Java 是面向对象的高级编程语言,类和对象是 Java 程序的构成核心。围绕着 Java 类和 Java 对象,有三大基本特性:封装是 Java 类的编写规范、继承是类与类之间联系的一种形式、而多态为系统组件或模块之间解耦提供了解决方案。
本文主要围绕这三大特性介绍一下 Java 面向对象、组件解耦的核心思想。
1、面向对象思想
面向对象编程是当今主流的程序设计思想,已经取代了过程化程序开发技术,Java 是完全面向对象编程语言,所以必须熟悉面向对象才能够编写 Java 程序。
面向对象的程序核心是由对象组成的,每个对象包含着对用户公开的特定功能和隐藏的实现部分。程序中的很多对象来自 JDK 标准库,而更多的类需要我们程序员自定义。
从理论上讲,只要对象能够实现业务功能,其具体的实现细节不必特别关心。
面向对象有以下特点:
(1)面向对象是一种常见的思想,比较符合人们的思考习惯;
(2)面向对象可以将复杂的业务逻辑简单化,增强代码复用性;
(3)面向对象具有抽象、封装、继承、多态等特性。
面向对象的编程语言主要有:C++、Java、C#等。
2、类和对象的关系
类:
对某类事物的普遍一致性特征、功能的抽象、描述和封装,是构造对象的模版或蓝图,用 Java 编写的代码都会在某些类的内部。类之间主要有:依赖、聚合、继承等关系。
对象:
使用 new 关键字或反射技术创建的某个类的实例。同一个类的所有对象,都具有相似的数据(比如人的年龄、性别)和行为(比如人的吃饭、睡觉),但是每个对象都保存着自己独特的状态,对象状态会随着程序的运行而发生改变,需要注意状态的变化必须通过调用方法来改变,这就是封装的基本原则。
3、封装思想
核心思想就是“隐藏细节”、“数据安全”:将对象不需要让外界访问的成员变量和方法私有化,只提供符合开发者意愿的公有方法来访问这些数据和逻辑,保证了数据的安全和程序的稳定。
具体的实现方式就是:
a. 使用 private
修饰符把成员变量设置为私有,防止外部程序直接随意调用或修改成员变量;
b. 对外提供 public
的 set
和 get
方法,用于属性的读写;
c. 在get/set方法中加入属性控制语句,过滤掉非法数据(用于判断属性值的合法性)。
也可以把只在本类内部使用的方法使用 private
,这就是封装的思想,是面向对象最基本的开发规范之一。
在此,我们有必要说一下 Java 的访问权限修饰关键字。Java 中主要有 private、protected、public 和 默认访问权限 四种:
public 修饰符,具有最大的访问权限,可以访问任何一个在 CLASSPATH 下的类、接口、异常等。
protected 修饰符,主要作用就是用来保护子类,子类可以访问这些成员变量和方法,其余类不可以。
default 修饰符,主要是本包的类可以访问。
private 修饰符,访问权限仅限于本类内部,在实际开发过程中,大多数的成员变量和方法都是使用 private 修饰的。
Java 的访问控制是停留在编译层的,只在编译时进行访问权限检查,不会在类文件中留下痕迹。
通过反射机制,还是可以访问类的私有成员的。
我们举个小例子:
public class MobilePhone {
// 使用 private 关键字把成员变量私有化
private String os;
private String phoneNumber;
private String brand;
private double dumpEnergy;
// 对外提供访问、设置成员变量的 public 方法
// 这样就可以按照我们自己的意愿来访问、设置成员变量
// 而且也有助于在方法内部对数据有效性进行验证
public void setOs(String os){
this.os = os;
}
public String getOs(){
return this.os;
}
public void setPhoneNumber(String phoneNumber){
this.phoneNumber = phoneNumber;
}
public String getPhoneNumber(){
return this.phoneNumber;
}
public void setBrand(String brand){
this.brand = brand;
}
public String getBrand(){
return this.brand;
}
public void setDumpEnergy(double dumpEnergy){
this.dumpEnergy = dumpEnergy;
}
public double getDumpEnergy(){
return this.dumpEnergy;
}
// 发短信的方法,不需要做修改
public void sendMessage(String message, String targetPhoneNumber){
System.out.println("发给" + targetPhoneNumber + ", 内容是:" + message);
}
// 充电方法,不需要做修改
public double charge(){
System.out.println("正在充电, 剩余电量:" + dumpEnergy * 100 + "%");
return dumpEnergy;
}
// 对外提供的开机方法
public void startup(){
System.out.println("正在开机......");
// 调用私有开机方法
startup2();
System.out.println("完成开机");
}
// 私有的开机方法,封装开机细节
private void startup2(){
System.out.println("启动操作系统......");
System.out.println("加载开机启动项......");
System.out.println("......");
}
}
在实际的开发过程中,这样的封装方式已经成了 Java Bean 代码编写的规范。现在主流的框架在使用反射技术为对象赋值、取值时使用的都是 set 和 get 方法,而不是直接操作字段的值。
4、继承和类实例化过程
(1)在多个不同的类中抽取出共性的数据和逻辑,对这些共性的内容进行封装一个新的类即父类(也叫做超类或基类),让之前的类来继承这个类,那些共性的内容在子类中就不必重复定义,比如 BaseDAO、BaseAction 等。
* (2)Java 的继承机制是单继承,即一个类只能有一个直接父类。
* (3)如果子类和父类有同名成员变量和方法,子类可以使用 super 关键字调用父类的成员变量和方法,上述使用方式前提是成员在子类可见。
* (4)在调用子类构造方法时,会隐式的调用父类的构造方法 super()。如果父类没有无参构造方法,为了避免编译错误,需要在子类构造方法中显式的调用父类的含参构造方法。
(5)子类创建时调用父类构造方法:子类需要使用父类的成员变量和方法,所以就要调用父类构造方法来初始化,之后再进行子类成员变量和方法的初始化。因此,构造方法是无法覆盖的。
* (6)当子类需要扩展父类的某个方法时,可以覆盖(重写)父类方法,但是子类方法访问权限必须大于或等于父类权限,且返回值类型必须小于等于父类的返回值类型。
(7)继承提高了程序的复用性、扩展性,也是 Java 语言多态特征的前提。
(8)在实际开发、程序设计过程中,并非先有的父类,而是先有了子类中通用的数据和逻辑,然后再抽取封装出来的父类。
this、super只能在有对象的前提下使用,所以不能在static静态上下文使用,super() 和this()不能同时存在构造函数第一行。
我们简单了解下类的实例化过程
(1)JVM 读取指定 classpath 路径下的 class 文件,加载到内存,如果有直接父类,也会加载父类;
(2)堆内存分配空间;
(3)执行父类、子类静态代码块;
(4)对象属性进行默认初始化;
(5)调用构造方法;
(6)在构造方法中,先调用父类构造方法初始化父类数据;
(7)初始化父类数据后,显示初始化,执行子类的构造代码块;
(8)再进行子类构造方法的特定初始化;
(9)初始化完毕后,将地址赋值给引用
为了说明上面的内容,我们来编写一个简单的例子,实际意义并不大,只是为了演示类继承实例化的过程。
/*
父类
*/
class Parent {
int num = 5;
static {
System.out.println("父类静态代码块");
System.out.println();
}
{
System.out.println("父类构造代码块1," + num);
num = 1;
System.out.println("父类构造代码块2," + num);
doSomething();
System.out.println();
}
Parent() {
System.out.println("父类构造方法1," + num);
num = 2;
System.out.println("父类构造方法2," + num);
doSomething();
System.out.println();
}
void doSomething() {
System.out.println("父类doSomething方法1," + num);
num = 3;
System.out.println("父类doSomething方法2," + num);
System.out.println();
}
}
/*
子类
*/
class Child extends Parent {
int num = 10;
/*
静态代码块,在类加载时执行
*/
static {
System.out.println("子类静态代码块");
System.out.println();
}
/*
构造代码块
*/
{
System.out.println("子类构造代码块1," + num);
num = 11;
System.out.println("子类构造代码块2," + num);
doSomething();
System.out.println();
}
Child() {
System.out.println("子类构造方法1," + num);
num = 12;
System.out.println("子类构造方法2," + num);
doSomething();
System.out.println();
}
void doSomething() {
System.out.println("子类doSomething方法1," + num);
num = 13;
System.out.println("子类doSomething方法2," + num);
System.out.println();
}
}
public class A {
public static void main(String[] args) {
Child child = new Child();
child.num = 20;
child.doSomething();
}
}
输出:
父类静态代码块
子类静态代码块
父类构造代码块1,5
父类构造代码块2,1
子类doSomething方法1,0
子类doSomething方法2,13
父类构造方法1,1
父类构造方法2,2
子类doSomething方法1,13
子类doSomething方法2,13
子类构造代码块1,10
子类构造代码块2,11
子类doSomething方法1,11
子类doSomething方法2,13
子类构造方法1,13
子类构造方法2,12
子类doSomething方法1,12
子类doSomething方法2,13
子类doSomething方法1,20
子类doSomething方法2,13
5、多态、反射和组件解耦
多态指的是对象的多种形态。多态有两种:引用多态和方法多态。继承是多态的实现基础。
换言之,指允许不同类的对象对同一“消息”做出响应。即同一消息可以根据发送对象的不同而采用多种不同的行为方式。可以用于消除类型之间的耦合关系,Spring 的核心就是多态和面向接口编程。
(1)Java 中可以使用父类、接口变量引用(指向)子类、实现类对象;
(2)在这个过程中,会对子类、实现类对象做自动类型提升,子类、实现类特有功能就无法访问了,如果需要使用,可以做强制类型转换。
1.引用多态
父类的引用可以指向本类的对象;父类的引用可以指向子类的对象。
//父类:动物类
public class Animal{
public int age;
public String name;
public void eat(){
System.out.println("动物具有吃东西的本领!");
}
}
//子类:狗类
public class Dog extends Animal {
}
//测试类
public class Test{
public static void main(String[] args) {
//父类的引用可以指向本类的对象
Animal ani1 = new Animal();
//父类的引用可以指向子类的对象
Animal ani2 = new Dog();
}
}
1:父类和子类有相同的成员变量(静态和非静态),多态下访问的是父类的成员变量。
2:当父类和子类具有相同的非静态方法(就是子类重写父类方法),多态下访问的是子类的成员方法。
3:当父类和子类具有相同的静态方法(就是子类重写父类静态方法),多态下访问的是父类的静态方法。
2. 方法多态
创建父类对象时,调用的方法为父类方法;
创建子类对象时,调用的方法是子类重写的方法或继承自父类的方法;
注意:不允许通过父类的引用调用子类独有的方法,这里是子类重写父类的方法,不算是特有的方法。
//父类:动物类
public class Animal{
public int age;
public String name;
public void eat(){
System.out.println("动物具有吃东西的本领!");
}
}
//子类:狗类
public class Dog extends Animal {
public void eat(){
System.out.println("狗是吃肉的。");
}
}
//测试类
public class Test{
public static void main(String[] args) {
//父类的引用可以指向本类的对象
Animal ani1 = new Animal();
//父类的引用可以指向子类的对象
Animal ani2 = new Dog();
//输出动物具有吃的本领
ani1.eat();
//输出狗是吃肉的
ani2.eat();
}
}
Java 的反射技术和多态特性是框架开发、组件解耦的核心,在这方面,Spring 的 IOC 和 DI 为我们提供了一个极好的学习范例,Spring 的 IOC 使用反射技术创建、管理对象,DI 使用多态技术为组件注入依赖对象。
在没有学习 Spring 之前,简单的解决方案是使用一个 .properties 文件保存程序中使用的接口、实现类类型键值信息,然后在程序中使用一个全局 Properties 对象保存这些信息,并且使用反射技术把这些实现类初始化、提供一个静态的方法获取指定接口的实现类对象,在组件中就可以使用依赖对象的键获取需要的对象。
这样的方案带来的好处就是:当我们需要修改某个组件的实现方式时,比如把之前 JDBC 的 DAO 实现改为 Hibernate 实现,只要把这些新的实现类放到 classpath 下,把 .properties 文件对应接口的实现类类型改成新的 Hibernate 实现类,而不需要修改依赖组件的代码。