jdk源码（一）：Object 一切类的根本！

一、概述

Object 类是位于java.lang包下面的类，是所有类的父类，是类层级的根，所有的对象，包括数组、也都实现了Object的方法。

二、源码分析

(1) registerNatives方法与静态代码块，源码如下：
private static native void registerNatives();
    static {
        registerNatives();
    }

说明：

  • native 关键字修饰的方法没有方法体， 这是java调用其他地方的接口的一个声明关键字，意思是这个方法不是java实现的，native关键字是与c语言联合开发的时候使用 ，为了能够快速执行代码。hashCode()方法也用到了，因为涉及内存，C语言操作比java快捷高效。 值得注意的是，native方法不能与abstract方法一起使用，因为native表示这些方法是有实现体的，但是abstract却表示这些方法是没有实现体的，那么两者矛盾，肯定也不能一起使用。

  • registerNatives()方法的作用是在类加载时，就主动将本地方法连接到调用方， 当Java程序需要调用本地方法时就可以直接调用，而不需要虚拟机再去定位并链接。 这样做的好处有以下4点：

    a. 通过registerNatives方法在类被加载的时候就主动将本地方法链接到调用方，比当方法被使用时再由虚拟机来定位和链接更方便有效。

    b. 如果本地方法在程序运行中更新了，可以通过调用registerNative方法进行更新。

    c. Java程序需要调用一个本地应用提供的方法时，因为虚拟机只会检索本地动态库，因而虚拟机是无法定位到本地方法实现的，这个时候就只能使用registerNatives()方法进行主动链接。

    d. 通过registerNatives()方法，在定义本地方法实现的时候，可以不遵守 JNI命名规范 。 JNI命名规范要求本地方法名由“包名”+“方法名”构成 。

(2) getClass()方法源码如下：
 public final native Class<?> getClass();

我们可以看到，getClass方法也是用native关键字修饰的，原因同上；同时还被final关键字修饰。final修饰的方法是不能被子类重写的，我们来详细分析以下这里的内容。

说明：

  • final修饰符在java中的作用有以下3点：

    a. final修饰的类，为最终类，该类不能被继承，如String 类。

    b. final修饰的方法可以被继承和重载，但是不能被重写。

    c. final修饰的变量是不能被修改的，是个常量。

此处就是为了防止任何继承类改变它的本来含义，希望此方法的行为在继承期间保持不变，而且不可被覆盖或是改写。

  • getClass()方法能够获取此Object的运行时类，是利用反射机制完成的。java中类的生命周期，会经历加载、连接(验证、准备、解析)、初始化、使用、卸载五个步骤。加载过程中会经历一个流程java->class-> 内存(生成Java.lang.Class文件)。生成的.class文件将会在反射中使用。如果有一个实例那么就可以通过实例的getClass()方法获取该对象的类型类,如果你知道一个类型,那么你可以使用.class()的方法获得该类型的类型类。
(3)hashCode()方法源码如下：
public native int hashCode();

hashCode()方法返回当前对象运行时的hash码，是用于支持散列表数据结构，因为散列表在进行数据存储时依赖hash码决定数据存储的逻辑位置。在程序运行中，无论什么情况下，相同的对象对应的hash码一定是相同的。但是不同的对象有可能会返回相同的hash码。那么其实也代表如果两个对象的hash码不一致，这两个对象一定是不同的。hashCode方法还具有以下3个特点：

  • 在 Java 应用程序执行期间，在对同一对象多次调用 hashCode 方法时，必须一致地返回相同的整数，前提是将对象进行 equals 比较时所用的信息没有被修改。从某一应用程序的一次执行到同一应用程序的另一次执行，该整数无需保持一致。

  • 如果根据 equals(Object) 方法，两个对象是相等的，那么对这两个对象中的每个对象调用 hashCode 方法都必须生成相同的整数结果。

  • 如果根据 equals(java.lang.Object) 方法，两个对象不相等，那么对这两个对象中的任一对象上调用 hashCode方法不要求一定生成不同的整数结果，为不相等的对象生成不同整数结果可以提高哈希表的性能。

hashCode()方法有时也会返回相同的hash值，就是我们所说的hash冲突。因为尽管虚拟机在运行过程中，不同的对象的地址一定是不同的，但是由于hashcode需要固定25位或者31位，那么就导致真正的hashcode值需要在对象地址上做一定的操作。从而将一个大范围区间的值映射到一个小范围区间的值（hashcode的计算过程），这样的操作必定会导致一部分数据的计算结果会重复。

(4) equals()方法源码如下：
public boolean equals(Object obj) {
    return (this == obj);
}

Object中的equals方法默认比较当前对象的引用，是直接判断this和obj本身的值是否相等，即用来判断调用equals的对象和形参obj所引用的对象是否是同一对象，所谓同一对象就是指内存中同一块存储单元，如果this和obj指向的是同一块内存对象，则返回true,如果this和obj指向的不是同一块内存，则返回false，注意：即便是内容完全相等的两块不同的内存对象，也返回false。

值得注意的是，String类重写了此方法，源代码如下：

public boolean equals(Object anObject) {
    if (this == anObject) {
        return true;
    }
    if (anObject instanceof String) {
        String anotherString = (String)anObject;
        int n = count;
        if (n == anotherString.count) {
            char v1[] = value;
            char v2[] = anotherString.value;
            int i = offset;
            int j = anotherString.offset;
            while (n– != 0) {
                if (v1[i++] != v2[j++])
                    return false;
            }
            return true;
        }
    }
    return false;
}
(5) toString()方法源码如下：
public String toString() {
    return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
}

说明：

  • getName() 以String形式返回类对象的名称（包括包名） 。

  • Integer.toHexString(hashCode()) 以对象的哈希码为参数，以16进制无符号整数形式返回此哈希码的字符串表示形式。

(6) 我们进入到toHexString源码中，如下：
public static String toHexString(int i) {
    return toUnsignedString0(i, 4);
}

private static String toUnsignedString0(int val, int shift) {
    // assert shift > 0 && shift <=5 : "Illegal shift value";
    //为了计算val值对应的二进制数中除去首部0的个数后剩下的有效位数mag。
    //Integer.SIZE： int在jvm中占4个字节，共32位；
    //首部0的个数：是指从左边第一个位置开始累加0的个数，一直加到第一个非零值；
    //方法numberOfLeadingZeros() 就是计算首部0的个数。
    int mag = Integer.SIZE - Integer.numberOfLeadingZeros(val); 
    //计算 i 的有效二进制的位数所需要占的字符数（即对应的16进制的有效位数），toString()方法是以16进制返回，这里就以16进制来解释。
    int chars = Math.max(((mag + (shift - 1)) / shift), 1);
    char[] buf = new char[chars];
    //将val值以16进制数形式存进buf数组中。
    formatUnsignedInt(val, shift, buf, 0, chars);
 
    // Use special constructor which takes over "buf".
    return new String(buf, true);
}
(7) 我们再进入到numberOfLeadingZeros()方法中查看源码，如下：
public static int numberOfLeadingZeros(int i) {
    // HD, Figure 5-6
    if (i == 0)
        return 32;
    // 初始首部0的个数：1 假定最高位有一个0，最后的时候会根据最高位是否位零补偿返回
    int n = 1;
    // 下面的代码主要是为了找出左边第一个非零值的位置
    // 采用二分查找的方法，首先将 i 无符号右移16位后，有两种情况(a, b)：
    // a. 右移后 = 0，则第一个非零值出现在低16位，那么 i 首位至少有16个0（n=17），
    // 同时将 i 左移16位后赋值给自己（将低16位移到了高16位，这样可以使两种保持同一的状态进行后续判断）；
    // b. 右移后！=0，则第一个非零值出现在高16位（n=1），继续在高16位中寻找；
    // 将高16位继续分为 高8位和低8位进行判断，一直二分到还有两位的时候；
    // 最后 i 无符号右移31位（结果要么是0要么是1），如果右移后为0，说明此时的最高位为0，无需补偿，直接返回 n；
    // 如果右移后是1，则说明最高位不为0，需补偿，返回 n-1；
    if (i >>> 16 == 0) { n += 16; i <<= 16; }
    if (i >>> 24 == 0) { n +=  8; i <<=  8; }
    if (i >>> 28 == 0) { n +=  4; i <<=  4; }
    if (i >>> 30 == 0) { n +=  2; i <<=  2; }
    n -= i >>> 31;
    return n;
}

我们可以看出， 源码应用了二分查找，先把32位整形分为高16位和低16位查找非零数，在对高16位进行或低16位进行二分，以此类推，直到找到左边第一个非零值的位置。

(8) 最后我们在进入到formatUnsignedInt()方法中，源码如下：

 static int formatUnsignedInt(int val, int shift, char[] buf, int offset, int len) {
    int charPos = len;
    int radix = 1 << shift;
    int mask = radix - 1;
    do {
        buf[offset + --charPos] = Integer.digits[val & mask];
        val >>>= shift;
    } while (val != 0 && charPos > 0);

    return charPos;
}

/**
 * All possible chars for representing a number as a String
 */
final static char[] digits = {
    '0' , '1' , '2' , '3' , '4' , '5' ,
    '6' , '7' , '8' , '9' , 'a' , 'b' ,
    'c' , 'd' , 'e' , 'f' , 'g' , 'h' ,
    'i' , 'j' , 'k' , 'l' , 'm' , 'n' ,
    'o' , 'p' , 'q' , 'r' , 's' , 't' ,
    'u' , 'v' , 'w' , 'x' , 'y' , 'z'
};

源码中，先进行按位与运算，算出val的二进制中低四位对应的10进制的值，在数组中获取对应的16进制值，存进buf字符数组中；后将val无符号右移4位，保持在最低四位与mask进行按位与运算，在数组中获取对应的16进制值，存进buf字符数组中，以此循环，直到val=0或者charPos<=0后退出循环。digits 数组中表示 16 进制的是前 16 个，数组下标最大为 15， Integer.digits[val & mask] 保证了每次从最低四位开始匹配对应的 16 进制数。总结起来步骤如下：

a. 计算 hashCode 对应的有效二进制位数 n

b. n 位二进制数对应的 16 进制数的个数，即对应的所要占据的字符数

c. 将 n 位二进制数转换为 16 进制数并存入字符数组中

d. 最后返回 16 进制无符号整数的字符串

(9) clone()方法源码如下：

protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

说明：

  • 如果一个类没有子类,那么这个类的protected方法就只能在这个类所在包下的类中被调用,如果这个方法有子类,那么这个子类继承父类的protected方法也就只能在这个子类内部使用。

  • 一个类想要使用clone()方法的话，就要先实现克隆接口Cloneable。Cloneable接口进去发现，没有任何内容，这个接口是一个JVM标记接口。如果在没有实现 Cloneable接口的实例上调用Object的clone()方法，则会导致抛出CloneNotSupportedException异常。

  • 标记接口是计算机科学中的一种设计思路，用于给那些面向对象的编程语言描述对象。因为编程语言本身并不支持为类维护元数据，而标记接口可以用作描述类的元数据，弥补了这个功能上的缺失。对于实现了标记接口的类，我们就可以在运行时通过反射机制去获取元数据。

  • 浅克隆是在克隆时，基本数据类型直接拷贝，而引用类型只能拷贝引用地址。

  • 深克隆是重写clone方法，每次调用时， 先克隆一下引用类型，把克隆后的引用类型设置给克隆的对象

(10) finalize()方法源码如下：
 protected void finalize() thirows Throwable { }

此方法是垃圾回收时调用的方法，存在以下两种情况可能会调用：

  • 对象置为空后，JVM内存不充足时会回收

  • 可以主动建议JVM回收Runtime.getRunTime().gc()

(11) notify()方法

学习多线程时详细介绍

(12) notifyAll()方法

学习多线程时详细介绍

(13) wait()方法

学习多线程时详细介绍

三、总结

Object类作为所有类的根类，学好它的源码是非常必要的，也能带给我们更多的思考。

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