[Java编程思想-学习笔记]第1章 对象导论

 1.1  抽象过程

Java是一门面向对象的语言，它的一个优点在于只针对待解问题抽象，而不用为具体的计算机结构而烦心，这使得Java有完美的移植性，也即Java的口号"Write Once, Run Anywhere"。

所谓的抽象过程，可以理解为对待解问题建模。比如待解问题是一个人，那么我们可以对人进行建模，它的类型是人，有属性姓名、性别、年龄，还有行为吃饭、走路。Java能直接完全据此建模编码，而无需考虑具体的计算机结构。所以当我们阅读Java程序时，正如书上说的"当你在阅读描述解决方案的代码的同时，也是在阅读问题的表述"。

1.2  对象的属性

正如我们所观察到的，人有属性姓名和年龄，圆有属性半径，三角形有属性边长和角度，每个对象都有一定的属性，也可以称属性是对象的成员。

1.3  每个对象都提供服务

每个对象都提供服务也是面向对象的一个重要的思想。

就像在人类世界里，造房子是为了住宿，造车子是为了出行，造学校是为了教育，造医院是为了医治。同样的，在Java中造对象当然是为了给用户使用。如果所造的对象没有一点用处，不能提供任何有用的服务，那简直成了垃圾对象。

既然每个对象都能提供服务，就意味着对象能做一些事，有一些公共方法可以被其他对象使用，这些公共方法也称为接口。

1.4  每个对象都有一个接口

面向对象有一个最重要的思想——物以类聚，各从其类。大千世界，无论何物，它都被视为一个实例化的对象，并且任何一个实例化的对象必定是按照一个模板创建出来的，其中此模板就是类。读过生物的应该都了解任何生物都可以根据"界、门、纲、目、科、属、种"进行分类，如果是非生物的，比如病毒、石头、沙子等，可当我们叫出它们的名字时，我们也找到了其所属的类。

科普一下接口的定义：简单来说，接口指的是“我能做什么”。（不妨打开JAVA的API，看看java.lang包，里面的接口如Appendable，Cloneable，Runnable，后缀都是-able，这样的命名也体现了接口的含义）

问题来了，为什么要用接口？为什么每个对象都有一个接口？我们不妨看看电视机这个实例化的对象，我们按打开按钮时，它就收到"打开"的请求，然后内部就做了一些工作，最后屏幕就亮了，我们按下一个频道时，它就收到"下一个频道"的请求，然后内部就做了一些工作，最后显示下一个频道。其实每个对象都应有相同的工作机制，比如人吃饭，人吃一口饭，内部也就收到"吃"的请求，然后就是一系列的消化的工作，最后会化作每个细胞工作需要的能量。我们对这种工作机制抽象，因而有了接口和实现的概念。接口，就像暴露在电视机外面的按钮一样，有打开，上/下一个频道，音量+/-等功能按钮；实现，就像隐藏在电视机里面复杂的内部工作一样，它最好是隐藏起来的。之所以说每个对象都有一个接口，就是避免把类设计成黑盒子，如果电视机一个接口也没有，那么我们即使用遥控器也没能操作它，这样的电视机有什么用处？因此这就告诫每个程序员，设计类的同时必须至少定义一个公共方法。

1.5  被隐藏的具体实现

为什么要把具体实现隐藏起来？除了 1.4 节所述原因，还有另一个重要的原因。要知道这编程世界有两种程序员，一者曰类创建者（那些创建新数据类型的程序员），二者曰客户端程序员（那些在其应用中使用数据类型的类消费者）。最普遍的，假设称Java类库的创建者为A1（即类创建者），称我们这些使用Java类库的程序员为A2（即客户端程序员）。A1与A2形成一种关系，A1负责构建类，而A2使用A1提供的类来做开发。假设类创建者开发了一个计算组合数的类Combination，数学上组合数的公式为C(n,m)=m!/n!(m-n)!，我们可以定义两个方法，一个是计算阶乘，另一个是计算组合数，我们不希望计算阶乘的方法成为接口暴露出去，因为一旦暴露了，客户端程序员就可以随意设置参数，修改内部实现，因此应当把这类具体实现隐藏起来，这样才能避免被毁坏，减少程序的bug，此外，这样做对客户端程序员而言也是一种服务，因为这样他们就知道哪些方法是可用的，哪些方法是不可用的，还有一个原因是，当我需要修改隐藏的实现时，不会影响到客户端程序员，比如我原来是使用循环来实现阶乘的计算，但后来我发现用递归更加好，我这么一改，甚至连方法名都改了，但是这个类的接口依然没变，所以没影响到客户端程序员。

其实不仅要隐藏具体实现，还应当隐藏对象的属性。这些属性和具体实现的隐藏在面向对象中被称为封装。封装的意义在于保护了，比如人，他有属性年龄，我们都知道年龄必须是非负数的，如果没有封装起来，一些调皮的程序员就可以随意篡改了，比如改成 -1 岁，年龄哪能是负数？所以为了防止篡改，保护对象的属性，就引入了封装。

1.6  复用具体实现

复用具体实现是Java的一大特色了。这里涉及了类之间的关系：聚合、组合、继承、关联、依赖。

简单来讲，聚合就是拥有关系，但是两者生命周期不一致，比如人拥有一台电脑就是聚合关系，其中电脑的寿命到了，但人的寿命还没到，人的寿命到了，但电脑的寿命还没到；

组合也是拥有关系，更是一种强聚合关系，两者的生命周期是一致的。比如人和自己的大脑，两者谁也不能离开谁；

继承不用多说了，比如苹果继承自水果，苹果是水果；
关联也是拥有关系，不同的是，关联是一对多的关系，比如一个订单只能有一个客户，而一个客户拥有多个订单；

依赖就是使用关系，比如一个人要过河，他就需要使用一下船只，在代码里体现在一个类的方法定义了被依赖类的局部变量，或者被依赖类作为此类方法的参数。

1.7  继承

继承是复用代码的一种方式，它是指在现有的一个类的基础上创建一个新的类，被继承的类称为基类（或父类、超类），继承出的类成为导出类（或子类、次类）。

继承有三种情形，1.导出类什么都没做，因此导出类与基类完全一样；2.导出类覆盖（修改）了基类的方法，即导出类纯替代了基类；3.导出类添加了新的方法，还可能覆盖了基类的方法，此时导出类扩展了基类，实际上我们在继承时往往都是扩展基类。

在继承上Java与C++最大的不同就是单根继承了，每个类都只能继承自一个类，并且，Java中所有的类都直接或间接地继承自根类Object，如下图所示

1.8  伴随多态的可互换对象

如 1.7 节所示，我们可以说直角三角形是一个三角形，等边三角形是一个三角形，但三角形不一定是直角三角形或等边三角形。假设我们已经设计了三角形的继承体系，这时我们再设计一个操作三角形的类，类中有一个方法用来填充三角形，但已知有三种三角形，即直角三角形、等腰三角形以及等边三角形，难道要分别为这三种三角形重载三种填充方法吗？不必，多态使得只要在参数上接受三角形这种泛化的类型即可，也就是说，无论是哪种三角形，在多态上都视为三角形，因此能被方法的参数所接受，故也都能被填充。比如下面的程序：

// 不使用多态
void fill(直角 e) { print("填充直角三角形"); }
void fill(等腰 e) { print("填充等腰三角形"); }
void fill(等边 e) { print("填充等边三角形"); }
// 使用多态
void fill(三角形 e) { print("填充" + e); }

可见，因多态机制，代码更加简洁。

到此，补充一句面试爱问的问题：封装、继承和多态是面向对象的三个特征。

1.9  单根继承结构

如 1.7 节所示，Java中所有的类最终都继承自单一的基类，就是Object。这样的单根继承结构有三个优点：

1. 所有对象都具有一个共用接口，这样它们归根到底都是相同的基本类型，在设计时还可以利用适配器模式解决接口不兼容问题；
2. 保证所有对象都具备某些功能，比如都有toString( )、equal( )方法；
3. 使垃圾回收器的实现变得更加容易，因为能保证每个对象具有其类型信息。

1.10  容器

我们都知道在声明数组时必须要指定其大小，而一指定大小就再也不能改了，那问题来了，如果数组的大小仍然不够那怎么办？也只能重新再定义一个数组了，这样子就很不方便了。为解决这个问题Java提供了容器，容器能根据自己所需的元素个数动态地调整容器的大小。容器有Set，Map，List以及栈、队列、树等，其中面试最爱问的就是ArrayList了。

1.11  对象的创建和生命周期

在Java中，创建对象只要使用new关键字即可，然后对象就被创建在堆中，如果对象是创建在堆栈上，编译器就能确定它的生命周期，还可以销毁它，但对象是存在于堆中，编译器就无法确定对象的存活时间了。为了销毁对象，释放内存，Java提供了垃圾回收机制，程序员就不再需要手动销毁对象了，这对程序的编写的确是方便了许多。

当然Java这样做也是有弊端的，因为对象是存在于堆的，因此对对象的创建和操作会慢一些，此外把销毁对象的工作交给垃圾回收器，这样子有点不放心，如果程序退出了，但垃圾回收器还没有销毁对象呢，因此Java程序占用内存高就闻名世界了。

1.12  异常处理：处理错误

举个例子，我们设计一个简单除法的方法divide

int divide(int x, int y) { return x / y; }

这时如果对 y 赋值为0，程序就运行异常，然后二话不说直接退出，很明显程序体验太差，其实这情况还不算太差，如果是为银行、军事、航空设计程序，但没有处理好异常，那样子该有多危险。所以为了确保程序的健壮性，必须要能处理好异常。

1.13  并发编程

许多程序设计问题都要求，程序能够停下正在做的工作，转而解决其他问题。有的程序还要求能够同时做多件事情。比如下载，我们希望同时下载多个资源，支持断点续传，可以暂停下载；比如QQ在线状态，可以一边聊天一边查看好友的状态。对这些问题，只能使用多线程来解决。