JDK1.8源码(一)——java.lang.Object类
本系列博客将对JDK1.8版本的相关类从源码层次进行介绍，JDK8的下载地址。
首先介绍JDK中所有类的基类——java.lang.Object。
Object 类属于 java.lang 包，此包下的所有类在使用时无需手动导入，系统会在程序编译期间自动导入。Object 类是所有类的基类，当一个类没有直接继承某个类时，默认继承Object类，也就是说任何类都直接或间接继承此类，Object 类中能访问的方法在所有类中都可以调用，下面我们会分别介绍Object 类中的所有方法。
1、Object 类的结构图
Object.class类
1 /* 2 * Copyright (c) 1994, 2012, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved. 3 * ORACLE PROPRIETARY/CONFIDENTIAL. Use is subject to license terms. 4 * 5 */ 6 7 package java.lang; 8 9 /**10 * Class {@code Object} is the root of the class hierarchy.11 * Every class has {@code Object} as a superclass. All objects,12 * including arrays, implement the methods of this class.13 *14 * @author unascribed15 * @see java.lang.Class16 * @since JDK1.017 */18 public class Object {19 20 private static native void registerNatives();21 static {22 registerNatives();23 }24 25 public final native Class getClass();26 27 public native int hashCode();28 29 public boolean equals(Object obj) {30 return (this == obj);31 }32 33 protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;34 35 public String toString() {36 return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());37 }38 39 public final native void notify();40 41 public final native void notifyAll();42 43 public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;44 45 public final void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException {46 if (timeout < 0) {47 throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");48 }49 if (nanos < 0 || nanos > 999999) {50 throw new IllegalArgumentException(51 "nanosecond timeout value out of range");52 }53 if (nanos > 0) {54 timeout++;55 }56 wait(timeout);57 }58 59 public final void wait() throws InterruptedException {60 wait(0);61 }62 63 protected void finalize() throws Throwable { }64 }
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2、 为什么java.lang包下的类不需要手动导入？
不知道大家注意到没，我们在使用诸如Date类时，需要手动导入import java.util.Date，再比如使用File类时，也需要手动导入import java.io.File。但是我们在使用Object类，String 类，Integer类等不需要手动导入，而能直接使用，这是为什么呢？
这里先告诉大家一个结论：使用 java.lang 包下的所有类，都不需要手动导入。
另外我们介绍一下Java中的两种导包形式，导包有两种方法：
①、单类型导入（single-type-import），例如import java.util.Date
②、按需类型导入(type-import-on-demand)，例如import java.util.*
单类型导入比较好理解，我们编程所使用的各种工具默认都是按照单类型导包的，需要什么类便导入什么类，这种方式是导入指定的public类或者接口；
按需类型导入，比如 import java.util.*，可能看到后面的 *，大家会以为是导入java.util包下的所有类，其实并不是这样，我们根据名字按需导入要知道他是按照需求导入，并不是导入整个包下的所有类。
Java编译器会从启动目录(bootstrap)，扩展目录(extension)和用户类路径下去定位需要导入的类，而这些目录进仅仅是给出了类的顶层目录，编译器的类文件定位方法大致可以理解为如下公式：
顶层路径名 \ 包名 \ 文件名.class = 绝对路径
单类型导入我们知道包名和文件名，所以编译器可以一次性查找定位到所要的类文件。按需类型导入则比较复杂，编译器会把包名和文件名进行排列组合，然后对所有的可能性进行类文件查找定位。例如：
package com; import java.io.*; import java.util.*;
如果我们文件中使用到了 File 类，那么编译器会根据如下几个步骤来进行查找 File 类：
①、File // File类属于无名包，就是说File类没有package语句，编译器会首先搜索无名包
②、com.File // File类属于当前包，就是我们当前编译类的包路径
③、java.lang.File //由于编译器会自动导入java.lang包，所以也会从该包下查找
④、java.io.File
⑤、java.util.File
......
需要注意的地方就是，编译器找到java.io.File类之后并不会停止下一步的寻找，而要把所有的可能性都查找完以确定是否有类导入冲突。假设此时的顶层路径有三个，那么编译器就会进行3*5=15次查找。
如果在查找完成后，编译器发现了两个同名的类，那么就会报错。要删除你不用的那个类，然后再编译。
所以我们可以得出这样的结论：按需类型导入是绝对不会降低Java代码的执行效率的，但会影响到Java代码的编译速度。所以我们在编码时最好是使用单类型导入，这样不仅能提高编译速度，也能避免命名冲突。
讲清楚Java的两种导包类型了，我们在回到为什么可以直接使用 Object 类，看到上面查找类文件的第③步，编译器会自动导入 java.lang 包，那么当然我们能直接使用了。至于原因，因为用的多，提前加载了，省资源。
3、类构造器
我们知道类构造器是创建Java对象的途径之一，通过new 关键字调用构造器完成对象的实例化，还能通过构造器对对象进行相应的初始化。一个类必须要有一个构造器的存在，如果没有显示声明，那么系统会默认创造一个无参构造器，在JDK的Object类源码中，是看不到构造器的，系统会自动添加一个无参构造器。我们可以通过：
Object obj = new Object()；构造一个Object类的对象。
4、equals 方法
通常很多面试题都会问 equals() 方法和 == 运算符的区别，== 运算符用于比较基本类型的值是否相同，或者比较两个对象的引用是否相等，而 equals 用于比较两个对象是否相等，这样说可能比较宽泛，两个对象如何才是相等的呢？这个标尺该如何定？
我们可以看看 Object 类中的equals 方法：
public boolean equals(Object obj) { return (this == obj);
}
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可以看到，在 Object 类中，== 运算符和 equals 方法是等价的，都是比较两个对象的引用是否相等，从另一方面来讲，如果两个对象的引用相等，那么这两个对象一定是相等的。对于我们自定义的一个对象，如果不重写 equals 方法，那么在比较对象的时候就是调用 Object 类的 equals 方法，也就是用 == 运算符比较两个对象。我们可以看看 String 类中的重写的 equals 方法：
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;
}
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String 是引用类型，比较时不能比较引用是否相等，重点是字符串的内容是否相等。所以 String 类定义两个对象相等的标准是字符串内容都相同。
在Java规范中，对 equals 方法的使用必须遵循以下几个原则：
①、自反性：对于任何非空引用值 x，x.equals(x) 都应返回 true。
②、对称性：对于任何非空引用值 x 和 y，当且仅当 y.equals(x) 返回 true 时，x.equals(y) 才应返回 true。
③、传递性：对于任何非空引用值 x、y 和 z，如果 x.equals(y) 返回 true，并且 y.equals(z) 返回 true，那么 x.equals(z) 应返回 true。
④、一致性：对于任何非空引用值 x 和 y，多次调用 x.equals(y) 始终返回 true 或始终返回 false，前提是对象上 equals 比较中所用的信息没有被修改
⑤、对于任何非空引用值 x，x.equals(null) 都应返回 false。
下面我们自定义一个 Person 类，然后重写其equals 方法，比较两个 Person 对象：
1 package com.ys.bean; 2 /** 3 * Create by vae 4 */ 5 public class Person { 6 private String pname; 7 private int page; 8 9 public Person(){}10 11 public Person(String pname,int page){12 this.pname = pname;13 this.page = page;14 }15 public int getPage() {16 return page;17 }18 19 public void setPage(int page) {20 this.page = page;21 }22 23 public String getPname() {24 return pname;25 }26 27 public void setPname(String pname) {28 this.pname = pname;29 }30 @Override31 public boolean equals(Object obj) {32 if(this == obj){//引用相等那么两个对象当然相等33 return true;34 }35 if(obj == null || !(obj instanceof Person)){//对象为空或者不是Person类的实例36 return false;37 }38 Person otherPerson = (Person)obj;39 if(otherPerson.getPname().equals(this.getPname()) && otherPerson.getPage()==this.getPage()){40 return true;41 }42 return false;43 }44 45 public static void main(String[] args) {46 Person p1 = new Person("Tom",21);47 Person p2 = new Person("Marry",20);48 System.out.println(p1==p2);//false49 System.out.println(p1.equals(p2));//false50 51 Person p3 = new Person("Tom",21);52 System.out.println(p1.equals(p3));//true53 }54 55 }
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通过重写 equals 方法，我们自定义两个对象相等的标尺为Person对象的两个属性都相等，则对象相等，否则不相等。如果不重写 equals 方法，那么始终是调用 Object 类的equals 方法，也就是用 == 比较两个对象在栈内存中的引用地址是否相等。
这时候有个Person 类的子类 Man，也重写了 equals 方法：
1 package com.ys.bean; 2 /** 3 * Create by vae 4 */ 5 public class Man extends Person{ 6 private String sex; 7 8 public Man(String pname,int page,String sex){ 9 super(pname,page);10 this.sex = sex;11 }12 @Override13 public boolean equals(Object obj) {14 if(!super.equals(obj)){15 return false;16 }17 if(obj == null || !(obj instanceof Man)){//对象为空或者不是Person类的实例18 return false;19 }20 Man man = (Man) obj;21 return sex.equals(man.sex);22 }23 24 public static void main(String[] args) {25 Person p = new Person("Tom",22);26 Man m = new Man("Tom",22,"男");27 28 System.out.println(p.equals(m));//true29 System.out.println(m.equals(p));//false30 }31 }
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通过打印结果我们发现 person.equals(man)得到的结果是 true，而man.equals(person)得到的结果却是false,这显然是不正确的。
问题出现在 instanceof 关键字上，关于 instanceof 关键字的用法，可以参考我的这篇文章：http://www.cnblogs.com/ysocean/p/8486500.html
Man 是 Person 的子类，person instanceof Man 结果当然是false。这违反了我们上面说的对称性。
实际上用 instanceof 关键字是做不到对称性的要求的。这里推荐做法是用 getClass()方法取代 instanceof 运算符。getClass() 关键字也是 Object 类中的一个方法，作用是返回一个对象的运行时类，下面我们会详细讲解。
那么 Person 类中的 equals 方法为：
public boolean equals(Object obj) { if(this == obj){//引用相等那么两个对象当然相等
return true;
} if(obj == null || (getClass() != obj.getClass())){//对象为空或者不是Person类的实例
return false;
}
Person otherPerson = (Person)obj; if(otherPerson.getPname().equals(this.getPname()) && otherPerson.getPage()==this.getPage()){ return true;
} return false;
}
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打印结果 person.equals(man)得到的结果是 false，man.equals(person)得到的结果也是false，满足对称性。
注意：使用 getClass 不是绝对的，要根据情况而定，毕竟定义对象是否相等的标准是由程序员自己定义的。而且使用 getClass 不符合多态的定义，比如 AbstractSet 抽象类，它有两个子类 TreeSet 和 HashSet,他们分别使用不同的算法实现查找集合的操作，但无论集合采用哪种方式实现，都需要拥有对两个集合进行比较的功能，如果使用 getClass 实现equals方法的重写，那么就不能在两个不同子类的对象进行相等的比较。而且集合类比较特殊，其子类是不需要自定义相等的概念的。
所以什么时候使用 instanceof 运算符，什么时候使用 getClass() 有如下建议：
①、如果子类能够拥有自己的相等概念，则对称性需求将强制采用 getClass 进行检测。
②、如果有超类决定相等的概念，那么就可以使用 instanceof 进行检测，这样可以在不同的子类的对象之间进行相等的比较。
下面给出一个完美的 equals 方法的建议：
1、显示参数命名为 otherObject，稍后会将它转换成另一个叫做 other 的变量。
2、判断比较的两个对象引用是否相等，如果引用相等那么表示是同一个对象，那么当然相等
3、如果 otherObject 为 null，直接返回false，表示不相等
4、比较 this 和 otherObject 是否是同一个类：如果 equals 的语义在每个子类中有所改变，就使用 getClass 检测；如果所有的子类都有统一的定义，那么使用 instanceof 检测
5、将 otherObject 转换成对应的类类型变量
6、最后对对象的属性进行比较。使用 == 比较基本类型，使用 equals 比较对象。如果都相等则返回true，否则返回false。注意如果是在子类中定义equals，则要包含 super.equals(other)
下面我们给出 Person 类中完整的 equals 方法的书写：
1 @Override 2 public boolean equals(Object otherObject) { 3 //1、判断比较的两个对象引用是否相等，如果引用相等那么表示是同一个对象，那么当然相等 4 if(this == otherObject){ 5 return true; 6 } 7 //2、如果 otherObject 为 null，直接返回false，表示不相等 8 if(otherObject == null ){//对象为空或者不是Person类的实例 9 return false;10 }11 //3、比较 this 和 otherObject 是否是同一个类（注意下面两个只能使用一种）12 //3.1：如果 equals 的语义在每个子类中所有改变，就使用 getClass 检测13 if(this.getClass() != otherObject.getClass()){14 return false;15 }16 //3.2：如果所有的子类都有统一的定义，那么使用 instanceof 检测17 if(!(otherObject instanceof Person)){18 return false;19 }20 21 //4、将 otherObject 转换成对应的类类型变量22 Person other = (Person) otherObject;23 24 //5、最后对对象的属性进行比较。使用 == 比较基本类型，使用 equals 比较对象。如果都相等则返回true，否则返回false25 // 使用 Objects 工具类的 equals 方法防止比较的两个对象有一个为 null而报错，因为 null.equals() 是会抛异常的26 return Objects.equals(this.pname,other.pname) && this.page == other.page;27 28 //6、注意如果是在子类中定义equals，则要包含 super.equals(other)29 //return super.equals(other) && Objects.equals(this.pname,other.pname) && this.page == other.page;30 31 }
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请注意，无论何时重写此方法，通常都必须重写hashCode方法，以维护hashCode方法的一般约定，该方法声明相等对象必须具有相同的哈希代码。hashCode 也是 Object 类中的方法，后面会详细讲解。
5、getClass 方法
上面我们在介绍 equals 方法时，介绍如果 equals 的语义在每个子类中有所改变，那么使用 getClass 检测，为什么这样说呢？
getClass()在 Object 类中如下，作用是返回对象的运行时类。
public final native Class getClass();
这是一个用 native 关键字修饰的方法，关于 native 关键字的详细介绍如下：http://www.cnblogs.com/ysocean/p/8476933.html
这里我们要知道用 native 修饰的方法我们不用考虑，由操作系统帮我们实现，该方法的作用是返回一个对象的运行时类，通过这个类对象我们可以获取该运行时类的相关属性和方法。也就是Java中的反射，各种通用的框架都是利用反射来实现的，这里我们不做详细的描述。
这里详细的介绍 getClass 方法返回的是一个对象的运行时类对象，这该怎么理解呢？Java中还有一种这样的用法，通过 类名.class 获取这个类的类对象 ，这两种用法有什么区别呢？
父类：Parent.class
public class Parent {}
子类：Son.class
public class Son extends Parent{}
测试：
@Testpublic void testClass(){
Parent p = new Son();
System.out.println(p.getClass());
System.out.println(Parent.class);
}
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打印结果：
结论：class 是一个类的属性，能获取该类编译时的类对象，而 getClass() 是一个类的方法，它是获取该类运行时的类对象。
还有一个需要大家注意的是，虽然Object类中getClass() 方法声明是：public final native Class
Class<? extends String> c = "".getClass();
也就是说类型为T的变量getClass方法的返回值类型其实是Class
这在官方文档中也有说明：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/Object.html#getClass--
6、hashCode 方法
hashCode 在 Object 类中定义如下：
public native int hashCode();
这也是一个用 native 声明的本地方法，作用是返回对象的散列码，是 int 类型的数值。
那么这个方法存在的意义是什么呢?
我们知道在Java 中有几种集合类，比如 List,Set，还有 Map，List集合一般是存放的元素是有序可重复的，Set 存放的元素则是无序不可重复的，而 Map 集合存放的是键值对。
前面我们说过判断一个元素是否相等可以通过 equals 方法，没增加一个元素，那么我们就通过 equals 方法判断集合中的每一个元素是否重复，但是如果集合中有10000个元素了，但我们新加入一个元素时，那就需要进行10000次equals方法的调用，这显然效率很低。
于是，Java 的集合设计者就采用了 哈希表 来实现。关于哈希表的数据结构我有过介绍。哈希算法也称为散列算法，是将数据依特定算法产生的结果直接指定到一个地址上。这个结果就是由 hashCode 方法产生。这样一来，当集合要添加新的元素时，先调用这个元素的 hashCode 方法，就一下子能定位到它应该放置的物理位置上。
①、如果这个位置上没有元素，它就可以直接存储在这个位置上，不用再进行任何比较了；
②、如果这个位置上已经有元素了，就调用它的equals方法与新元素进行比较，相同的话就不存了；
③、不相同的话，也就是发生了Hash key相同导致冲突的情况，那么就在这个Hash key的地方产生一个链表，将所有产生相同HashCode的对象放到这个单链表上去，串在一起（很少出现）。这样一来实际调用equals方法的次数就大大降低了，几乎只需要一两次。
这里有 A,B,C,D四个对象，分别通过 hashCode 方法产生了三个值，注意 A 和 B 对象调用 hashCode 产生的值是相同的，即 A.hashCode() = B.hashCode() = 0x001,发生了哈希冲突，这时候由于最先是插入了 A，在插入的B的时候，我们发现 B 是要插入到 A 所在的位置，而 A 已经插入了，这时候就通过调用 equals 方法判断 A 和 B 是否相同，如果相同就不插入 B，如果不同则将 B 插入到 A 后面的位置。所以对于 equals 方法和 hashCode 方法有如下要求：
一、hashCode 要求
①、在程序运行时期间，只要对象的（字段的）变化不会影响equals方法的决策结果，那么，在这个期间，无论调用多少次hashCode，都必须返回同一个散列码。
②、通过equals调用返回true 的2个对象的hashCode一定一样。
③、通过equasl返回false 的2个对象的散列码不需要不同，也就是他们的hashCode方法的返回值允许出现相同的情况。
因此我们可以得到如下推论：
两个对象相等，其 hashCode 一定相同;
两个对象不相等，其 hashCode 有可能相同;
hashCode 相同的两个对象，不一定相等;
hashCode 不相同的两个对象，一定不相等;
这四个推论通过上图可以更好的理解。
可能会有人疑问，对于不能重复的集合，为什么不直接通过 hashCode 对于每个元素都产生唯一的值，如果重复就是相同的值，这样不就不需要调用 equals 方法来判断是否相同了吗？
实际上对于元素不是很多的情况下，直接通过 hashCode 产生唯一的索引值，通过这个索引值能直接找到元素，而且还能判断是否相同。比如数据库存储的数据，ID 是有序排列的，我们能通过 ID 直接找到某个元素，如果新插入的元素 ID 已经有了，那就表示是重复数据，这是很完美的办法。但现实是存储的元素很难有这样的 ID 关键字，也就很难这种实现 hashCode 的唯一算法，再者就算能实现，但是产生的 hashCode 码是非常大的，这会大的超过 Java 所能表示的范围，很占内存空间，所以也是不予考虑的。
二、hashCode 编写指导：
①、不同对象的hash码应该尽量不同，避免hash冲突，也就是算法获得的元素要尽量均匀分布。
②、hash 值是一个 int 类型，在Java中占用 4 个字节，也就是 232 次方，要避免溢出。
在 JDK 的 Integer类，Float 类，String 类等都重写了 hashCode 方法，我们自定义对象也可以参考这些类来写。
下面是 JDK String 类的hashCode 源码：
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;
}
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再次提醒大家，对于 Map 集合，我们可以选取Java中的基本类型，还有引用类型 String 作为 key，因为它们都按照规范重写了 equals 方法和 hashCode 方法。但是如果你用自定义对象作为 key，那么一定要覆写 equals 方法和 hashCode 方法，不然会有意想不到的错误产生。
7、toString 方法
该方法在 JDK 的源码如下：
public String toString() { return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
}
getClass().getName()是返回对象的全类名（包含包名）,Integer.toHexString(hashCode()) 是以16进制无符号整数形式返回此哈希码的字符串表示形式。
打印某个对象时，默认是调用 toString 方法，比如 System.out.println(person),等价于 System.out.println(person.toString())
8、notify()/notifyAll()/wait()
这是用于多线程之间的通信方法，在后面讲解多线程会详细描述，这里就不做讲解了。
9、finalize 方法
protected void finalize() throws Throwable { }
该方法用于垃圾回收，一般由 JVM 自动调用，一般不需要程序员去手动调用该方法。后面再讲解 JVM 的时候会详细展开描述。
10、registerNatives 方法
该方法在 Object 类中定义如下：
private static native void registerNatives();
这是一个本地方法，在 native 介绍 中我们知道一个类定义了本地方法后，想要调用操作系统的实现，必须还要装载本地库，但是我们发现在 Object.class 类中具有很多本地方法，但是却没有看到本地库的载入代码。而且这是用 private 关键字声明的，在类外面根本调用不了，我们接着往下看关于这个方法的类似源码：
static {
registerNatives();
}
看到上面的代码，这就明白了吧。静态代码块就是一个类在初始化过程中必定会执行的内容，所以在类加载的时候是会执行该方法的，通过该方法来注册本地方法。