0．前言

多型在Java技術裡有很重要的地位，在面試中也會經常被問到。

多型的使用大家應該都比較瞭解，但是多型的實現原理就有點抽象了，查了很多很多資料，連續幾天斷斷續續的看，有時候看著看著就走神了。畢竟太抽象，哈哈~

不過依然硬著頭皮看下來了（也不知道看了多少遍），並且將很多資料裡關於多型的知識進行了整理（添新增加刪刪減減了很久，也把重點根據自己的理解用紅字標出），便有了這篇文章。通過這篇文章相信可以幫助你更加深刻的理解多型。

1．Java多型概述

Java的方法過載，就是在類中可以建立多個方法，它們具有相同的名字，但可具有不同的引數列表、返回值型別。呼叫方法時通過傳遞的引數型別來決定具體使用哪個方法，這就是多型性。

Java的方法重寫，是父類與子類之間的多型性，子類可繼承父類中的方法，但有時子類並不想原封不動地繼承父類的方法，而是想作一定的修改，這就需要採用方法的重寫。重寫的引數列表和返回型別均不可修改。

2．方法重寫後的動態繫結

多型允許具體訪問時實現方法的動態繫結。Java對於動態繫結的實現主要依賴於方法表，通過繼承和介面的多型實現有所不同。

繼承：在執行某個方法時，在方法區中找到該類的方法表，再確認該方法在方法表中的偏移量，找到該方法後如果被重寫則直接呼叫，否則認為沒有重寫父類該方法，這時會按照繼承關係搜尋父類的方法表中該偏移量對應的方法。 

介面：Java 允許一個類實現多個介面，從某種意義上來說相當於多繼承，這樣同一個介面的的方法在不同類方法表中的位置就可能不一樣了。所以不能通過偏移量的方法，而是通過搜尋完整的方法表。

3．JVM的結構（拓展知識，不瞭解可以看看）

從上圖可以看出，當程式執行需要某個類時，類載入器會將相應的class檔案載入到JVM中，並在方法區建立該類的型別資訊（包括方法程式碼，類變數、成員變數、以及本博文要重點討論的方法表）。 注意，這個方法區中的型別資訊跟在堆中存放的class物件是不同的。在方法區中，這個class的型別資訊只有唯一的例項（所以方法區是各個執行緒共享的記憶體區域），而在堆中可以有多個該class物件。可以通過堆中的class物件訪問到方法區中型別資訊。就像在java反射機制那樣，通過class物件可以訪問到該類的所有資訊一樣。

【重點】 

方法表是實現動態呼叫的核心。為了優化物件呼叫方法的速度，

4．Java 的方法呼叫方式（拓展知識，可以不看）

Java 的方法呼叫有兩類，動態方法呼叫與靜態方法呼叫。

靜態方法呼叫是指對於類的靜態方法的呼叫方式，是靜態繫結的；而動態方法呼叫需要有方法呼叫所作用的物件，是動態繫結的。

類呼叫 (invokestatic) 是在編譯時就已經確定好具體呼叫方法的情況。

例項呼叫 (invokevirtual)則是在呼叫的時候才確定具體的呼叫方法，這就是動態繫結，也是多型要解決的核心問題。

JVM 的方法呼叫指令有四個，分別是 invokestatic，invokespecial，invokesvirtual 和 invokeinterface。前兩個是靜態繫結，後兩個是動態繫結的。本文也可以說是對於JVM後兩種呼叫實現的考察。

5．方法表與方法呼叫

如有類定義 Person, Girl, Boy

class Person { 
 public String toString(){ 
    return "I'm a person."; 
	 } 
 public void eat(){} 
 public void speak(){} 
	
 } 

 class Boy extends Person{ 
 public String toString(){ 
    return "I'm a boy"; 
	 } 
 public void speak(){} 
 public void fight(){} 
 } 

 class Girl extends Person{ 
 public String toString(){ 
    return "I'm a girl"; 
	 } 
 public void speak(){} 
 public void sing(){} 
 }

當這三個類被載入到 Java 虛擬機器之後，方法區中就包含了各自的類的資訊。Girl 和 Boy 在方法區中的方法表可表示如下：

可以看到，Girl 和 Boy 的方法表包含繼承自 Object 的方法，繼承自直接父類 Person 的方法及各自新定義的方法。注意方法表條目指向的具體的方法地址，如 Girl 繼承自 Object 的方法中，只有 toString() 指向自己的實現（Girl 的方法程式碼），其餘皆指向 Object 的方法程式碼；其繼承自於 Person 的方法 eat() 和 speak() 分別指向 Person 的方法實現和本身的實現。

如果子類改寫了父類的方法，那麼子類和父類的那些同名的方法共享一個方法表項。

因此，方法表的偏移量總是固定的。所有繼承父類的子類的方法表中，其父類所定義的方法的偏移量也總是一個定值。
Person 或 Object中的任意一個方法，在它們的方法表和其子類 Girl 和 Boy 的方法表中的位置 (index) 是一樣的。這樣 JVM 在呼叫例項方法其實只需要指定呼叫方法表中的第幾個方法即可。

如呼叫如下：

 class Party{ 
 void happyHour(){ 
 Person girl = new Girl(); 
 girl.speak(); } 
 }

當編譯 Party 類的時候，生成 girl.speak()的方法呼叫假設為：

Invokevirtual #12

設該呼叫程式碼對應著 girl.speak(); #12 是 Party 類的常量池的索引。JVM 執行該呼叫指令的過程如下所示：

（1）在常量池（這裡有個錯誤，上圖為ClassReference常量池而非Party的常量池）中找到方法呼叫的符號引用。
（2）檢視Person的方法表，得到speak方法在該方法表的偏移量（假設為15），這樣就得到該方法的直接引用。 
（3）根據this指標得到具體的物件（即 girl 所指向的位於堆中的物件）。
（4）根據物件得到該物件對應的方法表，根據偏移量15檢視有無重寫（override）該方法，如果重寫，則可以直接呼叫（Girl的方法表的speak項指向自身的方法而非父類）；如果沒有重寫，則需要拿到按照繼承關係從下往上的基類（這裡是Person類）的方法表，同樣按照這個偏移量15檢視有無該方法。

6．介面呼叫

因為 Java 類是可以同時實現多個介面的，而當用介面引用呼叫某個方法的時候，情況就有所不同了。

Java 允許一個類實現多個介面，從某種意義上來說相當於多繼承，這樣同樣的方法在基類和派生類的方法表的位置就可能不一樣了。

interface IDance{ 
   void dance(); 
 } 

 class Person { 
 public String toString(){ 
   return "I'm a person."; 
} 
 public void eat(){} 
 public void speak(){} 
	
 } 

 class Dancer extends Person implements IDance { 
 public String toString(){ 
   return "I'm a dancer."; 
  } 
 public void dance(){} 
 } 

 class Snake implements IDance{ 
 public String toString(){ 
   return "A snake."; } 
 public void dance(){ 
 //snake dance 
	 } 
 }

可以看到，由於介面的介入，繼承自介面 IDance 的方法 dance()在類 Dancer 和 Snake 的方法表中的位置已經不一樣了，顯然我們無法僅根據偏移量來進行方法的呼叫。

Java 對於介面方法的呼叫是採用搜尋方法表的方式，如，要在Dancer的方法表中找到dance()方法，必須搜尋Dancer的整個方法表。

因為每次介面呼叫都要搜尋方法表，所以從效率上來說，介面方法的呼叫總是慢於類方法的呼叫的。