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Java Object 類 深入分析

目錄

1.類構造器public Object();

2.private static native void registerNatives();

3.protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

4.public final native Class getClass();

5.public boolean equals(Object obj);

6.public native int hashCode(); 

 7.public String toString();

8. wait(...) / notify() / notifyAll()

13. protected void finalize();


Object類位於java.lang包中,java.lang包包含著Java最基礎和核心的類,在編譯時會自動匯入。Object類沒有定義屬性,一共有13個方法,具體的方法如下圖:

                                                                     

 

1.類構造器public Object();

大部分情況下,Java中通過形如 new A(args..)形式建立一個屬於該型別的物件。其中A即是類名,A(args..)即此類定義中相對應的建構函式。通過此種形式建立的物件都是通過類中的建構函式完成。為體現此特性,Java中規定:在類定義過程中,對於未定義建構函式的類,預設會有一個無引數的建構函式,作為所有類的基類,Object類自然要反映出此特性,在原始碼中,未給出Object類建構函式定義,但實際上,此建構函式是存在的。

當然,並不是所有的類都是通過此種方式去構建,也自然的,並不是所有的類建構函式都是public。

 

2.private static native void registerNatives();

registerNatives函式前面有native關鍵字修飾,Java中,用native關鍵字修飾的函式表明該方法的實現並不是在Java中去完成,而是由C/C++去完成,並被編譯成了.dll,由Java去呼叫。方法的具體實現體在dll檔案中,對於不同平臺,其具體實現應該有所不同。用native修飾,即表示作業系統,需要提供此方法,Java本身需要使用。具體到registerNatives()方法本身,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。

既然如此,可能有人會問,registerNatives()修飾符為private,且並沒有執行,作用何以達到?其實,在Java原始碼中,此方法的聲明後有緊接著一段靜態程式碼塊:

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

 

3.protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

看,clone()方法又是一個被宣告為native的方法,因此,我們知道了clone()方法並不是Java的原生方法,具體的實現是有C/C++完成的。clone英文翻譯為"克隆",其目的是建立並返回此物件的一個副本。Java術語表述為:clone函式返回的是一個引用,指向的是新的clone出來的物件,此物件與原物件分別佔用不同的堆空間。

clone()的正確呼叫是需要實現Cloneable介面,如果沒有實現Cloneable介面,並且子類直接呼叫Object類的clone()方法,則會丟擲CloneNotSupportedException異常。

 

4.public final native Class<?> getClass();

getClass()也是一個native方法,返回的是此Object物件的類物件/執行時類物件Class<?>。效果與Object.class相同。

首先解釋下"類物件"的概念:在Java中,類是是對具有一組相同特徵或行為的例項的抽象並進行描述,物件則是此類所描述的特徵或行為的具體例項。作為概念層次的類,其本身也具有某些共同的特性,如都具有類名稱、由類載入器去載入,都具有包,具有父類,屬性和方法等。於是,Java中有專門定義了一個類,Class,去描述其他類所具有的這些特性,因此,從此角度去看,類本身也都是屬於Class類的物件。為與經常意義上的物件相區分,在此稱之為"類物件"。

 

5.public boolean equals(Object obj);

==與equals在Java中經常被使用,大家也都知道==與equals的區別:

==表示的是變數值完成相同(對於基礎型別,地址中儲存的是值,引用型別則儲存指向實際物件的地址);

equals表示的是物件的內容完全相同,此處的內容多指物件的特徵/屬性。

實際上,上面說法是不嚴謹的,更多的只是常見於String類中。首先看一下Object類中關於equals()方法的定義:

    public boolean equals(Object obj) {
        return (this == obj);
    }

如上,在object類中,此標尺即為==。當然,這個標尺不是固定的,其他類中可以按照實際的需要對此標尺含義進行重定義。如String類中則是依據字串內容是否相等來重定義了此標尺含義。如此可以增加類的功能型和實際編碼的靈活性。當然了,如果自定義的類沒有重寫equals()方法來重新定義此標尺,那麼預設的將是其父類的equals(),直到object基類。

 String類中的equals實現:

    public boolean equals(Object anObject) {
        if (this == anObject) {
            return true;
        }
        if (anObject instanceof String) {
            String anotherString = (String)anObject;
            int n = value.length;
            if (n == anotherString.value.length) {
                char v1[] = value;
                char v2[] = anotherString.value;
                int i = 0;
                while (n-- != 0) {
                    if (v1[i] != v2[i])
                        return false;
                    i++;
                }
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

 

6.public native int hashCode(); 

hashCode()方法返回一個整形數值,表示該物件的雜湊碼值。

hashCode()具有如下約定:

1).在Java應用程式程式執行期間,對於同一物件多次呼叫hashCode()方法時,其返回的雜湊碼是相同的,前提是將物件進行equals比較時所用的標尺資訊未做修改。在Java應用程式的一次執行到另外一次執行,同一物件的hashCode()返回的雜湊碼無須保持一致;

2).如果兩個物件相等(依據:呼叫equals()方法),那麼這兩個物件呼叫hashCode()返回的雜湊碼也必須相等;

3).反之,兩個物件呼叫hasCode()返回的雜湊碼相等,這兩個物件不一定相等。

即嚴格的數學邏輯表示為: 兩個物件相等 <=>  equals()相等  => hashCode()相等。因此,重寫equlas()方法必須重寫hashCode()方法,以保證此邏輯嚴格成立,同時可以推理出:hasCode()不相等 => equals()不相等 <=> 兩個物件不相等。

可能有人在此產生疑問:既然比較兩個物件是否相等的唯一條件(也是衝要條件)是equals,那麼為什麼還要弄出一個hashCode(),並且進行如此約定,弄得這麼麻煩?

其實,這主要體現在hashCode()方法的作用上,其主要用於增強雜湊表的效能。

以集合類中,以Set為例,當新加一個物件時,需要判斷現有集合中是否已經存在與此物件相等的物件,如果沒有hashCode()方法,需要將Set進行一次遍歷,並逐一用equals()方法判斷兩個物件是否相等,此種演算法時間複雜度為o(n)。通過藉助於hasCode方法,先計算出即將新加入物件的雜湊碼,然後根據雜湊演算法計算出此物件的位置,直接判斷此位置上是否已有物件即可。(注:Set的底層用的是Map的原理實現)

在此需要糾正一個理解上的誤區:物件的hashCode()返回的不是物件所在的實體記憶體地址。甚至也不一定是物件的邏輯地址,hashCode()相同的兩個物件,不一定相等,換言之,不相等的兩個物件,hashCode()返回的雜湊碼可能相同。

因此,在上述程式碼中,重寫了equals()方法後,需要重寫hashCode()方法。

String類中的hashcode實現(預設值是0):

    public int hashCode() {
        int h = hash;
        if (h == 0 && value.length > 0) {
            char val[] = value;

            for (int i = 0; i < value.length; i++) {
                h = 31 * h + val[i];
            }
            hash = h;
        }
        return h;
    }

上述hashCode()的重寫中出現了h*31,是因為h*31 = (h<<5) - h。之所以選擇31,是因為左移運算和減運算計算效率遠大於乘法運算。當然,也可以選擇其他數字。

 

 7.public String toString();

Object 類中的實現:

    public String toString() {
        return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
    }

getClass()返回物件的類物件,getClassName()以String形式返回類物件的名稱(含包名)。Integer.toHexString(hashCode())則是以物件的雜湊碼為實參,以16進位制無符號整數形式返回此雜湊碼的字串表示形式。

toString()是由物件的型別和其雜湊碼唯一確定,同一型別但不相等的兩個物件分別呼叫toString()方法返回的結果可能相同。

 

8. wait(...) / notify() / notifyAll()

這幾個方法主要用於java多執行緒之間的協作。先具體看下這幾個方法的主要含義:

wait():呼叫此方法所在的當前執行緒等待,直到在其他執行緒上呼叫此方法的主調(某一物件)的notify()/notifyAll()方法。

wait(long timeout)/wait(long timeout, int nanos):呼叫此方法所在的當前執行緒等待,直到在其他執行緒上呼叫此方法的主調(某一物件)的notisfy()/notisfyAll()方法,或超過指定的超時時間量。

notify()/notifyAll():喚醒在此物件監視器上等待的單個執行緒/所有執行緒。

wait(...) / notify() | notifyAll()一般情況下都是配套使用。

看一個簡單的例子:

package com.qqyumidi;

public class ThreadTest {

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        MyRunnable r = new MyRunnable();
        Thread t = new Thread(r);
        t.start();
        synchronized (r) {
            try {
                System.out.println("main thread 等待t執行緒執行完");
                r.wait();
                System.out.println("被notity喚醒,得以繼續執行");
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
                System.out.println("main thread 本想等待,但被意外打斷了");
            }
            System.out.println("執行緒t執行相加結果" + r.getTotal());
        }
    }
}

class MyRunnable implements Runnable {
    private int total;

    @Override
    public void run() {
        // TODO Auto-generated method stub
        synchronized (this) {
            System.out.println("Thread name is:" + Thread.currentThread().getName());
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                total += i;
            }
            notify();
            System.out.println("執行notif後同步程式碼塊中依然可以繼續執行直至完畢");
        }
        System.out.println("執行notif後且同步程式碼塊外的程式碼執行時機取決於執行緒排程");
    }

    public int getTotal() {
        return total;
    }
}

 輸出結果:

main thread 等待t執行緒執行完
Thread name is:Thread-0
執行notif後同步程式碼塊中依然可以繼續執行直至完畢
執行notif後且同步程式碼塊外的程式碼執行時機取決於執行緒排程  //此行輸出位置有具體的JVM執行緒排程決定,有可能最後執行
被notity喚醒,得以繼續執行
執行緒t執行相加結果45

 從上述例子的輸出結果中可以得出如下結論:

1、wait(...)方法呼叫後當前執行緒將立即阻塞,且適當其所持有的同步程式碼塊中的鎖,直到被喚醒或超時或打斷後且重新獲取到鎖後才能繼續執行;

2、notify()/notifyAll()方法呼叫後,其所線上程不會立即釋放所持有的鎖,直到其所在同步程式碼塊中的程式碼執行完畢,此時釋放鎖,因此,如果其同步程式碼塊後還有程式碼,其執行則依賴於JVM的執行緒排程。

在Java原始碼中,可以看到wait()具體定義如下:

wait(long timeout, int nanos)方法定義內部實質上也是通過呼叫wait(long timeout)完成。而wait(long timeout)是一個native方法。因此,wait(...)方法本質上都是native方式實現。

notify()/notifyAll()方法也都是native方法。

Java中執行緒具有較多的知識點,是一塊比較大且重要的知識點。

13. protected void finalize();

Object類中的定義:

protected void finalize() throws Throwable { }

       Object中定義finalize方法表明Java中每一個物件都將具有finalize這種行為,其具體呼叫時機在:JVM準備對此對形象所佔用的記憶體空間進行垃圾回收前,將被呼叫。由此可以看出,此方法並不是由我們主動去呼叫的。通常我們知道物件建立完,要做清理操作,當然GC會清理哪些由new分配的記憶體,但是如果不是通過new分配的記憶體清理的話,就需要呼叫finalize方法.
工作原理:一旦垃圾回收器準備釋放物件佔用的記憶體空間,將首先呼叫finalize方法,並且在下一次垃圾回收動作發生,才會真正的回收該物件佔用的記憶體,也就是finalize方法會在垃圾回收器真正回收物件之前呼叫

  • finalize方法通常是用於清理一些非本地方法(native),和一些物件安全釋放校驗的操作
  • 垃圾回收記憶體是JVM的一個不確定操作,通常會在系統瀕臨記憶體溢位可能會回收,所以你不要指望垃圾回收來控制finalize方法的呼叫