JDK源码rt.jar中java.lang包拆解

Leezw

基于 jdk8 https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/index.html

异常

概览

Throwable

检查异常（Checked Exception）

检查异常是指必须要被手动处理的异常，手动处理的方式有两种，一种是使用try...catch捕获，第二种是使用throw继续抛出。

抑制异常（Suppressed Exception）

相关阅读：什么是抑制异常

try...catch...finally场景中，可能会在三个语句块中分别抛出3个不同的异常，那么只有一个异常会被抛出，异常的优先级为finally>catch>try。也就是说如果try、catch、finally语句块中分别抛出异常A、B、C，那么只有C会被抛出，A和B就被抑制。如果try、catch分别抛出异常A、B，则只有B会被抛出。此时A被抑制。

在JDK7中伴随着try-with-resources语法，Throwable开始允许包含被抑制异常信息。可以通过Throwable.addSuppressed(t)向Throwable中添加被抑制的异常，通过Throwable.getSupressed()获取该Throwable抑制的其他异常。

这和JDK1.4中引入的异常链不同，异常链中的异常是因果关系，表达的是异常的连锁反应；抑制异常中的异常没有任何关系，表达的是多个异常的返回结果。

Throwable

是Java语言中所有异常的父类。仅Throwable或其子类能被JVM或Java抛出，同样只有Throwable或其子类能有被用在catch语句中。

Throwable的所有子类中，除了RuntimeException和Error的子类不是检查异常，其他异常都是检查异常。

Throwable包含的信息有：

  • new 异常时当前线程的堆栈快照
  • 一个简要的异常信息
  • 该异常抑制(suppress)的其他异常
  • 异常链

如果要建立异常链，可以通过构造方法，或者initCause(t)方法创建异常间的联系。

public String getMessage()

简要描述异常的详情，用于方便定位异常的具体原因

private String detailMessage;

public synchronized Throwable getCause()

保存诱发此结果异常的原因异常。递归getCause()即可形成异常链。 默认cause=this，所以如果cause==this，表示没有初始化过原因异常。 initCause()方法中会判断cause是否不等于this来保证只能被初始化一次。

private Throwable cause = this;

public void printStackTrace()

打印这个异常，和这个异常抑制的所有异常，和这个异常的所有异常链中的堆栈信息，格式一般如下（注意缩进规则，抑制异常也可以有异常链）：

Exception in thread "main" java.lang.Exception: Main block
    at Foo3.main(Foo3.java:7)
    Suppressed: Resource$CloseFailException: Resource ID = 2
            at Foo3.main(Foo3.java:5)
    Caused by: java.lang.Exception: Rats, you caught me
            at Resource2$CloseFailException.<init>(Resource2.java:45)
            ... 2 more
Caused by: java.lang.Exception: I did it
    at Foo3.main(Foo3.java:8)

/*
* 表示空堆栈，在所有空堆栈的异常中共享此字段
*/
private static final StackTraceElement[] UNASSIGNED_STACK = new StackTraceElement[0];
private StackTraceElement[] stackTrace = UNASSIGNED_STACK;

/*
* 调用本地方法来填充堆栈
*/
private native Throwable fillInStackTrace(int dummy);

public void setStackTrace(StackTraceElement[] stackTrace)

可以手动设置异常的堆栈信息，一般用于给RPC框架等高级系统使用，来填充client端的异常堆栈。

public final synchronized void addSuppressed(Throwable exception)

添加被此异常抑制的异常，此方法是线程安全的，通常由 try-with-resources 语句调用（自动和隐式）。

可以通过构造函数禁用抑制行为。

Exception

Exception类的任何非RuntimeException子类表示需要应用程序检查的异常。

  1. ReflectiveOperationException：由反射操作抛出的所有异常的父类
    1. NoSuchMethodException：当反射找不到特定方法时抛出
    2. ClassNotFoundException：当应用尝试通过类的字符串名称加载类，但反射找不到指定名称的类定义时抛出：
      • 使用Class类的forName方法
      • 使用ClassLoader类的findSystemClass方法
      • 使用ClassLoader类的loadClass方法
    3. IllegalAccessExcepiton：当通过反射创建实例、设置或获取字段、调用实例方法，但没有访问权限时抛出。可以通过setAccessible(true)来获得权限
    4. InstantiationException：当应用调用Class类的newInstance方法创建实例，但实例化失败时抛出，实例化失败的原因包括但不限于：
      • Class是抽象类、接口、数组、原始类型、或void的类型
      • Class表示的类没有无参构造函数
    5. NoSuchFieldException：当反射时该类没有指定名称的field时抛出
  2. InterruptedException：当线程处于等待、睡眠或其他方式被占用，并且被其他线程中断时自动抛出。运行中的线程可以通过Thread.interrupted()检测当前线程来判断是否已经被中断
  3. CloneNotSupportedException：调用clone方法，但对象未实现Cloneable接口时抛出。重写方法也可以抛出此异常表示对象不能被克隆
  4. RuntimeException：未检查异常的父类。此类异常一般由代码不健壮引起，可以通过完善编码来避免。
    1. ArrayStoreException：向数组插入非此数组类型的对象时抛出。Object x[]=new String[2];x[0]=new Integer(0);
    2. NegativeArraySizeException：当尝试创建数组时指定的数组大小为负数时抛出
    3. ArithmeticException：执行错误的算术时抛出，比如除0
    4. IllegalStateException：表示在不适当的时候调用了方法。比如在对象还未初始化完方法就被调用时可以抛出
    5. TypeNotPresentException：该异常与ClassNotFoundException的不同是该异常非检查异常
    6. EnumConstantNotPresentException：通过名称访问不存在的枚举值是抛出，该异常可能在反射时被抛出
    7. IndexOutOfBoundsException：索引超出范围时抛出
      1. StringIndexOutOfBoundsException：访问字符串索引位置超过字符串范围时抛出
      2. ArrayIndexOutOfBoundsException：访问数组索引位置超过索引范围时抛出
    8. NullPointerException：当使用对象，但对象为null时抛出
    9. UnsupportedOperationException：不支持请求的操作，一般表示不同的实现类不支持某个父类方法，此异常是Java Collections Framework的成员
    10. IllegalMonitorStateException：在未获得的监视器上调用wait或notify方法时抛出
    11. ClassCastException：强制转换对象类型不一致时抛出，比如(String)new Integer(0)
    12. SecurityException：由安全管理器抛出，表示有安全违规行为，比如用户自己定义了一个与jdk内置同名的包并使用包下的类时。比如如果定义了一个java.lang包，并在这个包下定义了一个类，加载和使用这个类就会抛出SecurityException
    13. IllegalArgumentException：参数非法时抛出
      1. NumberFormatException：解析非数字格式的字符串为数字时抛出
      2. IllegalThreadStateException：当线程未处于请求的适当状态抛出，例如参见Thread类的suspend和resume方法

Error

Error 表示不应该由应用程序捕获的严重错误，及时发生也无法恢复，通常由JVM运行错误引起。ThreadDeath 错误虽然是一种正常的情况，但也不应该手动捕获。Error及其子类被视为未检查异常。

  1. AssertionError：使用assert关键字断言失败时抛出
  2. ThreadDeath：当调用Thread.stop(deprecated)方法时，会在被停止的线程抛出ThreadDeath错误。仅当在需要的时候才应该捕获此错误，捕获后一定要将其重新抛出，保证让线程确实死亡。未捕获的ThreadDeath不会在顶级异常处理程序中打印出消息。虽然线程死亡是正常发生的情况，但因为许多程序都会直接捕获Exception然后丢弃，所以此异常的父类是Error。
  3. VirtualMachineError：当JVM出现错误，或者系统资源耗尽的时候抛出
    1. InternalError：表示JVM发生了一些意外的错误
    2. StackOverflowError：当递归深度超过栈大小时抛出，可以通过不停止的递归来触发
    3. OutOfMemoryError：当JVM由于内存不足无法创建对象，并且GC无法提供更多内存时抛出
    4. UnknownError：当JVM发生未知且严重的异常时抛出
  4. LinkageError：此错误表示，当A类对B类有某种依赖，但是在A类已经编译完成后，B类发生了不兼容A类的变化
    1. ClassCircularityError：当JVM检测到循环依赖时抛出。JVM通过队列来检测循环依赖，当队列中的出现重复时认为出现循环
    2. NoClassDefFoundError：如果JVM或ClassLoader尝试加载类（正常的方法调用，或new新实例）但找不到类定义时抛出。这种情况的发生由于编译时能够搜索到类定义存在，但运行时无法找到类定义
    3. BootstrapMethodError：当invokedynamic指令未找到其引导的方法，或其引导的方法无法为目标方法类型提供call site
    4. VerifyError：当JVM的验证器检测到java文件虽然格式正确，但是包含内部不一致或安全问题时抛出
    5. UnsatisfiedLinkError：JVM找不到native本地方法的定义时抛出
    6. ExceptionInInitializerError：表示JVM在初始化静态变量时发生了异常
    7. ClassFormatError：JVM读取一个格式错误的java文件时抛出
      1. UnsupportedClassVersionError：当java文件中的主要和次要版本号不受当前JVM支持时抛出
    8. IncompatibleClassChangeError：当前执行的方法所依赖的类的定义被改变时抛出
      1. AbstractMethodError：调用抽象方法时抛出。正常情况下这个错误可以被编译器捕获；但是当编译后的类定义发生了更改时可能在运行期间发生
      2. InstantiationError：当尝试创建抽象类或接口的实例时抛出。正常情况下这个错误可以被编译器捕获；但是当编译后的类定义发生了更改时可能在运行期间发生
      3. NoSuchFieldError：当尝试使用不存在的字段时抛出。正常情况下这个错误可以被编译器捕获；但是当编译后的类定义发生了更改时可能在运行期间发生
      4. NoSuchMethodError：当尝试使用不存在的方法时抛出。正常情况下这个错误可以被编译器捕获；但是当编译后的类定义发生了更改时可能在运行期间发生
      5. IllegalAccessError：当尝试访问没有访问权限的属性时抛出。正常情况下这个错误可以被编译器捕获；但是当编译后的类定义发生了更改时可能在运行期间发生

字符及字符串

字符串

CharSequence

相关阅读：什么是字符集、字符编码、代码点、代码单元、代理位

CharSequence 用来表示字符序列。此接口提供对不同类型字符序列的统一只读访问。一个字符值表示Basic Multilingual Plane (BMP) 字符集中定义的一个字符或UTF编码方式中的一个代理位surrogate。

此接口没有约定equals和hashCode方法的具体实现，不能保证每个此接口实现的正确性，因此不建议在Set或Map的键中使用。

String

String类表示字符串，Java程序中的字符串字面量也是String实例。创建后无法修改，只能被回收。由于其不可变性，String会存储hash码用于提高效率。由于默认的UTF-16编码在使用英语的国家会浪费一半的内存空间，因此在JDK9之后其内部存储由char数组改为byte数组，动态适应英文编码和UTF16编码。其内部定义的两个关键属性：

private final char value[];
private int hash; // Default to 0
public int length() {
   return value.length;
}

/** JDK9+ **/
private final byte value[]; 
public int length() {
   return value.length >> coder();   //当使用UTF16编码方式时，2字节一个代码单元，因此长度需要除2
}
byte coder() {
   return COMPACT_STRINGS ? coder : UTF16;
}
@Native static final byte LATIN1 = 0;
@Native static final byte UTF16  = 1;
/** JDK9+ end **/

Stirng类包括用于检索序列中的单个字符、比较字符串、搜索字符串、提取子串以及转换大小写副本的方法。Java语言为字符串拼接运算符（+）以及其他对象转换为字符串提供特殊支持。字符串连接是通过StringBuilder（JDK1.5之前是StringBuffer）类的append方法实现。字符串转换通过toString方法实现，因为toString方法在Object类中定义。

String内字符串默认UTF-16编码格式，其中补充字符由Unicode代理对表示。索引值指的是字符的代码单元，因此补充字符占字符串中的两个位置。String类中除了有用于处理Unicode代码单元的方法外，还提供了用于处理Unicode代码点的方法。

在内存中，字符串分为字面量和变量。字面量在字符串常量池中存储；变量（new出来的对象）和其他对象一样在堆中存储。字符串常量池在JDK6及之前版本在永久代空间，JDK7之后字符串常量池放到了堆中。JDK8之前Stirng使用char数组存储数据，JDK9开始改为使用byte数组存储数据。

String类中的native Stirng intern()方法会在常量池查找，若不存在就会将当前字符串放入常量池中，并返回当地字符串地址引用。如果存在就返回字符串常量池那个字符串地址。在JDK1.6时，如果串池中有返回已有的串池中的对象的地址，如果没有，会把此对象复制一份，放入字符串常量池，并返回池中的对象地址；JDK1.7开始，如果没有，则会把堆中对象的引用地址复制一份，放入字符串常量池。

G1回收器中，会对堆内存活的String对象进行去重操作，以减少内存使用。

关于String更多知识，相关阅读：字符串常量池

AbstractStringBuilder

可修改的字符串，StringBuffer和StringBuilder的父类，StringBuffer和StringBuilder的绝大部分方法都是在此抽象类中具体实现。由于其可变性，在扩容时会预留出额外的空间，所以value.length并不等于实际长度，因此内部存储了count变量缓存字符长度。同String一样在JDK9以后使用byte数组存储数据。内部定义了两个关键属性：

char[] value;
int count;

/** JDK9+ **/
byte[] value;
byte coder;
/** JDK9+ end **/

扩容时，会优先尝试扩容(2*value.length)+2，如果优先扩容失败，说明超过了最大数组容量Integer.MAX_LENGTH-8或发生了整型溢出，此时如果所需的最小容量小于最大数组容量，会一步到位扩容到最大数组容量，否则冒着OOM的风险直接申请所需最小容量。

StringBuffer相比StringBuilder只是在每个方法上都加了synchronized关键字。

CharacterData

characterdata

CharacterData抽象类定义了处理单个字符的基本方法，在其不同子类中实现了Unicode字符集不同Plane段的处理。一般只有在系统类Character中被使用，自己使用可以通过CharacterData.of(codePoint)方法获取当前代码点所处Plane的实现类。

    static final CharacterData of(int ch) {
        if (ch >>> 8 == 0) {     // fast-path
            return CharacterDataLatin1.instance;
        } else {
            switch(ch >>> 16) {  //plane 00-16
            case(0):
                return CharacterData00.instance;
            case(1):
                return CharacterData01.instance;
            case(2):
                return CharacterData02.instance;
            case(14):
                return CharacterData0E.instance;
            case(15):   // Private Use
            case(16):   // Private Use
                return CharacterDataPrivateUse.instance;
            default:
                return CharacterDataUndefined.instance;
            }
        }
    }

基本数据类型

number

Number

是代表所有原始数据类型byte、double、float、int、long、short的对象类型（平台类型）的超类。其定义了平台类的数据类型转换方法。数据类型转换可能丢失精度，位宽。

| 数据类型 | 描述 | | :— | :— |