Java必须掌握的 4 大基础

前言：

大概每个人在学生时代开始就使用了，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：

• 扩展已有的类（可以是抽象类，也可以是具体类）
• 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。

interface Football 
{
  void kick();
}

class AnnonymousClass {


public static Football football = new Football() {
      @Override
      public void kick() {
          System.out.println("Nested Anonymous Class.");
      }
  };


  public static void main(String[] args)
  {
      // anomynous class inside the method
    Football footballObject = new Football()
    {
        @Override
       public void kick()
        {
            System.out.println("Anonymous Class");
        }
    };
    footballObject.kick();

      AnnonymousClass.football.kick();
  } 
}

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。

public abstract class Football
{ 
  abstract void kick();
}

匿名类不仅可以是抽象类，还可以是具体类。

// normal or concrete class
public class Football 
{        public void kick(){}
}// 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？

// normal or concrete class
public class Football {

  protected int score;

  public Football(int score)
  {
      this.score = score;
  }
  public void score(){
      System.out.println("Score "+score);
  };

  public void kick(){}

  public static void main(String[] args) {

      Football football = new Football(7)
      {
          @Override
          public void score() {
              System.out.println("Anonymous class inside the method "+score);
          }

      };
      football.score();
  }
}
// end of class scope.

• 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。
• 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。
• 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。
• 匿名类中不能定义静态初始化方法或成员接口。
• 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：

• 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。
• 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：

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

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。

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。
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。
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。
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。
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：

• 扩展Thread类
• 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()。

public class MultithreadingTest extends Thread
{
  public void run()
{
      try{
          System.out.println("Thread "+Thread.currentThread().getName()+" is now running");
      }catch (Exception ex) {
          ex.printStackTrace();
      }
  }
  public static void main(String[] args)
{
      for(int i=0;i<10;i++)
      {
          MultithreadingTest multithreadingTest = new MultithreadingTest();
          multithreadingTest.start();
      }
  }
}

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。

public class MultithreadingTest implements Runnable
{

  @Override
  public void run() {
      System.out.println("Thread "+Thread.currentThread().getName()+" is now running"); //To change body of generated methods, choose Tools | Templates.
  }

  public static void main(String[] args)
{
      for(int i=0;i<10;i++)
      {

          Thread thread = new Thread(new MultithreadingTest());
          thread.start();
      }
  }
}

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。

class Table {

  void printTable(int n) {//method not synchronized  
      for (int i = 1; i <= 5; i++) {
          System.out.print(n * i+" ");
          try {
              Thread.sleep(400);
          } catch (Exception e) {
              System.out.println(e);
          }
      }

  }
}

class MyThread1 extends Thread {

  Table t;

  MyThread1(Table t) {
      this.t = t;
  }

  public void run() {
      t.printTable(5);
  }

}

class MyThread2 extends Thread {

  Table t;

  MyThread2(Table t) {
      this.t = t;
  }

  public void run() {
      t.printTable(100);
  }
}

class TestSynchronization1 {

  public static void main(String args[]) {
      Table obj = new Table();//only one object  
      MyThread1 t1 = new MyThread1(obj);
      MyThread2 t2 = new MyThread2(obj);
      t1.start();
      t2.start();
  }
}

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：

100 5 200 10 300 15 20 400 500 25

class Table {

  synchronized void printTable(int n) {//synchronized method  
      for (int i = 1; i <= 5; i++) {
          System.out.print(n * i+" ");
          try {
              Thread.sleep(400);
          } catch (Exception e) {
              System.out.println(e);
          }
      }

  }
}

class TestSynchronization3 {

  public static void main(String args[]) {
      final Table obj = new Table();//only one object  

      Thread t1 = new Thread() {
          public void run() {
              obj.printTable(5);
          }
      };
      Thread t2 = new Thread() {
          public void run() {
              obj.printTable(100);
          }
      };

      t1.start();
      t2.start();
  }
}

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：

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。

public class Employee implements Serializable {

  private static final long serialVersionUID = 1L;

  private String serializeValueName;
  private transient int nonSerializeValueSalary;

  public String getSerializeValueName() {
      return serializeValueName;
  }
  public void setSerializeValueName(String serializeValueName) {
      this.serializeValueName = serializeValueName;
  }
  public int getNonSerializeValueSalary() {
      return nonSerializeValueSalary;
  }
  public void setNonSerializeValueSalary(int nonSerializeValueSalary) {
      this.nonSerializeValueSalary = nonSerializeValueSalary;
  }

  @Override
  public String toString() {
      return "Employee [serializeValueName=" + serializeValueName + "]";
  }
}

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectOutputStream;

public class SerializingObject {

  public static void main(String[] args) {

      Employee employeeOutput = null;
      FileOutputStream fos = null;
      ObjectOutputStream oos = null;

      employeeOutput = new Employee();
      employeeOutput.setSerializeValueName("Aman");
      employeeOutput.setNonSerializeValueSalary(50000);

      try {
          fos = new FileOutputStream("Employee.ser");
          oos = new ObjectOutputStream(fos);
          oos.writeObject(employeeOutput);

      System.out.println("Serialized data is saved in Employee.ser file");

      oos.close();
      fos.close();

      } catch (IOException e) {

          e.printStackTrace();
      } 
  }
}

输出：

Serialized data is saved in Employee.ser file.

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;

public class DeSerializingObject {

  public static void main(String[] args) {

      Employee employeeInput = null;
      FileInputStream fis = null;
      ObjectInputStream ois = null;

      try {
          fis = new FileInputStream("Employee.ser");
          ois = new ObjectInputStream(fis);
          employeeInput = (Employee)ois.readObject();

          System.out.println("Serialized data is restored from Employee.ser file");

          ois.close();
          fis.close();

      } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
          e.printStackTrace();
      } 

      System.out.println("Name of employee is : " + employeeInput.getSerializeValueName());
      System.out.println("Salary of employee is : " + employeeInput.getNonSerializeValueSalary());
  }
}

输出：

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

需要记住的重点

• 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。
• 只有非静态数据成员可以在序列化过程中保存下来。
• 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。
• 反序列化过程中不会调用对象的构造函数。
• 关联对象必须实现Serializable接口。

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。

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