Java內功心法，深入解析面向對象

什么是對象

對象是系統中用來描述客觀事物的一個實體，它是構成系統的一個基本單位。一個對象由一組屬性和對這組屬性進行操作的一組服務組成。

類的實例化可生成對象，一個對象的生命周期包括三個階段：生成、使用、消除。

當不存在對一個對象的引用時，該對象成為一個無用對象。Java的垃圾收集器自動掃描對象的動態內存區，把沒有引用的對象作為垃圾收集起來并釋放。當系統內存用盡或調用System.gc()要求垃圾回收時，垃圾回收程與系統同步運行。

面向對象的特征

封裝，繼承和多態。

• 封裝：面向對象最基礎的一個特性，封裝性，是指隱藏對象的屬性和現實細節，僅對外提供公共訪問方式。

封裝的原則：將不需要對外提供的內容都隱藏（設置訪問修飾符為“private”）起來。把屬性都隱藏，僅提供公共方法對其訪問，可以在訪問方式中加入邏輯判斷等語句。

• 繼承：繼承是從已有類得到繼承信息創建新類的過程。提供繼承信息的類被稱為父類（超類、基類）；得到繼承信息的類被稱為子類（派生類）。

• 多態：多態性是指允許不同子類型的對象對同一消息作出不同的響應。簡單的說就是用同樣的對象引用調用同樣的方法但是做了不同的事情。

多態性分為編譯時的多態性和運行時的多態性。
運行時的多態是面向對象最精髓的東西，要實現多態需要做兩件事：
1). 方法重寫（子類繼承父類并重寫父類中已有的或抽象的方法）
2). 對象造型（用父類型引用引用子類型對象，這樣同樣的引用調用同樣的方法就會根據子類對象的不同而表現出不同的行為）。

什么是類

類是具有相同屬性和方法的一組對象的集合，它為屬于該類的所有對象提供了統一的抽象描述，其內部包括屬性和方法兩個主要部分。在面向對象的編程語言中，類是一個獨立的程序單位，它應該有一個類名并包括屬性和方法兩個主要部分。

Java中的類實現包括兩個部分：類聲明和類體。

多態的好處

多態的定義：指允許不同類的對象對同一消息做出響應。即同一消息可以根據發送對象的不同而采用多種不同的行為方式。

主要有以下優點:

• 可替換性:多態對已存在代碼具有可替換性.

• 可擴充性:增加新的子類不影響已經存在的類結構.

• 接口性:多態是超類通過方法簽名,向子類提供一個公共接口,由子類來完善或者重寫它來實現的.

• 靈活性:它在應用中體現了靈活多樣的操作，提高了使用效率

• 簡化性:多態簡化對應用軟件的代碼編寫和修改過程，尤其在處理大量對象的運算和操作時，這個特點尤為突出和重要

代碼中如何實現多態

實現多態主要有以下三種方式:

• 接口實現

• 繼承父類重寫方法

• 同一類中進行方法重載

虛擬機是如何實現多態的

動態綁定技術(dynamic binding),執行期間判斷所引用對象的實際類型,根據實際類型調用對應的方法.

重載（Overload）和重寫（Override）的區別。重載的方法能否根據返回類型進行區分？

方法的重載和重寫都是實現多態的方式，區別在于前者實現的是編譯時的多態性，而后者實現的是運行時的多態性。

• 重載發生在一個類中，同名的方法如果有不同的參數列表（參數類型不同、參數個數不同或者二者都不同）則視為重載；

• 重寫發生在子類與父類之間，重寫要求子類被重寫方法與父類被重寫方法有相同的返回類型，比父類被重寫方法更好訪問，不能比父類被重寫方法聲明更多的異常（里氏代換原則）。重載對返回類型沒有特殊的要求。

構造器不能被繼承，因此不能被重寫，但可以被重載。

父類的靜態方法不能被子類重寫。重寫只適用于實例方法，不能用于靜態方法，而子類當中含有和父類相同簽名的靜態方法，我們一般稱之為隱藏，調用的方法為定義的類所有的靜態方法。

構造器（constructor）是否可被重寫（override）？

構造器不能被繼承，因此不能被重寫，但可以被重載。

接口的意義

接口的意義用四個詞就可以概括：規范，擴展，回調和安全。

抽象類的意義

抽象類的意義可以用三句話來概括:

• 為其他子類提供一個公共的類型

• 封裝子類中重復定義的內容

• 定義抽象方法,子類雖然有不同的實現,但是定義是一致的

抽象類和接口有什么區別

抽象類和接口都不能夠實例化，但可以定義抽象類和接口類型的引用。一個類如果繼承了某個抽象類或者實現了某個接口都需要對其中的抽象方法全部進行實現，否則該類仍然需要被聲明為抽象類。接口比抽象類更加抽象，因為抽象類中可以定義構造器，可以有抽象方法和具體方法，而接口中不能定義構造器而且其中的方法全部都是抽象方法。抽象類中的成員可以是private、默認、protected、public的，而接口中的成員全都是public的。抽象類中可以定義成員變量，而接口中定義的成員變量實際上都是常量。有抽象方法的類必須被聲明為抽象類，而抽象類未必要有抽象方法。

訪問修飾符public,private,protected,以及不寫（默認）時的區別

修飾符當前類同包子類其他包public√√√√protected√√√×default√√××private√×××

類的成員不寫訪問修飾時默認為default。默認對于同一個包中的其他類相當于公開（public），對于不是同一個包中的其他類相當于私有（private）。受保護（protected）對子類相當于公開，對不是同一包中的沒有父子關系的類相當于私有。Java中，外部類的修飾符只能是public或默認，類的成員（包括內部類）的修飾符可以是以上四種。

簡述一下面向對象的”六原則一法則”。

• 單一職責原則：一個類只做它該做的事情。

單一職責原則想表達的就是”高內聚”，寫代碼最終極的原則只有六個字”高內聚、低耦合”。所謂的高內聚就是一個代碼模塊只完成一項功能，在面向對象中，如果只讓一個類完成它該做的事，而不涉及與它無關的領域就是踐行了高內聚的原則，這個類就只有單一職責。我們都知道一句話叫”因為專注，所以專業”，一個對象如果承擔太多的職責，那么注定它什么都做不好。一個好的軟件系統，它里面的每個功能模塊也應該是可以輕易的拿到其他系統中使用的，這樣才能實現軟件復用的目標。

• 開閉原則：軟件實體應當對擴展開放，對修改關閉。

在理想的狀態下，當我們需要為一個軟件系統增加新功能時，只需要從原來的系統派生出一些新類就可以，不需要修改原來的任何一行代碼。要做到開閉有兩個要點：

1）抽象是關鍵，一個系統中如果沒有抽象類或接口系統就沒有擴展點；

2）封裝可變性，將系統中的各種可變因素封裝到一個繼承結構中，如果多個可變因素混雜在一起，系統將變得復雜而換亂，如果不清楚如何封裝可變性，可以參考《設計模式精解》一書中對橋梁模式的講解的章節。

• 依賴倒轉原則：面向接口編程。

該原則說得直白和具體一些就是聲明方法的參數類型、方法的返回類型、變量的引用類型時，盡可能使用抽象類型而不用具體類型，因為抽象類型可以被它的任何一個子類型所替代，請參考下面的里氏替換原則。

• 里氏替換原則：任何時候都可以用子類型替換掉父類型。

關于里氏替換原則的描述，Barbara Liskov女士的描述比這個要復雜得多，但簡單的說就是能用父類型的地方就一定能使用子類型。里氏替換原則可以檢查繼承關系是否合理，如果一個繼承關系違背了里氏替換原則，那么這個繼承關系一定是錯誤的，需要對代碼進行重構。例如讓貓繼承狗，或者狗繼承貓，又或者讓正方形繼承長方形都是錯誤的繼承關系，因為你很容易找到違反里氏替換原則的場景。需要注意的是：子類一定是增加父類的能力而不是減少父類的能力，因為子類比父類的能力更多，把能力多的對象當成能力少的對象來用當然沒有任何問題。

• 接口隔離原則：接口要小而專，絕不能大而全。

臃腫的接口是對接口的污染，既然接口表示能力，那么一個接口只應該描述一種能力，接口也應該是高度內聚的。例如，琴棋書畫就應該分別設計為四個接口，而不應設計成一個接口中的四個方法，因為如果設計成一個接口中的四個方法，那么這個接口很難用，畢竟琴棋書畫四樣都精通的人還是少數，而如果設計成四個接口，會幾項就實現幾個接口，這樣的話每個接口被復用的可能性是很高的。Java中的接口代表能力、代表約定、代表角色，能否正確的使用接口一定是編程水平高低的重要標識。

• 合成聚合復用原則：優先使用聚合或合成關系復用代碼。

通過繼承來復用代碼是面向對象程序設計中被濫用得最多的東西，因為所有的教科書都無一例外的對繼承進行了鼓吹從而誤導了初學者，類與類之間簡單的說有三種關系，Is-A關系、Has-A關系、Use-A關系，分別代表繼承、關聯和依賴。

其中，關聯關系根據其關聯的強度又可以進一步劃分為關聯、聚合和合成，但說白了都是Has-A關系，合成聚合復用原則想表達的是優先考慮Has-A關系而不是Is-A關系復用代碼，原因嘛可以自己從百度上找到一萬個理由，需要說明的是，即使在Java的API中也有不少濫用繼承的例子，例如Properties類繼承了Hashtable類，Stack類繼承了Vector類，這些繼承明顯就是錯誤的，更好的做法是在Properties類中放置一個Hashtable類型的成員并且將其鍵和值都設置為字符串來存儲數據，而Stack類的設計也應該是在Stack類中放一個Vector對象來存儲數據。記住：任何時候都不要繼承工具類，工具是可以擁有并可以使用的，而不是拿來繼承的。

• 迪米特法則：迪米特法則又叫最少知識原則，一個對象應當對其他對象有盡可能少的了解。

迪米特法則簡單的說就是如何做到”低耦合”，門面模式和調停者模式就是對迪米特法則的踐行。對于門面模式可以舉一個簡單的例子，你去一家公司洽談業務，你不需要了解這個公司內部是如何運作的，你甚至可以對這個公司一無所知，去的時候只需要找到公司入口處的前臺美女，告訴她們你要做什么，她們會找到合適的人跟你接洽，前臺的美女就是公司這個系統的門面。

再復雜的系統都可以為用戶提供一個簡單的門面，Java Web開發中作為前端控制器的Servlet或Filter不就是一個門面嗎，瀏覽器對服務器的運作方式一無所知，但是通過前端控制器就能夠根據你的請求得到相應的服務。

調停者模式也可以舉一個簡單的例子來說明，例如一臺計算機，CPU、內存、硬盤、顯卡、聲卡各種設備需要相互配合才能很好的工作，但是如果這些東西都直接連接到一起，計算機的布線將異常復雜，在這種情況下，主板作為一個調停者的身份出現，它將各個設備連接在一起而不需要每個設備之間直接交換數據，這樣就減小了系統的耦合度和復雜度。