一起学JDK源码 -- System类

布满荆棘的人生 2024-04-20 11:59 13阅读 0赞

说起System类，对我们来说既熟悉又陌生，熟悉的是我们刚接触java时就会用到这个类，甚至每天写代码也会用到这个类(System.out.println())；陌生的是我们对这个类一知半解，它是如何实现的，为什么这样写就能在屏幕上输出东西。今天就让我们通过阅读它的源码揭开它那神秘的面纱。

#### 基础知识： ####

##### 深拷贝与浅拷贝: #####

浅拷贝：只是简单的对对象的引用进行复制。  
深拷贝：拷贝对象的值和对象的内容。

#### 类定义： ####

public final class System {
        }

System类是被final修饰的，不能被继承。

#### 成员变量： ####

//标准输入流，一般接收键盘输入
        public final static InputStream in = null;
        //标准输出流，向控制台输出正确信息
        public final static PrintStream out = null
        //标准输出流，向控制台输出错误信息
        public final static PrintStream err = null;
        //安全管理器，用volatile关键字修饰，表示对象在多个线程间可见
        private static volatile SecurityManager security = null;
        //JAVA控制台对象与JAVA虚拟机相联，接收控制台输入，或向控制台输出信息。只能在控制台运行代码，否则获得对象为null。
        private static volatile Console cons = null;
        //用于承装系统属性，如os.name os.version等
        private static Properties props;
        //换行符widows返回"\r\n",UNIX系统返回"\n"
        private static String lineSeparator;

看到这些成员变量，有些是公有的，有些是私有的。这些对象被赋值为null，而且有的被final修饰不能被重新赋值。找遍整个类也没看到在哪里初始化这些对象。但我们使用System.out.println();的时候并没有报错啊。能够使用，就说明对象在谋个时刻被创建了，那到底这些对象是什么时候被创建的呢。怀着无比好奇的心理，在类中查找，忽然我看到了如下代码。

static {
        
            registerNatives();
        
        private static native void registerNatives();

静态代码块，类被加载的时候执行，会不会这些对象是在registerNatives方法中创建的呢。再一看这个方法是本地方法。看下注释，也看不懂，但隐约能看到VM啊，initializer啊，initializeSystemClass method之类的，找了一下，发现类中有一个initializeSystemClass方法，大概能猜到，是VM会执行这个方法。

private static void initializeSystemClass() {
        
            props = new Properties();
            initProperties(props);  // initialized by the VM
            sun.misc.VM.saveAndRemoveProperties(props);
            lineSeparator = props.getProperty("line.separator");
            sun.misc.Version.init();
            FileInputStream fdIn = new FileInputStream(FileDescriptor.in);
            FileOutputStream fdOut = new FileOutputStream(FileDescriptor.out);
            FileOutputStream fdErr = new FileOutputStream(FileDescriptor.err);
            setIn0(new BufferedInputStream(fdIn));
            setOut0(newPrintStream(fdOut, props.getProperty("sun.stdout.encoding")));
            setErr0(newPrintStream(fdErr, props.getProperty("sun.stderr.encoding")));
            loadLibrary("zip");
            Terminator.setup();
            sun.misc.VM.initializeOSEnvironment();
            Thread current = Thread.currentThread();
            current.getThreadGroup().add(current);
            setJavaLangAccess();
            sun.misc.VM.booted();
        }

在这个方法中可以看到刚才那些对象都是在这里被创建的。  
lineSeparator = props.getProperty(“line.separator”);从系统中获取换行符。  
setIn0(new BufferedInputStream(fdIn));设置标准输入流，也就是创建in对象，追溯到源头也就是创建了FileDescriptor.in对象，这个对象用于操作标准输入流，再往深了就到了虚拟机内部实现细节了，这里就有展开了，有兴趣的同学可以自行研究。  
其它的对象像out、err创建过程同in类似。到这里我们终于明白了为什么执行System.out.println()时会向控制台输出东西了。

#### 构造函数： ####

private System() {
        
        }

可以看到System类就一个构造函数，而且被私有化了，不允许我们创建对象。如果要使用这个类，只能使用类中的一些静态成员。这也是java中单例模式的雏形，把构造私有化，然后对外提供一个内部创建的唯一的对象，就形成单例了。

#### 其它函数： ####

##### setIn: #####

public static void setIn(InputStream in) {
        
            checkIO();
            setIn0(in);
        }
        //对setIo进行安全检查
        private static void checkIO() {
        
            SecurityManager sm = getSecurityManager();
            if (sm != null) {
        
                sm.checkPermission(new RuntimePermission("setIO"));
            }
        }
        //给System.in重新赋值，内部实现。
        private static native void setIn0(InputStream in);

给System.in对象重新赋值。即当调用了些方法后，我们再使用System.in的时候接收的信息不再是从键盘录入了，而是我们指定的文件或设备。点开函数可以看到，第一个函数是进行安全检查的，第二个函数是调用的本地方法。有人疑惑System.in变量不是被final修饰了吗，为什么还可以被修改。额…这个…它调用的是本地方法，由虚拟机内部实现，他是老大能不能改变他说了算。

##### setOut: #####

public static void setOut(PrintStream out) {
        
            checkIO();
            setOut0(out);
        }

给System.out重新赋值，原理同setIn。比如我们想让System.out.println()把内容输出到文件，就可以调用这个方法，指定输出文件。

##### setErr: #####

public static void setErr(PrintStream err) {
        
            checkIO();
            setErr0(err);
        }

给System.err重新赋值，原理同setOut。

##### console: #####

public static Console console() {
        
             if (cons == null) {
        
                 synchronized (System.class) {
        
                     cons = sun.misc.SharedSecrets.getJavaIOAccess().console();
                 }
             }
             return cons;
         }

返回唯一的Console对象，这个对象是跟Java虚拟机相关联的。可以看到这里使用了synchronized代码块，避免多线程调用的时候返回多个Console对象。

##### inheritedChannel: #####

public static Channel inheritedChannel() throws IOException {
        
            return SelectorProvider.provider().inheritedChannel();
        }

返回从创建此 java 虚拟机的实体中继承的通道。如果有则返回，没有返回null。

##### SecurityManager设置与获取： #####

public static void setSecurityManager(final SecurityManager s) {
        
            try {
        
                s.checkPackageAccess("java.lang");
            } catch (Exception e) {
        
                // no-op
            }
            setSecurityManager0(s);
        }
        public static SecurityManager getSecurityManager() {
        
            return security;
        }

设置和获取java的安全管理器，当运行未知的Java程序的时候，该程序可能有操作如删除系统文件、重启系统等，为了防止运行恶意代码对系统产生影响，需要对运行的代码的权限进行控制，这时候就要启用Java安全管理器。

##### currentTimeMillis: #####

public static native long currentTimeMillis();

获取当前系统时间的毫秒数。1秒=1000毫秒(ms);

##### nanoTime: #####

public static native long nanoTime();

获取当前系统时间的纳秒数。1秒=1,000,000,000 纳秒(ns);

##### arraycopy: #####

public static native void arraycopy(
                                        Object src,//源数组
                                        int  srcPos, //源数组要复制的起始位置
                                        Object dest, //目标数组
                                        int destPos, //目标数组的起始位置
                                        int length//复制的长度
                                        );

复制数组，从一个明确的数组中复制数组元素到另一个数组中。System.arraycopy采用的是浅复制，使用的时候注意一下。

##### identityHashCode: #####

public static native int identityHashCode(Object x);

获取对象的hashCode,一般可通过对象的hashCode()方法获取对象的hashCode,但有些对象重写了hashCode()方法，那么想要获取对象的hashCode时就要使用本方法了。

##### props： #####

private static Properties props;
        private static native Properties initProperties(Properties props);
        public static void setProperties(Properties props) {
        
            SecurityManager sm = getSecurityManager();
            if (sm != null) {
        
                sm.checkPropertiesAccess();
            }
            if (props == null) {
        
                props = new Properties();
                initProperties(props);
            }
            System.props = props;
        }
        public static Properties getProperties() {
        
            SecurityManager sm = getSecurityManager();
            if (sm != null) {
        
                sm.checkPropertiesAccess();
            }
    
            return props;
        }

props是用于承装java的系统变量的，initProperties是初始化props对象，本地方法实现。setProperties()重新设置系统的Properties对象。getProperties()方法用于获取Properties对象。不论是设置还是获取都先会进行安全检查，看是否对系统属性有安全限制。获取Properties对象后可重新设值取值。

#####  #####

public static String setProperty(String key, String value) {
            checkKey(key);
            SecurityManager sm = getSecurityManager();
            if (sm != null) {
                sm.checkPermission(new PropertyPermission(key,
                    SecurityConstants.PROPERTY_WRITE_ACTION));
            }
    
            return (String) props.setProperty(key, value);
        }

设置系统属性到Properties对象中，如果已经存在则覆盖原有属性，并返回原有属性。该对象是全局的，在程序中到处都可以调用。

##### getProperty: #####

public static String getProperty(String key) {
            checkKey(key);
            SecurityManager sm = getSecurityManager();
            if (sm != null) {
                sm.checkPropertyAccess(key);
            }
    
            return props.getProperty(key);
        }

从Properties中获取系统属性，如果有则返回，如果没有返回null。

##### getProperty(String key, String def): #####

public static String getProperty(String key, String def) {
            checkKey(key);
            SecurityManager sm = getSecurityManager();
            if (sm != null) {
                sm.checkPropertyAccess(key);
            }
    
            return props.getProperty(key, def);
        }

从Properties中获取系统属性，如果有则返回，如果没有返回默认值，第二个参数为默认值。

##### clearProperty: #####

public static String clearProperty(String key) {
            checkKey(key);
            SecurityManager sm = getSecurityManager();
            if (sm != null) {
                sm.checkPermission(new PropertyPermission(key, "write"));
            }
    
            return (String) props.remove(key);
        }

用于清除系统属性，并返回原属性值。

##### lineSeparator: #####

public static String lineSeparator() {
        
            return lineSeparator;
        }

获取系统的换行符widows系统返回"\\r\\n",UNIX系统返回"\\n"。

##### getenv: #####

public static java.util.Map<String,String> getenv() {
        
            SecurityManager sm = getSecurityManager();
            if (sm != null) {
        
                sm.checkPermission(new RuntimePermission("getenv.*"));
            }
    
            return ProcessEnvironment.getenv();
        }

获取java程序环境信息，如LOCALAPPDATA，JAVA\_HOME等。返回的是一个Map对象。

##### exit: #####

public static void exit(int status) {
        
            Runtime.getRuntime().exit(status);
        }

结束当前正在运行中的java虚拟机。参数0代表正常退出，非0代表异常退出。

##### gc： #####

public static void gc() {
        
            Runtime.getRuntime().gc();
        }

该方法用于告知虚拟机进行垃圾回收。垃圾收集器将运行以回收未使用的内存空间。注意这一步只是通知虚拟机要进行垃圾回收操作，虚拟机并不一定立即进行回收操作。

##### runFinalization: #####

public static void runFinalization() {
        
            Runtime.getRuntime().runFinalization();
        }

我们知道Object对象不有一个finalize方法，当进行垃圾回收时，对象被回收前会执行finalize方法。调用runFinalization方法运行处于挂起终止状态的所有对象的终止方法。Java虚拟机已经尽最大努力去完成所有未执行的终止方法。

##### load: #####

public static void load(String filename) {
        
            Runtime.getRuntime().load0(Reflection.getCallerClass(), filename);
        }

用于装载指定名称filename的系统库文件。filename必需是绝对路径。

##### loadLibrary： #####

public static void loadLibrary(String libname) {
        
            Runtime.getRuntime().loadLibrary0(Reflection.getCallerClass(), libname);
        }

加载系统中的本地库，如果是Windows系统加载的是xxx.dll，如果是unix系统加载的是xxx.so，注意该方法不能包含文件的扩展名，但该文件必需在JVM属性java.library.path所指向的路径中。

##### mapLibraryName： #####

public static native String mapLibraryName(String libname);

将一个库名称映射到特定于平台的、表示本机库的字符串中。有点抽象，比如你想映射mapLibraryName这个库名，映射到Windows平台就是mapLibraryName.dll映射到Unix平台就是mapLibraryName.so