【Java关键字】理解instanceof关键字

前言

前文对static关键字进行了介绍，读者可以知道static关键字是一个可以控制成员变量、成员方法以及代码块的加载顺序和作用范围。我们在平时看源码的时候会时不时看到instanceof关键字，Java开发者对它的第一印象就是：instanceof是用于测试一个对象是否是另一个类的实例。

本文主要对instanceof关键字进行介绍：

• 了解instanceof
• instanceof作用的类型
• instanceof作用于null
• instanceof作用于实例对象、实现类、直接或间接子类
• instanceof的实现策略

了解instanceof

instanceof严格来说是Java中的一个双目运算符，用于测试一个对象是否为一个类的实例，用法如下：

boolean ans = obj instanceof Class

其中，obj作为一个对象，Class表示一个类或一个接口，当obj为Class对象时，或者是接口的实现类、或者是Class的直接或间接子类，ans都会返回true，否则返回false。

也就是说，如果用instanceof关键字做判断的时候，instanceof操作符的左右操作数必须有继承关系或实现关系。

其实，在进行编译之前，编译器会检查obj是否能转换成右边的Class类型，如果不能转换则直接报错，如果不能确定类型，则编译之后，视运行结果而定。

instanceof作用的类型

int a = 1;  
System.out.println(a instanceof Integer);  //编译不通过
System.out.println(a instanceof Object);  //编译不通过

可以看出，instanceof运算符只能对引用类型进行判断，不能是基本类型。

instanceof作用于null

System.out.println(null instanceof Integer);//false

我们知道，Java有两种数据类型，一种是基本数据类型，笔者在 Java的基本数据类型、拆装箱（深入版）有详细介绍，另一种是引用类型，包括类、接口、数组等。而在Java中还有一种特殊的null类型。

null类型没有名字，所以不可能声明null类型的变量或者转换为null类型，null引用是null类型表达式唯一可能的值，null引用也可以转换为任意引用类型。总的来说，null是可以成为任意引用类型的特殊符号。

在JavaSE规范中对instanceof运算符的规定就是：如果判断对象为null，那么将返回false。

instanceof作用于实例对象、实现类、直接或间接子类

instanceof作用于实例对象

Integer a = new Integer(1);
System.out.println(a instanceof Integer);

这是最普遍的一种用法，用于判断a对象是否是Integer类的实例。

instanceof作用于实现类

举个栗子：

了解Java集合类的小伙伴都知道，List作为上层接口，有不少经典的实现类如ArrayList、LinkedList等。

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable

在此我们可以使用instanceof关键字来判断，某个对象是否是List接口的实现类：

LinkedList linkedList = new LinkedList();
System.out.println(linkedList instanceof LinkedList);  //true

当然，反过来也是返回true。

List list = new LinkedList<>();
System.out.println(list instanceof LinkedList);

instanceof作用于直接或间接子类

上面提到过用instanceof关键字做判断的时候，instanceof操作符的左右操作数必须有继承关系或实现关系。用暹罗猫和病毒来举个栗子：

interface Animal{}  //动物接口
class Feline implements Animal{}  //猫科类
class Cat extends Feline{}  //猫类
class SiameseCat extends Cat{}  //暹罗猫类
class Virus{}
public class TestInstanceof{
    public static void main(String[] args){
        System.out.println("Cat的对象是谁的实例？");
        instanceofTest(new Cat());
        System.out.println("----------------------------------------");
        System.out.println("SiameseCat的对象是谁的实例？");
        instanceofTest(new SiameseCat());
        System.out.println("----------------------------------------");
        System.out.println("Virus的对象是谁的实例？");
        instanceofTest(new Virus());
    }
    public static void instanceofTest(Object o){
        if(o instanceof Virus)
            System.out.println(o.getClass()+"类的实例，是类Virus的实例");
        if(o instanceof SiameseCat)
            System.out.println(o.getClass()+"类的实例，是类SiameseCat的实例");
        if(o instanceof Cat)
            System.out.println(o.getClass()+"类的实例，是类Cat的实例");
        if(o instanceof Feline)
            System.out.println(o.getClass()+"类的实例，是类Feline的实例");
        if(o instanceof Animal)
            System.out.println(o.getClass()+"类的实例，是类Animal的实例");
        if(o instanceof Object)
            System.out.println(o.getClass()+"类的实例，是类Object的实例");
    }
}

上面的程序，展示出来的继承树是如下图所示：

运行结果为：

Cat的对象是谁的实例？
class Cat类的实例，是类Cat的实例
class Cat类的实例，是类Feline的实例
class Cat类的实例，是类Animal的实例
class Cat类的实例，是类Object的实例
----------------------------------------
SiameseCat的对象是谁的实例？
class SiameseCat类的实例，是类SiameseCat的实例
class SiameseCat类的实例，是类Cat的实例
class SiameseCat类的实例，是类Feline的实例
class SiameseCat类的实例，是类Animal的实例
class SiameseCat类的实例，是类Object的实例
----------------------------------------
Virus的对象是谁的实例？
class Virus类的实例，是类Virus的实例
class Virus类的实例，是类Object的实例

从结果我们可以看到，某个类（接口也可以看成是一种特殊的类，但类和接口只是类型上的区别而已）的对象是不是其他类（或接口）的实例，只需按上图箭头方法，以此对象所在的类为起点到达继承树分支终点，沿途经过的类（包括本类或接口）都是该对象的实例。

但是需要注意的是，在判断某个类（或接口）的对象是不是其他类（或接口）的实例，一定要先进行向上转型，然后才可以用instanceof关键字进行判断。举个栗子：

interface Animal{}  //动物接口
class Feline implements Animal{}  //猫科动物类
class Canine implements Animal{}  //犬科动物类
public class TestInstanceof{
    public static void main(String[] args) {
        Animal a = new Feline();
        System.out.println(a instanceof Feline);  //true
        System.out.println(a instanceof Canine);  //false
    }
}

上述程序的继承树为：

在判断接口Animal的对象a是不是类Canine的实例时，因为没有先进行向上转型，所以instanceof关键字判断的时候返回为false。想了解向上转型的朋友可以参考这篇文章：8.JAVA-向上转型、向下转型

instanceof的实现

其实，在进行编译之前，编译器会检查obj是否能转换成右边的Class类型，如果不能转换则直接报错，如果不能确定类型，则编译之后，视运行结果而定。举个栗子：

Feline feline = new Feline();
System.out.println(feline instanceof String);  //编译错误
System.out.println(feline instanceof List);  //false
System.out.println(feline instanceof List<?>);  //false
System.out.println(feline instanceof List<Feline>);  //编译错误

虽然Feline很显然不能转换为String对象，但是为什么feline instance List却能通过编译？而feline instanceof List 又不能通过编译？

instanceof的执行过程

我们可以在Java语言规范JavaSE 8版中看到这么一段话：

大家需要注意的是演示代码的上一句话：

At run time, the result of the instanceof operator is true if the value of the RelationalExpression is not null and the reference could be cast to the ReferenceType without raising a ClassCastException. Otherwise the result is false.

拙译：在运行时，如果需判断的参数不为null且转换类型的时候，不会触发ClassCastException，那么instanceof的操作结果为true，否则为false。

所以用伪代码描述，就是：

boolean result;
if (obj == null) {
  result = false;
} else {
  try {
      T temp = (T) obj; // checkcast
      result = true;
  } catch (ClassCastException e) {
      result = false;
  }
}

总结一下：

• 如果instanceof运算符的obj操作数的类型必须是引用类型或空类型，否则会发生编译时的错误；
• 如果obj强制转换为T时发生编译错误，则关系表达式的instanceof同样会产生编译时错误；
• 在运行时，如果T的值不为null，且obj可以转换为T而不引发ClassCastException，则instanceof运算符的结果为true。

可以知道，因为(String)feline 不能通过编译，而(List)feline可以通过编译，所以才会出现上述问题。

instanceof的执行策略

而instanceof的执行策略可以在JavaSE 8版本：instanceof实现算法中了解。

因为资料中涉及了JVM中的操作，翻译出来的效果可能会有点云里雾里的感觉，有兴趣的朋友可以自行查看资料。在此大致总结instanceof的执行策略（笔者拙译，水平不高，欢迎指正）：

1. 如果objectref为null，则直接返回false；否则就需要检查，objectref代表的类型对象S是否为T的子类型；
2. 如果S == T，则返回true；
3. 如果S不属于上述两种情况，则需要分情况来进行“子类型检查”了，而Java语言的类型系统中包括数组类型、接口类型和普通类类型，三者的子类型规定都不一样，须分开讨论。
   • 如果S是普通类类型：
     • 如果T是类类型，则S必须是T类型或者是T的子类；
     • 如果T是接口类型，则S必须实现T。
   • 如果S是接口类型：
     • 如果T是类类型，那么T必须是Object类型的；
     • 如果T是接口类型，那么T必须是S类型或者是S的父接口。
   • 如果S是数组类型：
     • 如果T是类类型，那么T必须是Object类型的；
     • 如果T是接口类型，那么T必须是由数组实现的接口之一；
     • 如果T也是数组类型，那么S和T必须是同一种原始类型，且S和T是引用类型的，S在转换成T的时候符合运行时的规则。

结语

英语真的太重要了，而且水平也决定了看问题的角度和高度。知乎上这位大佬的回答很值得去看，但是能看明白又是一回事了，屁股决定脑袋。

关于Java基础，笔者还写了一些文章，有需要的读者可以看一看：

【Java关键字】理解static关键字

【Java集合】你回答得出HashMap（JDK1.8）的7个问题吗？

【Java集合】除了Vector，还有另一个提供线程安全的List是什么？

【Java集合】LinkedList的使用及原理

【Java集合】ArrayList的使用及原理

你真的有好好了解过序列化吗：Java序列化实现的原理

关于String的这9个问题，值得一看

参考资料：

java中的instanceof关键字

Java关键字(一)——instanceof