Java总结篇系列:java.lang.Object

从本篇开始,将对Java中各知识点进行一次具体总结,以便对以往的Java知识进行一次回顾,同时在总结的过程中加深对Java的理解。

Java作为一个庞大的知识体系,涉及到的知识点繁多,本文将从Java中最基本的类java.lang.Object开始谈起。

Object类是Java中其他所有类的祖先,没有Object类Java面向对象无从谈起。作为其他所有类的基类,Object具有哪些属性和行为,

是Java语言设计背后的思维体现。

Object类位于java.lang包中,java.lang包包含着Java最基础和核心的类,在编译时会自动导入。Object类没有定义属性,一共有13个方法,

具体的类定义结构如下图:

1.类构造器public Object();

大部分情况下,Java中通过形如 new
A(args..)形式创建一个属于该类型的对象。其中A即是类名,A(args..)即此类定义中相对应的构造函数。

通过此种形式创建的对象都是通过类中的构造函数完成。为体现此特性,Java中规定:在类定义过程中,对于未定义构造函数的类,默认会有一个

无参数的构造函数,作为所有类的基类,Object类自然要反映出此特性,在源码中,未给出Object类构造函数定义,但实际上,此构造函数是存在的。

当然,并不是所有的类都是通过此种方式去构建,也自然的,并不是所有的类构造函数都是public,更有甚者,并不是所有的类都有构造函数。

2.private static native void registerNatives();

registerNatives函数前面有native关键字修饰,Java中,用native关键字修饰的函数表明该方法的实现并不是在Java中去完成,而是由C/C++去完成,

并被编译成了.dll,由Java去调用。方法的具体实现体在dll文件中,对于不同平台,其具体实现应该有所不同。用native修饰,即表示操作系统,需要提供

此方法,Java本身需要使用。具体到registerNatives()方法本身,其主要作用是将C/C++中的方法映射到Java中的native方法,实现方法命名的解耦。

既然如此,可能有人会问,registerNatives()修饰符为private,且并没有执行,作用何以达到?其实,在Java源码中,此方法的声明后有紧接着一段静态代码块:

1 private static native void registerNatives();
2 static {
3 registerNatives();
4 }

3.protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

看,clode()方法又是一个被声明为native的方法,因此,我们知道了clone()方法并不是Java的原生方法,具体的实现是有C/C++完成的。clone英文翻译为"克隆",

其目的是创建并返回此对象的一个副本。形象点理解,这有一辆科鲁兹,你看着不错,想要个一模一样的。你调用此方法即可像变魔术一样变出一辆一模一样的科鲁兹出来。

配置一样,长相一样。但从此刻起,原来的那辆科鲁兹如果进行了新的装饰,与你克隆出来的这辆科鲁兹没有任何关系了。你克隆出来的对象变不变完全在于你对克隆出来的

科鲁兹有没有进行过什么操作了。Java术语表述为:clone函数返回的是一个引用,指向的是新的clone出来的对象,此对象与原对象分别占用不同的堆空间。

明白了clone的含义后,接下来看看如果调用clone()函数对象进行此克隆操作。

首先看一下下面的这个例子:


 1 package com.corn.objectsummary;
2
3 import com.corn.Person;
4
5 public class ObjectTest {
6
7 public static void main(String[] args) {
8
9 Object o1 = new Object();
10 // The method clone() from the type Object is not visible
11 Object clone = o1.clone();
12 }
13
14 }

例子很简单,在main()方法中,new一个Oject对象后,想直接调用此对象的clone方法克隆一个对象,但是出现错误提示:

"The method clone() from the type Object is not visible"

why?
根据提示,第一反应是ObjectTest类中定义的Oject对象无法访问其clone()方法。回到Object类中clone()方法的定义,可以看到其被声明为protected,估计问题就在这上面了,protected修饰的属性或方法表示:在同一个包内或者不同包的子类可以访问。显然,Object类与ObjectTest类在不同的包中,但是ObjectTest继承自Object,是Object类的子类,于是,现在却出现子类中通过Object引用不能访问protected方法,原因在于对"不同包中的子类可以访问"没有正确理解。

"不同包中的子类可以访问",是指当两个类不在同一个包中的时候,继承自父类的子类内部且主调(调用者)为子类的引用时才能访问父类用protected修饰的成员(属性/方法)。
在子类内部,主调为父类的引用时并不能访问此protected修饰的成员。!

于是,上例改成如下形式,我们发现,可以正常编译:


 1 package com.corn.objectsummary;
2
3
4 public class ObjectTest {
5
6 public static void main(String[] args) {
7 ObjectTest ot1 = new ObjectTest();
8
9 try {
10 ObjectTest ot2 = (ObjectTest) ot1.clone();
11 } catch (CloneNotSupportedException e) {
12 // TODO Auto-generated catch block
13 e.printStackTrace();
14 }
15 }
16
17 }

是的,因为此时的主调已经是子类的引用了。

上述代码在运行过程中会抛出"java.lang.CloneNotSupportedException",表明clone()方法并未正确执行完毕,问题的原因在与Java中的语法规定:

clone()的正确调用是需要实现Cloneable接口,如果没有实现Cloneable接口,并且子类直接调用Object类的clone()方法,则会抛出CloneNotSupportedException异常。

Cloneable接口仅是一个表示接口,接口本身不包含任何方法,用来指示Object.clone()可以合法的被子类引用所调用。

于是,上述代码改成如下形式,即可正确指定clone()方法以实现克隆。


 1 package com.corn.objectsummary;
2
3 public class ObjectTest implements Cloneable {
4
5 public static void main(String[] args) {
6
7 ObjectTest ot1 = new ObjectTest();
8
9 try {
10 ObjectTest ot2 = (ObjectTest) ot1.clone();
11 System.out.println("ot2:" + ot2);
12 } catch (CloneNotSupportedException e) {
13 // TODO Auto-generated catch block
14 e.printStackTrace();
15 }
16 }
17
18 }

更多的关于Java克隆/复制相关的知识以后会给出专门的博文。

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

getClass()也是一个native方法,返回的是此Object对象的类对象/运行时类对象Class<?>。效果与Object.class相同。

首先解释下"类对象"的概念:在Java中,类是是对具有一组相同特征或行为的实例的抽象并进行描述,对象则是此类所描述的特征或行为的具体实例。作为概念层次的类,其本身也具有某些共同的特性,如都具有类名称、由类加载器去加载,都具有包,具有父类,属性和方法等。于是,Java中有专门定义了一个类,Class,去描述其他类所具有的这些特性,因此,从此角度去看,类本身也都是属于Class类的对象。为与经常意义上的对象相区分,在此称之为"类对象"。

此处主要大量涉及到Java中的反射知识,关于反射相关知识后续也会给出相关博文。

5.public boolean equals(Object obj);

==与equals在Java中经常被使用,大家也都知道==与equals的区别:

==表示的是变量值完成相同(对于基础类型,地址中存储的是值,引用类型则存储指向实际对象的地址);

equals表示的是对象的内容完全相同,此处的内容多指对象的特征/属性。

实际上,上面说法是不严谨的,更多的只是常见于String类中。首先看一下Object类中关于equals()方法的定义:

1 public boolean equals(Object obj) {
2 return (this == obj);
3 }

由此可见,Object原生的equals()方法内部调用的正是==,与==具有相同的含义。既然如此,为什么还要定义此equals()方法?

equlas()方法的正确理解应该是:判断两个对象是否相等。那么判断对象相等的标尺又是什么?

如上,在object类中,此标尺即为==。当然,这个标尺不是固定的,其他类中可以按照实际的需要对此标尺含义进行重定义。如String类中则是依据字符串内容是否相等来重定义了此标尺含义。如此可以增加类的功能型和实际编码的灵活性。当然了,如果自定义的类没有重写equals()方法来重新定义此标尺,那么默认的将是其父类的equals(),直到object

基类。

如下场景的实际业务需求,对于User
bean,由实际的业务需求可知当属性uid相同时,表示的是同一个User,即两个User对象相等。则可以重写equals以重定义User对象相等的标尺。


 1 package com.corn.objectsummary;
2
3 public class User {
4
5 private int uid;
6 private String name;
7 private int age;
8
9 public int getUid() {
10 return uid;
11 }
12
13 public void setUid(int uid) {
14 this.uid = uid;
15 }
16
17 protected String getName() {
18 return name;
19 }
20
21 public void setName(String name) {
22 this.name = name;
23 }
24
25 public int getAge() {
26 return age;
27 }
28
29 public void setAge(int age) {
30 this.age = age;
31 }
32
33 @Override
34 public boolean equals(Object obj) {
35 if (obj == null || !(obj instanceof User)) {
36 return false;
37 }
38 if (((User) obj).getUid() == this.getUid()) {
39 return true;
40 }
41 return false;
42 }
43 }


 1 package com.corn.objectsummary;
2
3 public class ObjectTest implements Cloneable {
4
5 public static void main(String[] args) {
6 User u1 = new User();
7 u1.setUid(111);
8 u1.setName("张三");
9
10 User u2 = new User();
11 u2.setUid(111);
12 u2.setName("张三丰");
13
14 System.out.println(u1.equals(u2)); //返回true
15 }
16
17 }

ObjectTest中打印出true,因为User类定义中重写了equals()方法,这很好理解,很可能张三是一个人小名,张三丰才是其大名,判断这两个人是不是同一个人,这时只用判断uid是否相同即可。

如上重写equals方法表面上看上去是可以了,实则不然。因为它破坏了Java中的约定:重写equals()方法必须重写hasCode()方法。

6.public native int hashCode();

hashCode()方法返回一个整形数值,表示该对象的哈希码值。

hashCode()具有如下约定:

1).在Java应用程序程序执行期间,对于同一对象多次调用hashCode()方法时,其返回的哈希码是相同的,前提是将对象进行equals比较时所用的标尺信息未做修改。在Java应用程序的一次执行到另外一次执行,同一对象的hashCode()返回的哈希码无须保持一致;

2).如果两个对象相等(依据:调用equals()方法),那么这两个对象调用hashCode()返回的哈希码也必须相等;

3).反之,两个对象调用hasCode()返回的哈希码相等,这两个对象不一定相等。

即严格的数学逻辑表示为: 两个对象相等 <=>  equals()相等  =>
hashCode()相等。因此,重写equlas()方法必须重写hashCode()方法,以保证此逻辑严格成立,同时可以推理出:hasCode()不相等
=> equals()不相等 <=> 两个对象不相等。

可能有人在此产生疑问:既然比较两个对象是否相等的唯一条件(也是冲要条件)是equals,那么为什么还要弄出一个hashCode(),并且进行如此约定,弄得这么麻烦?

其实,这主要体现在hashCode()方法的作用上,其主要用于增强哈希表的性能。

以集合类中,以Set为例,当新加一个对象时,需要判断现有集合中是否已经存在与此对象相等的对象,如果没有hashCode()方法,需要将Set进行一次遍历,并逐一用equals()方法判断两个对象是否相等,此种算法时间复杂度为o(n)。通过借助于hasCode方法,先计算出即将新加入对象的哈希码,然后根据哈希算法计算出此对象的位置,直接判断此位置上是否已有对象即可。(注:Set的底层用的是Map的原理实现)

在此需要纠正一个理解上的误区:对象的hashCode()返回的不是对象所在的物理内存地址。甚至也不一定是对象的逻辑地址,hashCode()相同的两个对象,不一定相等,换言之,不相等的两个对象,hashCode()返回的哈希码可能相同。

因此,在上述代码中,重写了equals()方法后,需要重写hashCode()方法。


 1 package com.corn.objectsummary;
2
3 public class User {
4
5 private int uid;
6 private String name;
7 private int age;
8
9 public int getUid() {
10 return uid;
11 }
12
13 public void setUid(int uid) {
14 this.uid = uid;
15 }
16
17 protected String getName() {
18 return name;
19 }
20
21 public void setName(String name) {
22 this.name = name;
23 }
24
25 public int getAge() {
26 return age;
27 }
28
29 public void setAge(int age) {
30 this.age = age;
31 }
32
33 @Override
34 public boolean equals(Object obj) {
35 if (obj == null || !(obj instanceof User)) {
36 return false;
37 }
38 if (((User) obj).getUid() == this.getUid()) {
39 return true;
40 }
41 return false;
42 }
43
44 @Override
45 public int hashCode() {
46 int result = 17;
47 result = 31 * result + this.getUid();
48 return result;
49 }
50 }

注:上述hashCode()的重写中出现了result*31,是因为result*31 = (result<<5) -
result。之所以选择31,是因为左移运算和减运算计算效率远大于乘法运算。当然,也可以选择其他数字。

7.public String toString();

toString()方法返回该对象的字符串表示。先看一下Object中的具体方法体:

1 public String toString() {
2 return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
3 }

toString()方法相信大家都经常用到,即使没有显式调用,但当我们使用System.out.println(obj)时,其内部也是通过toString()来实现的。

getClass()返回对象的类对象,getClassName()以String形式返回类对象的名称(含包名)。Integer.toHexString(hashCode())则是以对象的哈希码为实参,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。

如上例中的u1的哈希码是638,则对应的16进制为27e,调用toString()方法返回的结果为:[email protected]。

因此:toString()是由对象的类型和其哈希码唯一确定,同一类型但不相等的两个对象分别调用toString()方法返回的结果可能相同。

注:接下来的几个方法将分别涉及到Java中的线程和垃圾回收机制,将在后续时间在本文中补上。

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时间: 2024-10-12 16:02:37

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