但是在重载中，是根据静态类型来确定调用哪一个方法的。在上面的代码中，man和woman对象的静态类型都是Human，所以都调用static void sayHello(Human human)方法。和调用重写方法不同，由于一个对象的静态类型在编译期间就可以确定，所以调用哪个重载方法是在编译期就确定好了，这叫静态分派，而调用重写的方法却要在运行时才能确定具体类型，这叫动态分派。
2.3 重载调用的优先级
接下来，我们再来看一个更加复杂的情况，如下代码：
public class Test {
static void sayHello(char arg) {
System.out.println("hello, char");
}
static void sayHello(int arg) {
System.out.println("hello, int");
}
static void sayHello(long arg) {
System.out.println("hello, long");
}
static void sayHello(Character arg) {
System.out.println("hello, Character");
}
static void sayHello(Serializable org) {
System.out.println("hello, Serializable");
}
static void sayHello(Object arg) {
System.out.println("hello, object");
}
static void sayHello(char... org) {
System.out.println("hello, char...");
}
public static void main(String[] args) {
sayHello('a');
}
}
上面对sayHello方法重载了七次，这七个重载方法都只有一个参数，但是参数的类型各不相同。在main方法中，我们调用sayHello方法，并传入一个字符'a'，结果不出意料，输出如下：
"hello, char"
这个结果应该不会有意外，毕竟'a'就是一个字符，调用参数为char的方法合情合理。接着，我们将sayHello(char arg)方法注释掉，再来看看运行结果：
"hello, int"
当参数为char的方法被注释后，编译器选择了参数为int的方法。这也不难理解，这里发生了自动类型转换，将字符a转换成了它的Unicode编码（97），因此调用sayHello(int arg)是合适的。接着，我们将sayHello(int arg)也注释掉，看看输出结果：
"hello, long"
这时候调用了参数类型为long的方法，也就是说这里发生了两次转换，先将a转换成int类型的97，再将97转换为long类型的97L，接着再调用相应的方法。上面的代码中我没有写参数为float和double的方法，不然这种转换还会继续，而顺序是char->int->long->float->double。但是不会被转换成byte和short，因为这不是安全的转换，byte只有一个字节，而char有两个字节，所以不行；而short虽然有两个字节，但是有一半是负数，char的编码不存在负数，所以也不行。好了，接下来我们将sayHello(long arg)也注释，看看结果：
"hello, Character"
根据结果可以发现，这里发生了一次自动装箱，将a封装成了一个Character对象，然后调用了相应的方法。这也是合情合理的。然后，我们再注释sayHello(Character arg)方法，再次运行：
"hello, Serializable"
先在这个结果就有一点迷惑了，这么连Serializable都行？这是因为Character类实现了Serializable接口，也就是说这里发生了两次转换，先将'a'封装成Character对象，再转型成为它的父类型Serializable。所以，当我们调用重载的方法时，如果不存在对应的类型，则编译器会从下往上，依次寻找当前类型的父类型，直到找到第一个父类型满足某一个重载方法为止，若直到最后都没有找到，就会编译错误。Character类实现了两个接口，一个是Serializable，一个是Comparable<Character>，如果同时存在这两个参数类型的重载方法，编译器将会报错，因为这两个类型是同级别的，不知道该选择哪一个。这种情况下，我们可以使用显示的类型转换，来选择需要调用的方法。好了，我们现在将sayHello(Serializable org) 也注释，看看结果：
"hello, object"
可以看到，这时候调用了参数类型为Object的重载方法。这正好验证了我们上面说的结论——从下往上寻找父类型的重载方法，因为Object就是所有类的父类（除了Object本身）。然后，我们再注释sayHello(Object arg) ：
"hello, char..."
可以看到，调用了可变参数类型的方法，这时候的a被当成了一个数组元素。所以，可变成参数类型的优先级是最低的。如果此时还有一个sayHello(int... org)，则在注释完sayHello(char... org)后，将调用它，正好又对应上了我们前面说的 char->int->long->float->double的顺序，这个顺序在可变长类型中也适用。
说到这里，我们应该能够明白，在方法调用有多个选择的情况下，编译器总是会根据优先级，选择最适合的那个。而关于这个优先级如何决定，可以去看看Java语言规范，其中对这部分做了详细规定。
三、总结
说了这么多，最关键的一点还是：重载是根据变量的静态类型进行选择的。只要理解了这一点，对于重载也就很容易弄懂了。最后还要说一点，无论对重载理解有多么深刻，想最后一个例子中这样模棱两可的代码还是不要写为好，毕竟可（rong）读（yi）性（ai）太（da）差了。希望这篇博客对想要了解重载的人有所帮助吧。
四、参考
- 《深入理解Java虚拟机》
