字符串形式的表现
Q1:toString()
方法实现了什么功能?
A1:toString()
方法将根据调用它的对象返回其对象的字符串形式,通常用于debug。
Q2:当 toString()
方法没有被覆盖的时候,返回的字符串通常是什么样子的?
A2:当 toString()
没有被覆盖的时候,返回的字符串格式是 类名@哈希值
,哈希值是十六进制的。举例说,假设有一个 Employee
类,toString()
方法返回的结果可能是[email protected]
。
Q3:能提供一个正确覆盖 toString()
方法的例子吗?
A3:见代码清单1:
1 public class Employee 2 { 3 private String name; 4 private int age; 5 6 public Employee(String name, int age) 7 { 8 this.name = name; 9 this.age = age; 10 } 11 12 @Override 13 public String toString() 14 { 15 return name + ": " + age; 16 } 17 }
代码清单1:返回一个非默认的字符串形式
代码清单1声明了 Employee
类,被私有修饰符修饰的 name
和 age
变量,构造器将其初始化。该类覆盖了 toString()
方法,并返回一个包含对象值和一个冒号的 String
对象。
字符串和
StringBuilder
当编译器遇到
name + ": " + age
的表达时,会生成一个java.lang.StringBuilder
对象,并调用append()
方法来对字符串添加变量值和分隔符。最后调用toString()
方法返回一个包含各个元素的字符串对象。
Q4:如何得到字符串的表达形式?
A4:根据对象的引用,调用引用的 toString()
。例如,假设 emp
包含了一个 Employee
引用,调用 emp.toString()
就会得到这个对象的字符串形式。
Q5:System.out.println(o.toString());
和 System.out.println(o)
的区别是什么?
A5:System.out.println(o.toString());
和 System.out.println(o)
两者的输出结果中都包含了对象的字符串形式。区别是,System.out.println(o.toString());
直接调用toString()
方法,而System.out.println(o)
则是隐式调用了 toString()
。
等待和唤醒
Q6:wait()
,notify()
和 notifyAll()
是用来干什么的?
A6:wait()
,notify()
和 notifyAll()
可以让线程协调完成一项任务。例如,一个线程生产,另一个线程消费。生产线程不能在前一产品被消费之前运行,而应该等待前一个被生产出来的产品被消费之后才被唤醒,进行生产。同理,消费线程也不能在生产线程之前运行,即不能消费不存在的产品。所以,应该等待生产线程执行一个之后才执行。利用这些方法,就可以实现这些线程之间的协调。从本质上说,一个线程等待某种状态(例如一个产品被生产),另一个线程正在执行,知道产生了某种状态(例如生产了一个产品)。
Q7:不同的 wait()
方法之间有什么区别?
A7:没有参数的 wait()
方法被调用之后,线程就会一直处于睡眠状态,直到本对象(就是 wait()
被调用的那个对象)调用 notify()
或 notifyAll()
方法。相应的wait(long timeout)
和wait(long timeout, int nanos)
方法中,当等待时间结束或者被唤醒时(无论哪一个先发生)将会结束等待。
Q8:notify()
和 notifyAll()
方法有什么区别?
A8:notify()
方法随机唤醒一个等待的线程,而 notifyAll()
方法将唤醒所有在等待的线程。
Q9:线程被唤醒之后会发生什么?
A9:当一个线程被唤醒之后,除非本对象(调用 notify()
或 notifyAll()
的对象)的同步锁被释放,否则不会立即执行。唤醒的线程会按照规则和其他线程竞争同步锁,得到锁的线程将执行。所以notifyAll()
方法执行之后,可能会有一个线程立即运行,也可能所有的线程都没运行。
Q10:为什么在使用等待、唤醒方法时,要放在同步代码中?
A10::将等待和唤醒方法放在同步代码中是非常必要的,这样做是为了避免竞争条件。鉴于要等待的线程通常在调用
wait()之前会确认一种情况存在与否(通常是检查某一变量的值),而另一线程在调用
notify()`之前通常会设置某种情况(通常是通过设置一个变量的值)。以下这种情况引发了竞争条件:
- 线程一检查了情况和变量,发现需要等待。
- 线程二设置了变量。
- 线程二调用了
notify()
。此时,线程一还没有等待,所以这次调用什么用都没有。 - 线程一调用了
wait()
。这下它永远不会被唤醒了。
Q11:如果在同步代码之外使用这些方法会怎么样呢?
A11:如果在同步代码之外使用了这些情况,就会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException
异常。
Q12:如果在同步代码中调用这些方法呢?
A12:当 wait()
方法在同步代码中被调用时,会根据同步代码中方法的优先级先后执行。在wait()
方法返回值之前,该同步代码一直持有锁,这样就不会出现竞争条件了。在wait()
方法可以接受唤醒之前,锁一直不会释放。
Q13:为什么要把wait()
调用放在while
循环中,而不是if
判断中呢?
A13:为了防止假唤醒,可以在 stackoverflow上了解有关这类现象的更多信息——假唤醒真的会发生吗?。
Q14:能提供一个使用等待与唤醒方法的范例吗?
A14:见代码清单2:
1 public class WaitNotifyDemo 2 { 3 public static void main(String[] args) 4 { 5 class Shared 6 { 7 private String msg; 8 9 synchronized void send(String msg) 10 { 11 while (this.msg != null) 12 try 13 { 14 wait(); 15 } 16 catch (InterruptedException ie) 17 { 18 } 19 this.msg = msg; 20 notify(); 21 } 22 23 synchronized String receive() 24 { 25 while (msg == null) 26 try 27 { 28 wait(); 29 } 30 catch (InterruptedException ie) 31 { 32 } 33 String temp = msg; 34 msg = null; 35 notify(); 36 return temp; 37 } 38 } 39 40 final Shared shared = new Shared(); 41 42 Runnable rsender; 43 rsender = new Runnable() 44 { 45 @Override 46 public void run() 47 { 48 for (int i = 0; i < 10; i++) 49 { 50 shared.send("A"+i); 51 try 52 { 53 Thread.sleep((int)(Math.random()*200)); 54 } 55 catch (InterruptedException ie) 56 { 57 } 58 } 59 shared.send("done"); 60 } 61 }; 62 Thread sender = new Thread(rsender); 63 64 Runnable rreceiver; 65 rreceiver = new Runnable() 66 { 67 @Override 68 public void run() 69 { 70 String msg; 71 while (!(msg = shared.receive()).equals("done")) 72 { 73 System.out.println(msg); 74 try 75 { 76 Thread.sleep((int)(Math.random()*200)); 77 } 78 catch (InterruptedException ie) 79 { 80 } 81 } 82 } 83 }; 84 Thread receiver = new Thread(rreceiver); 85 86 sender.start(); 87 receiver.start(); 88 } 89 }
代码清单2:发送与接收信息
代码清单2声明了一个WaitNotifyDemo
类。其中,main()
方法有一对发送和接收信息的线程。
main()
方法首先声明了Shard
本地类,包含接收和发送信息的任务。Share
声明了一个String
类型的smg
私有成员变量来存储要发送的信息,同时声明了同步的 send()
和receive()
方法来执行接收和发送动作。
发送线程调用的是send()
。因为上一次调用send()
的信息可能还没有被接收到,所以这个方法首先要通过计算this.msg != null
的值来判断信息发送状态。如果返回值为true
,那么信息处于被等待发送的状态,就会调用 wait()
。一旦信息被接收到,接受的线程就会给msg
赋值为null
并存储新信息,调用notify()
唤醒等待的线程。
接收线程调用的是receive()
因为可能没有信息处于被接收状态,这个方法首先会通过计算mas == null
的值来验证信息有没有等待被接收的状态。如果表达式返回值为true
,就表示没有信息等待被接收,此线程就要调用 wait()
方法。如果有信息发送,发送线程就会给 msg
分配值并且调用notify()
唤醒接收线程。
编译(javac WaitNotifyDemo.java
)并运行(java WaitNotifyDemo
)源代码,将会看到以下输出结果:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
|
Q15:我想更加深入的学习等待和唤醒的机制,能提供一些资源吗?
A15:可以在artima参考Bill Venners的书《Inside the Java Virtual Machine(深入理解 Java 虚拟机)》中第20章 Chapter 20: Thread Synchronization。
Object接口和Java8
Q16:在第一部分中提到过接口是不继承Object
的。然而,我发现有些接口中声明了Object
中的方法。比如java.util.Comparator
接口有boolean.equals(Object.obj)
。为什么呢?
A16:Java语言规范的9.6.3.4部分中清楚说明了,接口有相当于 Object
中成员那样的公共抽象成员。此外,如果接口中声明了Object
中的成员函数(例如,声明的函数相当于覆盖 Object
中的public
方法),则认为是接口覆盖了他们,可以用 @Override
注释。
为什么要在接口中声明非final
的public
Object
方法(可能还带有 @Override
)呢?举例来说,Comparator
接口中就有boolean equals(Object obj)
声明,这个方法在接口中声明就是为了此接口的特殊情况。
此外,这个方法只有在传入的类是一个比较规则相同的比较器的时候,才能返回
true
。
因为这种情况是可选的,所以并不强制实现 Comparator
。这取决于有没有equals
,只有在遇到一个比较规则相同的比较器的时候才返回true
的需求。尽管类并不要求覆盖equals
,但是文档中却支持这样做来提高性能。
注意,不覆盖
Object.equals(Object)
是安全的。但是,覆盖这个方发可能在一些情况下提高性能,比如让程序判断两个不同的比较器是不是用的相同规则。
Q17:哪一个equals()
方法被覆盖了?是Object
中的,还是接口中的?
A17:更早的文档中说,被覆盖的方法是在Object
中的。
Q18:Java 8支持接口中的默认方法。可以在接口中默认实现Employee
方法或者Object
中的其他方法吗?
A18:不可以。Object
中的任何public
的非final
方法都是不允许在接口中默认实现的。这个限制的基本原理在Brian Goetz的允许默认方法覆盖Object
中的方法一文中有说明。