Spring之從橋接方法到JVM方法調(diào)用解讀
前言
之所以寫這么一篇文章是因?yàn)樵赟pring中，經(jīng)常會出現(xiàn)下面這種代碼
// 判斷是否是橋接方法，如果是的話就返回這個方法 BridgeMethodResolver.findBridgedMethod(specificMethod)；
這些代碼對我之前也造成了不小疑惑，在徹底弄懂后通過本文分享出來，也能減少大家在閱讀代碼過程中的障礙！
橋接方法
什么時候會出現(xiàn)橋接方法？
第一種情況：方法重寫的時候子父類方法返回值不一致導(dǎo)致
public class Parent {
public Number get(Number number){
System.out.println("parent's method invoke");
return 1;
}
}
public class Son extends Parent {
// 這里對父類的方法進(jìn)行了重寫，但是返回值類型跟父類中不一樣，父類中的返回值類型為Number,子類中的返回值類型為Integer，Integer是Number的子類
@Override
public Integer get(Number number) {
System.out.println("son's method invoke");
return 2;
}
}
public class PMain {
public static void main(String[] args) {
Son son = new Son();
Method[] declaredMethods = son.getClass().getDeclaredMethods();
for (int i = 0; i < declaredMethods.length; i++) {
Method declaredMethod = declaredMethods[i];
String methodName = declaredMethod.getName();
Class<?> returnType = declaredMethod.getReturnType();
Class<?> declaringClass = declaredMethod.getDeclaringClass();
boolean bridge = declaredMethod.isBridge();
System.out.print("第" + (i+1) + "個方法名稱：" + methodName + "，方法返回值類型：" + returnType + " ");
System.out.print(bridge ? " 是橋接方法" : " 不是橋接方法");
System.out.println(" 這個方法是在"+declaringClass.getSimpleName()+"上申明的");
}
}
}
// 程序打印如下：
第1個方法名稱：get，方法返回值類型：class java.lang.Integer 不是橋接方法 這個方法是在Son上申明的
第2個方法名稱：get，方法返回值類型：class java.lang.Number 是橋接方法 這個方法是在Son上申明的
可以看到在上面的例子中Son類中就出現(xiàn)了橋接方法。
看到上面的代碼的執(zhí)行結(jié)果，大家肯定會有這么兩個疑問
- 為什么再Son中會有兩個get方法？明明實(shí)際申明的只有一個啊
- 為什么其中一個方法還是橋接方法呢？這個橋接到底橋接的是什么？
- 它的返回值為什么跟父類中被復(fù)寫的參數(shù)類型一樣，也是Number類型？
有這些疑問沒關(guān)系，我們帶著疑問往下看。
如果你認(rèn)真看了上面的代碼，你應(yīng)該就會知道上面例子的特殊之處在于：
子類對父類的方法進(jìn)行了重寫，并且子類方法中的返回值類型跟父類方法的返回值類型不一樣?。。?！
那么到底是不是這個原因?qū)е碌哪?？我們不妨將上面例子中Son類的代碼更改如下：
public class Son extends Parent {
// @Override
// public Integer get(Number number) {
// System.out.println("son's method invoke");
// return 2;
// }
@Override
public Number get(Number number) {
System.out.println("son's method invoke");
return 2;
}
}
// 運(yùn)行結(jié)果
第1個方法名稱：get，方法返回值類型：class java.lang.Number 不是橋接方法 這個方法是在Son上申明的
再次運(yùn)行代碼，會發(fā)現(xiàn)，橋接方法不見了，也只能看到一個方法。
那么到現(xiàn)在我們就基本能確定了是因?yàn)?strong>重寫的時候子父類方法返回值不一致導(dǎo)致出現(xiàn)了橋接方法。
第二種情況：子類重寫了父類中帶有泛型的方法
參考鏈接：https://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/generics/bridgeMethods.html#bridgeMethods
public class Node<T> {
public T data;
public Node(T data) { this.data = data; }
public void setData(T data) {
System.out.println("Node.setData");
this.data = data;
}
}
public class MyNode extends Node<Integer> {
public MyNode(Integer data) { super(data); }
@Override
public void setData(Integer data) {
System.out.println("MyNode.setData");
super.setData(data);
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
MyNode mn = new MyNode(5);
Method[] declaredMethods = mn.getClass().getDeclaredMethods();
for (int i = 0; i < declaredMethods.length; i++) {
Method declaredMethod = declaredMethods[i];
String methodName = declaredMethod.getName();
Class<?>[] parameterTypes = declaredMethod.getParameterTypes();
Class<?> declaringClass = declaredMethod.getDeclaringClass();
boolean bridge = declaredMethod.isBridge();
System.out.print("第" + (i + 1) + "個方法名稱：" + methodName + "，參數(shù)類型：" + Arrays.toString(parameterTypes) + " ");
System.out.print(bridge ? " 是橋接方法" : " 不是橋接方法");
System.out.println(" 這個方法是在" + declaringClass.getSimpleName() + "上申明的");
}
}
}
// 運(yùn)行結(jié)果：
第1個方法名稱：setData，參數(shù)類型：[class java.lang.Integer] 不是橋接方法 這個方法是在MyNode上申明的
第2個方法名稱：setData，參數(shù)類型：[class java.lang.Object] 是橋接方法 這個方法是在MyNode上申明的
看完上面的代碼可能你的問題又來了
- 為什么再M(fèi)yNode中會有兩個setData方法？明明實(shí)際申明的只有一個啊
- 為什么其中一個方法還是橋接方法呢？這個橋接到底橋接的是什么？
- 它的參數(shù)類型為什么跟父類中被復(fù)寫的方法的參數(shù)類型一樣，也是Integer類型？
這些問題基本跟第一種情況的問題一樣，所以不要急，我們還是往下看
上面例子的特殊之處在于，子類重寫父類中帶有泛型參數(shù)的方法。實(shí)際上子類重寫父類帶有泛型返回值的方法也會出現(xiàn)上面這種情況，比如，我們將代碼改成這樣
public class Node<T> {
public T data;
public Node(T data) {
this.data = data;
}
public void setData(T data) {
System.out.println("Node.setData");
this.data = data;
}
// 新增一個getData方法，返回值為泛型T
public T getData() {
System.out.println("Node.getData");
return this.data;
}
}
public class MyNode extends Node<Integer> {
public MyNode(Integer data) { super(data); }
@Override
public void setData(Integer data) {
System.out.println("MyNode.setData");
super.setData(data);
}
// 子類對新增的那個方法進(jìn)行復(fù)寫
@Override
public Integer getData() {
System.out.println("MyNode.getData");
return super.getData();
}
}
// 程序運(yùn)行結(jié)果
第1個方法名稱：setData，參數(shù)類型：[class java.lang.Object] 是橋接方法 這個方法是在MyNode上申明的
第2個方法名稱：setData，參數(shù)類型：[class java.lang.Integer] 不是橋接方法 這個方法是在MyNode上申明的
第3個方法名稱：getData，參數(shù)類型：[] 是橋接方法 這個方法是在MyNode上申明的
第4個方法名稱：getData，參數(shù)類型：[] 不是橋接方法 這個方法是在MyNode上申明的
可以發(fā)現(xiàn)，又出現(xiàn)了一個橋接方法。
為什么需要橋接方法？
接下來回牽涉到一些
JVM的知識，希望大家能耐心看完哦。我一直認(rèn)為最好的學(xué)習(xí)方式是帶著問題去學(xué)習(xí)，但是在這個過程中你可能又會碰到新的問題，那么怎么辦呢？
堅(jiān)持，就是最好的辦法，再難的事情不過也就是打怪升級！
在上面我們探究什么時候會出現(xiàn)橋接方法時，應(yīng)該能感覺到，橋接方法的出現(xiàn)都是要滿足下面兩個條件才會出現(xiàn)
- 子類重寫了父類的方法
- 子類中進(jìn)行重寫的方法跟父類不一致（參數(shù)不一致或者返回值不一致）
當(dāng)滿足了上面兩個條件時，編譯器會自動為我生成橋接方法，因?yàn)榫幾g的后文件是交由JVM執(zhí)行的，生成的這個橋接方法肯定就是為了JVM進(jìn)行方法調(diào)用時服務(wù)的，我們不妨大膽猜測，在這種情況下，是因?yàn)镴VM在進(jìn)行方法調(diào)用時，沒有辦法滿足我們的運(yùn)行時多態(tài)，所以生成了橋接方法。要弄清楚這個問題，我們還是要從JVM的方法調(diào)用說起。
JVM是怎么調(diào)用方法的？
我們應(yīng)該知道，JVM要執(zhí)行一個方法時必定需要先找到那個方法，對計(jì)算機(jī)而言，就是要定位到方法所在的內(nèi)存地址。
那么JVM是如何定位到方法所在內(nèi)存呢？
我們知道JVM所執(zhí)行的是class文件，我們的.java文件會經(jīng)過編譯生成class文件后才能被JVM執(zhí)行。
如圖所示：
因?yàn)槟壳拔覀冴P(guān)注的是方法的調(diào)用，所以對class文件的具體結(jié)構(gòu)我們就不做過多分析了，我們主要就看看常量池跟方法表。
常量池
常量池中主要保存下面三類信息
- 類和接口的全限定名
- 字段的名稱和描述符
- 方法的名稱和描述符
方法表
- 方法標(biāo)志，比如public，native，abstract，以及本文所探討的橋接（bridge）
- 方法名稱索引，因?yàn)榫唧w的方法名稱保存在常量池中，所以這里保存的是對常量池的索引
- 描述符索引，即返回值+參數(shù)
- 屬性表集合，方法具體的執(zhí)行代碼便保存在這里
對于常量池跟方法表我們不做過多介紹，這兩個隨便一個拿出來都能寫一篇文章，對于閱讀本文而言，你只需要知道它們保存了上面的這些信息即可。如果大家感興趣的話，推薦閱讀周志明老師的《深入理解Java虛擬機(jī)》
字節(jié)碼分析
接下來我們就通過一段字節(jié)碼的分析來看看JVM到底是如何調(diào)用方法的，這里就以我們前文中第一個例子中的代碼來進(jìn)行分析。java代碼如下：
public class Parent {
public Number get(Number number){
return 1;
}
}
public class Son extends Parent {
// 重寫了父類的方法，返回值類型只要是Number類的子類即可
@Override
public Integer get(Number number) {
return 2;
}
}
/**
* @author 程序員DMZ
* @Date Create in 21:03 2020/6/7
* @Blog https://daimingzhi.blog.csdn.net/
*/
public class LoadMain {
public static void main(String[] args) {
Parent person = new Son();
person.get(1);
}
}
對編譯好的class文件執(zhí)行javap -v -c指令，得到如下字節(jié)碼
Classfile /E:/spring-framework/spring-dmz/out/production/classes/com/dmz/spring/java/LoadMain.class
Last modified 2020-6-7; size 673 bytes
MD5 checksum 4b8832849fb5f63e472324be91603b1b
Compiled from "LoadMain.java"
public class com.dmz.spring.java.LoadMain
minor version: 0
major version: 52
flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
// 常量池
Constant pool:
#1 = Methodref #7.#23 // java/lang/Object."<init>":()V
#2 = Class #24 // com/dmz/spring/java/Son
#3 = Methodref #2.#23 // com/dmz/spring/java/Son."<init>":()V
#4 = Methodref #25.#26 // java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
#5 = Methodref #27.#28 // com/dmz/spring/java/Parent.get:(Ljava/lang/Number;)Ljava/lang/Number;
#6 = Class #29 // com/dmz/spring/java/LoadMain
#7 = Class #30 // java/lang/Object
#8 = Utf8 <init>
#9 = Utf8 ()V
#10 = Utf8 Code
#11 = Utf8 LineNumberTable
#12 = Utf8 LocalVariableTable
#13 = Utf8 this
#14 = Utf8 Lcom/dmz/spring/java/LoadMain;
#15 = Utf8 main
#16 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V
#17 = Utf8 args
#18 = Utf8 [Ljava/lang/String;
#19 = Utf8 person
#20 = Utf8 Lcom/dmz/spring/java/Parent;
#21 = Utf8 SourceFile
#22 = Utf8 LoadMain.java
#23 = NameAndType #8:#9 // "<init>":()V
#24 = Utf8 com/dmz/spring/java/Son
#25 = Class #31 // java/lang/Integer
#26 = NameAndType #32:#33 // valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
#27 = Class #34 // com/dmz/spring/java/Parent
#28 = NameAndType #35:#36 // get:(Ljava/lang/Number;)Ljava/lang/Number;
#29 = Utf8 com/dmz/spring/java/LoadMain
#30 = Utf8 java/lang/Object
#31 = Utf8 java/lang/Integer
#32 = Utf8 valueOf
#33 = Utf8 (I)Ljava/lang/Integer;
#34 = Utf8 com/dmz/spring/java/Parent
#35 = Utf8 get
#36 = Utf8 (Ljava/lang/Number;)Ljava/lang/Number;
{
public com.dmz.spring.java.LoadMain();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
LineNumberTable:
line 8: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 5 0 this Lcom/dmz/spring/java/LoadMain;guan
public static void main(java.lang.String[]);
// 方法的描述符，括號中的是參數(shù)，[Ljava/lang/String代表參數(shù)是一個String數(shù)組，V是返回值，代表void
descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
// 方法的標(biāo)志，public,static
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
// 方法執(zhí)行代碼對應(yīng)的字節(jié)碼
Code:
// 操作數(shù)棧深為2，本地變量表中有2兩個元素，參數(shù)個數(shù)為1
stack=2, locals=2, args_size=1
// 前三行指定對應(yīng)的代碼就是Parent person = new Son()
// new指定，創(chuàng)建一個對象，并返回這個對象的引用
0: new #2 // class com/dmz/spring/java/Son
// dup指令，將new指令返回的引用進(jìn)行備份，一個賦值給局部變量表中的值，另外一個用于執(zhí)行invokespecial指令
3: dup
// 進(jìn)行初始化
4: invokespecial #3 // Method com/dmz/spring/java/Son."<init>":()V // 將創(chuàng)建出來的對象的引用存儲到局部變量表中下標(biāo)為1也就是第二個元素中，第一個元素存儲的是main方法的參數(shù)
7: astore_1
// 將引用壓入到操作數(shù)棧中，此時棧頂保存的是一個指向son類型對象的引用
8: aload_1
// 常數(shù)1壓入操作數(shù)棧
9: iconst_1
// 執(zhí)行常量池中 #4所對應(yīng)的方法，也就是java/lang/Integer.valueOf方法
10: invokestatic #4 // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
// 真正調(diào)用get方法的指令
13: invokevirtual #5 // Method com/dmz/spring/java/Parent.get:(Ljava/lang/Number;)Ljava/lang/Number;
// 彈出操作數(shù)棧頂?shù)闹?
16: pop
17: return
// 代碼行數(shù)跟指令的對應(yīng)關(guān)系，比如在我的idea中，第10行代碼對應(yīng)的就是Parent person = new Son()
LineNumberTable:
line 10: 0
line 11: 8
line 12: 17
// 局部變量表中的值
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 18 0 args [Ljava/lang/String;
8 10 1 person Lcom/dmz/spring/java/Parent;
}
SourceFile: "LoadMain.java"
接下來，我們使用圖解的方式來對上面的字節(jié)碼做進(jìn)一步的分析
接下來就要執(zhí)行invokevirtual指令，在執(zhí)行這個指令我們將操作數(shù)棧的狀態(tài)放大來看看
棧頂保存的是1，也就是執(zhí)行對應(yīng)方法的參數(shù)，棧底保存的是執(zhí)行Parent person = new Son()得到的一個引用。
在上面的字節(jié)碼中，我們發(fā)現(xiàn)invokevirtual指令后面跟了一個#5，這代表它引用了常量池中的第五號常量，對應(yīng)的就是這個方法引用：
com/dmz/spring/java/Parent.get:(Ljava/lang/Number;)Ljava/lang/Number;
上面整個表達(dá)式代表了方法的簽名，com/dmz/spring/java/Parent代表了方法所在類名，get代表方法名，(Ljava/lang/Number;)代表方法執(zhí)行參數(shù)，Ljava/lang/Number代表方法返回值。
根據(jù)操作數(shù)棧的信息以及invokevirtual所引用的方法簽名信息，我們不難得出這條指令要去執(zhí)行person引用所指向的對象中的一個方法名為get，方法參數(shù)為Number，返回值為Number的方法，但是請注意，我們的Son對象中沒有這樣的一個方法，我們在Son中重寫的方法是這樣的
public Integer get(Number number) {
return 2;
}
其返回值類型是Integer，可能有的同學(xué)會有疑問，Integer不是Number的子類嗎？為什么不能識別呢？
嗯，我也沒辦法回答這個問題，JVM在對方法覆蓋的定義就是這樣，必須要方法簽名相同。
但是Java對于重寫的定義呢？只是要求方法的返回值類型相同就行了，正是因?yàn)檫@二者的差異，導(dǎo)致了編譯器不得不生成一個橋接方法來進(jìn)行平衡。
那么到底是不是這樣呢？我們不妨再來看看生成橋接方法的類的字節(jié)碼，也就是Son.class的字節(jié)碼，對應(yīng)如下（只放關(guān)鍵的部分了，實(shí)在太占篇幅了）：
public java.lang.Integer get(java.lang.Number);
descriptor: (Ljava/lang/Number;)Ljava/lang/Integer;
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=2, args_size=2
0: iconst_2
1: invokestatic #2 // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
4: areturn
LineNumberTable:
line 13: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 5 0 this Lcom/dmz/spring/java/Son;
0 5 1 number Ljava/lang/Number;
public java.lang.Number get(java.lang.Number);
descriptor: (Ljava/lang/Number;)Ljava/lang/Number;
// 看到這個ACC_BRIDGE的標(biāo)記了嗎，代表它就是橋接方法
// ACC_SYNTHETIC，代表是編譯器生成的，編譯器生成的方法不一定是橋接方法，但是橋接方法一定是編譯器生成的
// ACC_PUBLIC不用說了吧
flags: ACC_PUBLIC, ACC_BRIDGE, ACC_SYNTHETIC
Code:
stack=2, locals=2, args_size=2
0: aload_0
1: aload_1
// 這一步看到了嗎？調(diào)用了那個被橋接的方法，也就是我們真正定義的重寫的方法
2: invokevirtual #3 // Method get:(Ljava/lang/Number;)Ljava/lang/Integer;
5: areturn
LineNumberTable:
line 8: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 6 0 this Lcom/dmz/spring/java/Son;
總結(jié)
到這里你明白了嗎？橋接方法到底橋接的什么？其實(shí)就是編譯器對JVM到JAVA的一個橋接，編譯器為了滿足JAVA的重寫的語義，生成了一個方法描述符與父類一致的方法，然后又調(diào)用了真實(shí)的我們定義的邏輯。這樣既滿足了JAVA重寫的要求，也符合了JVM的規(guī)范。
以上為個人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。
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