Tính đa hình trong Java là gì?

2122

Tính đa hình (polymorphism) trong Java cho phép các đối tượng thể hiện nhiều hành vi khác nhau dựa trên ngữ cảnh sử dụng. Bài viết này của TopDev sẽ giải thích khái niệm tính đa hình trong Java, các phương thức đạt được tính đa hình, phân loại và lý do sử dụng nó trong lập trình hướng đối tượng.

Tính đa hình (polymorphism) trong Java là gì?

Tính đa hình là khả năng của các đối tượng thuộc các lớp có quan hệ kế thừa với nhau thể hiện nhiều hành vi khác nhau khi được gọi thông qua cùng một giao diện.

Trong Java, tính đa hình cho phép xử lý đối tượng con thông qua tham chiếu đến lớp cha của chúng. Khi gọi phương thức trên đối tượng con thông qua tham chiếu lớp cha, phiên bản phương thức được thực thi sẽ phụ thuộc vào kiểu của đối tượng thực tế.

Tính đa hình là gì?

Tính đa hình là một trong những tính chất quan trọng của lập trình hướng đối tượng, cho phép các đối tượng có nhiều dạng (poly) và chức năng (morph) khác nhau.

Nó cho phép một giao diện được thực hiện theo nhiều cách khác nhau. Một lệnh gọi trên một tham chiếu đối tượng sẽ thực thi hành vi phù hợp với kiểu của đối tượng được tham chiếu tới.

Tính đa hình trong Java là gì?

Trong Java, tính đa hình cho phép xác định một giao diện chung cho một nhóm các đối tượng có liên quan, sau đó ghi đè hoặc cài đặt các phiên bản cụ thể của các phương thức cho mỗi lớp con đại diện cho một loại cụ thể.

Java cung cấp 2 cơ chế để đạt được tính đa hình:

Ghi đè phương thức (Overriding): Cho phép lớp con cung cấp triển khai riêng cho phương thức được kế thừa từ lớp cha.
Ghi chồng phương thức (Overloading): Cho phép cùng một tên phương thức nhưng với các tham số khác nhau.

Java tuyển dụng lương cao, đãi ngộ tốt

Phương thức để đạt tính đa hình trong Java

Có 2 phương thức để đạt được tính đa hình trong Java là ghi đè phương thức và ghi chồng phương thức.

Overriding (Ghi đè)

Overriding cho phép lớp con ghi đè lên hành vi của phương thức kế thừa từ lớp cha bằng cách cung cấp triển khai riêng. Khi phương thức được gọi trên một đối tượng thuộc lớp con, phiên bản phương thức của lớp con sẽ được ưu tiên thực thi.

Để ghi đè phương thức, lớp con phải kế thừa từ lớp cha, định nghĩa lại phương thức với cùng tên, tham số và kiểu trả về. Phương thức của lớp con cũng phải được đánh dấu @Override để thông báo rằng lớp con đang ghi đè lên phương thức của lớp cha.

Ví dụ:

class Animal {
  public void makeSound() {
    System.out.println("The animal makes a sound");
  }
}

class Dog extends Animal {
  @Override  
  public void makeSound() {
    System.out.println("The dog barks woof woof"); 
  }
}

Dog d = new Dog();
d.makeSound(); // in ra "The dog barks woof woof"

Ở đây Dog ghi đè phương thức makeSound() có sẵn trong Animal để cung cấp triển khai riêng cho giống chó.

Ưu điểm của overriding

Cho phép mở rộng và tùy biến hành vi của lớp con mà không ảnh hưởng đến lớp cha.
Tăng tính đa hình và linh hoạt khi thao tác với các đối tượng có quan hệ kế thừa.

Nhược điểm của overriding

Khi sử dụng nhiều lớp kế thừa đa tầng, code trở nên phức tạp hơn, khó quản lý.
Khả năng xảy ra lỗi khi ghi đè sai quy tắc, dẫn tới hành vi không mong muốn.

Overloading (Ghi chồng)

Overloading cho phép cùng một tên phương thức xuất hiện nhiều lần trong cùng một lớp nhưng với số lượng và kiểu tham số khác nhau. Khi phương thức được gọi, trình biên dịch sẽ chọn phiên bản phương thức phù hợp nhất dựa trên số lượng và kiểu của các tham số được truyền vào.

Ví dụ:

class Calculator {
  int add(int a, int b) {
    return a + b;
  }
  
  double add(double a, double b) {
    return a + b; 
  }
} Calculator c = new Calculator(); System.out.println(c.add(1, 2)); // gọi phương thức add với int System.out.println(c.add(1.0, 2.0)); // gọi phương thức add với double

Ở đây, lớp Calculator định nghĩa 2 phương thức add() có cùng tên nhưng tham số và kiểu trả về khác nhau. Đây là ví dụ đơn giản về ghi chồng phương thức.

Ưu điểm của overloading

Tăng tính linh hoạt, cho phép sử dụng cùng một phương thức cho nhiều kiểu tham số.
Code ngắn gọn, dễ đọc và bảo trì hơn.

Nhược điểm của overloading

Dễ gây nhầm lẫn giữa các phiên bản phương thức, đặc biệt nếu chúng có tên giống nhau.
Có thể dẫn đến lỗi thời gian chạy nếu sử dụng sai kiểu dữ liệu.

>>> Xem thêm: Java Reflection là gì? Hướng dẫn Java Reflection API

Phân loại đa hình trong Java

Có 2 loại đa hình trong Java:

Đa hình Compile-Time (Tĩnh)
Đa hình Runtime (Động)

Đa hình Compile – Time trong Java

Đa hình compile-time xảy ra khi phương thức được gọi được xác định và liên kết tại thời điểm biên dịch. Việc gọi phương thức phụ thuộc vào kiểu tham chiếu của đối tượng. Đa hình tĩnh đạt được thông qua ghi chồng phương thức và tải sớm liên kết (static binding) trong quá trình biên dịch.

Ví dụ:

class OverloadExample {
  public void demo(int a) {
    System.out.println("a: " + a);
  }

  public void demo(String a) {
    System.out.println("a: " + a);
  }
}

Ở đây đa hình tĩnh sẽ xác định phiên bản demo() phù hợp để gọi dựa trên kiểu dữ liệu của tham số truyền vào khi biên dịch.

Đa hình Runtime trong Java

Đa hình runtime (hoặc đa hình động) xảy ra khi phương thức được xác định tại thời điểm chương trình chạy. Phiên bản phương thức thực thi dựa trên kiểu thực tế của đối tượng vào thời điểm runtime.

Đa hình runtime đạt được qua việc ghi đè phương thức và gắn kết muộn (dynamic binding) thông qua cơ chế kế thừa.

Ví dụ:

class Animal {
  public void makeSound() {
    System.out.println("Animal making sound"); 
  }
}

class Dog extends Animal {
  public void makeSound() {
    System.out.println("Bark bark");
  }
}

Animal a = new Dog();  
a.makeSound();

Ở đây makeSound() của Dog sẽ được gọi dù a được khai báo kiểu Animal bởi vì đối tượng thực tế là Dog. Kiểu đối tượng thực tế mới quyết định phiên bản phương thức gọi tại runtime.

Đa hình Runtime trong Java với kế thừa đa tầng

Trong trường hợp kế thừa đa tầng, đối tượng có thể là instance của một lớp rất sâu trong cấp độ kế thừa. Lúc này phiên bản phương thức được gọi cũng là của lớp sâu nhất đó.

Ví dụ:

class Animal {
  public void makeSound() {
    System.out.println("Animal making sound"); 
  }
}

class Dog extends Animal {
  public void makeSound() { 
    System.out.println("Bark bark");
  }  
}

class BabyDog extends Dog {
  public void makeSound() {
    System.out.println("Bow wow");
  }
}

Animal a = new BabyDog();
a.makeSound(); // In ra "Bow wow"

Ở đây dù a được khai báo kiểu Animal nhưng đối tượng thực sự là BabyDog. Vì vậy phương thức makeSound() của BabyDog sẽ được ưu tiên gọi khi thực thi.

>>> Xem thêm: Top 10 câu hỏi phỏng vấn Java Developer thường gặp

Tại sao sử dụng tính đa hình trong Java?

Tính đa hình mang lại nhiều lợi ích, là một trong những nguyên lý cốt lõi của lập trình hướng đối tượng:

Cải thiện tính linh hoạt và bảo trì

Tính đa hình cho phép các lớp con ghi đè và mở rộng hành vi của lớp cha mà không cần chỉnh sửa lớp cha. Điều này rất linh hoạt, tránh ảnh hưởng tới các lớp khác khi thay đổi một lớp cụ thể. Ngoài ra, tính đa hình cải thiện khả năng bảo trì và tái sử dụng code tốt hơn. Các lớp có thể được tái sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau nhờ Override.

Tăng tính trừu tượng

Tính đa hình cho phép lập trình viên gọi các phương thức trên đối tượng mà không cần quan tâm chi tiết cài đặt bên trong. Điều này giúp tăng tính trừu tượng trong mã nguồn. Lập trình viên chỉ cần biết interface chung của các đối tượng, còn mỗi lớp con sẽ tự cung cấp triển khai riêng.

Mở rộng dễ dàng

Thông qua việc kế thừa và ghi đè, các ứng dụng có thể dễ dàng được mở rộng để hỗ trợ thêm các loại đối tượng và chức năng mới. Không cần sửa đổi các lớp hiện có, chỉ cần thêm các subclass mới là có thể mở rộng tính năng.

Ưu điểm của tính đa hình trong Java

Cải thiện tính linh hoạt và bảo trì code
Tăng tính trừu tượng, che giấu chi tiết triển khai
Mở rộng dễ dàng thông qua subclass
Tái sử dụng code tốt hơn
Hỗ trợ lập trình hướng giao diện tốt

Nhược điểm của tính đa hình trong Java

Có thể dẫn đến mã phức tạp khó bảo trì

Nếu lạm dụng tính đa hình với quá nhiều tầng subclass và override phương thức, code trở nên rất phức tạp, khó hiểu và khó bảo trì.

Rất khó để hiểu và theo dõi luồng thực thi của chương trình nếu quá nhiều phương thức bị ghi đè.

Cản trở hiệu suất

Do cơ chế gắn kết động muộn, việc gọi phương thức đa hình sẽ chậm hơn so với gọi trực tiếp. Điều này có thể ảnh hưởng hiệu suất nếu sử dụng quá nhiều.

Ngoài ra trình biên dịch cũng không thể tối ưu hóa tốt bằng kiểu tĩnh do kiểu động chỉ được xác định tại runtime.

Khả năng gây ra lỗi

Nếu ghi đè sai quy tắc hay định nghĩa lại phương thức sai chức năng so với ban đầu có thể dẫn tới lỗi nghiêm trọng.

Đặc biệt khi kết hợp với kế thừa đa tầng, rất khó để tìm nguyên nhân lỗi xảy ra.

Kết luận

Tính đa hình là một trong những nguyên lý quan trọng nhất của lập trình hướng đối tượng, cho phép linh hoạt xử lý các đối tượng có quan hệ thừa kế với nhau. Java hỗ trợ tính đa hình thông qua overriding và overloading, mang lại nhiều lợi ích như tính linh hoạt, mở rộng dễ dàng và tái sử dụng code.

Tuy nhiên, tính đa hình cũng tiềm ẩn một số nhược điểm như tăng độ phức tạp và khả năng gây lỗi. Do đó, bạn cần cân nhắc và sử dụng hợp lý để khai thác hiệu quả tối đa của tính đa hình trong Java.

Bài viết chỉ mang tính chất tham khảo

Nội dung được tổng hợp bởi AI và điều chỉnh bởi Ban Biên tập TopDev

Cập nhật tin tuyển dụng IT lương cao tại TopDev