摘要：而面向?qū)ο髣t是向程序員提供表示問(wèn)題空間中元素的工具，我們將問(wèn)題空間中的元素及其在解空間中的表示稱為對(duì)象。為什么要把對(duì)象看作是服務(wù)提供者呢這是將問(wèn)題分解為對(duì)象集合的一種合理方式。職能太多，可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)象的內(nèi)聚性降低。在試圖將子類對(duì)象當(dāng)作其基類

計(jì)算機(jī)是頭腦延伸的工具，是一種不同類型的表達(dá)媒體。本文以背景性的和補(bǔ)充性的材料，介紹包括開發(fā)方法概述在內(nèi)的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)(Object-oriented Programming,OOP)的基本概念。

本文通過(guò)概念+代碼的方式，來(lái)幫助讀者了解面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的全貌。

概念

機(jī)器模型：位于解空間內(nèi)，是對(duì)問(wèn)題建模的地方；可以這樣理解，匯編語(yǔ)言和命令式語(yǔ)言，在解決問(wèn)題時(shí)要基于計(jì)算機(jī)的架構(gòu)；因此架構(gòu)限定了解決方案，所以說(shuō)機(jī)器模型是解空間。

實(shí)際待解決問(wèn)題：問(wèn)題空間，是問(wèn)題存在的地方

如何抽象

抽象的類型和質(zhì)量，決定了人們所能夠解決的問(wèn)題的復(fù)雜性。抽象的類型指的是“所抽象的是什么”。一種是在機(jī)器模型和實(shí)際待解決問(wèn)題的模型之間建立聯(lián)系的抽象；另一種是只針對(duì)待解決問(wèn)題建模。而面向?qū)ο髣t是向程序員提供表示問(wèn)題空間中元素的工具，我們將問(wèn)題空間中的元素及其在解空間中的表示稱為“對(duì)象”。

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的特性：

萬(wàn)物皆是對(duì)象；

程序是對(duì)象的集合，對(duì)象間方法的調(diào)用是程序運(yùn)行的基本表現(xiàn)；

對(duì)象可以包含其他對(duì)象；

每個(gè)對(duì)象都擁有其特定的類型；

某一特定類型的所有對(duì)象都可以接收同樣的方法調(diào)用；

什么是對(duì)象？對(duì)象具有狀態(tài)、行為和標(biāo)識(shí)。每一個(gè)對(duì)象都可以擁有內(nèi)部數(shù)據(jù)和方法，并且可以唯一的與其他對(duì)象區(qū)分開來(lái)

名詞解釋

對(duì)象：具有狀態(tài)、行為和標(biāo)識(shí)的實(shí)體。如銀行存款賬戶是一個(gè)類，那么具體的每個(gè)人的銀行存款賬戶就是這個(gè)類目下的對(duì)象。

類：可以看作類型來(lái)考慮。比如說(shuō)鳥類，是動(dòng)物中的其中一種類型。

類和對(duì)象

所有的對(duì)象都是唯一的，但同時(shí)具有相同的特性和行為的對(duì)象也都?xì)w屬于某個(gè)特定的類。

類在Java中用關(guān)鍵詞class表示。每個(gè)類的對(duì)象都具有某種共性和個(gè)性，如銀行存款賬戶，每個(gè)賬戶中都有余額的屬性，但每個(gè)賬戶中的余額又不同。在實(shí)際中，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言都用class關(guān)鍵字來(lái)表示數(shù)據(jù)類型，換而言之，每一個(gè)類都是一個(gè)數(shù)據(jù)類型。程序員可以自由地添加新的類（數(shù)據(jù)類型）來(lái)擴(kuò)展編程語(yǔ)言，對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行處理。

對(duì)象的獲取與方法調(diào)用

面向?qū)ο蟮奶魬?zhàn)之一，就是在問(wèn)題空間的元素和解空間的對(duì)象之間創(chuàng)建一對(duì)一的映射。

獲取有用對(duì)象，必須以某種方式對(duì)對(duì)象進(jìn)行請(qǐng)求，使對(duì)象完成各種任務(wù)。類型決定接口，而接口決定對(duì)象能滿足的請(qǐng)求。就比如鳥類型，其提供的接口有飛翔，因此其能滿足飛翔的請(qǐng)求。在接口確定了某一特定對(duì)象能夠發(fā)出的請(qǐng)求后，接口的實(shí)現(xiàn)掌控著請(qǐng)求的具體行為的展現(xiàn)方式。在類型中，每一個(gè)可能的請(qǐng)求都有一個(gè)方法與之關(guān)聯(lián)，當(dāng)向?qū)ο蟀l(fā)送請(qǐng)求時(shí)，與之關(guān)聯(lián)的方法就會(huì)被調(diào)用。

以下代碼是獲取一個(gè)對(duì)象并調(diào)用其中的方法實(shí)例（你可以暫時(shí)不用理解，只需要知道形式即可，后面再反過(guò)來(lái)看就好）

public class Light {
 //開燈
 public void on() {
   System.out.println("Light is on!");
 }
 //關(guān)燈
 public void off() {
   System.out.println("Light is off!");
 }

 //這里是獲取一個(gè)對(duì)象并調(diào)用其中方法的實(shí)例
 public static void main(String [] args) {
   //這里是核心代碼，開燈操作
   Light lt = new Light();
   lt.on();
 }
}

### 對(duì)象是服務(wù)提供者

程序通過(guò)調(diào)用其他對(duì)象提供的服務(wù)來(lái)向用戶提供服務(wù)。程序員的目標(biāo)就是去創(chuàng)建（或者最好是從現(xiàn)有的代碼庫(kù)中尋找）能夠提供解決問(wèn)題所需服務(wù)的一系列對(duì)象。

為什么要把對(duì)象看作是服務(wù)提供者呢？

這是將問(wèn)題分解為對(duì)象集合的一種合理方式。比如說(shuō)，你正在創(chuàng)建一個(gè)簿記系統(tǒng)，那么，這個(gè)系統(tǒng)可以拆分為：我需要一個(gè)包括了預(yù)定義的簿記輸入屏幕的對(duì)象、一個(gè)執(zhí)行簿記計(jì)算的對(duì)象集合以及一個(gè)處理在不同的打印機(jī)上打印支票和開發(fā)票的對(duì)象。

它有助于提高對(duì)象的內(nèi)聚性。就像上面所定義的簿記系統(tǒng)，每個(gè)對(duì)象都可以很好地完成一項(xiàng)任務(wù)，但是它并不試圖做更多的事情。職能太多，可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)象的內(nèi)聚性降低。簡(jiǎn)而言之，每個(gè)對(duì)象只做它該做的事。

將程序開發(fā)人員按照角色劃分為類創(chuàng)建者和客戶端程序員。類創(chuàng)建者創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)類型，而客戶端程序員在其應(yīng)用中使用類創(chuàng)建者創(chuàng)建的新數(shù)據(jù)類型。如此一來(lái)，客戶端程序員的主要目的就是收集各種用來(lái)實(shí)現(xiàn)快速應(yīng)用開發(fā)的類；而類創(chuàng)建者的目的則是構(gòu)建類，并向客戶端程序員暴露必須的部分。

為什么類創(chuàng)建者需要對(duì)類的某些部分進(jìn)行隱藏呢？或者說(shuō)，為什么需要進(jìn)行訪問(wèn)權(quán)限控制呢？

讓客戶端程序員無(wú)法觸及他們不該觸及的部分，讓客戶端程序員分清楚，哪些東西對(duì)他們來(lái)說(shuō)是必須的，哪些是可以忽略的。

允許庫(kù)設(shè)計(jì)者可以改變類內(nèi)部的工作方式而不用擔(dān)心會(huì)影響到客戶端程序員。因?yàn)閷?duì)客戶端程序員所提供的那一部分可見(jiàn)的內(nèi)容總是不變的，而庫(kù)設(shè)計(jì)者改變的是其中隱藏的部分。

Java的訪問(wèn)權(quán)限控制關(guān)鍵字

訪問(wèn)權(quán)限關(guān)鍵字的修飾范圍

public：可以修飾外部類、屬性、方法；

protected：只能修飾屬性和方法；

private：只能修飾屬性、方法、內(nèi)部類；

代碼復(fù)用是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言所提供的最了不起的優(yōu)點(diǎn)之一。

代碼復(fù)用的基本方式：

直接使用該類的一個(gè)對(duì)象；

可以將某個(gè)類的一個(gè)對(duì)象置于一個(gè)新類中，作為新類的成員出現(xiàn)；

關(guān)系是指事物之間存在單向或者相互的作用力或者影響力的狀態(tài)。

在兩個(gè)類之間存在有關(guān)系和沒(méi)關(guān)系兩種情況，在有關(guān)系的情況下，其關(guān)系包括以下六種類型

以現(xiàn)有類為基礎(chǔ)，復(fù)制它，然后通過(guò)添加和修改這個(gè)副本來(lái)創(chuàng)建新類。當(dāng)源類發(fā)生變化時(shí)，被修改的副本也會(huì)反應(yīng)出這種變動(dòng)。生物學(xué)中對(duì)科目的定義，用于解釋繼承關(guān)系再恰當(dāng)不過(guò)。

相關(guān)名詞定義

父類：又稱源類、基類、超類；

子類：又稱導(dǎo)出類、繼承類；

父類和子類

父類和子類之間的類型層次結(jié)構(gòu)同時(shí)體現(xiàn)了他們之間的相似性和差異性。當(dāng)繼承現(xiàn)有類型時(shí)，也就創(chuàng)造了新的類型，同時(shí)子類又歸屬于父類的類型。這個(gè)新的類型不僅包括現(xiàn)有類型的所有成員，而且更重要的是它復(fù)制了父類的接口，這意味著所有對(duì)父類對(duì)象的調(diào)用同時(shí)可可以對(duì)子類對(duì)象發(fā)起，這遵循了編程原則之一的里氏替換原則。

如果只是簡(jiǎn)單地繼承一個(gè)類而不做其他任何事情，那么在父類接口中的方法將會(huì)直接繼承到子類中。當(dāng)需要使父類和子類產(chǎn)生差異時(shí)，有以下兩種方式：

直接在子類中添加新的方法；在采用該種方案時(shí)需要仔細(xì)考慮是否存在父類也需要這些額外方法的可能性。

覆寫父類中的某個(gè)方法；該種方案需要在子類中定義與父類需覆寫方法同名、同返回值類型、同方法參數(shù)類型的方法。

那么繼承是否應(yīng)該只覆寫父類的方法呢？

如果繼承只覆寫了父類的方法，那么子類對(duì)象可以完全替代父類對(duì)象，這通常稱之為替代原則，在這種情況下的類關(guān)系稱為is-a；但有時(shí)又的確需要在子類中添加新的接口，這種情況下父類無(wú)法訪問(wèn)新添加的接口，這種情況下類關(guān)系為is-like-a，這時(shí)這種父類與子類之間的關(guān)系，被視為非存粹替代

在處理類層次關(guān)系的時(shí)候，如果把任意一個(gè)特定類型的對(duì)象可以當(dāng)作其基類對(duì)象來(lái)對(duì)待，就使得人們可以編寫出不依賴于特定類型的代碼。

相關(guān)概念

前期綁定：編譯器將產(chǎn)生對(duì)一個(gè)具體函數(shù)名字的調(diào)用，而在運(yùn)行時(shí)需要將這個(gè)調(diào)用解析到將要被執(zhí)行的代碼的絕對(duì)地址（意味著運(yùn)行前就需要知道具體代碼的位置）。

后期綁定：編譯器只確保調(diào)用的方法存在，而且調(diào)用參數(shù)和返回值類型正確；在運(yùn)行時(shí)，通過(guò)特殊代碼，解析具體將要執(zhí)行的代碼的具體位置。

多態(tài)的實(shí)現(xiàn)理念

通過(guò)導(dǎo)出新的子類而輕松擴(kuò)展設(shè)計(jì)的能力，是對(duì)改動(dòng)進(jìn)行封裝的基本方式之一。

在試圖將子類對(duì)象當(dāng)作其基類對(duì)象來(lái)看待時(shí)，需要解決的一個(gè)問(wèn)題是：編譯器無(wú)法精確地了解哪一段代碼將會(huì)被執(zhí)行。在OOP程序設(shè)計(jì)中，程序直到運(yùn)行時(shí)才能夠確定代碼的位置。

OOP程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言使用了后期綁定的概念：編譯器確保調(diào)用方法的存在，并對(duì)調(diào)用參數(shù)和返回值執(zhí)行類型檢查，但并不知道將被執(zhí)行的確切代碼。Java使用一小段特殊的代碼來(lái)替代絕對(duì)地址調(diào)用，這段特殊代碼用來(lái)計(jì)算方法體的具體位置。Java默認(rèn)是動(dòng)態(tài)綁定的。

向上轉(zhuǎn)型

把子類對(duì)象看作父類對(duì)象的過(guò)程，稱作向上轉(zhuǎn)型。原因是在類圖中，父類總是位于類圖的頂部，把子類對(duì)象視為父類對(duì)象，即將子類類型向上推導(dǎo)。

Java中所有的類最終都繼承自單一的基類：Object

單根繼承結(jié)構(gòu)保證所有對(duì)象都具備某些功能。Object是任何類的默認(rèn)父類，是在哲學(xué)方向上繼續(xù)寧的延伸思考。

我是誰(shuí)？getClass()說(shuō)明本質(zhì)上是誰(shuí)，而toString()是當(dāng)前類的名片。

我從哪里來(lái)？Object()構(gòu)造方法是生產(chǎn)對(duì)象的基本方式；clone()是繁殖對(duì)象的另一種方式。

我到哪里去？finalize()方法說(shuō)明了對(duì)象的最終歸屬

我是否是獨(dú)一無(wú)二的？hashCode()和equals()就是判斷與其他元素是否相同的一組方法。

與其他人如何協(xié)調(diào)？wait()和notify()方法是對(duì)象間通信和協(xié)作的一組方法。

通常來(lái)說(shuō)，如果不知道在解決某個(gè)特定問(wèn)題時(shí)需要多少對(duì)象，或者他們將存活多久，那么就不可能知道如何存儲(chǔ)這些對(duì)象。

在Java標(biāo)準(zhǔn)類庫(kù)中提供了大量容器。不同的容器提供了不同類型的接口和外部行為，同時(shí)對(duì)某些操作具有不同的效率。如List中的ArrayList和LinkedList由于底層實(shí)現(xiàn)的不同，具備不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

參數(shù)化類型

由于容器只存儲(chǔ)Object，所以將對(duì)象引入置入容器時(shí)，被向上轉(zhuǎn)型為Object，在取出類型時(shí)會(huì)丟失其類型。在一定程度上可以使用向下轉(zhuǎn)型的方式來(lái)獲取其實(shí)際類型，但是這樣做存在風(fēng)險(xiǎn)。

package a;

import java.util.*;

public class Container {
  public static void main(String [] args) {
    List list = new ArrayList();
    list.add("Hello World!");
    list.add(1);
    //程序運(yùn)行到這里是不會(huì)報(bào)錯(cuò)的，但是執(zhí)行下面這一步的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)異常了
    for(Object o : list) {
      //這一步會(huì)出現(xiàn)異常，因?yàn)長(zhǎng)ist中存放的不僅僅是String類型，還有Integer類型，向下轉(zhuǎn)型出現(xiàn)異常
      String a = (String) o;
      System.out.println(a);
    }
  }
}

那么用什么方式使容器記住這些對(duì)象究竟使什么類型呢？解決方案稱為參數(shù)化類型，在Java中也稱為泛型。表示方法為一對(duì)尖括號(hào)，中間包含類型信息。

List list = new ArrayList();

這樣一來(lái)，就限定了List中只能存放String類型的對(duì)象啦！當(dāng)然，我們還是能夠通過(guò)反射繞過(guò)這層驗(yàn)證，畢竟在編譯后運(yùn)行時(shí)，是去泛型的。

在使用對(duì)象時(shí)，最關(guān)鍵的問(wèn)題之一便是他們的生成和銷毀方式。

對(duì)象的創(chuàng)建

new Constructor();：通過(guò)new關(guān)鍵詞向堆中申請(qǐng)內(nèi)存，通過(guò)Constructor來(lái)說(shuō)明類的創(chuàng)建方式。

生命周期

Java采用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的方式。動(dòng)態(tài)方式有個(gè)一般性假設(shè)：對(duì)象趨于變得復(fù)雜，所以查找和釋放內(nèi)存空間的開銷不會(huì)對(duì)對(duì)象的創(chuàng)建造成重大沖擊。動(dòng)態(tài)方式所帶來(lái)的更大的靈活性是解決一般化編程問(wèn)題的要點(diǎn)。

Java提供了被稱為垃圾收集器的機(jī)制，用來(lái)處理內(nèi)存釋放問(wèn)題。垃圾收集器的運(yùn)行基礎(chǔ)是單根繼承結(jié)構(gòu)和只能在堆上創(chuàng)建對(duì)象的特性。

錯(cuò)誤處理始終是編程的難題之一。

什么是異常

異常是一種對(duì)象，其從出錯(cuò)點(diǎn)被拋出，并被特定類型的異常處理器所捕獲。異常處理就像與程序正常執(zhí)行路徑并行的、在錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)執(zhí)行的另一條路徑。

異常的處理

異常不能被忽略，它保證一定會(huì)在某處得到處理。異常提供了一種從錯(cuò)誤狀態(tài)進(jìn)行可靠恢復(fù)的途徑。Java一開始就內(nèi)置了異常處理，并強(qiáng)制你必須使用它。它是唯一可接受的錯(cuò)誤報(bào)告方式。

在計(jì)算機(jī)編程中，存在著在同一時(shí)刻處理多個(gè)任務(wù)的思想。這些彼此獨(dú)立運(yùn)行的部分稱為線程，同一時(shí)刻處理多個(gè)任務(wù)稱為并發(fā)。

在單一處理器中，線程只是一種為單一處理器分配執(zhí)行時(shí)間的手段，換而言之，如果只有一個(gè)處理器，那么多線程程序的運(yùn)行不過(guò)是多個(gè)任務(wù)競(jìng)爭(zhēng)使用處理器的性能。在多處理器的情況下，實(shí)現(xiàn)的才是真正意義上的并發(fā)，多處理器并行計(jì)算。

多線程同時(shí)存在一個(gè)隱患，在存在共享資源的時(shí)候，可能會(huì)造成資源之間的競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)而造成死鎖。所以在多線程修改共享資源時(shí)，必然在共享資源使用期進(jìn)行鎖定。

在Java中，JDK1.5后提供了concurrent包支持更好的并發(fā)特性。

以上是對(duì)象導(dǎo)論的一些基本概念，是繼續(xù)閱讀后面章節(jié)的非必要補(bǔ)充性材料。對(duì)于文中的一些代碼段或概念，暫時(shí)不理解的，可以先放一放，等后面看完了，再回過(guò)來(lái)看就恍然大悟了。

下一節(jié)將講解對(duì)象并寫第一個(gè)Java程序。如果你對(duì)這些內(nèi)容不感興趣，想看點(diǎn)更高難度的，歡迎關(guān)注我的博客:https://www.cnblogs.com/lurke...；歡迎關(guān)注我的微信公眾號(hào)JavaCorner