面向对象Java语言三大特征之多态（什么是面向对象的多态性,在程序中如何体现的?）

有些人认为多态是面向对象语言中最核心和最强大的特征。因为对于封装来说，C语言中的接口文件和实现文件分离，其实相对Java封装性更好；对于继承来说，Java的单一继承相对于C++的多重继承，功能上也削弱了一些。而有些人认为多态仅仅是继承机制带来的一点便利而已。以上两种观点都有些低估了多态，多态代表了一种深邃的思想，其影响也早已跃出了语言的边界。那么，多态究竟是什么呢？

在本文中，笔者将围绕以下三个问题展开对多态的深入探讨，去揭开隐藏在多态之上的那层面纱。

问题1：多态是什么？

问题2：多态中蕴含了什么思维模型？

问题3：多态的本质是什么？

01

多态是什么

在本节中，首先介绍一下Java语言中对于多态的定义。然后，看一下Java语言中对于多态的实现。最后，再看列举一些现实生活中与多态类似的类比案例。

1.多态的定义

在Java中，多态（Polymorphism）指的是同一类型的对象可以表现出不同的行为。具体来说，多态性允许父类引用变量指向子类对象，并根据实际运行时类型确定调用哪个方法。这种特性使得代码更加具有可扩展性。

从上面的定义中可以看出，多态的最主要目标是实现代码的可扩展性。

在前面讲封装和继承时提到，它们分别是实现信息隐藏和代码复用的方式之一。同样，可扩展性也是一种目标、结果或是原则，而多态是实现这个目标的方式之一。

下面也让我们来回顾一下，Java语言中有其他哪些同样可以实现可扩展性的方式，下面简单列举一下。

1)泛型编程：使用泛型可以编写通用代码，并且支持类型参数化，在不改变原有结构的基础上拓展新功能或处理不同数据类型；

2)反射+配置：利用Java反射机制动态获取类信息并调用方法，能够在运行时对类进行操作并达到一定程度上的灵活性；

3)中间层解耦：通过引入一个中间层，将直接交互的双方隔离，这样双方可以独立扩展，如消息中间件、代理等都是基于这个思想；

4)依赖注入：通过依赖注入框架（如Spring）管理对象之间的依赖关系，将对象创建与对象使用解耦，在不修改源码情况下动态替换或增加新功能；

5)插件化：使用插件机制允许在运行时加载、卸载和更新软件组件，使得系统可以方便地添加新功能或进行定制化配置。

在上面5个方案中，实际上后面2个大都基于的思想也是多态机制实现的。

2.Java中多态的实现

下面是Java中关于多态的三种实现机制的DEMO示例。

可以看到，多态不一定通过继承来实现。在讲继承的时候，我们将继承关系中所有涉及的类称作一个“家族”，这对于接口和实现类，以及抽象类和实现类同样适用。

因此，可以说多态是通过一个“家族”内的多个层次实现的。这个“家族”的概念对于理解设计模式会特别有用，可以关注笔者后续关于设计模式的讲解。

3.多态的类比案例

在现实生活中，也处处存在着多态思想的运用案例。例如，插座和各类电器的充电线，就是多态的一个好的例子。如果插座和充电器不匹配，中间增加一个转换代理，同样也可以实现。

再比如，我们熟悉的计算机中，也有很多类似的应用，如USB等接口与设备之间、硬件与软件之间、操作系统与硬件之间均是同样的思想。在后两种实现中，也是通过一个中间层来实现的，但是本质思想上并无不同。

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多态中蕴含了什么思维模型

在本节中，我们进一步对多态的定义进行剖析，并进而推导得出一个多态中蕴含的思维模型。

1.对多态定义的进一步剖析

在多态的定义中，除了可扩展性这个关键字之外，还有另一个语句值得关注：同一类型的对象可以有不同的行为。

在这句话中，体现出一种静态和动态的对立。其中，静态部分要求类型保持不变，而动态部分则要求行为可变。

我们可以先将java语言中多态的几个实现机制（继承、接口和抽象类）抛之脑后，仅仅保留一个客体。在这个初始条件下，多态本质上是要求这个客体要在一个静态中同时保持着变化的能力。那么，应该如何实现呢？

答案是客体必须先实现自身的分离，将变化和不变的部分拆分开，这是多态实现的基础，也是Java语言中不论是继承、接口还是抽象类所采用的策略。

然后，我们再来将客体放在一个主客体交互的环境中，来看一种主客体控制变化的思维模型。

2.一种主客体控制变化的思维模型

主客体控制变化，意味着尽可能将变化控制在最小的范围内。我们先来看下面这张图。传统方式下，如果主体要调用客体，需要先依赖客体的类，然后再进行调用。不论是依赖流还是调用流，都是主体指向客体的。

但是传统方式下，有一个明显的问题。如果客体发生变化，比如提供这个组件的厂商倒闭等，作为上游的主体就需要被迫修改。

现在要解决的问题就是，客体主动变化的情况下，如何确保主体不被动变化。当然，如果主体的需求变化，要求客体被动变化，那么主体的这种修改就属于主动修改，是合理的。

我们看看多态的思想是如何解决这一问题的。首先，就是将客体分离成不变的和变化的两部分。

然后，将客体不变的部分和主体物理上放在一起（一起编译、打包），这样依赖流就可以倒转。在这种方式下，客体变化部分可以自行扩展，就和主体不再有关系，因为主体只依赖了客体不变的部分。也就是说，主体和客体两者实现了解耦，双方都可以单独编译、打包和上线部署等。

为了方便理解，下图中增加了一个Client，对Client来说，它如果需要用到客体扩展的类，它是需要修改的。

还有一些情况，主体没有办法将客体不变的部分纳入进来，比如主体是一个遗留系统。那么就可以增加一个中间层，让中间层去包含客体不变的部分，比如代理模式和消息模式就是这样一种实现思路，如下图所示。

最后，总结一下，多态最为本质的东西是实现了一种不变与变化的分离，但是这种分离包含两个层面，一是逻辑层面分离，这种分离在继承、接口和抽象类的机制中已经实现；二是物理层面分离，即不变的部分和主体或者中间层一起编译、打包和部署。两种分离结合起来，才最终实现了多态真正可以达到的效果。这种多态的思想不仅在Java语言编程层面应用，在架构层面的解耦中也同样如此，比如架构中的插件架构、事件驱动架构、DDD中的六边形和洋葱架构等，都是运用了相同的思路。

在前面讲到封装和继承所蕴含的思维模型，同时也探讨了其中涉及的哲学思想。多态性所体现的不变与变化分离理念，在哲学领域同样有着诸多渊源。举例来说，笛卡尔关于精神与物质、灵魂与肉体二元对立的观念，与多态性中的分离概念遥相呼应，此处不再深入展开。

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多态的本质是什么

接下来，我们同样来探讨一下多态的本质。希望对于以下多个观点的讨论，也可以引发读者更多深入的思考。

1.观点1：多态的本质是为了实现可扩展性

该观点认为，多态的本质为了实现程序的可扩展性，如果没有多态能力，程序只能使用if、else等条件语句来硬编码，但是这样程序的扩展性会很差。

2.观点2：多态的本质是一种延迟处理机制

该观点认为，多态的本质是一种延迟处理机制。对于程序来说，编程时无法知道运行时的环境信息，只有在运行时才能获取足够的信息去做决定，多态提供了一种技术让延迟处理得以实现。

3.观点3：多态的本质是一种分离思想

该观点认为，多态的本质体现了一种分离思想，包括了程序中变化和非变化的分离、程序在编译态和运行态时间维度上的分离、程序在运行态空间维度上的分离等，或者说是一种不变和变化部分在逻辑和物理上的分离。

4.观点4：多态的本质是一种控制变化的机制

该观点认为，多态的本质是一种控制变化的机制，主要通过将变化和非变化的分离，以及控制依赖关系的方向来进行实现。