面试题：Java运行时多态中动态绑定的实现原理

Question

请简述Java运行时多态的动态绑定在JVM层面是如何实现的，结合方法调用的过程详细说明。

Answer 1

1. 方法调用过程
   • 解析调用：在编译期，Java编译器会对方法调用进行解析，确定方法的符号引用。对于静态方法、私有方法、构造方法和final方法，这些方法在编译期就能确定具体的调用版本，采用静态绑定。例如，一个类的静态方法public static void staticMethod() {}，通过类名直接调用ClassName.staticMethod()，在编译时就确定了调用的是这个静态方法。
   • 分派调用：对于非上述特殊类型的方法，Java采用动态绑定实现运行时多态。
     • 静态分派：方法重载（Overloading）基于静态分派。例如，有一个方法public void print(int num) {}和public void print(String str) {}，Animal animal = new Dog();，当调用animal.print(10);时，编译器根据参数的静态类型（这里是int）在编译期就确定调用哪个print方法，这就是静态分派。
     • 动态分派：方法重写（Overriding）基于动态分派。以Animal类及其子类Dog为例，Animal类有方法public void makeSound() {}，Dog类重写此方法public void makeSound() {System.out.println("Woof!");}。Animal animal = new Dog();，当调用animal.makeSound();时，实际执行的是Dog类的makeSound方法，这就是动态分派。
2. JVM层面实现动态绑定
   • 虚方法表（Virtual Method Table）：JVM为每个类都维护一个虚方法表。虚方法表中存放着每个虚方法（可被重写的方法）在实际运行时的入口地址。当类加载到JVM中时，JVM会根据类的继承关系，为每个类构建虚方法表。
     • 子类的虚方法表会继承父类的虚方法表，并根据自身对方法的重写情况进行调整。如果子类重写了父类的某个虚方法，那么子类虚方法表中该方法的入口地址会指向子类重写的方法实现。例如，Dog类继承Animal类并重写makeSound方法，Dog类的虚方法表中makeSound方法的入口地址就指向Dog类中makeSound方法的实际实现代码。
   • 动态绑定过程：在运行时，当JVM执行到一个虚方法调用指令（如invokevirtual）时，JVM首先根据对象的实际类型（而不是引用类型）找到对应的虚方法表。然后，在虚方法表中查找与所调用方法签名匹配的方法入口地址，并调用该方法。例如，Animal animal = new Dog();，当执行animal.makeSound();时，JVM根据animal实际指向的Dog对象，找到Dog类的虚方法表，在其中找到makeSound方法的入口地址并执行该方法，从而实现运行时多态的动态绑定。