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Java中的静态绑定和动态绑定

泡在网上的日子 / 文 发表于2015-01-20 12:48 次阅读 Java

转载自“技术小黑屋”的博客 Java中的静态绑定和动态绑定 

一个Java程序的执行要经过编译和执行(解释)这两个步骤,同时Java又是面向对象的编程语言。当子类和父类存在同一个方法,子类重写了父类的 方法,程序在运行时调用方法是调用父类的方法还是子类的重写方法呢,这应该是我们在初学Java时遇到的问题。这里首先我们将确定这种调用何种方法实现或 者变量的操作叫做绑定。

在Java中存在两种绑定方式,一种为静态绑定,又称作早期绑定。另一种就是动态绑定,亦称为后期绑定。

区别对比

  • 静态绑定发生在编译时期,动态绑定发生在运行时

  • 使用private或static或final修饰的变量或者方法,使用静态绑定。而虚方法(可以被子类重写的方法)则会根据运行时的对象进行动态绑定。

  • 静态绑定使用类信息来完成,而动态绑定则需要使用对象信息来完成。

  • 重载(Overload)的方法使用静态绑定完成,而重写(Override)的方法则使用动态绑定完成。

重载方法的示例

这里展示一个重载方法的示例。

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");
      }
  }
}

执行的结果为

22:19 $ java TestMain
a String instance in in Caller

在上面的代码中,call方法存在两个重载的实现,一个是接收Object类型的对象作为参数,另一个则是接收String类型的对象作为参数。 str是一个String对象,所有接收String类型参数的call方法会被调用。而这里的绑定就是在编译时期根据参数类型进行的静态绑定。

验证

光看表象无法证明是进行了静态绑定,使用javap发编译一下即可验证。

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
}

看到了这一行18: invokevirtual #6                  // Method TestMain$Caller.call:(Ljava/lang/String;)V确实是发生了静态绑定,确定了调用了接收String对象作为参数的caller方法。

重写方法的示例

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");
      }
  }
}

执行的结果为

22:27 $ java TestMain
a String instance in SubCaller

上面的代码,Caller中有一个call方法的实现,SubCaller继承Caller,并且重写了call方法的实现。我们声明了一个 Caller类型的变量callerSub,但是这个变量指向的时一个SubCaller的对象。根据结果可以看出,其调用了SubCaller的 call方法实现,而非Caller的call方法。这一结果的产生的原因是因为在运行时发生了动态绑定,在绑定过程中需要确定调用哪个版本的call方 法实现。

验证

使用javap不能直接验证动态绑定,然后如果证明没有进行静态绑定,那么就说明进行了动态绑定。

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
}

正如上面的结果,18: invokevirtual #6                  // Method TestMain$Caller.call:(Ljava/lang/String;)V这里是TestMain$Caller.call而非TestMain$SubCaller.call,因为编译期无法确定调用子类还是父类的实现,所以只能丢给运行时的动态绑定来处理。

当重载遇上重写

下面的例子有点变态哈,Caller类中存在call方法的两种重载,更复杂的是SubCaller集成Caller并且重写了这两个方法。其实这种情况是上面两种情况的复合情况。

下面的代码首先会发生静态绑定,确定调用参数为String对象的call方法,然后在运行时进行动态绑定确定执行子类还是父类的call实现。

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");
      }
  }
}

执行结果为

22:30 $ java TestMain
a String instance in in SubCaller

验证

由于上面已经介绍,这里只贴一下反编译结果啦

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
}

好奇问题

非动态绑定不可么?

其实理论上,某些方法的绑定也可以由静态绑定实现。比如

public static void main(String[] args) {
      String str = new String();
      final Caller callerSub = new SubCaller();
      callerSub.call(str);
}

比如这里callerSub持有subCaller的对象并且callerSub变量为final,立即执行了call方法,编译器理论上通过足够的分析代码,是可以知道应该调用SubCaller的call方法。

但是为什么没有进行静态绑定呢?
假设我们的Caller继承自某一个框架的BaseCaller类,其实现了call方法,而BaseCaller继承自SuperCaller。SuperCaller中对call方法也进行了实现。

假设某框架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");
  }
}

而我们使用框架1.0进行了这样的实现。Caller继承自BaseCaller,并且调用了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");
      }
  }
}

然后我们基于这个框架的1.0版编译出来了class文件,假设静态绑定可以确定上面Caller的super.call为BaseCaller.call实现。

然后我们再次假设这个框架1.1版本中BaseCaller不重写SuperCaller的call方法,那么上面的假设可以静态绑定的call实 现在1.1版本就会出现问题,因为在1.1版本上super.call应该是使用SuperCall的call方法实现,而非假设使用静态绑定确定的 BaseCaller的call方法实现。

所以,有些实际可以静态绑定的,考虑到安全和一致性,就索性都进行了动态绑定。

得到的优化启示?

由于动态绑定需要在运行时确定执行哪个版本的方法实现或者变量,比起静态绑定起来要耗时。

所以在不影响整体设计,我们可以考虑将方法或者变量使用private,static或者final进行修饰。

参考文章

一本书

  • Java核心技术,Java领域最有影响力和价值的著作之一,拥有20多年教学与研究经验的资深Java技术专家撰写(获Jolt大奖),与《Java编程思想》齐名,10余年全球畅销不衰,广受好评。


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转载自: http://ylq365.iteye.com/blog/1769680 Joda-Time 令时间和日期值变得易于管理、操作和理解。 Home: http://joda-time.sourceforge.net/ JavaDoc: http://joda-time.sourceforge.net/apidocs/index.html 直接看代码,这是在网上和根据API整理的一