一起学JDK源码 -- System类

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