关于JDK源码:我想聊聊如何更高效地阅读

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为什么要看JDK源码

一,JDK源码是其它所有源码的基础,看懂了JDK源码再看其它的源码会达到事半功倍的效果。

二,JDK源码中包含大量的数据结构知识,是学习数据结构很好的资料,比如,链表、队列、散列表、红黑树、跳表、桶、堆、双端队列等。

三、JDK源码中包含大量的设计模式,是学习设计模式很好的资料,比如,适配器模式、模板方法模式、装饰器模式、迭代器模式、代理模式、工厂模式、命令模式、状态模式等。

三,JDK源码中包含大量Java的高阶知识,比如弱引用、Unsafe、CAS、锁原理、伪共享等,不看源码是很难学会这些知识的。

四,面试时更好地收割offer,这可能是很多同学最初的想法,其实真正看多了源码,这一点可能并不是太重要了,因为你会发现更广阔的世界。

五,我认为最重要的,阅读源码是对思维的一种锻炼,是学习优秀设计的最佳途径

JDK源码的阅读顺序

JDK 中的代码非常多,不可能、也没必要全部读完,因此要有的放矢。从整体上来讲,我分成了以下几个部分:

基础类

基础类,是指组成JDK源码地基的一部分类。

比如包装类、反射类、工具类等,这些类有个共同点,就是代码逻辑相对简单,不存在数据结构、复杂运算等问题。

对于基础类,我的建议是自己从头到尾浏览一遍,对于看不懂的地方可以写测试用例或者上网查查资料。比如,Integer里面有个IntegerCache内部类你可能不知道干嘛的,这时候光看代码是没用的,只能上网查查资料了,也不能盲目地死磕。

简单集合

简单集合,是指不存在多线程安全问题的集合。

这部分集合一般用在单线程中,或者方法体中,但是他们用到了很多的数据结构,所以需要一定的数据结构知识。

对于简单集合,我的建议是先弄明白底层的数据结构知识,再去看源码,这样可能会轻松一些。当然,我后面也会出数据结构系列的。

原子类

原子类,是指在多线程环境下能够保证原子性的类。

这部分类主要包括Atomic开头和Adder结尾的类,位于juc下面的atomic包中。

对于原子类,我的建议是先去了解底层的Unsafe、CAS、伪共享等概念,再去看最简单的AtomicInteger,最后再看LongAdder这种复杂的类。其中,断点调试是不可或缺的手段。

说句实话,LongAdder这个类能学到很多高阶的知识,非常推荐把这个类研究透彻,后面再去看Disruptor、Netty等源码会事半功倍。

同步器

同步器,是指为了控制多个线程的竞争关系而存在的类或者关键字等, ,它们可以说是Java中最重要的内容,没有它们就无法控制多线程的正常运转。

这部分内容主要包括synchronized关键字、volatile关键字、重入锁、读写锁、倒计时器、信号量、回环栅栏、阶段器、分布式锁的实现等等。

对于同步器,我的建议是先了解内存模型、可见性、原子性、有序性、Happens-Before等基本概念,再尝试阅读这部分的源码,最后再归纳出属于你自己理解的“同步器的原理”。

并发集合

并发集合,是指多线程环境下能够保证数据一致性的集合。

这部分集合主要是运用在多线程环境下,只有极个别类牵涉到高级的数据结构,更多的是锁、CAS、volatile、自旋等高阶技巧的运用。

对于并发集合,我的建议有三点:

线程(池)类

线程(池)类,是指跟线程和线程池相关的类。

这部分类主要包含Thread、ThreadLocal、三种线程池等。

对于线程(池)类,我的建议是先从整体上把握,再分成几个块来看,看哪块的东西就只看那块的东西,不要管其它的代码,即要搞清楚你的重点在哪里,比如,看线程运行的流程就不要管状态的事,凡是牵涉到状态的代码全部跳过,反之亦然,都看完了,再串一起看。

IO/NIO类

IO类,是指跟输入输出流相关的类,这部分类主要包括文件操作相关的类以及网络IO相关的类。

对于IO类,我的建议是简单浏览,做到心里有数即可,用到的时候再去查都可以。

但是对于nio相关的类,还是要好好研究的,这部分类我们放在Netty源码阅读的相关章节中一起学习。

其它类

其它类,工作中遇到了可以点进去看看,但是不建议抽出时间单独去研究,比如,时间类、awt类,看的必要性不是很大。

如何阅读集合

首页了解各个集合特点,可以画个思维导图或者啥的助于理解

集合

如何阅读具体一个类

如何阅读一个类的源码呢?主要步骤大概是:

  1. 先读接口代码。包括接口说明文档、各个方法的定义和说明文档。
  2. 再读实现类的主要方法实现,通常有以下两条主线入口:构造方法和 常用方法

在 Java 中,接口通常意味着是一种“标准”、或者“协议”。一个接口可以有多个实现类,它们都会按照接口的这种标准来实现接口的各个方法。因此,理解了一个方法的定义,再去看它的实现会更容易理解。

下面以常用的 ArrayList 为例,分析如何去阅读它的源码。

继承结构

首先看下 ArrayList 的继承结构:

image-20221130103419456

ArrayList:可以看到它实现了很多接口,其中三个接口 Cloneable、RandomAccess、Serializable 都是空的,可以暂时忽略。主要去看 Iterable、Collection 以及 List 接口的方法定义。

Iterable 接口:

image-20221130103735811

Collection 接口:

image-20221130103815292

List 接口:

image-20221130103921453

看起来方法挺多,其实不少都是我们平时会用到的,大部分理解起来并不困难,而且方法也都有注释。这部分难度不大。

接下来根据前面提到的两条主线入口,分析 ArrayList 的源码如何阅读。

构造器

分析一个类的源码时,构造器通常是一个好的切入点。比如 ArrayList 的三个构造器如下:

public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

public ArrayList(int initialCapacity) {
    if (initialCapacity > 0) {
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    } else if (initialCapacity == 0) {
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    } else {
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                           initialCapacity);
    }
}

public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    elementData = c.toArray();
    if ((size = elementData.length) != 0) {
        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    } else {
        // replace with empty array.
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

构造器中有不少成员变量,比如 elementData、EMPTY_ELEMENTDATA、DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 等,继续跟进这几个变量:

private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

由此可以得知,当我们写了 new ArrayList() 时,它的内部到底做了些什么。

常用方法

除了构造器,常用方法也是一个主要的入口,比如 add、remove 等。

add 方法实现:

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

可以一行行跟进代码,查看 add 方法内部到底做了什么。 其他方法的套路也是如此,不再一一说明。 按照这样一条条主线走下来,就可以对 ArrayList 的实现原理有个整体的认知了。整体部分搞清楚之后,接下来还可以去读一些不太常用的方法,包括剩余的所有部分。

JDK源码的阅读方法

一,设定目标,目标越明确越好,不要设定得过于虚无缥缈。比如,熟悉HashMap的数据结构,这就是一个很明确的目标;再比如,看懂HashMap的源码,这就很缥缈了。

二,尝试自己提出问题,先自己根据某个知识点发散提出问题。比如,关于HashMap你能想到哪些知识点,这部分可以借助思维导图无限想象,后面有机会我给大家分享一下思维导图联想法。

三,尝试网络查询问题,打开度娘,输入你要学习的知识点,把前面几页统统点开,看看别人都遇到了哪些问题,当然,能力强的同学也可以使用Google,这部分查询出来的问题也可以补充到你的思维导图中去。

四,尝试阅读源码,对于上面的问题,一个一个尝试去源码中寻找答案,由点及面,最后再总结整个大的知识点。

五,不断发现问题,在阅读源码的过程中可能又会发现新的问题,先跳过去,而是把它加到思维导图中,等当前的问题解决完了再去解决。

六,专注你的问题,在阅读源码的时候一定要专注于你当前的问题,不要受其它问题的干扰,比如看线程池任务执行的流程,你就不要管线程池状态的事情。

七,多做比较,横向比较和纵向比较,从多维度去比较 。

八,多做实验,多多利用IDE的调试模式,不断修改断点,不断调试。

九,多与人交流,如果条件允许的话,多与周边的人一起交流,当然,也可以来骚扰我。

十,多做总结,对于自己解决的问题,一定要学会总结,多做学习笔记,当然,也欢迎来我这里投稿。

十一,耐心&坚持,阅读源码是一件非常枯燥而且枯燥的事情,一定要坚持坚持坚持。