面试题：Java多态下父类与子类方法调用优先级之动态绑定与字节码分析

Question

考虑以下Java代码： class Base { public void method() { System.out.println("Base method"); } } class Derived1 extends Base { @Override public void method() { System.out.println("Derived1 method"); } } class Derived2 extends Base { @Override public void method() { System.out.println("Derived2 method"); } } public class Main { public static void main(String[] args) { Base obj = Math.random() > 0.5? new Derived1() : new Derived2(); obj.method(); } } 从字节码层面分析，Java虚拟机是如何实现这种多态下父类与子类方法调用优先级机制的，也就是动态绑定的过程？请详细描述涉及的字节码指令以及它们的作用。

Answer 1

1. 字节码指令概述：
   • 在Java字节码层面，动态绑定主要通过 invokevirtual 指令实现。
2. 具体字节码指令及作用：
   • invokevirtual 指令：
     • 指令格式：invokevirtual indexbyte1 indexbyte2。
     • 作用：invokevirtual 指令用于调用对象的实例方法，根据对象的实际类型（运行时类型）来决定调用哪个方法。它会在运行时从对象的实际类型的虚方法表（vtable）中查找并调用相应的方法。
     • 在上述代码中，obj.method(); 这行代码编译后会生成 invokevirtual 指令。当执行到这一指令时，Java 虚拟机首先获取 obj 的实际运行时类型（Derived1 或 Derived2）。然后，根据这个实际类型在其对应的虚方法表中查找 method 方法的具体实现地址。最后，调用找到的方法实现，从而实现了动态绑定。
   • 其他相关指令：
     • new 指令：在 Base obj = Math.random() > 0.5? new Derived1() : new Derived2(); 这行代码中，new 指令用于在堆上创建 Derived1 或 Derived2 对象的实例。
     • dup 指令：通常在 new 指令之后使用，用于复制栈顶元素。因为 new 指令会在栈顶压入新创建对象的引用，dup 指令复制这个引用，以便后续可以对该对象进行初始化等操作。
     • invokespecial 指令：用于调用实例构造方法（<init> 方法）、私有方法及父类方法。在创建 Derived1 或 Derived2 对象时，会使用 invokespecial 指令调用其父类 Base 的构造方法。

在整个动态绑定过程中，invokevirtual 指令起到了核心作用，结合其他指令，Java 虚拟机能够在运行时根据对象的实际类型准确地调用相应的方法，实现多态特性。