【JavaEE】详解Object类

Object类

官方定义：Class Object is the root of the class hierarchy. Every class has Object as a superclass. All objects, including arrays, implement the methods of this class.

Object 类是类层次结构的根。每个类都有 Object 作为父类。所有对象（包括数组）都实现了此类的方法。

Java是一门面向对象语言，Object类作为所有对象的父类，有必要需要了解其基本功能，接下来我将结合源码对重要功能逐一分析。

public class Object {
    private static native void registerNatives();
    static {
        registerNatives();
    }
    public final native Class<?> getClass();
    public native int hashCode();
    public boolean equals(Object obj) {return (this == obj);}
    protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;
    public String toString() {return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());}
    public final native void notify();
    public final native void notifyAll();
    public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;
    public final native void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException;
    public final void wait() throws InterruptedException {wait(0);}
    
    // other methods
}

---

registerNatives() 注册本地方法

打开源码，映入眼帘的是一个native方法以及静态代码块。

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

这是 JNI（Java Native Interface） 中的常见操作，注册本地方法。下面简要说明一下这么做的必要。

本地方法是指JDK自带的方法，通常是由其他语言（C/C++）编写的方法。由Java程序调用，但是具体实现是在本地操作系统上完成。

JNI（是一种编程框架，它允许Java代码与用其他语言（如C、C++）编写的本地应用程序或库进行交互。通过JNI，Java程序可以调用本地代码中的函数，这对于执行需要高性能或特定于平台的操作非常有用。

通常，JNI需要 1.加载本地方法库； 2.注册本地方法。 两个步骤来实现，确保这些方法在后续调用中可以正确映射到本地实现（JVM层面）。，而一些核心类，比如Object、Thread、String，已经默认加载。所以此处直接声明native方法后，通过静态代码块调用注册本地方法。

而后续的hashCode()、wait()、notify()、notifyAll()等带有native的方法都是本地方法的调用。

---

getClass()

定义：返回此对象的运行时类。返回的 Class 对象是被所表示类的静态同步方法锁定的对象。

什么是该对象的运行时类呢？
当我们创建一个对象MyObject时，编译器( javac )为我们将 .java 文件编译为 .class 文件，而JVM通过 .class 文件生成了Class对象，使用这个 Class 对象的信息，JVM会分配内存并初始化所创建对象MyObject的实例。

这里，JVM运行时创建和使用的Class对象，就是我们说的运行时类，这个对象包含了该类的所有信息，例如类的名称、方法、字段等。

public class MyObject{
    public static void main(String[] args) {
        MyObject obj = new MyObject();
        Class<?> clazz = obj.getClass();
        System.out.println("Class Name: " + clazz.getName());
    }
}

---

hashCode()

定义：返回对象的哈希值。

什么是该对象的哈希值？
Object.hashCode()是很多类默认的返回哈希值的方法，该方法返回的是对象内存地址通过哈希函数转换后的整数值，这个默认实现对于不同的对象通常会返回不同的哈希值。
哈希函数有很多种，一般我们只需要知道有这么些函数，它的作用就是为了计算哈希值，哈希值相当于对象 一种映射，每个对象都有其哈希值，但不同对象的哈希值可能会相同，即哈希冲突。

---

equals()

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

equals默认方法是直接采用的==作比较，那么两对象引用地址相同的话则返回true，或是两基本数据类型值相等的话，返回true，反之则false。

通常，我们都会对其进行改写，比如String中，就是直接比较内部真实值而非引用地址：

    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;
    }

---

clone()

    protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

定义：创建并返回当前对象基于Class类的复制。
理解：当前类 Object x = new Object();有x.clone() != x && x.clone().getClass() == x.getClass()，结果为true。

注意，若当前对象未实现Cloneable接口，则会抛出异常CloneNotSupportedException。

---

toString()

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

定义：返回当前对象的字符串表达。

这里Object默认返回的是类名 + 哈希值的16进制整数
通常，我们会将其重写，返回我们想要展示的对象信息。举例说明，希望Student.toString()返回当前学生类的姓名、班级。

class Student{
	private String name;
	private String classroom;

	@Override
	public String toString() {
		return "姓名：" + this.name + ", 班级：" + this.classroom;
	}
}

---

线程相关方法

notify()、notifyAll()、wait()等线程控制方法，本质上都是通过JNI调用本地方法，本地方法调用操作系统的线程管理 API 来执行这些方法的具体操作，即依赖于底层操作系统的线程管理机制。

唤醒、等待是线程控制的基本功能，也是后续各类线程同步的基本原理，在理解它们之前，必须先学习一个概念：监视器锁。

监视器锁（也称为内部锁或对象锁）

概念：每个 Java 对象都有一个监视器锁，它是用来实现同步的基础设施。这个锁的状态和持有信息存储在对象的对象头（object header）中。对象头包含三种信息：锁标志位和指向持有锁的线程等指针信息、对象数据体、对齐信息（8进制/16进制）。

• synchronized：
  • synchronized 关键字用于显式地获取和释放对象的监视器锁，从而实现线程同步。
  • 当一个线程进入一个同步代码块或同步方法时，它会尝试获取该对象的监视器锁。如果锁已经被其他线程持有，则当前线程会被阻塞，直到锁被释放。
• 锁的加锁和解锁机制：
  • 使用 synchronized 来修饰方法或代码块时，会对指定的对象进行加锁和解锁操作。
  • 对于实例方法，隐式锁是当前实例对象 (this)。
  • 对于静态方法，隐式锁是当前类的 Class 对象。
  • 对于同步代码块，显式锁是 synchronized 关键字后面括号中的对象。

为什么这里先介绍以下锁的基本概念，因为wait()和notify()方法必须在同步代码或同步方法中调用，它们的本质就是依赖监视器锁来实现的和synchronzied原理相同。因此，wait()和notify()必须被调用的是同一个对象的监视器锁，否则会抛出IllegalMonitorStateException异常。

wait()：
1. 线程调用对象的wait()方法。
2. 线程释放对象的监视器锁。
3. 线程进入等待队列中等待唤醒。
4. 其他线程调用对象的notify()方法。
5. 一个等待的线程被唤醒。
6. 唤醒的线程重新获取对象的监视器锁。
7. 线程从等待状态变为可运行状态。
8. 线程继续执行。

notify()：
1. 线程调用对象的notify()方法。
2. 唤醒等待队列中的一个线程。
3. 被唤醒的线程重新获取对象的监视器锁。
4. 线程从等待状态变为可运行状态。
5. 线程继续执行。

细节内容会在Thread类的详解中说明，此处不过多赘述，明白Object类为每一个对象都提供了基本的线程唤醒、等待功能即可。