從Java靜態(tài)綁定和動態(tài)綁定中得到優(yōu)化啟示
一個Java程序的執(zhí)行要經(jīng)過編譯和執(zhí)行（解釋）這兩個步驟，同時Java又是面向?qū)ο蟮木幊陶Z言。當(dāng)子類和父類存在同一個方法，子類重寫了父類的方法，程序在運(yùn)行時調(diào)用方法是調(diào)用父類的方法還是子類的重寫方法呢，這應(yīng)該是我們在初學(xué)Java時遇到的問題。這里首先我們將確定這種調(diào)用何種方法實現(xiàn)或者變量的操作叫做綁定。
在Java中存在兩種綁定方式，一種為靜態(tài)綁定，又稱作早期綁定。另一種就是動態(tài)綁定，亦稱為后期綁定。
區(qū)別對比
- 靜態(tài)綁定發(fā)生在編譯時期，動態(tài)綁定發(fā)生在運(yùn)行時
- 使用private或static或final修飾的變量或者方法，使用靜態(tài)綁定。而虛方法（可以被子類重寫的方法）則會根據(jù)運(yùn)行時的對象進(jìn)行動態(tài)綁定。
- 靜態(tài)綁定使用類信息來完成，而動態(tài)綁定則需要使用對象信息來完成。
- 重載(Overload)的方法使用靜態(tài)綁定完成，而重寫(Override)的方法則使用動態(tài)綁定完成。
重載方法的示例
這里展示一個重載方法的示例。
- public class TestMain {
- public static void main(String[] args) {
- String str = new String();
- Caller caller = new Caller();
- caller.call(str);
- }
- static class Caller {
- public void call(Object obj) {
- System.out.println("an Object instance in Caller");
- }
- public void call(String str) {
- System.out.println("a String instance in in Caller");
- }
- }
- }
執(zhí)行的結(jié)果為
- 22:19 $ java TestMain
- a String instance in in Caller
在上面的代碼中，call方法存在兩個重載的實現(xiàn)，一個是接收Object類型的對象作為參數(shù)，另一個則是接收String類型的對象作為參數(shù)。str是一個String對象，所有接收String類型參數(shù)的call方法會被調(diào)用。而這里的綁定就是在編譯時期根據(jù)參數(shù)類型進(jìn)行的靜態(tài)綁定。
驗證
光看表象無法證明是進(jìn)行了靜態(tài)綁定，使用javap發(fā)編譯一下即可驗證。
- 22:19 $ javap -c TestMain
- Compiled from "TestMain.java"
- public class TestMain {
- public TestMain();
- Code:
- 0: aload_0
- 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
- 4: return
- public static void main(java.lang.String[]);
- Code:
- 0: new #2 // class java/lang/String
- 3: dup
- 4: invokespecial #3 // Method java/lang/String."<init>":()V
- 7: astore_1
- 8: new #4 // class TestMain$Caller
- 11: dup
- 12: invokespecial #5 // Method TestMain$Caller."<init>":()V
- 15: astore_2
- 16: aload_2
- 17: aload_1
- 18: invokevirtual #6 // Method TestMain$Caller.call:(Ljava/lang/String;)V
- 21: return
- }
看到了這一行18: invokevirtual #6 // Method TestMain$Caller.call:(Ljava/lang/String;)V確實是發(fā)生了靜態(tài)綁定，確定了調(diào)用了接收String對象作為參數(shù)的caller方法。
重寫方法的示例
- public class TestMain {
- public static void main(String[] args) {
- String str = new String();
- Caller caller = new SubCaller();
- caller.call(str);
- }
- static class Caller {
- public void call(String str) {
- System.out.println("a String instance in Caller");
- }
- }
- static class SubCaller extends Caller {
- @Override
- public void call(String str) {
- System.out.println("a String instance in SubCaller");
- }
- }
- }
執(zhí)行的結(jié)果為
- 22:27 $ java TestMain
- a String instance in SubCaller
上面的代碼，Caller中有一個call方法的實現(xiàn)，SubCaller繼承Caller，并且重寫了call方法的實現(xiàn)。我們聲明了一個Caller類型的變量callerSub，但是這個變量指向的時一個SubCaller的對象。根據(jù)結(jié)果可以看出，其調(diào)用了SubCaller的call方法實現(xiàn)，而非Caller的call方法。這一結(jié)果的產(chǎn)生的原因是因為在運(yùn)行時發(fā)生了動態(tài)綁定，在綁定過程中需要確定調(diào)用哪個版本的call方法實現(xiàn)。
驗證
使用javap不能直接驗證動態(tài)綁定，然后如果證明沒有進(jìn)行靜態(tài)綁定，那么就說明進(jìn)行了動態(tài)綁定。
- 22:27 $ javap -c TestMain
- Compiled from "TestMain.java"
- public class TestMain {
- public TestMain();
- Code:
- 0: aload_0
- 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
- 4: return
- public static void main(java.lang.String[]);
- Code:
- 0: new #2 // class java/lang/String
- 3: dup
- 4: invokespecial #3 // Method java/lang/String."<init>":()V
- 7: astore_1
- 8: new #4 // class TestMain$SubCaller
- 11: dup
- 12: invokespecial #5 // Method TestMain$SubCaller."<init>":()V
- 15: astore_2
- 16: aload_2
- 17: aload_1
- 18: invokevirtual #6 // Method TestMain$Caller.call:(Ljava/lang/String;)V
- 21: return
- }
正如上面的結(jié)果，18: invokevirtual #6 // Method TestMain$Caller.call:(Ljava/lang/String;)V這里是TestMain$Caller.call而非TestMain$SubCaller.call，因為編譯期無法確定調(diào)用子類還是父類的實現(xiàn)，所以只能丟給運(yùn)行時的動態(tài)綁定來處理。
當(dāng)重載遇上重寫
下面的例子有點變態(tài)哈，Caller類中存在call方法的兩種重載，更復(fù)雜的是SubCaller集成Caller并且重寫了這兩個方法。其實這種情況是上面兩種情況的復(fù)合情況。
下面的代碼首先會發(fā)生靜態(tài)綁定，確定調(diào)用參數(shù)為String對象的call方法，然后在運(yùn)行時進(jìn)行動態(tài)綁定確定執(zhí)行子類還是父類的call實現(xiàn)。
- public class TestMain {
- public static void main(String[] args) {
- String str = new String();
- Caller callerSub = new SubCaller();
- callerSub.call(str);
- }
- static class Caller {
- public void call(Object obj) {
- System.out.println("an Object instance in Caller");
- }
- public void call(String str) {
- System.out.println("a String instance in in Caller");
- }
- }
- static class SubCaller extends Caller {
- @Override
- public void call(Object obj) {
- System.out.println("an Object instance in SubCaller");
- }
- @Override
- public void call(String str) {
- System.out.println("a String instance in in SubCaller");
- }
- }
- }
執(zhí)行結(jié)果為
- 22:30 $ java TestMain
- a String instance in in SubCaller
驗證
由于上面已經(jīng)介紹，這里只貼一下反編譯結(jié)果啦
- 22:30 $ javap -c TestMain
- Compiled from "TestMain.java"
- public class TestMain {
- public TestMain();
- Code:
- 0: aload_0
- 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
- 4: return
- public static void main(java.lang.String[]);
- Code:
- 0: new #2 // class java/lang/String
- 3: dup
- 4: invokespecial #3 // Method java/lang/String."<init>":()V
- 7: astore_1
- 8: new #4 // class TestMain$SubCaller
- 11: dup
- 12: invokespecial #5 // Method TestMain$SubCaller."<init>":()V
- 15: astore_2
- 16: aload_2
- 17: aload_1
- 18: invokevirtual #6 // Method TestMain$Caller.call:(Ljava/lang/String;)V
- 21: return
- }
好奇問題
非動態(tài)綁定不可么？
其實理論上，某些方法的綁定也可以由靜態(tài)綁定實現(xiàn)。比如
- public static void main(String[] args) {
- String str = new String();
- final Caller callerSub = new SubCaller();
- callerSub.call(str);
- }
比如這里callerSub持有subCaller的對象并且callerSub變量為final，立即執(zhí)行了call方法，編譯器理論上通過足夠的分析代碼，是可以知道應(yīng)該調(diào)用SubCaller的call方法。
但是為什么沒有進(jìn)行靜態(tài)綁定呢？
假設(shè)我們的Caller繼承自某一個框架的BaseCaller類，其實現(xiàn)了call方法，而BaseCaller繼承自SuperCaller。SuperCaller中對call方法也進(jìn)行了實現(xiàn)。
假設(shè)某框架1.0中的BaseCaller和SuperCaller
- static class SuperCaller {
- public void call(Object obj) {
- System.out.println("an Object instance in SuperCaller");
- }
- }
- static class BaseCaller extends SuperCaller {
- public void call(Object obj) {
- System.out.println("an Object instance in BaseCaller");
- }
- }
而我們使用框架1.0進(jìn)行了這樣的實現(xiàn)。Caller繼承自BaseCaller，并且調(diào)用了super.call方法。
- public class TestMain {
- public static void main(String[] args) {
- Object obj = new Object();
- SuperCaller callerSub = new SubCaller();
- callerSub.call(obj);
- }
- static class Caller extends BaseCaller{
- public void call(Object obj) {
- System.out.println("an Object instance in Caller");
- super.call(obj);
- }
- public void call(String str) {
- System.out.println("a String instance in in Caller");
- }
- }
- static class SubCaller extends Caller {
- @Override
- public void call(Object obj) {
- System.out.println("an Object instance in SubCaller");
- }
- @Override
- public void call(String str) {
- System.out.println("a String instance in in SubCaller");
- }
- }
- }
然后我們基于這個框架的1.0版編譯出來了class文件，假設(shè)靜態(tài)綁定可以確定上面Caller的super.call為BaseCaller.call實現(xiàn)。
然后我們再次假設(shè)這個框架1.1版本中BaseCaller不重寫SuperCaller的call方法，那么上面的假設(shè)可以靜態(tài)綁定的call實現(xiàn)在1.1版本就會出現(xiàn)問題，因為在1.1版本上super.call應(yīng)該是使用SuperCall的call方法實現(xiàn)，而非假設(shè)使用靜態(tài)綁定確定的BaseCaller的call方法實現(xiàn)。
所以，有些實際可以靜態(tài)綁定的，考慮到安全和一致性，就索性都進(jìn)行了動態(tài)綁定。
得到的優(yōu)化啟示？
由于動態(tài)綁定需要在運(yùn)行時確定執(zhí)行哪個版本的方法實現(xiàn)或者變量，比起靜態(tài)綁定起來要耗時。
所以在不影響整體設(shè)計，我們可以考慮將方法或者變量使用private，static或者final進(jìn)行修飾。
參考文章
一本書
-
Java核心技術(shù)，Java領(lǐng)域最有影響力和價值的著作之一，擁有20多年教學(xué)與研究經(jīng)驗的資深Java技術(shù)專家撰寫（獲Jolt大獎），與《Java編程思想》齊名，10余年全球暢銷不衰，廣受好評。
