到头来还是逃不开Java - Java13面向对象基础

面向对象基础

没有特殊说明，我的所有学习笔记都是从廖老师那里摘抄过来的，侵删

引言

兜兜转转到了大四，学过了C，C++，C#，Java，Python，学一门丢一门，到了最后还是要把Java捡起来。所以奉劝大家，面向对象还是要掌握一门，虽然Python好写舒服，但是毕竟不能完全面向对象，也没有那么多的应用场景，所以，奉劝看到本文的各位，还是提前学好C#或者Java。

class和instance

• 所以，只要理解了class和instance的概念，基本上就明白了什么是面向对象编程。
• class是一种对象模版，它定义了如何创建实例，因此，class本身就是一种数据类型。
• 而instance是对象实例，instance是根据class创建的实例，可以创建多个instance，每个instance类型相同，但各自属性可能不相同

定义class

• 在Java中，创建一个类，例如，给这个类命名为Person，就是定义一个class：

class Person {
    public String name;
    public int age;
}

创建实例

Person ming = new Person();

• 定义了class，只是定义了对象模版，而要根据对象模版创建出真正的对象实例，必须用new操作符。

• new操作符可以创建一个实例，然后，我们需要定义一个引用类型的变量来指向这个实例：

• 上述代码创建了一个Person类型的实例，并通过变量ming指向它。

• 注意区分Person ming是定义Person类型的变量ming，而new Person()是创建Person实例。

• 有了指向这个实例的变量，我们就可以通过这个变量来操作实例。访问实例变量可以用变量.字段

ming.name = "Xiao Ming"; // 对字段name赋值

创建两个Person的实例，并用Person类型的变量ming、hong指向他们。

            ┌──────────────────┐
ming ──────>│Person instance   │
            ├──────────────────┤
            │name = "Xiao Ming"│
            │age = 12          │
            └──────────────────┘
            ┌──────────────────┐
hong ──────>│Person instance   │
            ├──────────────────┤
            │name = "Xiao Hong"│
            │age = 15          │
            └──────────────────┘

方法

• 虽然外部代码不能直接修改private字段，但是，外部代码可以调用方法setName()和setAge()来间接修改private字段。在方法内部，我们就有机会检查参数对不对。比如，setAge()就会检查传入的参数，参数超出了范围，直接报错。这样，外部代码就没有任何机会把age设置成不合理的值。
• 一个类通过定义方法，就可以给外部代码暴露一些操作的接口，同时，内部自己保证逻辑一致性。

定义方法

• 从上面的代码可以看出，定义方法的语法是：

修饰符 方法返回类型 方法名(方法参数列表) {
    若干方法语句;
    return 方法返回值;
}

• 方法返回值通过return语句实现，如果没有返回值，返回类型设置为void，可以省略return

private方法

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person ming = new Person();
        ming.setBirth(2008);
        System.out.println(ming.getAge());//调用getAge()的时候不关心有没有age字段
    }
}

class Person {
    private String name;
    private int birth;

    public void setBirth(int birth) {
        this.birth = birth;
    }
    
    public int getAge() {
        return calcAge(2019); // 调用private方法
    }
    
    // private方法:
    private int calcAge(int currentYear) {
        return currentYear - this.birth;
    }
}

• 外部代码无法调用，但是类内部代码可以调用
• 方法可以封装一个类的对外接口，调用方不需要知道也不关心Person实例在内部到底有没有age字段。

this变量

• 在方法内部，可以使用一个隐含的变量this，它始终指向当前实例。

• 如果有局部变量和字段重名，那么局部变量优先级更高，就必须加上this

class Person {
    private String name;

    public void setName(String name) {
        this.name = name; // 前面的this不可少，少了就变成局部变量name了
    }
}

方法参数

• 方法可以包含0个或任意个参数。方法参数用于接收传递给方法的变量值。调用方法时，必须严格按照参数的定义一一传递。

可变参数

• 可变参数用类型...定义，可变参数相当于数组类型：

class Group {
    private String[] names;

    public void setNames(String... names) {
        // 完全可以吧可变参数当做数组来写
        // 比如这里可以写成 String[]
        this.names = names;
    }
}

• 但是，调用方需要自己先构造String[]，比较麻烦。例如：

Group g = new Group();
g.setNames(new String[] {"Xiao Ming", "Xiao Hong", "Xiao Jun"}); // 传入1String[]

• 另一个问题是，调用方可以传入null：

Group g = new Group();
g.setNames(null);

• 而可变参数可以保证无法传入null，因为传入0个参数时，接收到的实际值是一个空数组而不是null。

参数绑定

• 调用方把参数传递给实例方法时，调用时传递的值会按参数位置一一绑定。
• 修改外部的局部变量n，不影响实例p的age字段，原因是setAge()方法获得的参数，复制了n的值
• 基本类型参数的传递，是调用方值的复制。
• 引用类型参数的传递，调用方的变量，和接收方的参数变量，指向的是同一个对象。双方任意一方对这个对象的修改，都会影响对方（因为指向同一个对象嘛）。

构造方法

class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    
    public String getName() {
        return this.name;
    }
    
    public int getAge() {
        return this.age;
    }
}

• 和普通方法相比，构造方法没有返回值（也没有void），调用构造方法，必须用new操作符。

默认构造方法

• 如果一个类没有定义构造方法，编译器会自动为我们生成一个默认构造方法，它没有参数，也没有执行语句，类似这样：

class Person {
    public Person() {
    }
}

• 如果我们自定义了一个构造方法，那么，编译器就不再自动创建默认构造方法

• 如果既要能使用带参数的构造方法，又想保留不带参数的构造方法，那么只能把两个构造方法都定义出来

• 没有在构造方法中初始化字段时，引用类型的字段默认是null，数值类型的字段用默认值，int类型默认值是0，布尔类型默认值是false

• 也可以对字段直接进行初始化：

class Person {
    private String name = "Unamed";
    private int age = 10;
}

• 在Java中，创建对象实例的时候，按照如下顺序进行初始化：

1. 先初始化字段，例如，int age = 10;表示字段初始化为10，double salary;表示字段默认初始化为0，String name;表示引用类型字段默认初始化为null；
2. 执行构造方法的代码进行初始化。

• 因此，构造方法的代码由于后运行，所以，new Person("Xiao Ming", 12)的字段值最终由构造方法的代码确定。

多构造方法

• 可以定义多个构造方法，在通过new操作符调用的时候，编译器通过构造方法的参数数量、位置和类型自动区分。

• 一个构造方法可以调用其他构造方法，这样做的目的是便于代码复用。调用其他构造方法的语法是this(…)：

class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public Person(String name) {
        this(name, 18); // 调用另一个构造方法Person(String, int)
    }

    public Person() {
        this("Unnamed"); // 调用另一个构造方法Person(String)
    }
}

方法重载

• 在一个类中，我们可以定义多个方法。如果有一系列方法，它们的功能都是类似的，只有参数有所不同，那么，可以把这一组方法名做成同名方法。

class Hello {
    public void hello() {
        System.out.println("Hello, world!");
    }
	// 同名方法，但是参数不同
    public void hello(String name) {
        System.out.println("Hello, " + name + "!");
    }
	// 同名方法，但是参数不同
    public void hello(String name, int age) {
        if (age < 18) {
            System.out.println("Hi, " + name + "!");
        } else {
            System.out.println("Hello, " + name + "!");
        }
    }
}

• 方法名相同，但各自的参数不同，称为方法重载（Overload）

• 注意：方法重载的返回值类型通常都是相同的。

• 方法重载的目的是，功能类似的方法使用同一名字，更容易记住，因此，调用起来更简单。

  举个例子，String类提供了多个重载方法indexOf()，可以查找子串：

  • int indexOf(int ch)：根据字符的Unicode码查找；
  • int indexOf(String str)：根据字符串查找；
  • int indexOf(int ch, int fromIndex)：根据字符查找，但指定起始位置；
  • int indexOf(String str, int fromIndex)根据字符串查找，但指定起始位置。

继承

• Java使用extends关键字来实现继承：

class Person {
    private String name;
    private int age;

    public String getName() {...}
    public void setName(String name) {...}
    public int getAge() {...}
    public void setAge(int age) {...}
}

class Student extends Person {
    // 不要重复name和age字段/方法,
    // 只需要定义新增score字段/方法:
    private int score;

    public int getScore() { … }
    public void setScore(int score) { … }
}

• 在OOP的术语中，我们把Person称为超类（super class），父类（parent class），基类（base class），把Student称为子类（subclass），扩展类（extended class）。

继承树

• 定义Person时没有写 extends
• 在Java中，没有明确写extends的类，编译器会自动加上extends Object。所以，任何类，除了Object，都会继承自某个类。

┌───────────┐
│  Object   │
└───────────┘
      ▲
      │
┌───────────┐
│  Person   │
└───────────┘
      ▲
      │
┌───────────┐
│  Student  │
└───────────┘

• Java只允许一个class继承自一个类，因此，一个类有且仅有一个父类。只有Object特殊，它没有父类。

Protected

• 继承有个特点，就是子类无法访问父类的private字段或者private方法，但是用protected修饰的字段可以被子类访问。

• 因此，protected关键字可以把字段和方法的访问权限控制在继承树内部，一个protected字段和方法可以被其子类，以及子类的子类所访问。

Super

• super关键字表示父类（超类）。子类引用父类的字段时，可以用super.fieldName

• 如果父类没有默认的构造方法，子类就必须显式调用super()并给出参数以便让编译器定位到父类的一个合适的构造方法。

• 这里还顺带引出了另一个问题：即子类不会继承任何父类的构造方法。子类默认的构造方法是编译器自动生成的，不是继承的。

向上转型

• 把一个子类类型安全地变为父类类型的赋值，被称为向上转型（upcasting）

Person p = new Student();// upcasting

向下转型

• 把一个父类类型强制转型为子类类型，就是向下转型（downcasting）

• 不能把父类变为子类，因为子类功能比父类多，多的功能无法凭空变出来。

• Java中的向下转型很容易失败，出现ClassCastException

• 为了避免向下转型出错，Java提供了instanceof操作符，可以先判断一个实例究竟是不是某种类型

Person p = new Person();
System.out.println(p instanceof Person); // true
System.out.println(p instanceof Student); // false

Student s = new Student();
System.out.println(s instanceof Person); // true
System.out.println(s instanceof Student); // true

Student n = null;
System.out.println(n instanceof Student); // false

• instanceof实际上判断一个变量所指向的实例是否是指定类型，或者这个类型的子类。如果一个引用变量为null，那么对任何instanceof的判断都为false。

• 利用instanceof，在向下转型前可以先判断：

Person p = new Student();
if (p instanceof Student) {
    // 只有判断成功才会向下转型:
    Student s = (Student) p; // 一定会成功
}

区分继承和组合

• 因为Student是Person的一种，它们是is关系。而Student和Book的关系是has关系。

• 具有has关系不应该使用继承，而是使用组合，即Student可以持有一个Book实例：

class Student extends Person {
    // 在类中有一个实例
    // 从结果上来说，就是没创建一个Student实例就会有一个book实例作为其字段
    protected Book book; 
    protected int score;
}

多态

• 在继承关系中，子类如果定义了一个与父类方法签名完全相同的方法，被称为覆写（Override）

• Override和Overload不同的是，如果方法签名如果不同，就是Overload，Overload方法是一个新方法；如果方法签名相同，并且返回值也相同，就是Override。

• 注意：方法名相同，方法参数相同，但方法返回值不同，也是不同的方法。在Java程序中，出现这种情况，编译器会报错。

• 加上@Override可以让编译器帮助检查是否进行了正确的覆写。希望进行覆写，但是不小心写错了方法签名，编译器会报错。// 意思是不加上@overwrite也没有问题，但是@overwrite是帮助检查的

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Student();
        p.run(); // 应该打印Person.run还是Student.run?
        // 答案是 Student.run
        // 因为 Java的实例方法调用的是基于运行时的实际类型的调用
    }
}

class Person {
    public void run() {
        System.out.println("Person.run");
    }
}

class Student extends Person {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Student.run");
    }
}

• Java的实例方法调用是基于运行时的实际类型的动态调用，而非变量的声明类型。

• 这个非常重要的特性在面向对象编程中称之为多态。Polymorphic。

• 多态是指，针对某个类型的方法调用，其真正执行的方法取决于运行时期 实际类型的方法。

• 多态具有一个非常强大的功能，就是允许添加更多类型的子类实现功能扩展，却不需要修改基于父类的代码。

    // 创建Income类型的实例数组
	Income[] incomes = new Income[] {
        new Income(3000),
        new Salary(7500),
        new StateCouncilSpecialAllowance(15000)
    };

覆写Object方法

• 因为所有的class最终都继承自Object，而Object定义了几个重要的方法：
  • toString()：把instance输出为String；
  • equals()：判断两个instance是否逻辑相等；
  • hashCode()：计算一个instance的哈希值。

调用super

• 在子类的覆写方法中，如果要调用父类的被覆写的方法，可以通过super来调用。

class Person {
    protected String name;
    public String hello() {
        return "Hello, " + name;
    }
}

Student extends Person {
    @Override
    public String hello() {
        // 调用父类的hello()方法:
        return super.hello() + "!";
    }
}

final

• 如果一个父类不允许子类对它的某个方法进行覆写，可以把该方法标记为final。用final修饰的方法不能被Override

class Person {
    protected String name;
    public final String hello() {
        return "Hello, " + name;
    }
}

Student extends Person {
    // compile error: 不允许覆写
    @Override
    public String hello() {
    }
}

• 如果一个类不希望任何其他类继承自它，那么可以把这个类本身标记为final。

final class Person {
    protected String name;
}

// compile error: 不允许继承自Person
Student extends Person {
}

• 一个类的实例字段，同样可以用final修饰，用final修饰的字段在初始化后不能被修改，但是可以在构造方法中初始化final字段，←这种方法非常常用，保证实例一旦创建，就不会再被修改。

class Person {
    // 将类的实例字段用final修饰
    public final String name;
    // 在构造方法中初始化final修饰的字段
    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }
}

• 重写（Overload）是不准许父类和子类只是返回值类型不同，而覆盖（Override）是准许父类和子类的返回值类型不一样，只不过那个返回值类型要是一种继承关系，比如文章中的process()方法返回值一个是Grain类型，一个是Wheat类型，Grain和Wheat有继承关系，所以可以，而 void类型和int类型不存在这样的关系，所以不行。

抽象类

• 如果父类的方法本身不需要实现任何功能，仅仅是为了定义方法签名，目的是让子类去覆写它，则可以把父类的方法声明为抽象方法，声明抽象方法直接在方法前面加上abstract即可，又因为包含抽象方法，所以也必须将类声明为抽象类，这样就可以正常编译了，但是记住，这个抽象类还是无法实例化。

abstract class Person {
    public abstract void run();
}

Person p = new Person(); // 编译错误

• 无法实例化的抽象类有什么用？因为抽象类本身被设计成只能用于继承，实际上可以将抽象类当做是一种继承规范，子类在继承抽象类的时候必须Override父类的抽象方法

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Student();
        p.run();
    }
}

abstract class Person {
    public abstract void run();
}

class Student extends Person {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Student.run");
    }
}

面向抽象编程

• 定义了抽象类，以及具体继承了抽象类的子类，我们就可以通过抽象类去引用具体类型的子类实例，这种抽象类的好处在于，我们不关心抽象类变量的具体类型，只关心去引用具体类型的子类实例，避免引用实际类型的方式，称之为面向抽象编程。
• 面向抽象编程的本质就是：
  • 上层代码只定义规范（例如：abstract class Person）；
  • 不需要子类就可以实现业务逻辑（正常编译）；
  • 具体的业务逻辑由不同的子类实现，调用者并不关心。

接口

• 如果一个抽象类没有字段，所有方法全部都是抽象方法，就可以把该类改写为接口。
• 在Java中用interface来声明接口。
• 因为接口定义的所有方法都是public abstract所以可以省略public abstract

interface Person {
    void run();
    String getName();
}

• 当一个具体的class去实现一个interface时，需要使用implements关键字。

class Student implements Person {
    private String name;

    public Student(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(this.name + " run");
    }

    @Override
    public String getName() {
        return this.name;
    }
}

• 在Java中，一个类只能继承自另一个类，不能从多个类继承。但是，一个类可以实现多个interface

class Student implements Person, Hello { // 实现了两个interface
    ...
}

术语

• Java的接口特指interface的定义，表示一个接口类型和一组方法签名，而编程接口泛指接口规范，如方法签名，数据格式，网络协议等。

• 抽象类和接口的对比如下：

	abstract class	interface
继承	只能extends一个class	可以implements多个interface
字段	可以定义实例字段	不能定义实例字段
抽象方法	可以定义抽象方法	可以定义抽象方法
非抽象方法	可以定义非抽象方法	可以定义default方法

接口继承

• 一个interface可以继承自另一个interface，此时用extends声明，相当于扩展了接口。

interface Hello {
    void hello();
}

interface Person extends Hello {
    void run();
    String getName();
}

继承关系

• 一般来说，公共逻辑适合放在abstract class中，具体逻辑放到各个子类，而接口层次代表抽象程度。

┌───────────────┐
│   Iterable    │
└───────────────┘
        ▲                ┌───────────────────┐
        │                │      Object       │
┌───────────────┐        └───────────────────┘
│  Collection   │                  ▲
└───────────────┘                  │
        ▲     ▲          ┌───────────────────┐
        │     └──────────│AbstractCollection │
┌───────────────┐        └───────────────────┘
│     List      │                  ▲
└───────────────┘                  │
              ▲          ┌───────────────────┐
              └──────────│   AbstractList    │
                         └───────────────────┘
                                ▲     ▲
                                │     │
                                │     │
                     ┌────────────┐ ┌────────────┐
                     │ ArrayList  │ │ LinkedList │
                     └────────────┘ └────────────┘

• 在使用时，实例化的对象永远只能是某个具体的子类，但总是通过接口去引用它，因为接口比抽象类更抽象

List list = new ArrayList(); // 用List接口引用具体子类的实例
Collection coll = list; // 向上转型为Collection接口
Iterable it = coll; // 向上转型为Iterable接口

default方法

• 在接口中，可以定义default方法。例如，把Person接口的run()方法改为default方法。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Student("Xiao Ming");
        p.run();
    }
}

interface Person {
    String getName();
    default void run() {
        System.out.println(getName() + " run");
    }
}

class Student implements Person {
    private String name;

    public Student(String name) {
        this.name = name;
    }
    
    public String getName() {
        return this.name;
    }

}

• 实现类可以不必覆写default方法。default方法的目的是，当我们需要给接口新增一个方法时，会涉及到修改全部子类。如果新增的是default方法，那么子类就不必全部修改，只需要在需要覆写的地方去覆写新增方法。
• default方法和抽象类的普通方法是有所不同的。因为interface没有字段，default方法无法访问字段，而抽象类的普通方法可以访问实例字段。

静态字段和静态方法

• 在一个类中定义一个字段，我们称之为实例字段，每个实例的字段虽然“名字”都一样，但其实是独立的，互不影响的。实例字段在每个实例中都有自己的一个独立“空间”，但是静态字段只有一个共享“空间”，所有实例都会共享该字段。静态字段用static修饰。

• 对于静态字段，无论修改哪个实例的静态字段，效果都是一样的：所有实例的静态字段都被修改了，原因是静态字段并不属于实例，而是属于类。

• 推荐用类名来访问静态字段。可以把静态字段理解为描述class本身的字段（非实例字段）

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person ming = new Person("Xiao Ming", 12);
        Person hong = new Person("Xiao Hong", 15);
        ming.number = 88;
        System.out.println(hong.number);
        hong.number = 99;
        System.out.println(ming.number);
    }
}

class Person {
    public String name;
    public int age;

    public static int number;
    
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

}

// 虽然实例可以访问静态字段，但是他们指向的都是Person Class的静态字段。
		┌──────────────────┐
ming ──>│Person instance   │
        ├──────────────────┤
        │name = "Xiao Ming"│
        │age = 12          │
        │number ───────────┼──┐    ┌─────────────┐
        └──────────────────┘  │    │Person class │
                              │    ├─────────────┤
                              ├───>│number = 99  │
        ┌──────────────────┐  │    └─────────────┘
hong ──>│Person instance   │  │
        ├──────────────────┤  │
        │name = "Xiao Hong"│  │
        │age = 15          │  │
        │number ───────────┼──┘
        └──────────────────┘

静态方法

• 用static修饰的方法称为静态方法。

• 调用实例方法必须通过一个实例变量，而调用静态方法则不需要实例变量，通过类名就可以调用。

• 因为静态方法属于class而不属于实例，因此，静态方法内部，无法访问this变量，也无法访问实例字段，它只能访问静态字段。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person.setNumber(99);
        System.out.println(Person.number);
    }
}

class Person {
    public static int number;

    public static void setNumber(int value) {
        number = value;
    }

}

• 静态方法经常用于工具类。例如：

  • Arrays.sort()

  • Math.random()

• 静态方法也经常用于辅助方法。注意到Java程序的入口main()也是静态方法。

接口的静态字段

• 因为interface是一个纯抽象类，所以它不能定义实例字段。但是，interface是可以有静态字段的。

• 并且interface中的静态字段必须为final类型。

public interface Person {
    public static final int MALE = 1;
    public static final int FEMALE = 2;
}

• 实际上，因为interface的字段只能是public static final类型，所以我们可以把这些修饰符都去掉，上述代码可以简写为，编译器会自动把该字段变为public static final类型。

public interface Person {
    // 编译器会自动加上public statc final:
    int MALE = 1;
    int FEMALE = 2;
}

包

• 在Java中，我们使用package来解决名字冲突

• 一个类总是属于某个包，类名（比如Person）只是一个简写，真正的完整类名是包名.类名。

• 举例说明

  • 小明的Person类存放在包ming下面，因此，完整类名是ming.Person；
  • 小红的Person类存放在包hong下面，因此，完整类名是hong.Person；
  • 小军的Arrays类存放在包mr.jun下面，因此，完整类名是mr.jun.Arrays；
  • JDK的Arrays类存放在包java.util下面，因此，完整类名是java.util.Arrays。
  • 在定义class的时候，我们需要在第一行声明这个class属于哪个包。

• 小明的Person.java文件：

package ming; // 申明包名ming

public class Person {
}

• 小军的Arrays.java文件：

package mr.jun; // 申明包名mr.jun

public class Arrays {
}

• 在Java虚拟机执行的时候，JVM只看完整类名，因此，只要包名不同，类就不同。

• 包可以是多层结构，用.隔开。例如：java.util。

要特别注意：包没有父子关系。java.util和java.util.zip是不同的包，两者没有任何继承关系。

• 我们还需要按照包结构把上面的Java文件组织起来。

package_sample
└─ src
    ├─ hong
    │  └─ Person.java
    │  ming
    │  └─ Person.java
    └─ mr
       └─ jun
          └─ Arrays.java

• 编译后的.class文件也需要按照包结构存放。如果使用IDE，把编译后的.class文件放到bin目录下，那么，编译的文件结构就是：

package_sample
└─ bin
   ├─ hong
   │  └─ Person.class
   │  ming
   │  └─ Person.class
   └─ mr
      └─ jun
         └─ Arrays.class

包作用域

• 不用public、protected、private修饰的字段和方法就是包作用域，其实默认是protected作用域。
• 类添加了public属性是可以对外包开放；没有修饰就是默认protected，就是仅对包内使用。

package hello;

public class Person {
    // 包作用域:
    void hello() {
        System.out.println("Hello!");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Person();
        p.hello(); // 可以调用，因为Main和Person在同一个包
    }
}

import

• 在一个class中，我们总会引用其他的class。用import语句，导入小军的Arrays然后就可以用小军包中的类了。

• 在写import的时候，可以使用*，表示把这个包下面的所有class都导入进来（但不包括子包的class）。

  • 我们一般不推荐这种写法，因为在导入了多个包后，很难看出Arrays类属于哪个包。

• 还有一种import static的语法，它可以导入一个类的静态字段和静态方法，但是它很少使用。

• Java编译器最终编译出的.class文件只使用完整类名，因此，在代码中，当编译器遇到一个class名称时：

  • 如果是完整类名，就直接根据完整类名查找这个class；

  • 如果是简单类名，按下面的顺序依次查找：

    • 查找当前package是否存在这个class；
    • 查找import的包是否包含这个class；
    • 查找java.lang包是否包含这个class。

  • 如果按照上面的规则还无法确定类名，则编译报错。

• 因此，从上面的例子可以看出，编写class的时候，编译器会自动帮我们做两个import动作：

  • 默认自动import当前package的其他class；

  • 默认自动import java.lang.*。

如果有两个class名称相同，例如，mr.jun.Arrays和java.util.Arrays，那么只能import其中一个，另一个必须写完整类名。

最佳实践

• 为了避免名字冲突，我们需要确定唯一的包名。推荐的做法是使用倒置的域名来确保唯一性。例如：

  • org.apache

  • org.apache.commons.log

  • com.liaoxuefeng.sample

• 子包就可以根据功能自行命名。

作用域

public

• 定义为public的class、interface可以被其他任何类访问：

• 定义为public的field、method可以被其他类访问，前提是首先有访问class的权限：

private

• 实际上，确切地说，private访问权限被限定在class的内部，而且与方法声明顺序无关。推荐把private方法放到后面，因为public方法定义了类对外提供的功能，阅读代码的时候，应该先关注public方法：

• 由于Java支持嵌套类，如果一个类内部还定义了嵌套类，那么，嵌套类拥有访问private的权限：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Inner i = new Inner();
        i.hi();
    }

    // private方法:
    private static void hello() {
        System.out.println("private hello!");
    }
    
    // 静态内部类:
    static class Inner {
        public void hi() {
            Main.hello();
        }
    }

}

protected

• protected作用于继承关系。定义为protected的字段和方法可以被子类访问，以及子类的子类

package

• 最后，包作用域是指一个类允许访问同一个package的没有public、private修饰的class，以及没有public、protected、private修饰的字段和方法。

包没有父子关系，com.apache和com.apache.abc是不同的包。

局部变量

• 在方法内部定义的变量称为局部变量，局部变量作用域从变量声明处开始到对应的块结束。
• 方法参数也是局部变量。

package abc;

public class Hello {
    void hi(String name) { // ①
        String s = name.toLowerCase(); // ②
        int len = s.length(); // ③
        if (len < 10) { // ④
            int p = 10 - len; // ⑤
            for (int i=0; i<10; i++) { // ⑥
                System.out.println(); // ⑦
            } // ⑧
        } // ⑨
    } // ⑩
}

• 我们观察上面的hi()方法代码：

  • 方法参数name是局部变量，它的作用域是整个方法，即①～⑩；

  • 变量s的作用域是定义处到方法结束，即②～⑩；

  • 变量len的作用域是定义处到方法结束，即③～⑩；

  • 变量p的作用域是定义处到if块结束，即⑤～⑨；

  • 变量i的作用域是for循环，即⑥～⑧。

使用局部变量时，应该尽可能把局部变量的作用域缩小，尽可能延后声明局部变量。

final

• final与访问权限不冲突。

• 用final修饰class可以阻止被继承

• 用final修饰method可以阻止被子类覆写

• 用final修饰field可以阻止被重新赋值

• 用final修饰局部变量可以阻止被重新赋值

最佳实践

• 一个.java文件只能包含一个public类，但可以包含多个非public类。如果有public类，文件名必须和public类的名字相同。

• 如果不确定是否需要public，就不声明为public，即尽可能少地暴露对外的字段和方法。

• 把方法定义为package权限有助于测试，因为测试类和被测试类只要位于同一个package，测试代码就可以访问被测试类的package权限方法。

classpath和jar

• classpath是JVM用到的一个环境变量，它用来指示JVM如何搜索class。

• 因为Java是编译型语言，源码文件是.java，而编译后的.class文件才是真正可以被JVM执行的字节码。因此，JVM需要知道，如果要加载一个abc.xyz.Hello的类，应该去哪搜索对应的Hello.class文件。

• 所以，classpath就是一组目录的集合，它设置的搜索路径与操作系统相关。例如，在Windows系统上，用;分隔，带空格的目录用""括起来，可能长这样：

C:\work\project1\bin;C:\shared;"D:\My Documents\project1\bin"

• 在Linux系统上，用:分隔，可能长这样：

/usr/shared:/usr/local/bin:/home/liaoxuefeng/bin

• 现在我们假设classpath是.;C:\work\project1\bin;C:\shared，当JVM在加载abc.xyz.Hello这个类时，会依次查找：

  • <当前目录>\abc\xyz\Hello.class

  • C:\work\project1\bin\abc\xyz\Hello.class

  • C:\shared\abc\xyz\Hello.class

• 注意到.代表当前目录。如果JVM在某个路径下找到了对应的class文件，就不再往后继续搜索。如果所有路径下都没有找到，就报错。

• classpath的设定方法有两种：

  • 在系统环境变量中设置classpath环境变量，不推荐；
  • 在启动JVM时设置classpath变量，推荐。

java -classpath .;C:\work\project1\bin;C:\shared abc.xyz.Hello
java -cp .;C:\work\project1\bin;C:\shared abc.xyz.Hello // -classpath可以缩写为-cp
java abc.xyz.Hello // 没有传入-cp参数就只在当前目录搜索

不要把任何Java核心库添加到classpath中！JVM根本不依赖classpath加载核心库！

• 更好的做法是，不要设置classpath！默认的当前目录.对于绝大多数情况都够用了。

jar包

• 如果有很多.class文件，散落在各层目录中，肯定不便于管理。如果能把目录打一个包，变成一个文件，就方便多了。jar包就是用来干这个事的。

• 它可以把package组织的目录层级，以及各个目录下的所有文件（包括.class文件和其他文件）都打成一个jar文件，这样一来，无论是备份，还是发给客户，就简单多了。

• jar包实际上就是一个zip格式的压缩文件，而jar包相当于目录。如果我们要执行一个jar包的class，就可以把jar包放到classpath中：

java -cp ./hello.jar abc.xyz.Hello

• 这样JVM会自动在hello.jar文件里去搜索某个类。

• 如何创建jar包？

  • 因为jar包就是zip包，所以，直接在资源管理器中，找到正确的目录，点击右键，在弹出的快捷菜单中选择“发送到”，“压缩(zipped)文件夹”，就制作了一个zip文件。然后，把后缀从.zip改为.jar，一个jar包就创建成功。

• 假设编译输出的目录结构是这样：

package_sample
└─ bin
   ├─ hong
   │  └─ Person.class
   │  ming
   │  └─ Person.class
   └─ mr
      └─ jun
         └─ Arrays.class

• 这里需要特别注意的是，jar包里的第一层目录，不能是bin，而应该是hong、ming、mr。

• 在大型项目中，不可能手动编写MANIFEST.MF文件，再手动创建zip包。Java社区提供了大量的开源构建工具，例如Maven，可以非常方便地创建jar包。

模块

• 从Java 9开始，JDK又引入了模块（Module）。

• jar只是用于存放class的容器，它并不关心class之间的依赖。

• 从Java 9开始引入的模块，主要是为了解决“依赖”这个问题。如果a.jar必须依赖另一个b.jar才能运行，那我们应该给a.jar加点说明啥的，让程序在编译和运行的时候能自动定位到b.jar，这种自带“依赖关系”的class容器就是模块。

• 把一堆class封装为jar仅仅是一个打包的过程，而把一堆class封装为模块则不但需要打包，还需要写入依赖关系，并且还可以包含二进制代码（通常是JNI扩展）。此外，模块支持多版本，即在同一个模块中可以为不同的JVM提供不同的版本。

编写模块

• 编写好的模块在实际运行中其实还不能用，我们需要用它来打包JRE。

运行模块

打包JRE

• 要分发我们自己的Java应用程序，只需要把这个jre目录打个包给对方发过去，对方直接运行上述命令即可，既不用下载安装JDK，也不用知道如何配置我们自己的模块，极大地方便了分发和部署。

访问权限

• Java的class访问权限分为public、protected、private和默认的包访问权限。引入模块后，这些访问权限的规则就要稍微做些调整。

• class的这些访问权限只在一个模块内有效，模块和模块之间，例如，a模块要访问b模块的某个class，必要条件是b模块明确地导出了可以访问的包。

• 举个例子：我们编写的模块hello.world用到了模块java.xml的一个类javax.xml.XMLConstants，我们之所以能直接使用这个类，是因为模块java.xml的module-info.java中声明了若干导出：

module java.xml {
    exports java.xml; // 导出 java.xml 才能使用这个模块
    exports javax.xml.catalog;
    exports javax.xml.datatype;
    ...
}