面试|如何理解Java中的多态
1 多态的含义及作用
在面向对象(OOP)的程序设计语言中，多态与封装、继承合称为OOP的三大特性。
封装，说简单点就是合并属性和行为创建一种新的数据类型，而继承就是建立数据类型之间的某种关系(is-a)，而多态就是这种关系在实际场景的运用。
简单点说，多态就是把做什么和怎么做分开了；其中，做什么是指调用的哪个方法，我是去吃饭(方法a)还是去睡觉(方法b)，怎么做是指实现方案，如果我选择吃饭，那么我是吃米饭还是吃面条，”分开了“则是指两件事不在同一时间确定。
说的学术点，多态就是父类的引用指向子类的对象。这样做的好处就是可以消除类型之间的耦合关系。可以看下面的实例：
public class Test1 {
public static void main(String[] args) {
method(new Circle());
}
static void method(Shape shape) {
shape.draw();
}
}
class Shape {
public void draw() {};
public void erase() {}
}
class Circle extends Shape {
public void draw() {
System.out.println("draw circle");
}
public void erase() {
System.out.println("erase circle");
}
}
class Square extends Shape {
public void draw() {
System.out.println("draw square");
}
public void erase() {
System.out.println("erase square");
}
}
class Triangle extends Shape {
public void draw() {
System.out.println("draw triangle");
}
public void erase() {
System.out.println("erase triangle");
}
}这里通过类Circle，类Square和类Triangle继承类Shape，使得可以在Test1提供统一的访问入口，即方法method()；如果没有继承和多态，不仅代码冗余而且类(Circle/Square/Triangle)与类(Test1)之间有耦合。
那么为什么可以通过继承实现这样的功能呢？这就要讨论多态的原理了。
2 多态的分类及原理
上面的实例中，Shape类是父类，其他三个类是子类；method()方法接收的参数是父类Shape的对象，但调用的时候却传递子类Circle的对象，这就是奇怪之处，也是多态的体现。
这里我们提出一个疑问，method(Shape shape)接受一个Shape引用，那么在这种情况下，编译器怎么样才能知道这个Shape引用指向的是Circle对象，而不是Square对象或Triangle对象呢？
答案是：编译器也不知道。既然编译器不知道，那么肯定就是在代码运行时确定的，具体表现就是确定方法调用以及调用方法对象之间的关系，那么这个关系的确定就称为绑定。由于绑定动作发生在运行时，所以多态也称运行时绑定或者后期绑定，相比于静态的编译期，多态也称为动态绑定。
动态绑定很抽象，我们不禁要问：JVM是如何绑定的呢？
关于这个问题，TIJ里面是这么说的，如果一种语言想实现后期绑定，就必须具有某种机制，以便在运行时能判断对象的类型，从而调用恰当的方法。也就是说，编译器不知道对象的类型，但是方法调用机制能够找到正确的方法体，并加以调用。后期绑定机制随编程语言的不同而有所不同，但是只要想一下就会得知，不管怎么样都必须在对象中安置某种”类型信息“。
所以，动态绑定的过程可以理解为下面几个过程：
- 1 当虚拟机创建Circle类对象的时候，会创建一个类的方法列表，同时包含父类的方法列表。
- 2 子类型circle对象的引用向上转换成shape引用，确定引用与对象之间的关系。
- 3.虚拟机会找到参数引用实际指向的地址，也就是shape引用实际指向circle对象，并查询对象的方法列表，如果在circle对象中找到这个方法，就直接调用，否则查询父类shape方法并调用。
注意步骤2中发生了类型转换。我们知道基本数据类型可以发生类型转换，如byte,short,char和int之间；那么引用类型之间也可以，但需要满足一定的条件(有继承关系)。那么这里发生的转换是从circle对象转到shape对象，即从子类转换父类，是向上转换。
3 多态无处不在
Java中除了static方法和final方法(private方法属于final方法)是前期绑定，其他所有方法都是后期绑定。
①final关键字修饰的方法不能被重写，即防止被其他人覆盖该方法，同时也能避免动态绑定。
public class Test1 {
public static void main(String[] args) {
method(new Circle());
}
static void method(Shape shape) {
shape.change();
}
}
class Shape {
public void draw() {};
public void erase() {}
public final void change() {
System.out.println("shape change");
}
}
class Circle extends Shape {
public void draw() {
System.out.println("draw circle");
}
public void erase() {
System.out.println("erase circle");
}
}由于final方法不能被重写，所以直接调用父类的change()方法。
②private关键字修饰的方法对子类不可见，也就不能被子类继承，那么也就无法通过子类对象调用private级别的方法；唯一调用的途径就是在类内通过其对象本身。所以说，private级别的方法和定义这个方法的类绑定在一起了。
③static关键字修饰的方法属于类而非对象，所以不能被重写，但static方法可以被子类继承(不能表现出多态性，因为父类的静态方法会被子类覆盖)。
public class Test1 {
public static void main(String[] args) {
new Circle().change(); // ① shape change
new Square().change(); // ② square change
method(new Circle()); // ③ shape change
method(new Square()); // ④ shape change
}
static void method(Shape shape) {
shape.change();
}
}
class Shape {
public static void change() {
System.out.println("shape change");
}
}
class Circle extends Shape {}
class Square extends Shape {
public static void change() {
System.out.println("square change");
}
}从上面的运行结果可以得出：
- 类Circle没有重写change()方法，但①表明Circle类继承了Shape类的change()方法，所以static方法可以被子类继承。
- 类Square”重写“了父类change()方法，结果②表明square对象调用的是自身对象的change()方法；注意这里的”重写“加了引号。
- 结果③和结果④表明，当子类向上转换成父类时，不论子类中有没有定义该静态方法，引用都会调用父类的静态方法。如果子类square真的重写父类change()方法，那么结果④就不对了，所以这里的重写只是表面的重写，而不是真正意义上的重写，即static方法并不能被子类重写。（可以尝试在子类的change()方法加上@Override注解）
- 结果④进一步表明，子类的change()方法被父类shape隐藏了。可以简单理解为，调用该引用类型内的static方法。
4 多态的缺陷
①类的属性没有多态性
除了特别注意private级别的方法不能被继承以及静态方法可以继承但不能表现多态性外，还要注意类的属性也不能表现多态性，但是可以被继承。
public class Test1 {
public static void main(String[] args) {
Shape shape = new Circle();
System.out.println("shape.radius: " + shape.radius + " , shape.getRadius: " + shape.getRadius());
System.out.println("shape.area: " + shape.area + " , shape.getArea: " + shape.getArea());
Circle circle = new Circle();
System.out.println("circle.radius: " + circle.radius + " , circle.getRadius: " + circle.getRadius() + " , circle.getSuperRadius: " + circle.getSuperRadium());
System.out.println("circle.area: " + circle.area + " , circle.getArea: " + circle.getArea());
}
}
class Shape {
public int radius = 0;
public double area = 0.0;
public int getRadius() {
return radius;
}
public double getArea() {
return area;
}
}
class Circle extends Shape {
public int radius = 1;
public int getRadius() {
return radius;
}
public double getArea() {
return area;
}
public int getSuperRadium() {
return super.radius;
}
}运行结果：
shape.radius: 0 , shape.getRadius: 1
shape.area: 0.0 , shape.getArea: 0.0
circle.radius: 1 , circle.getRadius: 1 , circle.getSuperRadius: 0
circle.area: 0.0 , circle.getArea: 0.0根据结果可以知道，属性area被子类继承，属性radius被覆盖，所以属性域可以被子类继承，但不具备多态性。对于属性area，子类和父类共同指向同一块内存空间，而对于属性radius，子类和父类独自拥有存储字符串的内存空间，所以radius属性根据引用类型来决定。
②构造函数没有多态性
构造函数实际上是static方法，所以构造函数不具备多态性。但我们知道子类的每次实例化，父类都会默认执行不带参数的构造方法；这样做的目的是为了让父类自己初始化自个的属性(一般为private)从而构建完整的父类对象共子类使用。
但如果父类构造函数中调用被子类重写的实例方法，会出现什么结果呢？看下面的实例：
public class Test1 {
public static void main(String[] args) {
new Circle(5);
}
}
class Shape {
public Shape() {
System.out.println("shape() before draw()");
draw();
System.out.println("shape() after draw()");
}
public void draw() {
System.out.println("shape draw()");
}
}
class Circle extends Shape {
private int radius = 1;
public Circle(int radius) {
this.radius = radius;
System.out.println("circle.circle(). radius = " + radius);
}
public void draw() {
System.out.println("Circle.draw(). radius = " + radius);
}
}运行结果：
shape() before draw()
Circle.draw(). radius = 0
shape() after draw()
circle.circle(). radius = 5new子类Circle对象时，会调用父类Shape的不带参数的构造方法，但是父类构造方法内调用了一个被子类Circle重写的方法draw()，根据结果可知，会调用子类的draw()方法；但是radius属性值却不是默认的1，而是0，这表明Circle对象还没有来得及构建，其radius属性为JVM给的默认值0，如果是引用类型的话则为null。所以在构造函数内，尽量避免使用实例方法，除了final和private方法。
毕！