深入淺析Java中的Object類

今天就跟大家聊聊有關深入淺析Java中的Object類，可能很多人都不太了解，為了讓大家更加了解，小編給大家總結了以下內容，希望大家根據這篇文章可以有所收獲。

Java作為一個龐大的知識體系，涉及到的知識點繁多，本文將從Java中最基本的類java.lang.Object開始談起。

Object類是Java中其他所有類的祖先類，沒有Object類Java面向對象無從談起。作為其他所有類的基類，Object具有哪些屬性和行為，是Java語言設計背后的思維體現。

Object類位于java.lang包中，java.lang包包含著Java最基礎和核心的類，在編譯時會自動導入。Object類沒有定義屬性，一共有13個方法，具體的類定義結構如下圖：

1.類構造器public Object();

大部分情況下，Java中通過形如 new A(args..)形式創建一個屬于該類型的對象。其中A即是類名，A(args..)即此類定義中相對應的構造函數。通過此種形式創建的對象都是通過類中的構造函數完成。為體現此特性，Java中規定：在類定義過程中，對于未定義構造函數的類，默認會有一個無參數的構造函數，作為所有類的基類，Object類自然要反映出此特性，在源碼中，未給出Object類構造函數定義，但實際上，此構造函數是存在的。

當然，并不是所有的類都是通過此種方式去構建，也自然的，并不是所有的類構造函數都是public。

2.private static native void registerNatives();

registerNatives函數前面有native關鍵字修飾，Java中，用native關鍵字修飾的函數表明該方法的實現并不是在Java中去完成，而是由C/C++去完成，并被編譯成了.dll，由Java去調用。方法的具體實現體在dll文件中，對于不同平臺，其具體實現應該有所不同。用native修飾，即表示操作系統，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++中的方法映射到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，且并沒有執行，作用何以達到？其實，在Java源碼中，此方法的聲明后有緊接著一段靜態代碼塊：

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

3.protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

clone()方法又是一個被聲明為native的方法，因此，我們知道了clone()方法并不是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"，其目的是創建并返回此對象的一個副本。形象點理解，這有一輛寶馬汽車，你看著不錯，想要個一模一樣的。你調用此方法即可像變魔術一樣變出一輛一模一樣的寶馬出來。配置一樣，長相一樣。但從此刻起，原來的那輛寶馬如果進行了新的裝飾，與你克隆出來的這輛寶馬沒有任何關系了。你克隆出來的對象變不變完全在于你對克隆出來的寶馬有沒有進行過什么操作了。Java術語表述為：clone函數返回的是一個引用，指向的是新的clone出來的對象，此對象與原對象分別占用不同的堆空間。
明白了clone的含義后，接下來看看如果調用clone()函數對象進行此克隆操作。

首先看一下下面的這個例子：

 package com.bjpowernode.test;
 import com.corn.Person;
 public class ObjectTest {
  public static void main(String[] args) {
   Object o1 = new Object();
   // The method clone() from the type Object is not visible
  Object clone = o1.clone();
  }
 }

例子很簡單，在main()方法中，new一個Oject對象后，想直接調用此對象的clone方法克隆一個對象，但是出現錯誤提示："The method clone() from the type Object is not visible"
why? 根據提示，第一反應是ObjectTest類中定義的Oject對象無法訪問其clone()方法。回到Object類中clone()方法的定義，可以看到其被聲明為protected，估計問題就在這上面了，protected修飾的屬性或方法表示：在同一個包內或者不同包的子類可以訪問。顯然，Object類與ObjectTest類在不同的包中，但是ObjectTest繼承自Object，是Object類的子類，于是，現在卻出現子類中通過Object引用不能訪問protected方法，原因在于對"不同包中的子類可以訪問"沒有正確理解。

"不同包中的子類可以訪問"，是指當兩個類不在同一個包中的時候，繼承自父類的子類內部且主調（調用者）為子類的引用時才能訪問父類用protected修飾的成員（屬性/方法）。 在子類內部，主調為父類的引用時并不能訪問此protected修飾的成員。！（super關鍵字除外）

于是，上例改成如下形式，我們發現，可以正常編譯：

package com.bjpowernode.test;
 public class ObjectTest {
  public static void main(String[] args) {
   ObjectTest ot1 = new ObjectTest();
   try {
   ObjectTest ot2 = (ObjectTest) ot1.clone();
   } catch (CloneNotSupportedException e) {
    // TODO Auto-generated catch block
    e.printStackTrace();
   }
  }
 } 

是的，因為此時的主調已經是子類的引用了。

上述代碼在運行過程中會拋出"java.lang.CloneNotSupportedException",表明clone()方法并未正確執行完畢，問題的原因在與Java中的語法規定：

clone()的正確調用是需要實現Cloneable接口，如果沒有實現Cloneable接口，并且子類直接調用Object類的clone()方法，則會拋出CloneNotSupportedException異常。

Cloneable接口僅是一個表示接口，接口本身不包含任何方法，用來指示Object.clone()可以合法的被子類引用所調用。

于是，上述代碼改成如下形式，即可正確指定clone()方法以實現克隆。

 package com.bjpowernode.test;
 public class ObjectTest implements Cloneable {
  public static void main(String[] args) {
   ObjectTest ot1 = new ObjectTest();
   try {
    ObjectTest ot2 = (ObjectTest) ot1.clone();
   System.out.println("ot2:" + ot2);
   } catch (CloneNotSupportedException e) {
    // TODO Auto-generated catch block
    e.printStackTrace();
   }
  }
 }

4.public final native Class<&#63;> getClass();

getClass()也是一個native方法，返回的是此Object對象的類對象/運行時類對象Class<&#63;>。效果與Object.class相同。

首先解釋下"類對象"的概念：在Java中，類是是對具有一組相同特征或行為的實例的抽象并進行描述，對象則是此類所描述的特征或行為的具體實例。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、由類加載器去加載，都具有包，具有父類，屬性和方法等。于是，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，類本身也都是屬于Class類的對象。為與經常意義上的對象相區分，在此稱之為"類對象"。

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：==表示的是變量值完成相同（對于基礎類型，地址中存儲的是值，引用類型則存儲指向實際對象的地址）；
equals表示的是對象的內容完全相同，此處的內容多指對象的特征/屬性。

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

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

由此可見，Object原生的equals()方法內部調用的正是==，與==具有相同的含義。既然如此，為什么還要定義此equals()方法？

equlas()方法的正確理解應該是：判斷兩個對象是否相等。那么判斷對象相等的標尺又是什么？

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類中則是依據字符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，那么默認的將是其父類的equals()，直到object基類。
如下場景的實際業務需求，對于User bean，由實際的業務需求可知當屬性uid相同時，表示的是同一個User，即兩個User對象相等。則可以重寫equals以重定義User對象相等的標尺。

package com.bjpowernode.test;
 public class User {
  private int uid;
  private String name;
  private int age;
  public int getUid() {
   return uid;
  }
  public void setUid(int uid) {
   this.uid = uid;
  }
  protected String getName() {
   return name;
  }
  public void setName(String name) {
   this.name = name;
  }
  public int getAge() {
   return age;
  }
  public void setAge(int age) {
   this.age = age;
  }
  @Override
  public boolean equals(Object obj) {
   if (obj == null || !(obj instanceof User)) {
    return false;
   }
   if (((User) obj).getUid() == this.getUid()) {
    return true;
   }
   return false;
  }
 }

 package com.bjpowernode.test;
 public class ObjectTest implements Cloneable {
  public static void main(String[] args) {
   User u1 = new User();
   u1.setUid(111);
   u1.setName("張三");
   User u2 = new User();
   u2.setUid(111);
   u2.setName("張三豐"); 
   System.out.println(u1.equals(u2)); //返回true
  }
 }

ObjectTest中打印出true，因為User類定義中重寫了equals()方法，這很好理解，很可能張三是一個人小名，張三豐才是其大名，判斷這兩個人是不是同一個人，這時只用判斷uid是否相同即可。

如上重寫equals方法表面上看上去是可以了，實則不然。因為它破壞了Java中的約定：重寫equals()方法必須重寫hasCode()方法。 

6.public native int hashCode();

hashCode()方法返回一個整形數值，表示該對象的哈希碼值。

hashCode()具有如下約定：

1. 在Java應用程序程序執行期間，對于同一對象多次調用hashCode()方法時，其返回的哈希碼是相同的，前提是將對象進行equals比較時所用的標尺信息未做修改。在Java應用程序的一次執行到另外一次執行，同一對象的hashCode()返回的哈希碼無須保持一致；

2. 如果兩個對象相等（依據：調用equals()方法），那么這兩個對象調用hashCode()返回的哈希碼也必須相等；

3. 反之，兩個對象調用hasCode()返回的哈希碼相等，這兩個對象不一定相等。

即嚴格的數學邏輯表示為： 兩個對象相等 <=>  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 <=> 兩個對象不相等。

可能有人在此產生疑問：既然比較兩個對象是否相等的唯一條件（也是沖要條件）是equals，那么為什么還要弄出一個hashCode()，并且進行如此約定，弄得這么麻煩？

其實，這主要體現在hashCode()方法的作用上，其主要用于增強哈希表的性能。

以集合類中，以Set為例，當新加一個對象時，需要判斷現有集合中是否已經存在與此對象相等的對象，如果沒有hashCode()方法，需要將Set進行一次遍歷，并逐一用equals()方法判斷兩個對象是否相等，此種算法時間復雜度為o(n)。通過借助于hasCode方法，先計算出即將新加入對象的哈希碼，然后根據哈希算法計算出此對象的位置，直接判斷此位置上是否已有對象即可。（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：對象的hashCode()返回的不是對象所在的物理內存地址。甚至也不一定是對象的邏輯地址，hashCode()相同的兩個對象，不一定相等，換言之，不相等的兩個對象，hashCode()返回的哈希碼可能相同。

因此，在上述代碼中，重寫了equals()方法后，需要重寫hashCode()方法。

package com.bjpowernode.test;
 public class User {
  private int uid;
  private String name;
  private int age;
  public int getUid() {
   return uid;
  }
  public void setUid(int uid) {
   this.uid = uid;
  }
  protected String getName() {
   return name;
  }
  public void setName(String name) {
   this.name = name;
  }
  public int getAge() {
   return age;
  }
  public void setAge(int age) {
   this.age = age;
  }
  @Override
  public boolean equals(Object obj) {
   if (obj == null || !(obj instanceof User)) {
    return false;
   }
   if (((User) obj).getUid() == this.getUid()) {
    return true;
   }
   return false;
  }
  @Override
  public int hashCode() {
   int result = 17;
   result = 31 * result + this.getUid();
   return result;
  }
 }

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

7.public String toString();

toString()方法返回該對象的字符串表示。先看一下Object中的具體方法體：

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

toString()方法相信大家都經常用到，即使沒有顯式調用，但當我們使用System.out.println(obj)時，其內部也是通過toString()來實現的。

getClass()返回對象的類對象，getClassName()以String形式返回類對象的名稱（含包名）。Integer.toHexString(hashCode())則是以對象的哈希碼為實參，以16進制無符號整數形式返回此哈希碼的字符串表示形式。
如上例中的u1的哈希碼是638，則對應的16進制為27e，調用toString()方法返回的結果為：com.bjpowernode.test.User@27e。

因此：toString()是由對象的類型和其哈希碼唯一確定，同一類型但不相等的兩個對象分別調用toString()方法返回的結果可能相同。

8/9/10/11/12. wait(...) / notify() / notifyAll()

一說到wait(...) / notify() | notifyAll()幾個方法，首先想到的是線程。確實，這幾個方法主要用于java多線程之間的協作。先具體看下這幾個方法的主要含義：
wait()：調用此方法所在的當前線程等待，直到在其他線程上調用此方法的主調（某一對象）的notify()/notifyAll()方法。

wait(long timeout)/wait(long timeout, int nanos)：調用此方法所在的當前線程等待，直到在其他線程上調用此方法的主調（某一對象）的notisfy()/notisfyAll()方法，或超過指定的超時時間量。
notify()/notifyAll()：喚醒在此對象監視器上等待的單個線程/所有線程。

wait(...) / notify() | notifyAll()一般情況下都是配套使用。下面來看一個簡單的例子：

 package com.bjpowernode.test;
 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線程執行完");
     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("線程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后同步代碼塊中依然可以繼續執行直至完畢");
   }
   System.out.println("執行notif后且同步代碼塊外的代碼執行時機取決于線程調度");
  }
  public int getTotal() {
   return total;
  }
 }

運行結果為：

1 main thread 等待t線程執行完

2 Thread name is:Thread-0

3 執行notif后同步代碼塊中依然可以繼續執行直至完畢

4 執行notif后且同步代碼塊外的代碼執行時機取決于線程調度  //此行輸出位置有具體的JVM線程調度決定，有可能最后執行

5 被notity喚醒，得以繼續執行

6 線程t執行相加結果45

既然是作用于多線程中，為什么卻是Object這個基類所具有的方法？原因在于理論上任何對象都可以視為線程同步中的監聽器，且wait(...)/notify()|notifyAll()方法只能在同步代碼塊中才能使用。
 從上述例子的輸出結果中可以得出如下結論：

1、wait(...)方法調用后當前線程將立即阻塞，且適當其所持有的同步代碼塊中的鎖，直到被喚醒或超時或打斷后且重新獲取到鎖后才能繼續執行；

2、notify()/notifyAll()方法調用后，其所在線程不會立即釋放所持有的鎖，直到其所在同步代碼塊中的代碼執行完畢，此時釋放鎖，因此，如果其同步代碼塊后還有代碼，其執行則依賴于JVM的線程調度。
在Java源碼中，可以看到wait()具體定義如下：

 public final void wait() throws InterruptedException {
  wait(0);
 }

且wait(long timeout, int nanos)方法定義內部實質上也是通過調用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中線程具有較多的知識點，是一塊比較大且重要的知識點。后期會有博文專門針對Java多線程作出詳細總結。此處不再細述。

13. protected void finalize();

finalize方法主要與Java垃圾回收機制有關。首先我們看一下finalized方法在Object中的具體定義：

 protected void finalize() throws Throwable { }

我們發現Object類中finalize方法被定義成一個空方法，為什么要如此定義呢？finalize方法的調用時機是怎么樣的呢？

首先，Object中定義finalize方法表明Java中每一個對象都將具有finalize這種行為，其具體調用時機在：JVM準備對此對形象所占用的內存空間進行垃圾回收前，將被調用。由此可以看出，此方法并不是由我們主動去調用的（雖然可以主動去調用，此時與其他自定義方法無異）。

看完上述內容，你們對深入淺析Java中的Object類有進一步的了解嗎？如果還想了解更多知識或者相關內容，請關注億速云行業資訊頻道，感謝大家的支持。