JDK原始碼閱讀-Object類

七印miss發表於2019-01-12
JDK原始碼Object

概述

Object類是類層次結構的根類，可以作為各種的通用持有者。它是每個java類的基類，如果沒有明確指出基類，Object就被認為是當前定義的類的基類。包括arrays在內的所有物件，都實現Object類的方法。Object類屬於java.lang包，在這個類中有很多native（本地）方法。其類圖如下(JDK8)：

Object類圖

構造方法

Object類沒有顯示的構造方法，只有編譯器預設提供的構造方法。

欄位

Object沒有欄位。

方法

Object只包含12個方法，但這些方法都十分重要。
按訪問限制級別可分為：

  • public: equals(Object), hashCode(), notify(), notifyAll(), toString(), wait(), wait(long), wait(long, int)
  • protected: clone(), finalize()
  • private: registerNatives()

按是否為final可分為：

  • final: getClass(), notify(), notifyAll(), wait(), wait(long), wait(long, int)，registerNatives()(類私有方法自動成為final)。這些方法不能被子類重寫。
  • 非final: hashCode(), equals(Object), clone(), toString(), finalize()。這些方法可以被子類重寫，且必須滿足通用的約定，否則其他依賴於這些約定的類就無法與該類正常工作。

按是否為native可分為：

  • native：registerNatives(), getClass(), hashCode(), clone(), notify(), notifyAll(), wait(long)。這些方法是用C/C++在動態庫中實現的，然後通過JNI（java Native Inteface）呼叫。Java語言本身不能對作業系統底層進行訪問與操作，但可以通過JNI介面來呼叫其他語言來實現對底層的訪問，JNI已加入Java標準。
  • 非native：equals(Object), toString(), wait(), wait(long, int)，finalize()。

registerNatives()方法

其主要作用是將C/C++中的方法對映到Java中的native方法，實現方法命名的解耦。在類初始化時呼叫static塊，執行registerNatives方法。

private static native void registerNatives();
static {
    registerNatives();
}
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getClass()方法

返回包含物件資訊的類物件（Class型別的例項），並且返回的類物件是被此類的靜態同步(static synchronized)方法鎖定的**（啥意思？）**。型別類Class表示一個型別的類，因為一切皆物件，型別也不例外，因此所有的型別類都是Class類的例項。

public final native Class<?> getClass();
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與執行緒有關的方法

包括wait,notify和notifyAll，暫不分析，先佔個坑，之後補上。

finalize()方法

類似C++的解構函式，當GC(Garbage Collector)確定不存在對該物件的更多引用時，由物件的GC呼叫此方法，用於釋放資源。一般不建議使用此方法來釋放非記憶體資源。它不同於C++的解構函式，解構函式在物件作用域呼叫，執行時間點確定。而此方法，是在記憶體不足,GC發生時進行呼叫，由於GC是不確定隨機的，所以無法確定此方法的執行時間。

protected void finalize() throws Throwable {}
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equals(Object)方法

equals方法用於兩個物件是否相等。Object的equals方法很簡單，只用兩個物件的引用是否相等來判斷是否是同一個物件。Java規範要求equals方法具備以下特性：

  1. 自反性：對於任何非空引用，x.equals(x)應該返回true；
  2. 對稱性：對於任何引用x和y，當且僅當y.equals(x)返回true，x.equals(y)也應該返回true；
  3. 傳遞性：對於任何引用x、y和z，如果x.equals(y)返回true，y.equals(z)返回true，x.equals(z)也應該返回true；
  4. 一致性：如果x和y引用的物件沒有發生變化，反覆呼叫x.equals(y)應該返回同樣的結果；
  5. 對於任意非空引用x，x.equals(null)應該返回false。

Object類的equals實現為：

public boolean equals(Object obj) {
    return (this == obj); // 大佬都不嫌麻煩用括號擴起，習慣使然！
}
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然而在大多數情況下，只將引用作為判斷物件的唯一標準，太嚴格且沒有實際意義。例如對於大多數實體類，如Book類，我們對比兩個Book類例項時，關注的是這兩個例項的狀態（書名、價格、作者等）是否相等。如果兩者的狀態都相等，即使不是同一個引用，我們也判定這兩個Book例項相等。下面實現一個判斷兩個Book例項是否相等的equals方法：

public class Book {
    private String name; // 書名
    private int price; // 價格
    private String writer; // 作者

    @Override // 1. 帶註解，防止入參型別錯誤
    public boolean equals(Object otherObject){
        // 2. 檢測兩個例項引用是否相同，優化需要。
        if (this == otherObject){
            return true;
        }

        // 3. 檢測被比較物件是否為空，必須
        if (otherObject == null){
            return false;
        }

        // 4. 比較this和入參是否同屬於一個類
        if (getClass() != otherObject.getClass()){
            return false;
        }

        // 5. 將otherObject轉換為相應的類型別變數，為後續比較具體域狀態做準備
        Book other = (Book) otherObject;

        // 6. 比較所有的域。有物件域可能都為null，因此不能使用name.equals(other.name)這種方法
        return Objects.equals(name, other.name)
                && price == other.price
                && Objects.equals(writer, other.writer);
    }
}
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在程式碼的第4步中，使用getClass()來判斷兩個物件是否同屬於一個類，其使用場景為：equals的定義在每個子類中有所改變。如果所有的子類都擁有統一的語義，如所有的子類都使用父類的equals方法，則使用instanceof代替getClass()：

if (!(otherObject instanceof Book)) {
    return false;
}
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equals在使用時，要格外注意當父類實現了equals方法，子類之間equals方法的實現方式要滿足對稱性的要求。
另外值得注意的是，如果重寫equals方法，則必須同時重新定義hashCode()方法，以便使用者可以將物件插入到雜湊表中。

hashCode()方法

Object類中的hashCode方法是native方法，返回一個整型數值（也可以是負數），無具體的實現方式。由於該方法是在Object中定義的，因此java中每個物件都會有一個預設的雜湊碼(hash code)，其值可能是物件的儲存地址。

public native int hashCode();
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hashCode方法具體分析考慮之後結合集合再整理，先佔個坑。TODO...

toString()方法

Object的該方法返回了類的名稱加上'@'，再加上此類雜湊碼的16進位制表示，如:I[@1a46e30，其中I[表示一個整型陣列。

public String toString(){
    return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
}
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一個好的習慣，應該是為每個類，特別是模型類重寫一個toString()方法，以便使用者能夠通過這個方法獲得物件狀態的必要資訊。一個反面例子就是陣列沒有重寫toString()，而是直接繼承了Object的toString()方法，因此陣列物件呼叫toString()方法，列印的字串都是類似I[@1a46e30這種形式的，雞肋！所以無奈只能使用靜態方法Arrays.toString(arr)或者Arrays.deepToString()方法。

絕對多數的toString方法都遵循這樣的格式：類的名字，隨後是一對方括號括起來的閾值。

下面是Person類中toString方法的實現：

public String toString() {
    return getClass().getName()
        + "[name=" + name
        + ", age=" + age
        + "]";
}
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toString在專案被頻繁使用，特別是只要物件與一個字串通過操作符"+"連線起來，或作為System.out.println()的入參，則編譯器都會預設呼叫物件的toString方法。

待續...

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