Java程序员必需掌握的4大基础!

开发 后端
读完本文你会对这些概念有更深入的了解,还能弄清楚一切灰色的东西。在本书中,我们将讨论匿名内联类、多线程、同步和序列化。

大概每个人在学生时代开始就使用Java了,我们一直在学习Java,但Java中总有一些概念含混不清,不论是对初级还是高级程序员都是如此。所以,这篇文章的目的就是弄清楚这些概念。

读完本文你会对这些概念有更深入的了解,还能弄清楚一切灰色的东西。在本书中,我们将讨论匿名内联类、多线程、同步和序列化。

1. 匿名类

Java匿名类很像局部类或内联类,只是没有名字。我们可以利用匿名类,同时定义并实例化一个类。只有局部类仅被使用一次时才应该这么做。

匿名类不能有显式定义的构造函数。相反,每个匿名类都隐含地定义了一个匿名构造函数。

创建匿名类有两种方法:

  1.  扩展已有的类(可以是抽象类,也可以是具体类)
  2.  创建接口

理解代码的最好方法就是先阅读,所以我们首先来看看代码。 

  1. interface Football   
  2.  
  3.     void kick();  
  4.  
  5. class AnnonymousClass {  
  6.   public static Football football = new Football() {  
  7.         @Override  
  8.         public void kick() {  
  9.             System.out.println("Nested Anonymous Class.");  
  10.         }  
  11.     };  
  12.     public static void main(String[] args)  
  13.     {  
  14.         // anomynous class inside the method  
  15.       Football footballObject = new Football()  
  16.       {  
  17.           @Override  
  18.          public void kick()  
  19.           {  
  20.               System.out.println("Anonymous Class");  
  21.           }  
  22.       };  
  23.       footballObject.kick();  
  24.         AnnonymousClass.football.kick();  
  25.     }   

匿名类可以在类和函数代码块中创建。你也许知道,匿名类可以用接口来创建,也可以通过扩展抽象或具体的类来创建。上例中我先创建了一个接口Football,然后在类的作用域和main()方法内实现了匿名类。Football也可以是抽象类,也可以是与interface并列的顶层类。

Football可以是抽象类,请看下面的代码。 

  1. public abstract class Football  
  2. {   
  3.     abstract void kick();  

匿名类不仅可以是抽象类,还可以是具体类。 

  1. // normal or concrete class  
  2. public class Football   
  3. {        public void kick(){}  
  4. }// end of class scope. 

如果Football类没有不带参数的构造方法怎么办?我们可以在匿名类中访问类变量吗?我们需要在匿名类中重载所有方法吗? 

  1. // normal or concrete class  
  2. public class Football {  
  3.     protected int score;  
  4.     public Football(int score)  
  5.     {  
  6.         this.score = score;  
  7.     }  
  8.     public void score(){  
  9.         System.out.println("Score "+score);  
  10.     };  
  11.     public void kick(){}  
  12.     public static void main(String[] args) {  
  13.         Football football = new Football(7)  
  14.         {  
  15.             @Override  
  16.             public void score() {  
  17.                 System.out.println("Anonymous class inside the method "+score);  
  18.             }  
  19.         };  
  20.         football.score();  
  21.     }  
  22.  
  23. // end of class scope. 
  1.  创建匿名类时可以使用任何构造方法。注意这里也使用了构造方法的参数。
  2.  匿名类可以扩展顶层类,并实现抽象类或接口。所以,访问控制的规则依然适用。我们可以访问protected变量,而改成private就不能访问了。
  3.  由于上述代码中扩展了Football类,我们不需要重载所有方法。但是,如果它是个接口或抽象类,那么必须为所有未实现的方法提供实现。
  4.  匿名类中不能定义静态初始化方法或成员接口。
  5.  匿名类可以有静态成员变量,但它们必须是常量。 

匿名类的用途:

      1.  更清晰的项目结构:通常我们在需要随时改变某个类的某些方法的实现时使用匿名类。这样做就不需要在项目中添加新的*.java文件来定义顶层类了。特别是在顶层类只被使用一次时,这种方法非常好用。

      2.  UI事件监听器:在图形界面的应用程序中,匿名类最常见的用途就是创建各种事件处理器。例如,下述代码: 

  1. button.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {  
  2.              public void onClick(View v) {  
  3.                  // your handler code here  
  4.              }  
  5.          }); 

我们创建了一个匿名类,实现了setOnClickListener接口。当用户点击按钮时会触发它的onClick方法。

2. 多线程

Java中的多线程能够同时执行多个线程。线程是轻量级的子进程,也是处理的最小单位。使用多线程的主要目的是最大化CPU的使用率。我们使用多线程而不是多进程,因为线程更轻量化,也可以共享同一个进程内的内存空间。多线程用来实现多任务。

线程的生命周期

如上图所示,线程的生命周期主要有5个状态。我们来依次解释每个状态。

  1.  New:创建线程的实例后,它会进入new状态,这是第一个状态,但线程还没有准备好运行。
  2.  Runanble:调用线程类的start()方法,状态就会从new变成Runnable,意味着线程可以运行了,但实际上什么时候开始运行,取决于Java线程调度器,因为调度器可能在忙着执行其他线程。线程调度器会以FIFO(先进先出)的方式从线程池中挑选一个线程。

      3.  Blocked:有很多情况会导致线程变成blocked状态,如等待I/O操作、等待网络连接等。此外,优先级较高的线程可以将当前运行的线程变成blocked状态。

      4.  Waiting:线程可以调用wait()进入waiting状态。当其他线程调用notify()时,它将回到runnable状态。

      5.  Terminated:start()方法退出时,线程进入terminated状态。

为什么使用多线程?

使用线程可以让Java应用程序同时做多件事情,从而加快运行速度。用技术术语来说,线程可以帮你在Java程序中实现并行操作。由于现代CPU非常快,还可能包含多个核心,因此仅有一个线程就没办法使用所有的核心。

需要记住的要点

  •  多线程可以更好地利用CPU。
  •  提高响应性,提高用户体验
  •  减少响应时间
  •  同时为多个客户端提供服务

创建线程的方法主要有两种:

  1.  扩展Thread类
  2.  实现Runnable接口

通过扩展Thread类来创建线程

创建一个类扩展Thread类。该类应当重载Thread类中的run()方法。线程在run()方法中开始生命周期。我们创建新类的对象,然后调用start()方法开始执行线程。在Thread对象中,start()会调用run()。 

  1. public class MultithreadingTest extends Thread  
  2.  
  3.     public void run()  
  4.     {  
  5.         try{  
  6.             System.out.println("Thread "+Thread.currentThread().getName()+" is now running");  
  7.         }catch (Exception ex) {  
  8.             ex.printStackTrace();  
  9.         }  
  10.     }  
  11.     public static void main(String[] args)  
  12.     {  
  13.         for(int i=0;i<10;i++)  
  14.         {  
  15.             MultithreadingTest multithreadingTest = new MultithreadingTest();  
  16.             multithreadingTest.start();  
  17.         }  
  18.     }  

也可以通过接口创建类。

下面的代码创建了一个类,实现java.lang.Runnable接口并重载了run()方法。然后我们实例化一个Thread对象,调用该对象的start()方法。 

  1. public class MultithreadingTest implements Runnable  
  2.  
  3.     @Override  
  4.     public void run() {  
  5.         System.out.println("Thread "+Thread.currentThread().getName()+" is now running"); //To change body of generated methods, choose Tools | Templates.  
  6.     } 
  7.     public static void main(String[] args)  
  8.     {  
  9.         for(int i=0;i<10;i++)  
  10.         {  
  11.             Thread thread = new Thread(new MultithreadingTest());  
  12.             thread.start();  
  13.         }  
  14.     }  

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Thread类与Runnable接口

  •  扩展Thread类,就无法扩展更多的类,因为Java不允许多重继承。多重继承可以通过接口实现。所以最好是使用接口而不是Thread类。
  •  如果扩展Thread类,那么它还包含了一些方法,如yield()、interrupt()等,我们的程序可能用不到。而在Runnable接口中就没有这些排不上用场的方法。

3. 同步

同步指的是多线程的同步。synchronized的代码块在同一时刻只能被一个线程执行。Java中的同步是个很重要的概念,因为Java是多线程语言,多个线程可以并行执行。在多线程环境中,Java对象的同步,或者说Java类的同步非常重要。

为什么要同步?

如果代码在多线程环境下执行,那么在多个线程中共享的对象之间需要同步,以避免破坏状态,或者造成任何不可预料的行为。

在深入同步的概念之前先来理解一下这个问题。 

  1. class Table {  
  2.     void printTable(int n) {//method not synchronized    
  3.         for (int i = 1; i <= 5; i++) {  
  4.             System.out.print(n * i+" ");  
  5.             try {  
  6.                 Thread.sleep(400);  
  7.             } catch (Exception e) {  
  8.                 System.out.println(e);  
  9.             }  
  10.         }  
  11.     }  
  12.  
  13. class MyThread1 extends Thread {  
  14.     Table t;  
  15.     MyThread1(Table t) {  
  16.         tthis.t = t;  
  17.     }  
  18.     public void run() {  
  19.         t.printTable(5);  
  20.     }  
  21.  
  22. class MyThread2 extends Thread {  
  23.     Table t;  
  24.     MyThread2(Table t) {  
  25.         tthis.t = t;  
  26.     }  
  27.     public void run() {  
  28.         t.printTable(100);  
  29.     }  
  30.  
  31. class TestSynchronization1 {  
  32.     public static void main(String args[]) {  
  33.         Table obj = new Table();//only one object    
  34.         MyThread1 t1 = new MyThread1(obj);  
  35.         MyThread2 t2 = new MyThread2(obj);  
  36.         t1.start();  
  37.         t2.start();  
  38.     }  

运行这段代码就会注意到,输出结果非常不稳定,因为没有同步。我们来看看程序的输出。

输出: 

  1. 100 5 200 10 300 15 20 400 500 25   
  1. class Table {  
  2.     synchronized void printTable(int n) {//synchronized method    
  3.         for (int i = 1; i <= 5; i++) {  
  4.             System.out.print(n * i+" ");  
  5.             try {  
  6.                 Thread.sleep(400);  
  7.             } catch (Exception e) {  
  8.                 System.out.println(e);  
  9.             }  
  10.         }  
  11.     }  
  12.  
  13.  class TestSynchronization3 {  
  14.     public static void main(String args[]) {  
  15.         final Table obj = new Table();//only one object    
  16.         Thread t1 = new Thread() {  
  17.             public void run() {  
  18.                 obj.printTable(5);  
  19.             }  
  20.         };  
  21.         Thread t2 = new Thread() {  
  22.             public void run() {  
  23.                 obj.printTable(100);  
  24.             }  
  25.         };  
  26.         t1.start();  
  27.         t2.start();  
  28.     }  

给printTable()方法加上synchronized,那么synchronized的方法在执行结束之前不会让其他线程进入。下面的输出结果就非常稳定了。 

输出: 

  1. 5 10 15 20 25 100 200 300 400 500  

类似地,Java的类和对象也可以同步。 

注意:我们并不一定需要同步整个方法。有时候最好是仅同步方法的一小部分。Java的synchronized代码段可以实现这一点。

4.序列化

Java中的序列化是一种机制,可以将对象的状态写入到字节流中。相反的操作叫做反序列化,将字节流转换成对象。

序列化和反序列化的过程是平台无关的,也就是说,在一个平台上序列化对象,然后可以在另一个平台上反序列化。

序列化时调用ObjectOutputStream的writeObject()方法,反序列化调用ObjectInputStream类的readObject()方法。

下图中,Java对象被转换成字节流,然后存储在各种形式的存储中,这个过程叫做序列化。图右侧,内存中的字节流转换成Java对象,这个过程叫作反序列化。

为什么要序列化

显然,创建的Java类在程序执行结束或中止后,对象就销毁了。为了避免这个问题,Java提供了序列化功能,通过它可以将对象存储起来,或者将状态进行持久化,以便稍后使用,或者在其他平台上使用。

下面的代码演示了该过程。 

  1. public class Employee implements Serializable {  
  2.     private static final long serialVersionUID = 1L 
  3.     private String serializeValueName;  
  4.     private transient int nonSerializeValueSalary;  
  5.     public String getSerializeValueName() {  
  6.         return serializeValueName;  
  7.     }  
  8.     public void setSerializeValueName(String serializeValueName) {  
  9.         this.serializeValueName = serializeValueName;  
  10.     }  
  11.     public int getNonSerializeValueSalary() {  
  12.         return nonSerializeValueSalary;  
  13.     }  
  14.     public void setNonSerializeValueSalary(int nonSerializeValueSalary) {  
  15.         this.nonSerializeValueSalary = nonSerializeValueSalary;  
  16.     }  
  17.     @Override  
  18.     public String toString() {  
  19.         return "Employee [serializeValueName=" + serializeValueName + "]";  
  20.     }  
  21.  
  1. import java.io.FileOutputStream;  
  2. import java.io.IOException;  
  3. import java.io.ObjectOutputStream;  
  4. public class SerializingObject {  
  5.     public static void main(String[] args) {  
  6.         Employee employeeOutput = null 
  7.         FileOutputStream fos = null 
  8.         ObjectOutputStream oos = null 
  9.         employeeOutput = new Employee();  
  10.         employeeOutput.setSerializeValueName("Aman");  
  11.         employeeOutput.setNonSerializeValueSalary(50000);  
  12.         try {  
  13.             fos = new FileOutputStream("Employee.ser");  
  14.             oos = new ObjectOutputStream(fos);  
  15.             oos.writeObject(employeeOutput);  
  16.         System.out.println("Serialized data is saved in Employee.ser file");  
  17.         oos.close();  
  18.         fos.close();  
  19.         } catch (IOException e) {  
  20.             e.printStackTrace();  
  21.         }   
  22.     }  

输出: 

  1. Serialized data is saved in Employee.ser file.  
  1. import java.io.FileInputStream;  
  2. import java.io.IOException;  
  3. import java.io.ObjectInputStream;  
  4. public class DeSerializingObject {  
  5.     public static void main(String[] args) {  
  6.         Employee employeeInput = null 
  7.         FileInputStream fis = null 
  8.         ObjectInputStream ois = null 
  9.         try {  
  10.             fis = new FileInputStream("Employee.ser");  
  11.             ois = new ObjectInputStream(fis);  
  12.             employeeInput = (Employee)ois.readObject();  
  13.             System.out.println("Serialized data is restored from Employee.ser file");  
  14.             ois.close();  
  15.             fis.close();  
  16.         } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {  
  17.             e.printStackTrace();  
  18.         }   
  19.         System.out.println("Name of employee is : " + employeeInput.getSerializeValueName());  
  20.         System.out.println("Salary of employee is : " + employeeInput.getNonSerializeValueSalary());  
  21.     }  

输出: 

  1. Serialized data is restored from Employee.ser file  
  2. Name of employee is : Aman  
  3. Salary of employee is : 0 

需要记住的重点

  1.  如果父类实现了Serializable接口,那么子类就不需要实现了,但反过来不一定成立。
  2.  只有非静态数据成员可以在序列化过程中保存下来。
  3.  静态数据成员和临时数据成员不会在序列化过程中保存下来。所以,如果不想保存某个非静态数据成员,则可以将其设置为transient。
  4.  反序列化过程中不会调用对象的构造函数。
  5.  关联对象必须实现Serializable接口。

5.总结

1、首先我们解释了匿名类,以及用途和使用方法。

2、其次我们讨论了Java中的多线程,线程的生命周期,以及用途。

3、同步只允许一个线程进入同步的方法或代码块去访问资源,其他线程必须在队列中等待。

4、序列化就是存储对象状态供以后使用的过程。

 

 

责任编辑:庞桂玉 来源: Java技术栈
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