重载和重写在jvm运行中的区别（一）

1.重载（overload）方法 
对重载方法的调用主要看静态类型，静态类型是什么类型，就调用什么类型的参数方法。 
2.重写（override）方法 
对重写方法的调用主要看实际类型。实际类型如果实现了该方法则直接调用该方法，如果没有实现，则在继承关系中从低到高搜索有无实现。 
3. 
java文件的编译过程中不存在传统编译的连接过程，一切方法调用在class文件中存放的只是符号引用，而不是方法在实际运行时内存布局中的入口地址。

基本概念

1.静态类型与实际类型，方法接收者

Human man = new Man();
man.foo();

 

上面这条语句中，man的静态类型为Human，实际类型为Man。所谓方法接收者，就是指将要执行foo()方法的所有者（在多态中，有可能是父类Human的对象，也可能是子类Man的对象）。 
2.字节码的方法调用指令 
（1）invokestatic：调用静态方法 
（2）invokespecial：调用实例构造器方法，私有方法和父类方法。 
（3）invokevirtual：调用所有的虚方法。 
（4）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。 
（5）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。 
前2条指令（invokestatic, invokespecial），在类加载时就能把符号引用解析为直接引用，符合这个条件的有静态方法、实例构造器方法、私有方法、父类方法这4类，这4类方法叫非虚方法。 
非虚方法除了上面静态方法、实例构造器方法、私有方法、父类方法这4种方法之外，还包括final方法。虽然final方法使用invokevirtual指令来调用，但是final方法无法被覆盖，没有其他版本，无需对方法接收者进行多态选择，或者说多态选择的结果是唯一的。

重载overload

重载只会发生在编译期，即编译器时jvm可以通过静态类型确定符号引用所对应的直接引用。

上面说的静态类型和动态类型都是可以变化的。静态类型发生变化（强制类型转换）时，对于编译器是可知的，即编译器知道对象的最终静态类型。而实际类型变化（对象指向了其他对象）时，编译器是不可知的，只有在运行时才可知。

//静态类型变化
sr.sayHello((Man) man);
sr.sayHello((Woman) man);
//实际类型变化
Human man = new Man();
man = new Woman();

 

重载只涉及静态类型的选择。 
测试代码如下：

/**
 * Created by fan on 2016/3/28.
 */
public class StaticDispatcher {

    static class Human {}
    static class Man extends Human {}
    static class Woman extends Human {}

    public void sayHello(Human human) {
        System.out.println("Hello guy!");
    }

    public void sayHello(Man man) {
        System.out.println("Hello man!");
    }

    public void sayHello(Woman woman) {
        System.out.println("Hello woman!");
    }

    public static void main(String[] args) {
        StaticDispatcher staticDispatcher = new StaticDispatcher();
        Human man = new Man();
        Human woman = new Woman();
        staticDispatcher.sayHello(man);
        staticDispatcher.sayHello(woman);
        staticDispatcher.sayHello((Man)man);
        staticDispatcher.sayHello((Woman)man);
    }
}

先看看执行结果： 

由此可见，当静态类型发生变化时，会调用相应类型的方法。但是，当将Man强制类型转换成Woman时，没有编译错误，却有运行时异常。“classCastException”类映射异常。 
看看字节码指令： 
javap -verbose -c StaticDispatcher

public static void main(java.lang.String[]);
  Code:
   Stack=2, Locals=4, Args_size=1
   0:   new     #7; //class StaticDispatcher
   3:   dup
   4:   invokespecial   #8; //Method "<init>":()V
   7:   astore_1
   8:   new     #9; //class StaticDispatcher$Man
   11:  dup
   12:  invokespecial   #10; //Method StaticDispatcher$Man."<init>":()V
   15:  astore_2
   16:  new     #11; //class StaticDispatcher$Woman
   19:  dup
   20:  invokespecial   #12; //Method StaticDispatcher$Woman."<init>":()V
   23:  astore_3
   24:  aload_1
   25:  aload_2
   26:  invokevirtual   #13; //Method sayHello:(LStaticDispatcher$Human;)V
   29:  aload_1
   30:  aload_3
   31:  invokevirtual   #13; //Method sayHello:(LStaticDispatcher$Human;)V
   34:  aload_1
   35:  aload_2
   36:  checkcast       #9; //class StaticDispatcher$Man
   39:  invokevirtual   #14; //Method sayHello:(LStaticDispatcher$Man;)V
   42:  aload_1
   43:  aload_2
   44:  checkcast       #11; //class StaticDispatcher$Woman
   47:  invokevirtual   #15; //Method sayHello:(LStaticDispatcher$Woman;)V
   50:  return

 

看到，在强制类型转换时，会有指令checkCast的调用，而且invokevirtual指令的调用方法也发生了变化39: invokevirtual #14; //Method sayHello:(LStaticDispatcher$Man;)V 。 
虚拟机（准确说是编译器）在重载时是通过参数的静态类型而不是实际类型作为判定依据的。 
对于字面量类型，编译器会自动进行类型转换。转换的顺序为： 
char-int-long-float-double-Character-Serializable-Object 
转换成Character是因为发生了自动装箱，转换成Serializable是因为Character实现了Serializable接口。

重写override

重写发生在运行期，在运行时jvm会先判断对象的动态类型，而后根据对象的动态类型选择对应vtable，从而根据符号引用找到对应的直接引用。

如：

BaseClass c = new ChildClass();

则c能访问的函数列表为Method1,Method2，即黄色部分。

测试代码如下：

/**
 * Created by fan on 2016/3/29.
 */
public class DynamicDispatcher {

    static abstract class Human {
        protected abstract void sayHello();
    }

    static class Man extends Human {

        @Override
        protected void sayHello() {
            System.out.println("Man say hello");
        }
    }

    static class Woman extends Human {

        @Override
        protected void sayHello() {
            System.out.println("Woman say hello");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Human man = new Man();
        Human woman = new Woman();
        man.sayHello();
        woman.sayHello();
        man = new Woman();
        man.sayHello();
    }

}

 

执行结果： 

看下字节码指令：

public static void main(java.lang.String[]);
  Code:
   Stack=2, Locals=3, Args_size=1
   0:   new     #2; //class DynamicDispatcher$Man
   3:   dup
   4:   invokespecial   #3; //Method DynamicDispatcher$Man."<init>":()V
   7:   astore_1
   8:   new     #4; //class DynamicDispatcher$Woman
   11:  dup
   12:  invokespecial   #5; //Method DynamicDispatcher$Woman."<init>":()V
   15:  astore_2
   16:  aload_1
   17:  invokevirtual   #6; //Method DynamicDispatcher$Human.sayHello:()V
   20:  aload_2
   21:  invokevirtual   #6; //Method DynamicDispatcher$Human.sayHello:()V
   24:  new     #4; //class DynamicDispatcher$Woman
   27:  dup
   28:  invokespecial   #5; //Method DynamicDispatcher$Woman."<init>":()V
   31:  astore_1
   32:  aload_1
   33:  invokevirtual   #6; //Method DynamicDispatcher$Human.sayHello:()V
   36:  return

 

从字节码中可以看到，他们调用的都是相同的方法invokevirtual #6; //Method DynamicDispatcher$Human.sayHello:()V ，但是执行的结果却显示调用了不同的方法。因为，在编译阶段，编译器只知道对象的静态类型，而不知道实际类型，所以在class文件中只能确定要调用父类的方法。但是在执行时却会判断对象的实际类型。如果实际类型实现这个方法，则直接调用，如果没有实现，则按照继承关系从下往上一次检索，只要检索到就调用，如果始终没有检索到，则抛异常（难道能编译通过）。

（1）测试代码如下：

/**
 * Created by fan on 2016/3/29.
 */
public class Test {

    static class Human {
        protected void sayHello() {
            System.out.println("Human say hello");
        }
        protected void sayHehe() {
            System.out.println("Human say hehe");
        }
    }

    static class Man extends Human {

        @Override
        protected void sayHello() {
            System.out.println("Man say hello");
        }

//        protected void sayHehe() {
//            System.out.println("Man say hehe");
//        }
    }

    static class Woman extends Human {

        @Override
        protected void sayHello() {
            System.out.println("Woman say hello");
        }

//        protected void sayHehe() {
//            System.out.println("Woman say hehe");
//        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Human man = new Man();
        man.sayHehe();
    }

}

测试结果如下： 

字节码指令：

public static void main(java.lang.String[]);
  Code:
   Stack=2, Locals=2, Args_size=1
   0:   new     #2; //class Test$Man
   3:   dup
   4:   invokespecial   #3; //Method Test$Man."<init>":()V
   7:   astore_1
   8:   aload_1
   9:   invokevirtual   #4; //Method Test$Human.sayHehe:()V
   12:  return

字节码指令与上面代码的字节码指令没有本质区别。

（2）测试代码如下：

/**
 * Created by fan on 2016/3/29.
 */
public class Test {

    static class Human {
        protected void sayHello() {
        }
    }

    static class Man extends Human {

        @Override
        protected void sayHello() {
            System.out.println("Man say hello");
        }

        protected void sayHehe() {
            System.out.println("Man say hehe");
        }
    }

    static class Woman extends Human {

        @Override
        protected void sayHello() {
            System.out.println("Woman say hello");
        }

        protected void sayHehe() {
            System.out.println("Woman say hehe");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Human man = new Man();
        man.sayHehe();
    }

}

 

编译时报错： 

这个例子说明了：Java编译器是基于静态类型进行检查的。

修改上面错误代码，如下所示：

/**
 * Created by fan on 2016/3/29.
 */
public class Test {

    static class Human {
        protected void sayHello() {
            System.out.println("Human say hello");
        }
//        protected void sayHehe() {
//            System.out.println("Human say hehe");
//        }
    }

    static class Man extends Human {

        @Override
        protected void sayHello() {
            System.out.println("Man say hello");
        }

        protected void sayHehe() {
            System.out.println("Man say hehe");
        }
    }

    static class Woman extends Human {

        @Override
        protected void sayHello() {
            System.out.println("Woman say hello");
        }

        protected void sayHehe() {
            System.out.println("Woman say hehe");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Man man = new Man();
        man.sayHehe();
    }

}

 

注意在Main方法中，改成了Man man = new Man(); 
执行结果如下所示： 

字节码指令如下所示：

public static void main(java.lang.String[]);
  Code:
   Stack=2, Locals=2, Args_size=1
   0:   new     #2; //class Test$Man
   3:   dup
   4:   invokespecial   #3; //Method Test$Man."<init>":()V
   7:   astore_1
   8:   aload_1
   9:   invokevirtual   #4; //Method Test$Man.sayHehe:()V
   12:  return

 

注意上面的字节码指令invokevirtual #4; //Method Test$Man.sayHehe:()V 。

结束语

本文讨论了一下重载与重写的基本原理，查看了相关的字节码指令，下篇博文 java方法调用之单分派与多分派（二）讨论下单分派与多分派。 
可以再看看这篇博文 java方法调用之动态调用多态（重写override）的实现原理——方法表（三）

参考资料

• 周志明 《深入理解JAVA虚拟机》

 

转自：http://blog.csdn.net/fan2012huan/article/details/50999777