Java提高学习之Object(5)

字符串形式的表现

Q1：toString() 方法实现了什么功能？
A1：toString() 方法将根据调用它的对象返回其对象的字符串形式，通常用于debug。

Q2：当 toString() 方法没有被覆盖的时候，返回的字符串通常是什么样子的？
A2：当 toString() 没有被覆盖的时候，返回的字符串格式是 类名@哈希值，哈希值是十六进制的。举例说，假设有一个 Employee 类，toString() 方法返回的结果可能是Empoyee@1c7b0f4d。

Q3：能提供一个正确覆盖 toString() 方法的例子吗？
A3：见代码清单1：

public class Employee
{
   private String name;
   private int age;
 
   public Employee(String name, int age)
   {
      this.name = name;
      this.age = age;
   }
 
   @Override
   public String toString()
   {
      return name + ": " + age;
   }
}

代码清单1：返回一个非默认的字符串形式

    代码清单1声明了 Employee 类，被私有修饰符修饰的 name 和 age 变量，构造器将其初始化。该类覆盖了 toString() 方法，并返回一个包含对象值和一个冒号的 String 对象。

字符串和 StringBuilder

当编译器遇到 name + ": " + age 的表达时，会生成一个 java.lang.StringBuilder 对象，并调用 append() 方法来对字符串添加变量值和分隔符。最后调用 toString() 方法返回一个包含各个元素的字符串对象。

Q4：如何得到字符串的表达形式？
A4：根据对象的引用，调用引用的 toString() 。例如，假设 emp 包含了一个 Employee 引用，调用 emp.toString() 就会得到这个对象的字符串形式。

Q5：System.out.println(o.toString()); 和 System.out.println(o) 的区别是什么？
A5：System.out.println(o.toString()); 和 System.out.println(o) 两者的输出结果中都包含了对象的字符串形式。区别是，System.out.println(o.toString()); 直接调用toString() 方法，而System.out.println(o) 则是隐式调用了 toString()。

等待和唤醒

Q6：wait()，notify() 和 notifyAll() 是用来干什么的？
A6：wait()，notify() 和 notifyAll() 可以让线程协调完成一项任务。例如，一个线程生产，另一个线程消费。生产线程不能在前一产品被消费之前运行，而应该等待前一个被生产出来的产品被消费之后才被唤醒，进行生产。同理，消费线程也不能在生产线程之前运行，即不能消费不存在的产品。所以，应该等待生产线程执行一个之后才执行。利用这些方法，就可以实现这些线程之间的协调。从本质上说，一个线程等待某种状态（例如一个产品被生产），另一个线程正在执行，知道产生了某种状态（例如生产了一个产品）。

Q7：不同的 wait() 方法之间有什么区别？
A7：没有参数的 wait() 方法被调用之后，线程就会一直处于睡眠状态，直到本对象（就是 wait()被调用的那个对象）调用 notify() 或 notifyAll() 方法。相应的wait(long timeout)和wait(long timeout, int nanos)方法中，当等待时间结束或者被唤醒时（无论哪一个先发生）将会结束等待。

Q8：notify() 和 notifyAll() 方法有什么区别？
A8：notify() 方法随机唤醒一个等待的线程，而 notifyAll() 方法将唤醒所有在等待的线程。

Q9：线程被唤醒之后会发生什么？
A9：当一个线程被唤醒之后，除非本对象（调用 notify() 或 notifyAll() 的对象）的同步锁被释放，否则不会立即执行。唤醒的线程会按照规则和其他线程竞争同步锁，得到锁的线程将执行。所以notifyAll()方法执行之后，可能会有一个线程立即运行，也可能所有的线程都没运行。

Q10：为什么在使用等待、唤醒方法时，要放在同步代码中？
A10:：将等待和唤醒方法放在同步代码中是非常必要的，这样做是为了避免竞争条件。鉴于要等待的线程通常在调用wait()之前会确认一种情况存在与否（通常是检查某一变量的值），而另一线程在调用notify()`之前通常会设置某种情况（通常是通过设置一个变量的值）。以下这种情况引发了竞争条件：

1. 线程一检查了情况和变量，发现需要等待。
2. 线程二设置了变量。
3. 线程二调用了notify()。此时，线程一还没有等待，所以这次调用什么用都没有。
4. 线程一调用了wait()。这下它永远不会被唤醒了。

Q11：如果在同步代码之外使用这些方法会怎么样呢？
A11：如果在同步代码之外使用了这些情况，就会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException异常。

Q12：如果在同步代码中调用这些方法呢？
A12：当 wait() 方法在同步代码中被调用时，会根据同步代码中方法的优先级先后执行。在wait()方法返回值之前，该同步代码一直持有锁，这样就不会出现竞争条件了。在wait()方法可以接受唤醒之前，锁一直不会释放。

Q13：为什么要把wait()调用放在while循环中，而不是if判断中呢？
A13：为了防止假唤醒，可以在 stackoverflow上了解有关这类现象的更多信息——假唤醒真的会发生吗？。

Q14：能提供一个使用等待与唤醒方法的范例吗？
A14：见代码清单2：

public class WaitNotifyDemo
{
   public static void main(String[] args)
   {
      class Shared
      {
         private String msg;
 
         synchronized void send(String msg)
         {
            while (this.msg != null)
               try
               {
                  wait();
               }
               catch (InterruptedException ie)
               {
               }
            this.msg = msg;
            notify();
         }
 
         synchronized String receive()
         {
            while (msg == null)
               try
               {
                  wait();
               }
               catch (InterruptedException ie)
               {
               }
            String temp = msg;
            msg = null;
            notify();
            return temp;
         }
      }
 
      final Shared shared = new Shared();
 
      Runnable rsender;
      rsender = new Runnable()
                {
                   @Override
                   public void run()
                   {
                      for (int i = 0; i < 10; i++)
                      {
                         shared.send("A"+i);
                         try
                         {
                            Thread.sleep((int)(Math.random()*200));
                         }
                         catch (InterruptedException ie)
                         {
                         }
                      }
                      shared.send("done");
                   }
                };
      Thread sender = new Thread(rsender);
 
      Runnable rreceiver;
      rreceiver = new Runnable()
                  {
                     @Override
                     public void run()
                     {
                        String msg;
                        while (!(msg = shared.receive()).equals("done"))
                        {
                           System.out.println(msg);
                           try
                           {
                              Thread.sleep((int)(Math.random()*200));
                           }
                           catch (InterruptedException ie)
                           {
                           }
                        }
                     }
                  };
      Thread receiver = new Thread(rreceiver);
  
      sender.start();
      receiver.start();     
   }
}

代码清单2：发送与接收信息

代码清单2声明了一个WaitNotifyDemo类。其中，main()方法有一对发送和接收信息的线程。

main()方法首先声明了Shard本地类，包含接收和发送信息的任务。Share声明了一个String类型的smg私有成员变量来存储要发送的信息，同时声明了同步的 send()和receive()方法来执行接收和发送动作。

发送线程调用的是send()。因为上一次调用send()的信息可能还没有被接收到，所以这个方法首先要通过计算this.msg != null的值来判断信息发送状态。如果返回值为true，那么信息处于被等待发送的状态，就会调用 wait() 。一旦信息被接收到，接受的线程就会给msg赋值为null并存储新信息，调用notify()唤醒等待的线程。

接收线程调用的是receive()因为可能没有信息处于被接收状态，这个方法首先会通过计算mas == null的值来验证信息有没有等待被接收的状态。如果表达式返回值为true，就表示没有信息等待被接收，此线程就要调用 wait() 方法。如果有信息发送，发送线程就会给 msg 分配值并且调用notify()唤醒接收线程。

编译（javac WaitNotifyDemo.java）并运行（java WaitNotifyDemo）源代码，将会看到以下输出结果：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9

Q15：我想更加深入的学习等待和唤醒的机制，能提供一些资源吗？
A15：可以在artima参考Bill Venners的书《Inside the Java Virtual Machine（深入理解 Java 虚拟机）》中第20章 Chapter 20: Thread Synchronization。

Object接口和Java8

Q16：在第一部分中提到过接口是不继承Object的。然而，我发现有些接口中声明了Object中的方法。比如java.util.Comparator接口有boolean.equals(Object.obj)。为什么呢？
A16：Java语言规范的9.6.3.4部分中清楚说明了，接口有相当于 Object 中成员那样的公共抽象成员。此外，如果接口中声明了Object中的成员函数（例如，声明的函数相当于覆盖 Object中的public方法），则认为是接口覆盖了他们，可以用 @Override注释。

为什么要在接口中声明非final的public Object方法（可能还带有 @Override）呢？举例来说，Comparator接口中就有boolean equals(Object obj)声明，这个方法在接口中声明就是为了此接口的特殊情况。

此外，这个方法只有在传入的类是一个比较规则相同的比较器的时候，才能返回 true。

因为这种情况是可选的，所以并不强制实现 Comparator。这取决于有没有equals，只有在遇到一个比较规则相同的比较器的时候才返回true的需求。尽管类并不要求覆盖equals，但是文档中却支持这样做来提高性能。

注意，不覆盖 Object.equals(Object)是安全的。但是，覆盖这个方发可能在一些情况下提高性能，比如让程序判断两个不同的比较器是不是用的相同规则。

Q17：哪一个equals()方法被覆盖了？是Object中的，还是接口中的？
A17：更早的文档中说，被覆盖的方法是在Object中的。

Q18:Java 8支持接口中的默认方法。可以在接口中默认实现Employee方法或者Object中的其他方法吗？
A18：不可以。Object中的任何public的非final方法都是不允许在接口中默认实现的。这个限制的基本原理在Brian Goetz的允许默认方法覆盖Object中的方法一文中有说明。