Java总结篇系列：java.lang.Object
从本篇开始，将对Java中各知识点进行一次具体总结，以便对以往的Java知识进行一次回顾，同时在总结的过程中加深对Java的理解。
Java作为一个庞大的知识体系，涉及到的知识点繁多，本文将从Java中最基本的类java.lang.Object开始谈起。
Object类是Java中其他所有类的祖先，没有Object类Java面向对象无从谈起。作为其他所有类的基类，Object具有哪些属性和行为，
是Java语言设计背后的思维体现。
Object类位于java.lang包中，java.lang包包含着Java最基础和核心的类，在编译时会自动导入。Object类没有定义属性，一共有13个方法，
具体的类定义结构如下图：
1.类构造器public Object();
大部分情况下，Java中通过形如 new A(args..)形式创建一个属于该类型的对象。其中A即是类名，A(args..)即此类定义中相对应的构造函数。
通过此种形式创建的对象都是通过类中的构造函数完成。为体现此特性，Java中规定：在类定义过程中，对于未定义构造函数的类，默认会有一个
无参数的构造函数，作为所有类的基类，Object类自然要反映出此特性，在源码中，未给出Object类构造函数定义，但实际上，此构造函数是存在的。
当然，并不是所有的类都是通过此种方式去构建，也自然的，并不是所有的类构造函数都是public，更有甚者，并不是所有的类都有构造函数。
2.private static native void registerNatives();
registerNatives函数前面有native关键字修饰，Java中，用native关键字修饰的函数表明该方法的实现并不是在Java中去完成，而是由C/C++去完成，
并被编译成了.dll，由Java去调用。方法的具体实现体在dll文件中，对于不同平台，其具体实现应该有所不同。用native修饰，即表示操作系统，需要提供
此方法，Java本身需要使用。具体到registerNatives()方法本身，其主要作用是将C/C++中的方法映射到Java中的native方法，实现方法命名的解耦。
既然如此，可能有人会问，registerNatives()修饰符为private，且并没有执行，作用何以达到？其实，在Java源码中，此方法的声明后有紧接着一段静态代码块：
1 private static native void registerNatives(); 2 static { 3 registerNatives(); 4 }
3.protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;
看，clode()方法又是一个被声明为native的方法，因此，我们知道了clone()方法并不是Java的原生方法，具体的实现是有C/C++完成的。clone英文翻译为"克隆"，
其目的是创建并返回此对象的一个副本。形象点理解，这有一辆科鲁兹，你看着不错，想要个一模一样的。你调用此方法即可像变魔术一样变出一辆一模一样的科鲁兹出来。
配置一样，长相一样。但从此刻起，原来的那辆科鲁兹如果进行了新的装饰，与你克隆出来的这辆科鲁兹没有任何关系了。你克隆出来的对象变不变完全在于你对克隆出来的
科鲁兹有没有进行过什么操作了。Java术语表述为：clone函数返回的是一个引用，指向的是新的clone出来的对象，此对象与原对象分别占用不同的堆空间。
明白了clone的含义后，接下来看看如果调用clone()函数对象进行此克隆操作。
首先看一下下面的这个例子：
1 package com.corn.objectsummary; 2 3 import com.corn.Person; 4 5 public class ObjectTest { 6 7 public static void main(String[] args) { 8 9 Object o1 = new Object(); 10 // The method clone() from the type Object is not visible 11 Object clone = o1.clone(); 12 } 13 14 }
例子很简单，在main()方法中，new一个Oject对象后，想直接调用此对象的clone方法克隆一个对象，但是出现错误提示：
"The method clone() from the type Object is not visible"
why? 根据提示，第一反应是ObjectTest类中定义的Oject对象无法访问其clone()方法。回到Object类中clone()方法的定义，可以看到其被声明为protected，估计问题就在这上面了，protected修饰的属性或方法表示：在同一个包内或者不同包的子类可以访问。显然，Object类与ObjectTest类在不同的包中，但是ObjectTest继承自Object，是Object类的子类，于是，现在却出现子类中通过Object引用不能访问protected方法，原因在于对"不同包中的子类可以访问"没有正确理解。
"不同包中的子类可以访问"，是指当两个类不在同一个包中的时候，继承自父类的子类内部且主调（调用者）为子类的引用时才能访问父类用protected修饰的成员（属性/方法）。 在子类内部，主调为父类的引用时并不能访问此protected修饰的成员。！
于是，上例改成如下形式，我们发现，可以正常编译：
1 package com.corn.objectsummary; 2 3 4 public class ObjectTest { 5 6 public static void main(String[] args) { 7 ObjectTest ot1 = new ObjectTest(); 8 9 try { 10 ObjectTest ot2 = (ObjectTest) ot1.clone(); 11 } catch (CloneNotSupportedException e) { 12 // TODO Auto-generated catch block 13 e.printStackTrace(); 14 } 15 } 16 17 }
是的，因为此时的主调已经是子类的引用了。
上述代码在运行过程中会抛出"java.lang.CloneNotSupportedException",表明clone()方法并未正确执行完毕，问题的原因在与Java中的语法规定：
clone()的正确调用是需要实现Cloneable接口，如果没有实现Cloneable接口，并且子类直接调用Object类的clone()方法，则会抛出CloneNotSupportedException异常。
Cloneable接口仅是一个表示接口，接口本身不包含任何方法，用来指示Object.clone()可以合法的被子类引用所调用。
于是，上述代码改成如下形式，即可正确指定clone()方法以实现克隆。
1 package com.corn.objectsummary; 2 3 public class ObjectTest implements Cloneable { 4 5 public static void main(String[] args) { 6 7 ObjectTest ot1 = new ObjectTest(); 8 9 try { 10 ObjectTest ot2 = (ObjectTest) ot1.clone(); 11 System.out.println("ot2:" + ot2); 12 } catch (CloneNotSupportedException e) { 13 // TODO Auto-generated catch block 14 e.printStackTrace(); 15 } 16 } 17 18 }
更多的关于Java克隆/复制相关的知识以后会给出专门的博文。
4.public final native Class<?> getClass();
getClass()也是一个native方法，返回的是此Object对象的类对象/运行时类对象Class<?>。效果与Object.class相同。
首先解释下"类对象"的概念：在Java中，类是是对具有一组相同特征或行为的实例的抽象并进行描述，对象则是此类所描述的特征或行为的具体实例。作为概念层次的类，其本身也具有某些共同的特性，如都具有类名称、由类加载器去加载，都具有包，具有父类，属性和方法等。于是，Java中有专门定义了一个类，Class，去描述其他类所具有的这些特性，因此，从此角度去看，类本身也都是属于Class类的对象。为与经常意义上的对象相区分，在此称之为"类对象"。
此处主要大量涉及到Java中的反射知识，关于反射相关知识后续也会给出相关博文。
5.public boolean equals(Object obj);
==与equals在Java中经常被使用，大家也都知道==与equals的区别：
==表示的是变量值完成相同（对于基础类型，地址中存储的是值，引用类型则存储指向实际对象的地址）；
equals表示的是对象的内容完全相同，此处的内容多指对象的特征/属性。
实际上，上面说法是不严谨的，更多的只是常见于String类中。首先看一下Object类中关于equals()方法的定义：
1 public boolean equals(Object obj) { 2 return (this == obj); 3 }
由此可见，Object原生的equals()方法内部调用的正是==，与==具有相同的含义。既然如此，为什么还要定义此equals()方法？
equlas()方法的正确理解应该是：判断两个对象是否相等。那么判断对象相等的标尺又是什么？
如上，在object类中，此标尺即为==。当然，这个标尺不是固定的，其他类中可以按照实际的需要对此标尺含义进行重定义。如String类中则是依据字符串内容是否相等来重定义了此标尺含义。如此可以增加类的功能型和实际编码的灵活性。当然了，如果自定义的类没有重写equals()方法来重新定义此标尺，那么默认的将是其父类的equals()，直到object
基类。
如下场景的实际业务需求，对于User bean，由实际的业务需求可知当属性uid相同时，表示的是同一个User，即两个User对象相等。则可以重写equals以重定义User对象相等的标尺。
1 package com.corn.objectsummary; 2 3 public class User { 4 5 private int uid; 6 private String name; 7 private int age; 8 9 public int getUid() { 10 return uid; 11 } 12 13 public void setUid(int uid) { 14 this.uid = uid; 15 } 16 17 protected String getName() { 18 return name; 19 } 20 21 public void setName(String name) { 22 this.name = name; 23 } 24 25 public int getAge() { 26 return age; 27 } 28 29 public void setAge(int age) { 30 this.age = age; 31 } 32 33 @Override 34 public boolean equals(Object obj) { 35 if (obj == null || !(obj instanceof User)) { 36 return false; 37 } 38 if (((User) obj).getUid() == this.getUid()) { 39 return true; 40 } 41 return false; 42 } 43 }
1 package com.corn.objectsummary; 2 3 public class ObjectTest implements Cloneable { 4 5 public static void main(String[] args) { 6 User u1 = new User(); 7 u1.setUid(111); 8 u1.setName("张三"); 9 10 User u2 = new User(); 11 u2.setUid(111); 12 u2.setName("张三丰"); 13 14 System.out.println(u1.equals(u2)); //返回true 15 } 16 17 }
ObjectTest中打印出true，因为User类定义中重写了equals()方法，这很好理解，很可能张三是一个人小名，张三丰才是其大名，判断这两个人是不是同一个人，这时只用判断uid是否相同即可。
如上重写equals方法表面上看上去是可以了，实则不然。因为它破坏了Java中的约定：重写equals()方法必须重写hasCode()方法。
6.public native int hashCode();
hashCode()方法返回一个整形数值，表示该对象的哈希码值。
hashCode()具有如下约定：
1).在Java应用程序程序执行期间，对于同一对象多次调用hashCode()方法时，其返回的哈希码是相同的，前提是将对象进行equals比较时所用的标尺信息未做修改。在Java应用程序的一次执行到另外一次执行，同一对象的hashCode()返回的哈希码无须保持一致；
2).如果两个对象相等（依据：调用equals()方法），那么这两个对象调用hashCode()返回的哈希码也必须相等；
3).反之，两个对象调用hasCode()返回的哈希码相等，这两个对象不一定相等。
即严格的数学逻辑表示为： 两个对象相等 <=> equals()相等 => hashCode()相等。因此，重写equlas()方法必须重写hashCode()方法，以保证此逻辑严格成立，同时可以推理出：hasCode()不相等 => equals（）不相等 <=> 两个对象不相等。
可能有人在此产生疑问：既然比较两个对象是否相等的唯一条件（也是冲要条件）是equals，那么为什么还要弄出一个hashCode()，并且进行如此约定，弄得这么麻烦？
其实，这主要体现在hashCode()方法的作用上，其主要用于增强哈希表的性能。
以集合类中，以Set为例，当新加一个对象时，需要判断现有集合中是否已经存在与此对象相等的对象，如果没有hashCode()方法，需要将Set进行一次遍历，并逐一用equals()方法判断两个对象是否相等，此种算法时间复杂度为o(n)。通过借助于hasCode方法，先计算出即将新加入对象的哈希码，然后根据哈希算法计算出此对象的位置，直接判断此位置上是否已有对象即可。（注：Set的底层用的是Map的原理实现）
在此需要纠正一个理解上的误区：对象的hashCode()返回的不是对象所在的物理内存地址。甚至也不一定是对象的逻辑地址，hashCode()相同的两个对象，不一定相等，换言之，不相等的两个对象，hashCode()返回的哈希码可能相同。
因此，在上述代码中，重写了equals()方法后，需要重写hashCode()方法。
1 package com.corn.objectsummary; 2 3 public class User { 4 5 private int uid; 6 private String name; 7 private int age; 8 9 public int getUid() { 10 return uid; 11 } 12 13 public void setUid(int uid) { 14 this.uid = uid; 15 } 16 17 protected String getName() { 18 return name; 19 } 20 21 public void setName(String name) { 22 this.name = name; 23 } 24 25 public int getAge() { 26 return age; 27 } 28 29 public void setAge(int age) { 30 this.age = age; 31 } 32 33 @Override 34 public boolean equals(Object obj) { 35 if (obj == null || !(obj instanceof User)) { 36 return false; 37 } 38 if (((User) obj).getUid() == this.getUid()) { 39 return true; 40 } 41 return false; 42 } 43 44 @Override 45 public int hashCode() { 46 int result = 17; 47 result = 31 * result + this.getUid(); 48 return result; 49 } 50 }
注：上述hashCode()的重写中出现了result*31，是因为result*31 = (result<<5) - result。之所以选择31，是因为左移运算和减运算计算效率远大于乘法运算。当然，也可以选择其他数字。
7.public String toString();
toString()方法返回该对象的字符串表示。先看一下Object中的具体方法体：
1 public String toString() { 2 return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode()); 3 }
toString()方法相信大家都经常用到，即使没有显式调用，但当我们使用System.out.println(obj)时，其内部也是通过toString()来实现的。
getClass()返回对象的类对象，getClassName()以String形式返回类对象的名称（含包名）。Integer.toHexString(hashCode())则是以对象的哈希码为实参，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。
如上例中的u1的哈希码是638，则对应的16进制为27e，调用toString()方法返回的结果为：com.corn.objectsummary.User@27e。
因此：toString()是由对象的类型和其哈希码唯一确定，同一类型但不相等的两个对象分别调用toString()方法返回的结果可能相同。
注：接下来的几个方法将分别涉及到Java中的线程和垃圾回收机制，将在后续时间在本文中补上。