Java面向对象进阶篇（包装类，不可变类）

一. Java 8的包装类

Java中的8种基本数据类型不支持面向对象的变成机制，也不具备对象的特性:没有成员变量，方法可以调用。为此，Java为这8 种基本数据类型分别提供了对应的

包装类（Byte,Short,Integer,Long,Double,Float,Charater,Boolean）。

从jdk 1.5开始，Java提供了自动装箱和自动拆箱的功能。自动装箱就是可以把一个基本类型变量赋给对应的包装类变量。自动拆箱与之相反。

包装类提供了基本类型变量和字符串之间的转换的方法。有两种方式把字符串类型值转换成基本类型的值

a）利用包装类提供的parseXxx(String s)静态方法（除了Character之外的所有包装类都提供了该方法。）

b）利用包装类提供的Xxx(String s)构造器

String类提供了多个重载valueOf()方法，用于将基本类型变量转换成字符串。

两个128自动装箱后，比较它们的大小并不相等，因此Java 7增强了包装类的功能，为所有的包装类提供了一个静态的compare(xxx val1,xxx val2)方法,来比较两个基本类型值得大小。

Java 8再次增强包装类的功能，可以支持无符号运算。

二.处理对象

2.1 打印对象和toString方法

System.out的println()方法和print()方法只能在控制台输出字符串。

toString()方法是Object类里的一个实例方法，它是一个自我描述方法，所有的Java类都是Object类的子类，因此所有的Java类都有toString()方法。

当程序员直接打印一个对象时，系统会输出该对象的“自我描述”信息，以告诉外界该对象的所有状态信息。当我们使用println()和print()方法打印一个对象时，会自动调用Object类的toString()方 法。因此，下面两行代码的效果完全一样：

System.out.println(person);
System.out.println(person.toString());

Object类提供的toString()方法总是返回该对象实现类的“类名+@+hashCode”值，这个值不能真正实现“自我描述”功能，因此如果用户需要实现自我描述功能，就必须重写Object类的toString()方法。

package com.company;

class Apple{
    private String color;
    private double weight;
    public Apple(String color,double weight)
    {
        this.color = color;
        this.weight = weight;

    }

    @Override
    public String toString() {
        return "一个苹果，它的颜色是"+color+",重量是"+weight;
    }
}

public class ToStringTest {
    public static void main(String[] args){
        Apple apple = new Apple("红色",5.68);
        System.out.println(apple);
    }

}

2.2 ==和equals方法

== 和 equals 都可以用来测试两个变量是否相等。== 用来判断基本数据类型时，当且仅当变量的数据类型和变量的值都一致时才返回true。== 用来判断引用类型变量时，只有当它们指向同一个对象时才返回true。不可用于比较类型上没有父子关系的两个对象。

可以使用String对象的equals方法判断两个字符串变量的引用字符串的字符序列是否相等，相等就返回true。

下面程序示范了JVM使用常量池管理字符串直接量的情形

package com.company;

public class StringCompareTest {
    public static void main(String[] args){
        //s1直接引用常量池中的“疯狂Java”
        String s1 = "疯狂Java";
        String s2 = "疯狂";
        String s3 = "Java";
        String s4 = "疯狂"+"Java";//s4后面的字符串值在编译时确定下来，直接引用常量池中的“疯狂Java”
        String s5 = s2+s3;//s5后面的字符串值在编译时确定下来，不能直接引用常量池中的“疯狂Java”
        //JVM会使用常量池来管理“疯狂Java”，在调用构造器创建一个新的String对象，一共产生了两个字符串对象
        String s6 = new String("疯狂Java");//s6调用构造器创建一个新的String对象,s6引用堆内存中的String对象

        System.out.println(s1 == s4);//输出true
        System.out.println(s1 == s5);//输出false
        System.out.println(s1 == s6);//输出false
        System.out.println(s4 == s6);//输出false
    }
}

equals方法是Object类提供的一个实例方法，因此所有引用变量都可调用该方法来判断是否等于引用变量，但使用这个

方法与==运算符没有区别，同样要求两个引用变量指向同一个对象才返回true。如果希望采用自定义的相等标准，则可

采用重写equals方法实现。

package com.company;

class Person
{
    private String name;
    private String id;

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

    @Override
    public boolean equals(Object obj)
    {
       if(this == obj)
           return true;
       if(null != obj && obj.getClass() == Person.class)
       {
           Person person = (Person)obj;
           if(person.id == this.id)
           {
               return true;
           }
       }
        return false;
    }
}
public class OverrideEqualsRight {
    public static void main(String[] args)
    {
      Person p1 = new Person("孙悟空","234");
      Person p2 = new Person("孙行者","234");
      Person p3 = new Person("孙悟饭","567");
      System.out.println("p1和p2是否相等？"+p1.equals(p2));
      System.out.println("p1和p3是否相等？"+p1.equals(p3));

    }
}

三.  类成员

3.1 理解类成员

static关键字修饰的成员就是类成员。类成员可以有4种，包括类变量，类方法，静态初始代码块，内部类等。static不等修饰构造器。类成员只属于类不属于实例。

类变量属于整个类，当系统第一次准备使用该类时，系统会为该类变量分配内存空间，类变量开始生效，直到该类被卸载，该类的类变量所占有的内存才会被系统的垃圾回收机制回收。当类初始化完成后，类变量也初始化完成。

类变量可以通过类来访问，也可以通过类的对象来访问。当通过对象来访问类变量时，系统会在底层转换为通过该类访问变量。

注意类成员不能访问实例成员。因为类成员是属于类的，作用域比实例成员的作用域大。完全可能出现类成员初始化完成，但实例成员还不曾初始化的情况。

3.2 单例（Singleton）类

在一些特殊场景下，不允许*创建该类的对象，而只允许为该类创建一个对象。为了避免其他类*创建该类的实例，应该把类的构造器使用private修饰。根据良好的封装原则，一旦把类的构造器隐藏起来，则需要提供一个public方法作为该类的访问点，用于创建该类的对象，且该方法必须使用static修饰（因为调用该方法之前还不存在对象，因此调用该方法的不可能是对象，只能是类）。除此之外，该类还必须缓存已经创建的对象，否则该类无法知道是否曾经创建过对象。为此该类需要使用一个成员变量来保存曾经创建的对象，因为该成员变量需要上面的静态方法访问，故该成员变量必须使用static修饰。

如果一个类始终只能创建一个实例，则这个类被称为单例类。

基于上面介绍，下面程序创建了一个实例类。

package com.company;
class Singleton
{
    private static Singleton instance;
    private Singleton(){}
    public static Singleton getSingleton()
    {
        if(null == instance)
        {
            instance = new Singleton();
        }

       return instance;
    }

}

public class SingletonTest {
    public static void main(String[] args)
    {
        Singleton s1 = Singleton.getSingleton();
        Singleton s2 = Singleton.getSingleton();
        System.out.println(s1 == s2);
    }

}

输出：true

 四. final修饰符

final关键字可用于修饰类、变量和方法。用于表示它修饰的类，方法和变量不可改变。

4.1 final成员变量

final修饰的成员变量必须由程序员显式地指定初始值，归纳如下：

类变量：必须在声明类变量时或静态初始块中指定初始值。而且只能在两个地方的其中之一指定。

实例变量：必须在声明实例变量时，非静态初始化块或构造器中指定初始值，而且只能在三个地方的其中之一指定。

如果打算在构造器、初始化块中对final成员变量进行初始化，则不要在初始化之前就访问成员变量的值。例如下面程序

引发错误。

public class FinalErrorTest {
    final int age;
    {
        System.out.println(age);//访问引发错误
        age = 6;
        System.out.println(age);
    }
}

4.2 final局部变量

局部变量必须由程序员显示指定默认值。因此使用final修饰局部变量时，既可以在定义时指定默认值，也可以不指定

默认值。例如：

public void setDemo()
{
final int a;
a=3;
System.out.println(a);
}

final修饰基本数据类型变量时，保证变量的基本数值不会改变，当final修饰引用类型变量时，final只保证变量引用的

地址不会改变，即一直引用一个对象。

4.3 可执行宏替换的final变量

对于一个final变量来说，不论是类变量，实例变量，还是局部变量，只要满足三个条件，这个final变量不再是一个变量，而是相当于一个直接量。

a）使用final修饰符修饰

b）在定义该final变量时指定了初始值

c）该初始值在编译时确定了下来

4.4 final方法

final修饰的方法不可以被重写

4.5 final类

final修饰的类不可以有子类，不可被继承，例如java.lang.math就是一个final类

4.6 不可变类

不可变类的意思是创建该类的实例后，该实例的实例变量是不可改变的。Java提供的8个包装类和java.lang.String类

都是不可变类，当创建它们的实例后，其实例的实例变量不可改变

创建自定义的不可变类，需满足以下规则：

1.使用private和final修饰符来修饰该类的成员变量

2.提供带参数的构造器，用于根据传入参数初始化类里的成员变量

3.仅为类的成员变量提供getter方法，不提供setter方法

4.如果有必要，重写Object类的equals()方法和hashCode()方法。equals()方法根据关键成员变量来作为两个对象是否相    等的标准，除此之外，还应该保证两个用equals()方法判断为相等的对象的hashCode()也相等。

下面定义一个不可变的Address类。

package com.company;

public class Address {
    private final String detail;
    private final String postCode;

    public Address()
    {
        this.postCode = "";
        this.detail = "";
    }

    public Address(String detail,String postCode)
    {
        this.detail = detail;
        this.postCode = postCode;
    }

    public String getDetail()
    {
        return this.detail;
    }

    public String getPostCode()
    {
        return this.postCode;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return detail.hashCode() + postCode.hashCode()*31;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if(this == obj)
            return true;
        if(null != obj && obj.getClass() == Address.class)
        {
            Address ad = (Address)obj;
            if(this.getDetail().equals(ad.getDetail())
                    && this.getPostCode().equals(ad.getPostCode()))
            return true;
        }
        return false;
    }

}

如果需要设计一个不可变类，尤其要注意其引用类型的成员变量。如果引用类型的成员变量的类是可变的，就必须采取必要的措施来保护该成员变量所引用的对象不会被修改，这样才能创建真正的不可变类。

下面程序试图创建一个不可变的Person类，但因为Person类的一个成员变量是可变类，所以导致Person类也是个可变类。

package com.company2;

class Name
        {
          private String firstName;
          private String lastName;

            public Name(String firstName, String lastName) {
                this.firstName = firstName;
                this.lastName = lastName;
            }
            public Name(){}

            public String getFirstName() {
                return firstName;
            }

            public String getLastName() {
                return lastName;
            }

            public void setFirstName(String firstName) {
                this.firstName = firstName;
            }

            public void setLastName(String lastName) {
                this.lastName = lastName;
            }

        }
public class Person {

    private final Name name;

    public Person(Name name)
    {
        this.name = name;
    }

    public Name getName() {
        return name;
    }

    public static void main(String[] args)
    {
        Name name = new Name("悟空","孙");
        Person person = new Person(name);

        System.out.println(person.getName().getFirstName());

        name.setFirstName("八戒");

        System.out.println(person.getName().getFirstName());

    }
}

为了保持Person对象的不可变性，必须保护好Person对象的成员变量：name，让程序无法访问到Person对象的name

成员变量，也无法利用name成员变量的可变性来改变Person对象了。

因此将Person类改为如下：

public class Person {

    private final Name name;
    public Person(Name name)
    {
        this.name = new Name(name.getFirstName(),name.getLastName());
    }

    public Name getName() {
        return name;
    }

4.7 缓存实例的不可变类

不可变类的实例状态不可改变，可以很方便的被多个对象所共享。如果程序经常需要使用相同的不可变类的实例，则

应该考虑缓存这种不可变类的实例，毕竟创建重复的对象没有太大的意义，而且加大系统开销。如果可能，应该将不可变类的实例进行缓存。

package com.company2;

class CacheImmutale
{
    private static int MAX_SIZE = 10;
    //使用数组来缓存已有的实例
    private static CacheImmutale[] cache = new CacheImmutale[MAX_SIZE];
    //记录缓存实例在缓存中的位置，cache[pos-1]是最新的实例
    private static int pos = 0;
    private final String name;

    private CacheImmutale(String name)
    {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    /**
     * 缓存的操作方法
     * @param name
     * @return 缓存的实例
     */
    public static CacheImmutale valueOf(String name){
        //遍历已缓存的对象
        for(int i = 0 ; i < MAX_SIZE ; i++)
        {
            //如果已有相同实例，则直接返回该缓存的实例
            if(null != cache[i] && cache[i].getName().equals(name))
            {
                return cache[i];
            }

        }
        //如果缓存池已满，
        if(pos == MAX_SIZE)
        {
            //把缓存的第一个对象覆盖，即把刚刚生成的对象放在缓存池的最开始位置
            cache[0] = new CacheImmutale(name);
            pos = 1;
        }
        else
        {
            //把新的对象缓存起来，pos加1
            cache[pos++] = new CacheImmutale(name);
        }
        return cache[pos-1];
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
      if(this == obj)
        return true;
      if(null != obj && obj.getClass() == CacheImmutale.class)
      {
          CacheImmutale cache = (CacheImmutale) obj;
          return cache.getName().equals(name);
      }
        return false;
    }
    public int hashCode()
    {
        return name.hashCode();
    }
}
public class CachelmmutaleTest {
    public static void main(String[] args)
    {
        CacheImmutale c1 = CacheImmutale.valueOf("Hello");
        CacheImmutale c2 = CacheImmutale.valueOf("Hello");

        System.out.println(c1 == c2);
    }
}