JDK源码简析java.lang包中的基础类库

JDK，Java Development Kit。

我们必须先认识到，JDK只是，仅仅是一套Java基础类库而已，是Sun公司开发的基础类库，仅此而已，JDK本身和我们自行书写总结的类库，从技术含量来说，还是在一个层级上，它们都是需要被编译成字节码，在JRE中运行的，JDK编译后的结果就是jre/lib下得rt.jar，我们学习使用它的目的是加深对Java的理解，提高我们的Java编码水平。

本系列所有文章基于的JDK版本都是1.7.16。

在本节中，简析java.lang包所包含的基础类库，当我们新写一个class时，这个package里面的class都是被默认导入的，所以我们不用写import java.lang.Integer这样的代码，我们依然使用Integer这个类，当然，如果你显示写了import java.lang.Integer也没有问题，不过，何必多此一举呢

默认所有的类都继承自Object，Object没有Property，只有Method，其方法大都是native方法（也就是用其他更高效语言，一般是c实现好了的），

Object没有实现clone()，实现了hashCode()，哈希就是对象实例化后在堆内存的地址，用“==”比较两个对象，实际就是比较的内存地址是否是一个，也就是hashCode()是否相等，

默认情况下，对象的equals()方法和==符号是一样的，都是比较内存地址，但是有些对象重写了equals()方法，比如String，使其达到比较内容是否相同的效果

另外两个方法wait()和notify()是和多线程编程相关的，多线程里面synchronized实际就是加锁，默认是用this当锁，当然也可以用任何对象当锁，wait()上锁，线程阻塞，notify()开锁，收到这个通知的线程运行。以下代码示例：

class Test implements Runnable
{

	private String name;
	private Object prev;
	private Object self;

	public Test(String name,Object prev,Object self)
	{
		this.name=name;
		this.prev = prev;
		this.self = self;
	}

	@Override
	public void run()
	{
		int count = 2;
		while(count>0)
		{
			synchronized(prev)
			{
				synchronized(self)
				{
					System.out.println(name+":"+count);
					count--;
					self.notify();	//self解锁
				}
				try
				{
					prev.wait();	//prev上锁
				} catch(InterruptedException e)
				{
					e.printStackTrace();
				}
			}
		}
	}

	public static void main(String[] args) throws Exception
	{
		Object a = new Object();
		Object b = new Object();
		Object c = new Object();
		Test ta = new Test("A",c,a);
		Test tb = new Test("B",a,b);
		Test tc = new Test("C",b,c);

		new Thread(ta).start();
		Thread.sleep(10);
		new Thread(tb).start();
		Thread.sleep(10);
		new Thread(tc).start();
	}
}

Java程序在运行时每个类都会对应一个Class对象，可以从Class对象中得到与类相关的信息，Class对象存储在方法区（又名Non-Heap，永久代），当我们运行Java程序时，如果加载的jar包非常多，大于指定的永久代内存大小时，则会报出PermGen错误，就是Class对象的总计大小，超过永久代内存的缘故。

Class类非常有用，在我们做类型转换时经常用到，比如以前用Thrift框架时，经常需要在Model类型的对象：Thrift对象和Java对象之间进行转换，需要手工书写大量模式化代码，于是，就写了个对象转换的工具，在Thrift对象和Java对象的Property名字一致的情况下，可以使用这个工具直接转换，其中大量使用了Class里面的方法和java.lang.reflect包的内容。

关于Calss类，方法众多，不详述。下面附上这个Thrift工具的代码。

import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.ParameterizedType;
import java.lang.reflect.Type;
import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Date;
import java.util.List;

/**
 * Thrift前缀的对象和不含Thrift前缀的对象相互转换.
 * 参考：
 * http://blog.csdn.net/it___ladeng/article/details/7026524
 * http://www.cnblogs.com/jqyp/archive/2012/03/29/2423112.html
 * http://www.cnblogs.com/bingoidea/archive/2009/06/21/1507889.html
 * http://java.ccidnet.com/art/3539/20070924/1222147_1.html
 * http://blog.csdn.net/justinavril/article/details/2873664
 */
public class ThriftUtil {
	public static final Integer THRIFT_PORT = 9177;

	/**
	 * Thrift生成的类的实例和项目原来的类的实例相关转换并赋值
	 * 1.类的属性的名字必须完全相同
	 * 2.当前支持的类型仅包括：byte,short,int,long,double,String,Date,List
	 * 3.如果有Specified列，则此列为true才赋值，否则，不为NULL就赋值
	 * @param sourceObject
	 * @param targetClass
	 * @param toThrift:true代表把JavaObject转换成ThriftObject，false代表把ThriftObject转换成JavaObject，ThriftObject中含有Specified列
	 * @return
	 */
	public static Object convert(Object sourceObject,Class targetClass,Boolean toThrift)
	{
		if(sourceObject==null)
		{
			return null;
		}		
		//对于简单类型，不进行转换，直接返回
		if(sourceObject.getClass().getName().startsWith("java.lang"))
		{
			return sourceObject;
		}
		Class sourceClass = sourceObject.getClass();
		Field[] sourceFields = sourceClass.getDeclaredFields();
		Object targetObject = null;
		try {
			targetObject = targetClass.newInstance();
		} catch (InstantiationException e1) {
			e1.printStackTrace();
		} catch (IllegalAccessException e1) {
			e1.printStackTrace();
		};
		if(targetObject==null)
		{
			return null;
		}
		for(Field sourceField:sourceFields)
		{
			try {
				//转换时过滤掉Thrift框架自动生成的对象
				if(sourceField.getType().getName().startsWith("org.apache.thrift")
						||sourceField.getName().substring(0,2).equals("__")
						||("schemes,metaDataMap,serialVersionUID".indexOf(sourceField.getName())!=-1)
						||(sourceField.getName().indexOf("_Fields")!=-1)
						||(sourceField.getName().indexOf("Specified")!=-1)
						)
				{
					continue;
				}
				
				//处理以DotNet敏感字符命名的属性，比如operator
				String sourceFieldName = sourceField.getName();
				if(sourceFieldName.equals("operator"))
				{
					sourceFieldName = "_operator";
				} else {
					if(sourceFieldName.equals("_operator"))
					{
						sourceFieldName = "operator";
					}
				}
				//找出目标对象中同名的属性
				Field targetField = targetClass.getDeclaredField(sourceFieldName);
				sourceField.setAccessible(true);
				targetField.setAccessible(true);
				String sourceFieldSimpleName = sourceField.getType().getSimpleName().toLowerCase().replace("integer", "int");
				String targetFieldSimpleName = targetField.getType().getSimpleName().toLowerCase().replace("integer", "int");
				//如果两个对象同名的属性的类型完全一致:Boolean,String,以及5种数字类型：byte,short,int,long,double，以及List
				if(targetFieldSimpleName.equals(sourceFieldSimpleName))
				{
					//对于简单类型，直接赋值
					if("boolean,string,byte,short,int,long,double".indexOf(sourceFieldSimpleName)!=-1)
					{
						Object o = sourceField.get(sourceObject);
						if(o != null)
						{
							targetField.set(targetObject, o);
							//处理Specified列，或者根据Specified列对数值对象赋NULL值
							try
							{
								if(toThrift)
								{
									Field targetSpecifiedField = targetClass.getDeclaredField(sourceFieldName+"Specified");
									if(targetSpecifiedField != null)
									{
										targetSpecifiedField.setAccessible(true);
										targetSpecifiedField.set(targetObject, true);
									}
								} else {
									Field sourceSpecifiedField = sourceClass.getDeclaredField(sourceFieldName+"Specified");
									if(sourceSpecifiedField != null 
											&& "B,S,B,I,L,D".indexOf(targetField.getType().getSimpleName().substring(0,1))!=-1
											)
									{
										sourceSpecifiedField.setAccessible(true);
										if(sourceSpecifiedField.getBoolean(sourceObject)==false)
										{
											targetField.set(targetObject, null);
										}
									}
								}
							} catch (NoSuchFieldException e) {
								//吃掉NoSuchFieldException，达到效果：如果Specified列不存在，则所有的列都赋值
							}
						}
						continue;
					}
					//对于List
					if(sourceFieldSimpleName.equals("list"))
					{
						@SuppressWarnings("unchecked")
						List sourceSubObjs = (ArrayList)sourceField.get(sourceObject);
						@SuppressWarnings("unchecked")
						List targetSubObjs = (ArrayList)targetField.get(targetObject);
						//关键的地方，如果是List类型，得到其Generic的类型 
						Type targetType = targetField.getGenericType();
						//如果是泛型参数的类型 
						if(targetType instanceof ParameterizedType) 
						{
							ParameterizedType pt = (ParameterizedType) targetType;
							//得到泛型里的class类型对象。  
							Class c = (Class)pt.getActualTypeArguments()[0]; 
							if(sourceSubObjs!=null)
							{
								if(targetSubObjs==null)
								{
									targetSubObjs = new ArrayList();
								}
								for(Object obj:sourceSubObjs)
								{
									targetSubObjs.add(convert(obj,c,toThrift));
								}
								targetField.set(targetObject, targetSubObjs);
							}							
						}
						continue;						
					}					
				}
				//转换成Thrift自动生成的类：Thrift没有日期类型，我们统一要求日期格式化成yyyy-MM-dd HH:mm:ss形式
				if(toThrift)
				{
					if(sourceFieldSimpleName.equals("date")&&targetFieldSimpleName.equals("string"))
					{
						Date d = (Date)sourceField.get(sourceObject);
						if(d!=null)
						{
							SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
							targetField.set(targetObject,sdf.format(d));							
						}
						continue;
					}
				} else {
					if(sourceFieldSimpleName.equals("string")&&targetFieldSimpleName.equals("date"))
					{
						String s = (String)sourceField.get(sourceObject);
						if(s!=null)
						{
							SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
							targetField.set(targetObject,sdf.parse(s));
						}
						continue;
					}
				}
				//对于其他自定义对象				
				targetField.set(targetObject, convert(sourceField.get(sourceObject),targetField.getType(),toThrift));

			} catch (SecurityException e) {
				e.printStackTrace();
			} catch (NoSuchFieldException e) {
				e.printStackTrace();
			} catch (IllegalArgumentException e) {
				e.printStackTrace();
			} catch (IllegalAccessException e) {
				e.printStackTrace();
			} catch (ParseException e) {
				e.printStackTrace();
			}

		}
		return targetObject;
	}
}

了解到数据类型，就要了解一点编码（数字在计算机中的01编码）的知识，计算机是用01表示所有类型的，第一位是符号位，0+1-，java中得整型都是有符号的。

对于数字，定义了原码、反码和补码。

正数的原码、反码和补码都是一样的，负数的反码是除符号位之外，所有位取反，补码是反码+1，以Byte类型为例：

能表示的数字范围是-128~127，总计256个数，对于0~127，表示为：0000000~01111111，即0~2^7-1，对于负数，-128~-1，表示如下：

-127~-1，其原码分别为11111111~10000001，换算成补码是10000001~11111111，然后10000000代表-128，-128只有补码，没有原码和反码。

补码的设计目的：

使符号位能与有效值部分一起参加运算，从而简化运算规则。补码机器数中的符号位，并不是强加上去的，是数据本身的自然组成部分，可以正常地参与运算。

使减法运算转换为加法运算，进一步简化计算机中运算器的线路设计。

反码是原码与补码转换的一个中间过渡，使用较少。

所有这些转换都是在计算机的最底层进行的，而在我们使用的汇编、c等其他高级语言中使用的都是原码。

除此之外，JDK原码还经常使用>>、>>>运算符，>>是有符号移位，高位补符号位，右移；>>>是无符号移为，高位补0，右移。

关于数据类型的内存存储，如下描述一下：

原生类型，比如int i = 3，不论是变量，还是值，都是存储在栈中的；类类型，比如Integer i = 3，则变量是存储在栈中，对象是存储在堆中的一个对象，既然Integer是这样，那么Integer a = 3，Integer b = 3，请问 a == b，是否成立？

答案是成立的，这是因为JVM对基本类型做了优化，当对于b赋值时，会看是否存在值为b的Integer对象，因为已经存在了，所以直接进行了b = a赋值操作，也就是a和b都指向同一片内存地址了，所以a == b成立。

那么Integer a = new Integer(3)，Integer b = new Integer(3)，a == b是否成立？现在因为我们new了，强制新分配了内存，所以a和b不再指向同一片内存地址，所以 a == b 不成立，但是 a.equals(b) 是成立的，因为a和b所代表的Integer对象的primitive值是相同的。

String a = "abc"，String b = "abc"，如上对于Integer的讲解一样，a == b是成立的，原理也是一样的。

对于String s = a + b这样的操作，每次操作，都会在堆中开辟一块内存空间，所以对于频繁大量的字符操作，性能低，所以对于大量字符操作，推荐使用的StringBuffer和StringBuilder，其中StringBuffer是线程安全的，StringBuilder是1.5版本新加的，是非线程安全的。

Exception和Error都继承自Throwable对象，Exception分为两类，RuntimeException（运行时异常，unchecked）和一般异常（checked），Error是比较严重的错误，也是unchecked。

简单地讲，checked是必须用try/catch 或者throw处理的，可以在执行过程中恢复的，比如java.io.FileNotFoundException；而unchecked异常则是不需要try/catch处理的，比如java.lang.NullPointerException。

在比较流行的语言中，Java是唯一支持checked异常，要求我们必须进行处理的语言，这有利有弊。

关于异常类、错误类，在JDK中定义了很多，用来描述我们的代码可能遇到的各种类型的错误，这里不一一整理描述。

java.lang包里有很多运行时环境相关的类，可以查看运行时环境的各种信息，比如内存、锁、安全、垃圾回收等等。见过如下钩子代码，在JVM关闭时，执行一些不好在程序计算过程中进行的资源释放工作，如下：

public class MongoHook {

	static void addCloseHook(){
		Runtime.getRuntime().addShutdownHook( new Thread(){			
			@Override
			public void run() {
				MongoDBConn.destoryAllForHook() ;
			}			
		}) ;
	}
}

Thread、Runnable、ThreadLocal等，关于多线程的更多知识，可以参阅。

Clonable：生命式接口

Comparable：对象比较，泛型类

Appendable：

CharSequence：统一的字符串只读接口，共有4个方法，length()、charAt()、subSequence()、toString()。

Readable：

Iterable：迭代器

主要在java.lang.annotation包中，注解类用@interface来进行定义，注解类的作用范围可以是方法、属性、包等，作用失效可以是Source、Runtime、Class。

比如Override就是一个注解类，用来标记实现接口中定义的类，其源码如下；

package java.lang;
import java.lang.annotation.*;
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface Override {
}

JDK源码简析--java.lang包中的基础类库