为什么Java不能继承多个类(多重继承),只能实现多个接口

多重继承中同名方法就出现了竞争关系,需要明确到底是继承的哪个方法。

方法调用阶段确定被调用方法的版本。所有方法调用中的目标方法在Class文件中都是一个常量池中的符号引用。要调用方法首先要知道其直接引用(方法入口地址)。

一、先谈解析

将符号引用转化为直接引用(方法在实际运行时内存布局中的入口地址),有一部分是在类加载的解析阶段,这种解析成立的前提是:该方法“编译期可知,运行期不可变”,主要包括静态方法(与类型直接关联)、私有方法(外部不可访问),其他还有实例构造器方法、父类方法和被final修饰的方法。此类方法各自的特点决定了他们都不可能是通过继承或者别的方式(实现)重写其它版本。
静态方法通过invokestatic字节码指令调用
私有方法、实例构造器方法、父类方法使用invokespecial指令调用
被final修饰的方法使用invokevirtual指令调用

二、再谈分派

1、分派会做什么

分派分为静态和动态,又分为单分派和多分派

静态分派
例如重载
Human man = new Man();
上面代码中的Human是静态类型,Man是实际类型。
虚拟机(准确的说是编译器)在重载时通过参数的静态类型而不是实际类型作为选择方法版本的判定依据。而静态类型是编译器可知的,因此在编译阶段,javac编译器会根据参数的静态类型决定使用哪个重载版本,并把这个版本的方法的符号引用写到invokevirtual指令的参数中。
所有利用静态类型来定位方法执行版本的分派动作成为静态分派,静态分派的典型应用是方法重载。

动态分派
例如重写
方法调用指令使用的是invokevirtual指令,其运行时解析过程大致分为以下几个步骤:
1)找到操作数栈顶的第一个元素所指向的对象(是将要执行的方法的所有者,称为接受者)的实际类型,记作C。
2)如果在类型C中找到与常量中的描述符和简单名称都相符的方法,则进行访问权限校验,如果通过则返回这个方法的直接引用,查找过程结束;如果未通过,则返回java.lang.IllegalAccessError异常。
3)如果未在类型C中找到与常量中的描述符和简单名称都相符的方法,则按照继承关系从下往上依次对C的各个父类进行第2步的搜索和验证过程。
4)如果始终没有找到合适的方法,则抛出java.lang.AbstractMethodError异常。

综合重载和重写,区别就是重写在定位方法的接受者(所有者),重载是在这个所有者里面所有同名的方法中通过参数列表进行区分,判断依据中以参数的静态类型做区别。

2、分派是怎么实现的

虚拟方法表
重写了的方法指向自己的实际入口地址
未重写的方法指向父类的实际入口地址

可以看到上述Java没有多重继承时候的设计。因为多重继承在判断具体该使用哪一个方法的时候非常复杂,因此Java在设计上没有采用多重继承。像python是支持多重继承的,其方法解析顺序(MRO)算法也是变更了多次。

补充:多重实现(Java支持实现多个接口)
两个接口有同名的方法,然而都没有实现,实现类必须完成同名方法的实现。
两个接口有同名的方法,只要其中有一个自己的默认实现,实现类必须完成同名方法的重写。
两个接口没有同名的方法,实现类需完成没有默认实现的方法。
两个接口有同名返回值却不一样的方法,需要改变其中一个接口的方法名,因为此时不管是实现两个方法还是不实现都不正确,一个方法的区别是靠方法签名进行区别的,方法签名包括方法名和参数列表,返回值不能作为区别。

本文主要参考
《深入理解Java虚拟机》——周志明

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