Spring之從橋接方法到JVM方法調(diào)用解讀

更新時(shí)間：2023年01月01日 12:28:54 作者：程序員DMZ

這篇文章主要介紹了Spring之從橋接方法到JVM方法調(diào)用解讀，具有很好的參考價(jià)值，希望對大家有所幫助。如有錯(cuò)誤或未考慮完全的地方，望不吝賜教

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(gè)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(shí)候會出現(xiàn)橋接方法？

第一種情況：方法重寫的時(shí)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(gè)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(gè)方法是在"+declaringClass.getSimpleName()+"上申明的");
        }
    }
}

// 程序打印如下：
第1個(gè)方法名稱：get，方法返回值類型：class java.lang.Integer   不是橋接方法  這個(gè)方法是在Son上申明的
第2個(gè)方法名稱：get，方法返回值類型：class java.lang.Number   是橋接方法  這個(gè)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(gè)疑問

為什么再Son中會有兩個(gè)get方法？明明實(shí)際申明的只有一個(gè)啊
為什么其中一個(gè)方法還是橋接方法呢？這個(gè)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(gè)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(gè)方法名稱：get，方法返回值類型：class java.lang.Number   不是橋接方法  這個(gè)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(gè)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(shí)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(gè)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(gè)方法是在" + declaringClass.getSimpleName() + "上申明的");
        }
    }
}

// 運(yùn)行結(jié)果：
第1個(gè)方法名稱：setData，參數(shù)類型：[class java.lang.Integer]   不是橋接方法  這個(gè)方法是在MyNode上申明的
第2個(gè)方法名稱：setData，參數(shù)類型：[class java.lang.Object]   是橋接方法  這個(gè)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(gè)setData方法？明明實(shí)際申明的只有一個(gè)啊
為什么其中一個(gè)方法還是橋接方法呢？這個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)方法名稱：setData，參數(shù)類型：[class java.lang.Object]   是橋接方法  這個(gè)方法是在MyNode上申明的
第2個(gè)方法名稱：setData，參數(shù)類型：[class java.lang.Integer]   不是橋接方法  這個(gè)方法是在MyNode上申明的
第3個(gè)方法名稱：getData，參數(shù)類型：[]   是橋接方法  這個(gè)方法是在MyNode上申明的
第4個(gè)方法名稱：getData，參數(shù)類型：[]   不是橋接方法  這個(gè)方法是在MyNode上申明的

可以發(fā)現(xiàn)，又出現(xiàn)了一個(gè)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(gè)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(shí)候會出現(xiàn)橋接方法時(shí)，應(yīng)該能感覺到，橋接方法的出現(xiàn)都是要滿足下面兩個(gè)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(gè)條件時(shí)，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(gè)橋接方法肯定就是為了JVM進(jìn)行方法調(diào)用時(shí)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(shí)，沒有辦法滿足我們的運(yùn)行時(shí)多態(tài)，所以生成了橋接方法。要弄清楚這個(gè)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(gè)方法時(shí)必定需要先找到那個(gè)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：

未命名文件

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(gè)隨便一個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)元素，參數(shù)個(gè)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(gè)對象，并返回這個(gè)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(gè)賦值給局部變量表中的值，另外一個(gè)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(gè)元素中，第一個(gè)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(shí)棧頂保存的是一個(gè)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

字節(jié)碼圖解1

字節(jié)碼分析2

字節(jié)碼分析3

接下來就要執(zhí)行invokevirtual指令，在執(zhí)行這個(gè)指令我們將操作數(shù)棧的狀態(tài)放大來看看

字節(jié)碼圖解4

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(gè)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(gè)#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(gè)方法引用：

com/dmz/spring/java/Parent.get:(Ljava/lang/Number;)Ljava/lang/Number;

上面整個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)橋接，編譯器為了滿足JAVA的重寫的語義，生成了一個(gè)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(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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