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Java從JDK源碼角度對(duì)Object進(jìn)行實(shí)例分析

 更新時(shí)間:2017年12月14日 10:13:02   作者:default  
這篇文章主要介紹了Java從JDK源碼角度對(duì)Object進(jìn)行實(shí)例分析,具有一定借鑒價(jià)值,需要的朋友可以參考下。

Object是所有類的父類,也就是說(shuō)java中所有的類都是直接或者間接繼承自O(shè)bject類。比如你隨便創(chuàng)建一個(gè)classA,雖然沒(méi)有明說(shuō),但默認(rèn)是extendsObject的。

后面的三個(gè)點(diǎn)"..."表示可以接受若干不確定數(shù)量的參數(shù)。老的寫法是Objectargs[]這樣,但新版本的java中推薦使用...來(lái)表示。例如

publicvoidgetSomething(String...strings)(){}

object是java中所有類的父類,也就是說(shuō)所有的類,不管是自己創(chuàng)建的類還是系統(tǒng)中的類都繼承自object類,也就是說(shuō)所有的類在任何場(chǎng)合都可以代替object類,根據(jù)里氏替換原則,子類在任何場(chǎng)合都可以代替其父類,而父類卻不一定能代替其子類,java中常說(shuō)的萬(wàn)物皆對(duì)象說(shuō)的其實(shí)就是這個(gè)道理!object類體現(xiàn)了oop思想中的多態(tài),繼承,封裝,抽象四大特性!

object類是所有類的基類,不是數(shù)據(jù)類型。這個(gè)你可以查詢jdk文檔了解,所有類都繼承自O(shè)bject。

Object...objects這種參數(shù)定義是在不確定方法參數(shù)的情況下的一種多態(tài)表現(xiàn)形式。即這個(gè)方法可以傳遞多個(gè)參數(shù),這個(gè)參數(shù)的個(gè)數(shù)是不確定的。這樣你在方法體中需要相應(yīng)的做些處理。因?yàn)镺bject是基類,所以使用Object...objects這樣的參數(shù)形式,允許一切繼承自O(shè)bject的對(duì)象作為參數(shù)。這種方法在實(shí)際中應(yīng)該還是比較少用的。

Object[]obj這樣的形式,就是一個(gè)Object數(shù)組構(gòu)成的參數(shù)形式。說(shuō)明這個(gè)方法的參數(shù)是固定的,是一個(gè)Object數(shù)組,至于這個(gè)數(shù)組中存儲(chǔ)的元素,可以是繼承自O(shè)bject的所有類的對(duì)象。

這些基礎(chǔ)東西建議你多看幾遍"Thinkinjava"

Java的Object是所有其他類的父類,從繼承的層次來(lái)看它就是最頂層根,所以它也是唯一一個(gè)沒(méi)有父類的類。它包含了對(duì)象常用的一些方法,比如getClass、hashCode、equals、clone、toString、notify、wait等常用方法。所以其他類繼承了Object后就可以不用重復(fù)實(shí)現(xiàn)這些方法。這些方法大多數(shù)是native方法,下面具體分析。

主要的代碼如下:

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 void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException {
		if (timeout < 0) {
			throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
		}
		if (nanos < 0 || nanos > 999999) {
			throw new IllegalArgumentException("nanosecond timeout value out of range");
		}
		if (nanos > 0) {
			timeout++;
		}
		wait(timeout);
	}
	public final void wait() throws InterruptedException {
		wait(0);
	}
	protected void finalize() throws Throwable {
	}
}

registerNatives方法

由于registerNatives方法被static塊修飾,所以在加載Object類時(shí)就會(huì)執(zhí)行該方法,對(duì)應(yīng)的本地方法為Java_java_lang_Object_registerNatives,如下,

JNIEXPORT void JNICALL
Java_java_lang_Object_registerNatives(JNIEnv *env, jclass cls)
{
	(*env)->RegisterNatives(env, cls,
	methods, sizeof(methods)/sizeof(methods[0]));
}

可以看到它間接調(diào)用了JNINativeInterface_結(jié)構(gòu)體的方法,簡(jiǎn)單可以看成是這樣:它干的事大概就是將Java層的方法名和本地函數(shù)對(duì)應(yīng)起來(lái),方便執(zhí)行引擎在執(zhí)行字節(jié)碼時(shí)根據(jù)這些對(duì)應(yīng)關(guān)系表來(lái)調(diào)用C/C++函數(shù),如下面,將這些方法進(jìn)行注冊(cè),執(zhí)行引擎執(zhí)行到hashCode方法時(shí)就可以通過(guò)關(guān)系表來(lái)查找到JVM的JVM_IHashCode函數(shù),其中()I還可以得知Java層上的類型應(yīng)該轉(zhuǎn)為int類型。這個(gè)映射其實(shí)就可以看成將字符串映射到函數(shù)指針。

static JNINativeMethod methods[] = {
  {"hashCode",  "()I",          (void *)&JVM_IHashCode},
  {"wait",    "(J)V",          (void *)&JVM_MonitorWait},
  {"notify",   "()V",          (void *)&JVM_MonitorNotify},
  {"notifyAll",  "()V",          (void *)&JVM_MonitorNotifyAll},
  {"clone",    "()Ljava/lang/Object;",  (void *)&JVM_Clone},
};

getClass方法

getClass方法也是個(gè)本地方法,對(duì)應(yīng)的本地方法為Java_java_lang_Object_getClass,如下:

JNIEXPORT jclass JNICALL
Java_java_lang_Object_getClass(JNIEnv *env, jobject this)
{
  if (this == NULL) {
    JNU_ThrowNullPointerException(env, NULL);
    return 0;
  } else {
    return (*env)->GetObjectClass(env, this);
  }
}

所以這里主要就是看GetObjectClass函數(shù)了,Java層的Class在C++層與之對(duì)應(yīng)的則是klassOop,所以關(guān)于類的元數(shù)據(jù)和方法信息可以通過(guò)它獲得。

JNI_ENTRY(jclass, jni_GetObjectClass(JNIEnv *env, jobject obj))
 JNIWrapper("GetObjectClass");
 DTRACE_PROBE2(hotspot_jni, GetObjectClass__entry, env, obj);
 klassOop k = JNIHandles::resolve_non_null(obj)->klass();
 jclass ret =
  (jclass) JNIHandles::make_local(env, Klass::cast(k)->java_mirror());
 DTRACE_PROBE1(hotspot_jni, GetObjectClass__return, ret);
 return ret;
JNI_END

hashCode方法

由前面registerNatives方法將幾個(gè)本地方法注冊(cè)可知,hashCode方法對(duì)應(yīng)的函數(shù)為JVM_IHashCode,即

JVM_ENTRY(jint, JVM_IHashCode(JNIEnv* env, jobject handle))
 JVMWrapper("JVM_IHashCode");
 // as implemented in the classic virtual machine; return 0 if object is NULL
 return handle == NULL ? 0 : ObjectSynchronizer::FastHashCode (THREAD, JNIHandles::resolve_non_null(handle)) ;
JVM_END

對(duì)于hashcode生成的邏輯由synchronizer.cpp的get_next_hash函數(shù)決定,實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜,根據(jù)hashcode的不同值有不同的生成策略,最后使用一個(gè)hash掩碼處理。

static inline intptr_t get_next_hash(Thread * Self, oop obj) {
	intptr_t value = 0 ;
	if (hashCode == 0) {
		value = os::random() ;
	} else
	 if (hashCode == 1) {
		intptr_t addrBits = intptr_t(obj) >> 3 ;
		value = addrBits ^ (addrBits >> 5) ^ GVars.stwRandom ;
	} else
	 if (hashCode == 2) {
		value = 1 ;
		// for sensitivity testing
	} else
	 if (hashCode == 3) {
		value = ++GVars.hcSequence ;
	} else
	 if (hashCode == 4) {
		value = intptr_t(obj) ;
	} else {
		unsigned t = Self->_hashStateX ;
		t ^= (t << 11) ;
		Self->_hashStateX = Self->_hashStateY ;
		Self->_hashStateY = Self->_hashStateZ ;
		Self->_hashStateZ = Self->_hashStateW ;
		unsigned v = Self->_hashStateW ;
		v = (v ^ (v >> 19)) ^ (t ^ (t >> 8)) ;
		Self->_hashStateW = v ;
		value = v ;
	}
	value &= markOopDesc::hash_mask;
	if (value == 0) value = 0xBAD ;
	assert (value != markOopDesc::no_hash, "invariant") ;
	TEVENT (hashCode: GENERATE) ;
	return value;
}

equals方法

這是一個(gè)非本地方法,判斷邏輯也十分簡(jiǎn)單,直接==比較。

clone方法

由本地方法表知道clone方法對(duì)應(yīng)的本地函數(shù)為JVM_Clone,clone方法主要實(shí)現(xiàn)對(duì)象的克隆功能,根據(jù)該對(duì)象生成一個(gè)相同的新對(duì)象(我們常見(jiàn)的類的對(duì)象的屬性如果是原始類型則會(huì)克隆值,但如果是對(duì)象則會(huì)克隆對(duì)象的地址)。Java的類要實(shí)現(xiàn)克隆則需要實(shí)現(xiàn)Cloneable接口,if (!klass->is_cloneable())這里會(huì)校驗(yàn)是否有實(shí)現(xiàn)該接口。然后判斷是否是數(shù)組分兩種情況分配內(nèi)存空間,新對(duì)象為new_obj,接著對(duì)new_obj進(jìn)行copy及C++層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)置。最后再轉(zhuǎn)成jobject類型方便轉(zhuǎn)成Java層的Object類型。

JVM_ENTRY(jobject, JVM_Clone(JNIEnv* env, jobject handle))
 JVMWrapper("JVM_Clone");
Handle obj(THREAD, JNIHandles::resolve_non_null(handle));
const KlassHandle klass (THREAD, obj->klass());
JvmtiVMObjectAllocEventCollector oam;
if (!klass->is_cloneable()) {
	ResourceMark rm(THREAD);
	THROW_MSG_0(vmSymbols::java_lang_CloneNotSupportedException(), klass->external_name());
}
const int size = obj->size();
oop new_obj = NULL;
if (obj->is_javaArray()) {
	const int length = ((arrayOop)obj())->length();
	new_obj = CollectedHeap::array_allocate(klass, size, length, CHECK_NULL);
} else {
	new_obj = CollectedHeap::obj_allocate(klass, size, CHECK_NULL);
}
Copy::conjoint_jlongs_atomic((jlong*)obj(), (jlong*)new_obj,
                (size_t)align_object_size(size) / HeapWordsPerlong);
new_obj->init_mark();
BarrierSet* bs = Universe::heap()->barrier_set();
assert(bs->has_write_region_opt(), "Barrier set does not have write_region");
bs->write_region(MemRegion((HeapWord*)new_obj, size));
if (klass->has_finalizer()) {
	assert(obj->is_instance(), "should be instanceOop");
	new_obj = instanceKlass::register_finalizer(instanceOop(new_obj), CHECK_NULL);
}
return JNIHandles::make_local(env, oop(new_obj));
JVM_END

toString方法

邏輯是獲取class名稱加上@再加上十六進(jìn)制的hashCode。

notify方法

此方法用來(lái)喚醒線程,final修飾說(shuō)明不可重寫。與之對(duì)應(yīng)的本地方法為JVM_MonitorNotify,ObjectSynchronizer::notify最終會(huì)調(diào)用ObjectMonitor::notify(TRAPS),這個(gè)過(guò)程是ObjectSynchronizer會(huì)嘗試當(dāng)前線程獲取freeObjectMonitor對(duì)象,不成功則嘗試從全局中獲取。

JVM_ENTRY(void, JVM_MonitorNotify(JNIEnv* env, jobject handle))
 JVMWrapper("JVM_MonitorNotify");
 Handle obj(THREAD, JNIHandles::resolve_non_null(handle));
 assert(obj->is_instance() || obj->is_array(), "JVM_MonitorNotify must apply to an object");
 ObjectSynchronizer::notify(obj, CHECK);
JVM_END

ObjectMonitor對(duì)象包含一個(gè)_WaitSet隊(duì)列對(duì)象,此對(duì)象保存著所有處于wait狀態(tài)的線程,用ObjectWaiter對(duì)象表示。notify要做的事是先獲取_WaitSet隊(duì)列鎖,再取出_WaitSet隊(duì)列中第一個(gè)ObjectWaiter對(duì)象,再根據(jù)不同策略處理該對(duì)象,比如把它加入到_EntryList隊(duì)列中。然后再釋放_(tái)WaitSet隊(duì)列鎖。它并沒(méi)有釋放synchronized對(duì)應(yīng)的鎖,所以鎖只能等到synchronized同步塊結(jié)束時(shí)才釋放。

void ObjectMonitor::notify(TRAPS) {
	CHECK_OWNER();
	if (_WaitSet == NULL) {
		TEVENT (Empty-Notify) ;
		return ;
	}
	DTRACE_MONITOR_PROBE(notify, this, object(), THREAD);
	int Policy = Knob_MoveNotifyee ;
	Thread::SpinAcquire (&_WaitSetLock, "WaitSet - notify") ;
	ObjectWaiter * iterator = DequeueWaiter() ;
	if (iterator != NULL) {
		TEVENT (Notify1 - Transfer) ;
		guarantee (iterator->TState == ObjectWaiter::TS_WAIT, "invariant") ;
		guarantee (iterator->_notified == 0, "invariant") ;
		if (Policy != 4) {
			iterator->TState = ObjectWaiter::TS_ENTER ;
		}
		iterator->_notified = 1 ;
		ObjectWaiter * List = _EntryList ;
		if (List != NULL) {
			assert (List->_prev == NULL, "invariant") ;
			assert (List->TState == ObjectWaiter::TS_ENTER, "invariant") ;
			assert (List != iterator, "invariant") ;
		}
		if (Policy == 0) {
			// prepend to EntryList
			if (List == NULL) {
				iterator->_next = iterator->_prev = NULL ;
				_EntryList = iterator ;
			} else {
				List->_prev = iterator ;
				iterator->_next = List ;
				iterator->_prev = NULL ;
				_EntryList = iterator ;
			}
		} else
		   if (Policy == 1) {
			// append to EntryList
			if (List == NULL) {
				iterator->_next = iterator->_prev = NULL ;
				_EntryList = iterator ;
			} else {
				// CONSIDER: finding the tail currently requires a linear-time walk of
				// the EntryList. We can make tail access constant-time by converting to
				// a CDLL instead of using our current DLL.
				ObjectWaiter * Tail ;
				for (Tail = List ; Tail->_next != NULL ; Tail = Tail->_next) ;
				assert (Tail != NULL && Tail->_next == NULL, "invariant") ;
				Tail->_next = iterator ;
				iterator->_prev = Tail ;
				iterator->_next = NULL ;
			}
		} else
		   if (Policy == 2) {
			// prepend to cxq
			// prepend to cxq
			if (List == NULL) {
				iterator->_next = iterator->_prev = NULL ;
				_EntryList = iterator ;
			} else {
				iterator->TState = ObjectWaiter::TS_CXQ ;
				for (;;) {
					ObjectWaiter * Front = _cxq ;
					iterator->_next = Front ;
					if (Atomic::cmpxchg_ptr (iterator, &_cxq, Front) == Front) {
						break ;
					}
				}
			}
		} else
		   if (Policy == 3) {
			// append to cxq
			iterator->TState = ObjectWaiter::TS_CXQ ;
			for (;;) {
				ObjectWaiter * Tail ;
				Tail = _cxq ;
				if (Tail == NULL) {
					iterator->_next = NULL ;
					if (Atomic::cmpxchg_ptr (iterator, &_cxq, NULL) == NULL) {
						break ;
					}
				} else {
					while (Tail->_next != NULL) Tail = Tail->_next ;
					Tail->_next = iterator ;
					iterator->_prev = Tail ;
					iterator->_next = NULL ;
					break ;
				}
			}
		} else {
			ParkEvent * ev = iterator->_event ;
			iterator->TState = ObjectWaiter::TS_RUN ;
			OrderAccess::fence() ;
			ev->unpark() ;
		}
		if (Policy < 4) {
			iterator->wait_reenter_begin(this);
		}
		// _WaitSetLock protects the wait queue, not the EntryList. We could
		// move the add-to-EntryList operation, above, outside the critical section
		// protected by _WaitSetLock. In practice that's not useful. With the
		// exception of wait() timeouts and interrupts the monitor owner
		// is the only thread that grabs _WaitSetLock. There's almost no contention
		// on _WaitSetLock so it's not profitable to reduce the length of the
		// critical section.
	}
	Thread::SpinRelease (&_WaitSetLock) ;
	if (iterator != NULL && ObjectMonitor::_sync_Notifications != NULL) {
		ObjectMonitor::_sync_Notifications->inc() ;
	}
}

notifyAll方法

與notify方法類似,只是在取_WaitSet隊(duì)列時(shí)不是取第一個(gè)而是取所有。

wait方法

wait方法是讓線程等待,它對(duì)應(yīng)的本地方法是JVM_MonitorWait,間接調(diào)用了ObjectSynchronizer::wait,與notify對(duì)應(yīng),它也是對(duì)應(yīng)調(diào)用ObjectMonitor對(duì)象的wait方法。該方法較長(zhǎng),這里不貼出來(lái)了,大概就是創(chuàng)建一個(gè)ObjectWaiter對(duì)象,接著獲取_WaitSet隊(duì)列鎖將ObjectWaiter對(duì)象添加到該隊(duì)列中,再釋放隊(duì)列鎖。另外,它還會(huì)釋放synchronized對(duì)應(yīng)的鎖,所以鎖沒(méi)有等到synchronized同步塊結(jié)束時(shí)才釋放。

JVM_ENTRY(void, JVM_MonitorWait(JNIEnv* env, jobject handle, jlong ms))
 JVMWrapper("JVM_MonitorWait");
 Handle obj(THREAD, JNIHandles::resolve_non_null(handle));
 assert(obj->is_instance() || obj->is_array(), "JVM_MonitorWait must apply to an object");
 JavaThreadInObjectWaitState jtiows(thread, ms != 0);
 if (JvmtiExport::should_post_monitor_wait()) {
  JvmtiExport::post_monitor_wait((JavaThread *)THREAD, (oop)obj(), ms);
 }
 ObjectSynchronizer::wait(obj, ms, CHECK);
JVM_END

finalize方法

這個(gè)方法用于當(dāng)對(duì)象被回收時(shí)調(diào)用,這個(gè)由JVM支持,Object的finalize方法默認(rèn)是什么都沒(méi)有做,如果子類需要在對(duì)象被回收時(shí)執(zhí)行一些邏輯處理,則可以重寫finalize方法

總結(jié)

以上就是本文關(guān)于Java從JDK源碼角度對(duì)Object進(jìn)行實(shí)例分析的全部?jī)?nèi)容,希望對(duì)大家有所幫助。感興趣的朋友可以繼續(xù)參閱本站其他相關(guān)專題,如有不足之處,歡迎留言指出。感謝朋友們對(duì)本站的支持!

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