方法調用：一看就懂，一問就懵？
方法調用是不是很熟悉?那你真的了解它嗎?今天就讓我們來盤一下它。
首先大家要明確一個概念，此處的方法調用并不是方法中的代碼被執行，而是要確定被調用方法的版本，即最終會調用哪一個方法。
上篇文章中我們了解到，class字節碼文件中的方法的調用都只是符號引用，而不是直接引用(方法在實際運行時內存布局中的入口地址)，要實現兩者的轉化，就不得不提到解析和分派了。
解析
我們之前說過在類加載的解析階段，會將一部分的符號引用轉化為直接引用，該解析成立的前提是：方法在程序真正運行之前就已經有一個可確定的調用版本，并且這個方法的調用版本在運行期是不可改變的。我們把這類方法的調用稱為解析(Resolution)。
看到這個前提條件，有沒有小伙伴聯想到對象的多態性?圖片沒錯，就是這樣，在java中能滿足不被重寫的方法有靜態方法、私有方法(不能被外部訪問)、實例構造器和被final修飾的方法，因此它們都適合在類加載階段進行解析，另外通過this或者super調用的父類方法也是在類加載階段進行解析的。
指令集
調用不同類型的方法，字節碼指令集里設置了不同的指令，在jvm里面提供了5條方法調用字節碼指令：
- invokestatic：調用靜態方法，解析階段確定唯一方法版本
- invokespecial：實例構造器init方法、私有及父類方法，解析階段確定唯一方法版本
- invokevirtual：調用所有虛方法
- invokeinterface：調用接口方法，在運行時再確定一個實現該接口的對象
invokedynamic：先在運行時動態解析出調用點限定符所引用的方法，然后再執行該方法，在此之前的4條調用指令，分派邏輯是固化在Java虛擬機內部的，而invokedynamic指令的分派邏輯是由用戶所設定的引導方法決定的。
invokedynamic指令是Java7中增加的，是為實現動態類型的語言做的一種改進，但是在java7中并沒有直接提供生成該指令的方法，需要借助ASM底層字節碼工具來產生指令，直到java8的lambda表達式的出現，該指令才有了直接的生成方式。
「小知識點：靜態類型語言與動態類型語言」
它們的區別就在于對類型的檢查是在編譯期還是在運行期，滿足前者就是靜態類型語言，反之是動態類型語言。即靜態類型語言是判斷變量自身的類型信息，動態類型語言是判斷變量值的類型信息，變量沒有類型信息，變量值才有類型信息，這是動態語言的一個重要特征。
「例」java類中定義的基本數據類型，在聲明時就已經確定了他的具體類型了;而JS中用var來定義類型，值是什么類型就會在調用時使用什么類型。
虛方法與非虛方法
字節碼指令集為invokestatic、invokespecial或者是用final修飾的invokevirtual的方法的話，都可以在解析階段中確定唯一的調用版本，符合這個條件的就是我們上邊提到的五類方法。它們在類加載的時候就會把符號引用解析為該方法的直接引用，這些方法可以稱為「非虛方法」。與之相反，不是非虛方法的方法是「虛方法」。圖片
分派
如果我們在編譯期間沒有將方法的符號引用轉化為直接引用，而是在運行期間根據方法的實際類型綁定相關的方法，我們把這種方法的調用稱為分派。其中分派又分為靜態分派和動態分派。
靜態分派
不知道你對重載了解多少?為了解釋靜態分派，我們先來個重載的小測試：
- public class StaticDispatch {
- static abstract class Human {
- }
- static class Man extends Human {
- }
- static class Woman extends Human {
- }
- public void sayHello(Human guy) {
- System.out.println("hello,guy！");
- }
- public void sayHello(Man guy) {
- System.out.println("hello,gentleman！");
- }
- public void sayHello(Woman guy) {
- System.out.println("hello,lady！");
- }
- public static void main(String[] args) {
- Human man = new Man();
- Human woman = new Woman();
- StaticDispatch sr = new StaticDispatch();
- sr.sayHello(man);
- sr.sayHello(woman);
- }
- }
- hello,guy！
- hello,guy！
你答對了嘛?首先我們來了解兩個概念：靜態類型和實際類型。拿Human man = new Man();來說Human稱為變量的靜態類型，而Man我們稱為變量的實際類型，區別如下：
- 靜態類型的變化僅僅在使用時才發生，變量本身的靜態類型是不會被改變，并且最終靜態類型在編譯期是可知的。
- 實際類型的變化是在運行期才知道，編譯器在編譯程序時并不知道一個對象的具體類型是什么。
此處之所以執行的是Human類型的方法，是因為編譯器在重載時，會通過參數的「靜態類型」來作為判定執行方法的依據，而不是使用「實際類型」。
所有依賴靜態類型來定位方法執行版本的分派動作稱為靜態分派。靜態分派的典型應用就是方法重載。靜態分派發生在編譯階段，因此確定靜態分派的動作實際上不是由虛擬機來執行的，而是由編譯器來完成。
動態分派
了解了重載之后再來了解下重寫?案例走起：
- public class DynamicDispatch {
- 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();
- }
- }
請考慮一下輸出結果，繼續沉默兩分鐘。答案是：
- man say hello!
- woman say hello!
- woman say hello!
這次相信大家的結果都對了吧?我們先來補充一個知識點：
父類引用指向子類時，如果執行的父類方法在子類中未被重寫，則調用自身的方法;如果被子類重寫了，則調用子類的方法。如果要使用子類特有的屬性和方法，需要向下轉型。
根據這個結論我們反向推理一下：man和women是靜態類型相同的變量，它們在調用相同的方法sayHello()時返回了不同的結果，并且在變量man的兩次調用中執行了不同的方法。導致這個現象的原因很明顯，是這兩個變量的「實際類型」不同，Java虛擬機是如何根據實際類型來分派方法執行版本的呢?我們看下字節碼文件：
- man.sayHello();
- woman.sayHello();
我們關注的是以上兩行代碼，他們對應的分別是17和21行的字節碼指令。單從字節碼指令角度來看，它倆的指令invokevirtual和常量$Human.sayHello：()V是完全一樣的，但是執行的結果確是不同的，所以我們得研究下invokevirtual指令了，操作流程如下：圖片
- 找到操作數棧頂的第一個元素所指向的對象的實際類型，記作C。
- 如果在類型C中找到與常量中的描述符和簡單名稱都相符的方法，則進行訪問權限校驗，如果通過則返回這個方法的直接引用，查找過程結束;如果不通過，則返回java.lang.IllegalAccessError異常(假如不在一同一個jar包下就會報非法訪問異常)。
- 否則，按照繼承關系從下往上依次對C的各個父類進行第2步的搜索和驗證過程。
- 如果始終沒有找到合適的方法，則拋出java.lang.AbstractMethodError異常。
由于invokevirtual指令執行的第一步就是在運行期確定接收者的實際類型，所以兩次調用中的invokevirtual指令并不是把常量池中方法的符號引用解析到直接引用上就結束了，還會根據接收者的實際類型來選擇方法版本(案例中的實際類型為Man和Woman)，這個過程就是Java語言中方法重寫的「本質」。
我們把這種在運行期根據實際類型確定方法執行版本的分派過程稱為動態分派。
單分派與多分派
方法的接收者與方法的參數統稱為方法的宗量，這個定義最早應該來源于《Java與模式》一書。根據分派基于多少種宗量，可以將分派劃分為單分派和多分派兩種。單分派是根據一個宗量對目標方法進行選擇，多分派則是根據多于一個宗量對目標方法進行選擇。
「舉例說明」
- public class Dispatch{
- static class QQ{}
- static class_360{}
- public static class Father{
- public void hardChoice（QQ arg）{
- System.out.println（"father choose qq"）；
- }
- public void hardChoice（_360 arg）{
- System.out.println（"father choose 360"）；
- }
- }
- public static class Son extends Father{
- public void hardChoice（QQ arg）{
- System.out.println（"son choose qq"）；
- }
- public void hardChoice（_360 arg）{
- System.out.println（"son choose 360"）；
- }
- }
- public static void main（String[]args）{
- Father father=new Father（）；
- Father son=new Son（）；
- father.hardChoice（new_360（））；
- son.hardChoice（new QQ（））；
- }
- }
請考慮一下輸出結果，繼續沉默兩分鐘。答案是：
- father choose 360
- son choose qq
我們來看看編譯階段編譯器的選擇過程，也就是靜態分派的過程。這時選擇目標方法的依據有兩點：一是靜態類型是Father還是Son，二是方法參數是QQ還是360。這次選擇結果的最終產物是產生了兩條invokevirtual指令，兩條指令的參數分別為常量池中指向Father.hardChoice(360)及Father.hardChoice(QQ)方法的符號引用。因為是根據兩個宗量進行選擇，所以Java語言的靜態分派屬于多分派類型。
再看看運行階段虛擬機的選擇，也就是動態分派的過程。在執行“son.hardChoice(new QQ())”這句代碼時，更準確地說，是在執行這句代碼所對應的invokevirtual指令時，由于編譯期已經決定目標方法的簽名必須為hardChoice(QQ)，虛擬機此時不會關心傳遞過來的參數“QQ”到底是“騰訊QQ”還是“奇瑞QQ”，因為這時參數的靜態類型、實際類型都對方法的選擇不會構成任何影響，唯一可以影響虛擬機選擇的因素只有此方法的接受者的實際類型是Father還是Son。因為只有一個宗量作為選擇依據，所以Java語言的動態分派屬于單分派類型。
虛方法表
在面向對象的編程中，會很頻繁的使用到動態分派，如果在每次動態分派的過程中都要重新在類的方法元數據中搜索合適的目標的話就很可能影響到執行效率。因此，為了提高性能，jvm采用在類的方法區建立一個虛方法表(Vritual Method Table，也稱為vtable，與此對應的，在invokeinterface執行時也會用到接口方法表——Inteface Method Table，簡稱itable)來實現，使用虛方法表索引來代替元數據查找以提高性能。
每一個類中都有一個虛方法表，表中存放著各種方法的實際入口:
- 如果某個方法在子類中沒有被重寫，那子類的虛方法表里面的地址入口和父類相同方法的地址入口是一致的，都指向父類的實現入口。
- 如果子類中重寫了這個方法，子類方法表中的地址將會替換為指向子類實現版本的入口地址。
Son重寫了來自Father的全部方法，因此Son的方法表沒有指向Father類型數據的箭頭。但是Son和Father都沒有重寫來自Object的方法，所以它們的方法表中所有從Object繼承來的方法都指向了Object的數據類型。
為了程序實現上的方便，具有相同簽名的方法，在父類、子類的虛方法表中都應當具有一樣的索引序號，這樣當類型變換時，僅需要變更查找的方法表，就可以從不同的虛方法表中按索引轉換出所需的入口地址。方法表一般在類加載的連接階段進行初始化，準備了類的變量初始值后，虛擬機會把該類的方法表也初始化完畢。
綁定機制
解析調用一定是個靜態的過程，在編譯期間就完全確定，在類裝載的解析階段就會把涉及的符號引用全部轉變為可確定的直接引用，不會延遲到運行期再去完成。分派(Dispatch)調用則可能是靜態的也可能是動態的。因此我們把 「解析」 和 「靜態分派」 這倆在編譯期間就確定了被調用的方法，且在運行期間不變的調用稱之為靜態鏈接，而在運行期才確定下來調用方法的稱之為動態鏈接。
我們把在靜態鏈接過程中的轉換成為早期綁定，將動態鏈接過程中的轉換稱之為晚期綁定。
看到這，方法的調用你搞懂了嗎?如果你還有什么困惑的話，可以關注微信公眾號“阿Q說代碼”，也可以加阿Q好友qingqing-4132，阿Q期待你的到來!
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