深入理解 Java Object

Posted 2021-01-26

Java中的Object对象为所有对象的直接或间接父对象，里面定义的几个方法容易被忽略却非常重要。以下来自Effective Java 对Object中几个关键方法的应用说明。

 1 public class PhoneNumber implements Cloneable, Comparable<PhoneNumber> {
 2 
 3     private final short linNum, prefix, areaCode;
 4 
 5     public PhoneNumber(int number, int prefix, int areaCode) {
 6 
 7         this.linNum = rangeCheck(number, 999, "linNUm");
 8 
 9         this.prefix = rangeCheck(prefix, 999, "prefix");
10 
11         this.areaCode = rangeCheck(areaCode, 999, "areaCode");
12 
13     }
14 
15     private static short rangeCheck(int val, int max, String arg) {
16 
17         if (val < 0 || val > max) {
18 
19             throw new IllegalArgumentException(arg + ":" + val);
20         }
21 
22         return (short) val;
23     }
24   }

equals（Object o）

Object中equals方法的实现仅仅是比较了两个对象的地址，对于某些类来说正是所需用的、毋需复写的

• Thread,由于每个线程对象天生就是独一无二的，重点表达是实体而不是值，不需要比较

• java.util.regex.Pattern，正则表达式的类型也没有比较实例是否相同的必要

• 父类复写了equals方法，并且是子类所需要的，如AbstractSet，AbstractList，AbstractMap，其子类毋需复写。

• private或package private修饰的类，其方法不会被调用

什么时候需要对类的equals方法复写？

当一个类表示一个值，如String、Integer；它的不同实例需要逻辑上判断是否相同，而不仅仅是地址是否相同，此时需要复写来自定义相等的条件。由于Map的键和Set的元素都是唯一的，如何判断元素相同是使用此类集合的基础。

equals方法的复写需要满足以下通用约定

• 自反性：对于任何非空引用值 x，x.equals(x) 都应返回 true，就是自己和自己比较必须相等。

• 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，就是x若等于y，那么y也应该等于x。

• 传递递性：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。

• 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。

• 非空性：对于任何非空引用值 x，x.equals(null) 都应返回 false。

如无必要不要复写equals 方法,如果复写了此方法一定要记得复写hashCode方法，因为两个对象相等，它们的hashCode也要相等，下面是equals方法的常用步鄹

 1 @Override
 2     public boolean equals(Object o) {
 3 
 4         //判断引用是否相等
 5         if (o == this) {
 6             return true;
 7         }
 8 
 9         //判断参数类型是否正确 如果o为null也会返回false
10 
11         //这里判断的是class类型，也有可能是接口类型，这样就允许实现这个接口的类之间进行比较
12 
13         //AbstractSet，AbstractList,AbstracMap的equals方法这一步都是比较的接口
14 
15         if (!(o instanceof PhoneNumber)) {
16             return false;
17         }
18         //类型转换
19         // AbstractSet的类型转换  Collection<?> c = (Collection<?>) o;
20 
21         PhoneNumber pNum = (PhoneNumber) o;
22 
23        // 判断重要字段的相等，如果使用的是接口，调用接口的方法获取字段
24 
25        // 对于基本类型 如果不是float或double 直接使用＝＝比较
26 
27        // float使用Float.compare(float, float), 原因参考testFloat方法
28 
29         //double使用Double.compare(double, double) 同上
30 
31         //Float.equals和Double的equals都设计autobox，影响性能
32 
33         //引用类型继续调用其equals方法
34 
35        // 上述方法也同样适用于数组元素，如果要比较整个数值，使用Arrays.equals对应的方法
36 
37         //对象的某些字段能为Null，为了避免NPE，使用Objects.equals(Object, Object)
38 
39         return this.linNum == pNum.linNum &&
40 
41                 this.areaCode == pNum.areaCode &&
42 
43                 this.prefix == pNum.prefix;
44     }

当两个对象存在父子关系，并且子类添加新的值字段，在equals方法中使用instanceOf判断类型时容易破坏对称性或传递性，如Timestamp;使用getClass判断类型又违法里氏替换原则，所以避免使用继承，尝试使用组合;但如果父类是抽象的，不能实例化，则不会出现上述问题。

 1 //使用组合方式替代继承Point
 2 class ColorPoint {
 3 
 4         private final Point point;
 5 
 6         private final Color color;
 7 
 8         public ColorPoint(int x, int y, Color color) {
 9             point = new Point(x, y);
10             this.color = Objects.requireNonNull(color);
11         }
12 
13         public Point asPoint() {
14             return point;
15         }
16 
17         @Override
18         public boolean equals(Object o) {
19             if (o == this) {
20                 return true;
21             }
22 
23             if (!(o instanceof ColorPoint))
24                 return false;
25 
26             ColorPoint cp = (ColorPoint) o;
27 
28             return cp.point.equals(point) && cp.color.equals(color);
29 
30         }
31 
32     }

为什么不使用＝＝比较浮点值,因为有两个例外使比较不一致

• 如果 f1 和 f2 都表示 Float.NaN，那么即使 Float.NaN == Float.NaN 的值为 false，equals 方法也将返回 true。

• 如果 f1 表示 +0.0f，而 f2 表示 -0.0f，那么即使 0.0f==-0.0f 的值为 true，equal 测试也将返回 false。

 1 private void testFloat() {
 2 
 3         Float f1 = Float.NaN;
 4 
 5         Float f2 = Float.NaN;
 6 
 7         System.out.println(f1.floatValue() == f2.floatValue());//false
 8 
 9         System.out.println(f2.equals(f1));//true
10 
11         f1 = 0.0f;
12 
13         f2 = -0.0f;
14 
15         System.out.println(f1.floatValue() == f2.floatValue());//true
16 
17         System.out.println(f2.equals(f1));//false
18     }

hashCode()

上文说到如果复写equals方法一定要复写hashCode方法。下面说说hash值的计算

• 确保与equals中使用的字段一致

• 如果字段是基本类型，使用包装类计算hash值如Float.hashCode(f)

• 如果字段是引用类型，并且在equals方法中递归调用去equals方法，那么这里也递归调用其hashCode方法

• 如果字段是数组类型，对其中重要元素的hash计算上述方法同样使用，如果要计算整个数组的hash值，使用Arrays.hashCode(array)

• 质素31的选取是个传统，能尽量让不同对象拥有不同hash值，即分布均匀，

• Objects.hash(linNum,prefix,areaCode)方法简便，但涉及可变数组的创建和拆装箱操作，性能敏感

• 此方法返回的值不应该有详细规范，如String的hashCode方法返回精确值就是一个失误

如果没有明确规范，发现更好的hash方法可以在以后版本修改

 1 @Override
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 3     public int hashCode() {
 4 
 5         int result = 0;
 6 
 7         result = Short.hashCode(linNum);
 8 
 9         result = 31 * result + Short.hashCode(prefix);
10 
11         result = 31 * result + Short.hashCode(areaCode);
12 
13         return result;
14 
15     }

那些不可变对象如果hash值计算量大，需要使用缓存防止重复计算影响性能,这里线程不安全

 1 private int hashCode = 0;
 2 
 3     public int hashCode() {
 4 
 5         int result = hashCode;
 6 
 7         if (result == 0) {
 8 
 9             result = Short.hashCode(linNum);
10 
11             result = 31 * result + Short.hashCode(prefix);
12 
13             result = 31 * result + Short.hashCode(areaCode);
14 
15         }
16 
17         return result;
18 
19     }

toString()

尽量复写toString方法，虽然不及equals和hashCode方法必要，但良好的类描述将能提供充分和友好的信息,AbstractCollection的toString为其子类统一提供集合信息的描述

如果要指定返回值的格式 可做如下说明 这样用户知道如何对其解析 但缺点是如果变更将导致以前的解析方式失败

 1 /**
 2 
 3   * 返回格式化的电话号码"XXX-YYY-ZZZZ"
 4 
 5   * 每个大写字母表示一个数字
 6 
 7   * XXX表示区号，YYY表示前缀，ZZZZ是号码
 8 
 9   * 位数不够的用0填充，如最后一个是123将表示为0123
10 
11   */
12 
13   @Override
14 
15     public String toString() {
16 
17         return String.format(Locale.CHINA, "%03d-%03d-%04d", areaCode, prefix, linNum);
18 
19     }

clone()

如果一个class 实现了Cloneable接口 那么它应该 提供一个public clone方法

• 这是一个毋需构造器就能创建对象的方法

• 注意：这种方式复制对象容易出错而且复杂，难以维护 仅仅在对基本类型数组的复制是可取的

• 这个方法是个浅拷贝，也就是字段到字段的复制，如果都是基本类型，那将是一步到位的，

• 但如果还有引用类型，它们指向的对象不会被拷贝，而仅仅拷贝了引用,这就会导致拷贝后的对象和被拷贝的对象不是相互独立的，这些引用指向了相同的对象，也就是任何一方的修改都在另一方得到体现

• 如果要深度拷贝，可以每个引用类型都需要实现cloneable接口和clone方法，

或者使用序列化的方式将对象写到磁盘中，再通过反序列化实现克隆对象，如Apache Commons3工具类,transient修饰的字段不会被序列化。

• 我们这个类的字段都是基础类型，clone方法比较简单,由于字段都是final，这个一个immutable（不可更改的）类，提供拷贝方法就是多余的，这里仅做演示

• 一定要先实现Cloneable接口，尽管里面什么都没有“

 1 @Override
 2 
 3     public PhoneNumber clone() {
 4 
 5         try {
 6 
 7             return (PhoneNumber) super.clone();
 8 
 9         } catch (CloneNotSupportedException e) {
10 
11             //实现Cloneable接口就不会跑出此异常
12 
13             throw new AssertionError();
14 
15         }
16 
17     }

在实际中要实现对象拷贝，并不建议使用clone方法，而建议采用静态工厂或构造器方式提供复制操作

相比clone的优点：

• 不依赖容易出错的对象创建机制;

• 不会与final字段的正确使用冲突

• 不会抛出 checked exceptions;

• 不要求类型转换

比如某些集合类，以接口为参数的复制构造函数，还能实现转换复制

 1 将其他集合复制成TreeSet
 2 
 3 public TreeSet(Collection<? extends E> c) {
 4 
 5         this();
 6 
 7         addAll(c);
 8 
 9     }
10 
11     复制转化成TreeMap
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13 public TreeMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
14 
15         comparator = null;
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17         putAll(m);
18 
19     }

Comparable

compareTo是个很重要的方法，虽然不是Object中的，因为和其他几个方法一样广泛应用，所以放在这里解释，实现Comparabe接口，复写compareTo方法后一个对象就有了可比较性。

• 如果此方法返回0那么equals应该返回true，如果不是一定要说明不一致性

• HashSet依赖equals比较元素是否重复，TreeSet依赖compareTo给元素排序

• BigDecimal这两个方法就是不一致的，BigDecimal(1.0)and BigDecimal(1.00)equals返回false，因此加入HashSet是不相同的元素
  但compareTo返回0，也就是大小相等，加入TreeSet就只有一个元素

注意：不要使用< >来比较大小，对浮点有例外，也不要使用减号，会有溢出

建议如上使用基本数据类型包装类的静态比较方法compare

 

也可以使用Comparator接口里面的方法，在Java8中，可以如下生成按某种顺序比较的复合比较器。内部实现是从最后一个比较方法进入向前调用的

• 优点：在lambda表达式的帮助下逻辑清晰，表达简便

• 缺点：效率比传统的低，每层比较都创建新对象在Effect Java中花了很长篇幅详细介绍了这几个方法，说明其重要性.实际开发中，编辑器、第三方库都能自动生成，但理解原理还是很重要的。