Java編程思想 學習筆記5

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五、初始化與清理

 

1.用構造器確保初始化 　　

　　在Java中，通過提供構造器，類的設計者可確保每個對象都會得到初始化。建立對象時，如果其類具有構造器，Java就會在使用者有能力操作對象之前自動調用相應的構造器，從而保證了初始化的進行。構造器的名稱與類的名稱相同。（“每個方法首字母小寫”的編碼風格並不適用於構造器）

　　構造器有助於減少錯誤，並使代碼更易於閱讀。從概念上講，“初始化”與“建立”是彼此和獨立的。在Java中，“初始化”和“建立”捆綁在一起，兩者不能分離。
　　構造器是一種特殊類型的方法，因為它沒有傳回值。這與傳回值為空白（void）明顯不同。構造器不會返回任何東西（new 運算式確實返回了對建立對象的引用，但構造器本身並沒有任何傳回值）。

2.方法重載 　　

　　在Java裡，構造器是強制重載方法名的一個原因。既然構造器的名字已經由類名所決定，就只能有一個構造器名。那麼要想用多種方式建立一個對象該怎麼辦？假設你要建立一個類，即可以用標準方式進行初始化，也可以從檔案裡讀取資訊來初始化。這就需要兩個構造器：一個預設構造器，另一個取字串作為形式參數——該字串表示初始化對象所需的檔案名稱。由雩都是構造器，所它們必須有相同的名字，即類名。為了讓方法名相同而形式參數不同的構造器同時存在，必須用到方法重載。

　　①區分重載方法

　　每個重載方法都必須有一個獨一無二的參數類型列表。甚至參數順序的不同也足以區分兩個方法。不過，不建議這麼做。

　　②涉及基本類型的重載

　　基本類型能從一個“較小”的類型自動提升至一個“較大”的類型，此過程一旦牽涉到重載，可能會造成了一些混淆。

　　常數值會被當作int值處理。

　　如果傳入的資料類型（實際資料類型）小於方法中聲明的形式參數類型，資料類型就會被提升。char類型略有不同，如果無法找到恰好接受char參數的方法，就會把char直接提升至int型。

　　如果傳入的實際參數大於重載方法聲明的形式參數，就得通過類型轉換來執行窄化轉換。如果不這樣做，編譯器就會出錯。

　　③以傳回值區分重載方法

　　在區分重載方法時，為什麼只能以類名和方法的形參列表作為標準呢？能否用方法的傳回值來區分呢？

　　答案是不能。

　　因為有時，我們並不關心方法的傳回值，我們想要的是方法調用的其他效果，這時我們會調用方法而忽略傳回值。例如這樣調用方法： f();  

3.預設構造器

　　預設構造器（又名“無參”構造器）是沒有形式參數的——它的作用是建立一個“預設對象”。如果你寫的類中沒有構造器，則編譯器會自動幫你建立一個預設構造器。但是，如果已經定義了一個構造器（無論是否有參數），編譯器就不會自動建立預設構造器。

4.this關鍵字 

　　如果有同一類型的兩個對象，分別是a和b。你可能想知道，如何才能讓這兩個對象都能調用同一個方法呢：

class Banana { void peel(int i) { /*.....*/ } }public class BananaPeel {    public static void main(String[] args){        Banana a = new Banana(),                    b = new Banana();        a.peel(1);        b.peel(2);    }}

　　如果只有一個peel方法，它如何知道是被a調用還是被b調用呢？

　　為了能用簡便、物件導向的文法來編寫代碼——即“發送訊息給對象”，編譯器做了一些幕後工作。它暗自把“所操作的對象的引用”作為第一個參數傳遞給peel()。所以上述兩個方法的調用就變成了這樣：

　　Banana.peel(a,1);

　　Banana.peel(b,2);

　　這時內部的表示形式。我們並不能這樣書寫代碼。

　　假設你希望在方法的內部獲得對當前對象的引用。由於這個引用是由編譯器“偷偷”傳入的，所以沒有標識符可用。但是，為此有個專門的關鍵字：this。this關鍵字只能在方法內部使用，表示對“調用方法的那個對象”的引用。this的用法和其他對象引用並無不同。但要注意，如果在方法內部調用用一個類的另一個方法，就不必使用this，直接調用即可。

　　只在必要處使用this。

　　①在構造器中使用構造器

　　可能為了一個類寫了多個構造器，有時可能想在一個構造器中調用另一個構造器，以避免重複代碼。可用this關鍵字做到這一點。

　　通常寫this的時候，都是指“這個對象”或“當前對象”，而且它本身表示對當前對象的引用。在構造器中，如果為this添加了參數列表，那麼就有了不同的含義。這將產生對符合此參數列表的某個構造器的明確調用。另外，必須把構造器調用置於最起始處，否則編譯器會報錯。

　　②static的含義

　　static方法就是沒有this的方法。在static方法的內部不能調用非靜態方法，反過來倒是可以的。（靜態方法可以建立自身的引用，和this效果一樣，通過這個引用可調用非靜態方法，例如main方法。）而且可以在沒有建立任何對象的前提下，僅僅通過類本身來調用static方法。

5.清理：終結處理和記憶體回收

　　Java有記憶體回收行程負責回收無用對象佔據的記憶體資源。但也有特殊情況：假定你的對象（並非使用new）獲得了一塊“特殊”的記憶體地區，由於記憶體回收行程只知道釋放那些經由new分配的記憶體，所以它不知道該如何釋放該對象的這塊“特殊”記憶體。所以，Java允許在類中定義一個名為finalize()的方法。它的工作原理“假定”是這樣的：一旦記憶體回收行程準備好釋放對象佔用的儲存空間，將首先調用finalize()方法，並且在下一次記憶體回收動作發生時，才真正回收對象佔用的記憶體。

　　這裡有一個潛在的編程陷阱，因為有些程式員（特別是C++程式員）剛開始可能會誤把finalize()當作C++中的折構函數（C++中銷毀對象必須用到這個函數）。所以有必要明確區分一下：在C++中，對象一定會被銷毀；而Java裡的對象卻並非總是被記憶體回收。或者換句話說：

　　1.對象可能不被記憶體回收。

　　2.記憶體回收不等於“折構”。

　　這意味著在你不再需要某個對象之前，如果必須執行某些動作，那麼你得自己去做。Java並未提供“折構函數”或相似的概念，要做類似的清理工作，必須自己動手建立一個執行清理工作的普通方法。例如，假設某個對象在建立過程中會將自己繪製到螢幕上，如果不是明確地從螢幕上擦除，它可能永遠都得不到清理。如果在finalize()裡加入某種擦除功能，當“記憶體回收”發生時（不能保證一定發生），finalize()得到了調用，映像就會被擦除。要是“記憶體回收”沒有發生，映像就會一直保留下來。

·　　也許你會發現，只要程式沒有瀕臨儲存空間用完的那一刻，對象佔用的空間就不會被釋放。如果程式執行結束，並且記憶體回收行程一直都沒有釋放你建立的任何對象的儲存空間，則隨著程式的退出，那些資源也會全部交還給作業系統。這個策略是恰當的，因為記憶體回收本身也有開銷，要是不使用它，那就不用支付這部分的開銷了。

　　①finalize()的用途何在

　　finalize()的真正用途是什麼呢？

　　這就引出需要記住的第三點：

　　3.記憶體回收只與記憶體有關。

　　也就是說，使用記憶體回收行程的唯一原因是為了回收程式不用的記憶體。無論對象是怎樣建立的，記憶體回收行程都會負責釋放對象佔據的所以記憶體。這就將對finalize()的需求限制到一種特殊情況，即通過某種建立對象方式以外的方式為對象分配了儲存空間。但是，Java中一切皆為對象，這種特殊情況又是怎麼回事呢？

　之所以要有finalize()，是由於在分配記憶體時可能採用了類似C語言中的做法。這種情況主要發生在使用“本地方法”的情況下，本地方法是一種在Java中調用非Java代碼的方式。本地方法目前只支援C和C++，但它們可以調用其他語言的代碼，所以實際上可以調用任何代碼。在非Java代碼中，可能會調用C的malloc()函數系列來分配儲存空間，而且除非調用了free()函數，否則儲存空間將得不到釋放，從而造成記憶體流失。當然，free()是C和C++中的函數，所以需要在finalize()中用本地方法調用它。

　　②你必須實施清理

　　要清理一個對象，使用者必須在需要清理的時刻調用執行清理動作的方法。

　　Java不允許建立局部對象，必須使用new建立對象。記住，無論是記憶體回收還是終結，都不保證一定發生。如果Java虛擬機器並未面臨記憶體耗盡的情形，它是不會浪費時間去執行記憶體回收的。

　　③終結條件

　　通常，不能指望finalize()，必須建立其他的“清理”方法，並且明確地調用它們。看來，finalize()只能存在於程式員很難用到的一些晦澀用法裡了。不過，finalize()還有一個有趣的用法，它並不依賴每次都要對finalize()進行調用，這就是對象終結條件的驗證。

　　當對某個對象不再感興趣——也就是它可以被清理了，這個對象應該處於某種狀態，使它佔用的記憶體可以被安全的釋放。例如，要是對象代表了一個開啟的檔案，在對象被回收前程式員應該關閉這個檔案。只要對象中存在沒有被適當清理的部分，程式就存在很隱晦的缺陷finalize()可以用來最終發現這種情況——儘管它並不總是被調用。如果某次finalize()的動作使得缺陷被發現，那麼就可據此找出問題所在——這才是人們真正關心的。

　　以下是個簡單的例子：

class Book {    boolean checkedOut  = false;    Book(boolean checkedOut) {        this.checkedOut = checkedOut;     }    void checkIn() {        checkedOut = false;    }    protected void finalize() {        if(checkedOut) {            System.out.println("Error: checked out");        // 一般需要這麼做，假設基類版本的finalize()也要做某些事情       //由於需要異常處理，這裡省略//    super.fianlize();        }}public class TerminationCondition {    public static void main(String[] args) {        Book novel = new Book(true);        novel.checkIn();        new Book(true);        Sysytem.gc();    }}

 

　　本例的終結條件是：所有的Book對象在被當作記憶體回收前都應該被簽入（check in）。但在main()方法中，由於程式員的錯誤，有一本書未被簽入。要是沒有finalize()來驗證終結條件，將很難發現這種缺陷。

　　注意，System.gc()用於強制進行終結動作。即使不這麼做，通過重複地執行程式，最終也能找出錯誤的Book對象。

　　④記憶體回收行程如何工作

　　Java從堆分配空間的速度，可以和其他語言從堆棧上分配空間的速度相媲美。

　　打個比方，你可以把C++裡的堆想象成一個院子，裡面每個對象都負責管理自己的地盤。一段時間後，對象可能被銷毀，但地盤必須加以重用。在某些Java虛擬機器中，堆的實現截然不同：它更像一個傳送帶，每分配一個新對象，它就往前移動一格。這意味著Object Storage Service空間的分配速度非常快。Java的“堆積指標”只是簡單地移動到尚未分配的地區，其效率比得上C++在堆棧上分配空間的效率。

　　事實上，Java中的堆未必完全像傳送帶那樣工作。要真是那樣的話，勢必會導致頻繁的記憶體頁面調度——將其移出移進硬碟，因此會顯得需要擁有比實際需要更多的記憶體。頁面調度會顯著地影響效能，最終，在建立了足夠多的對象之後，記憶體資源將耗盡。其中的秘密在於記憶體回收行程的介入。當它工作時，將一邊回收空間，一邊使堆中的對象緊湊排列，這樣“堆積指標”就可以很容易移動到更靠近傳送帶的開始處，也就盡量避免了分頁錯誤。通過記憶體回收行程對對象的重新排列，實現了一種高速的、有無限空間可供分配的堆模型。

　　“自適應的、分代的、停止-複製、標記-清掃”式記憶體回收行程。

　　Java虛擬機器中有許多附加技術用以提升速度。尤其是與載入器操作有關的，被稱為“即時”編譯器的技術。這種技術可以把程式全部或部分翻譯成本機機器碼，程式運行速度得以提升。當需要裝載某個類（通常是在為該類建立第一個對象）時，編譯器會先找到其.class檔案，然後將該類的位元組碼裝入記憶體。此時，有兩種方案可供選擇。一種是就讓即時編譯器編譯所有代碼，另一種則為即時編譯器只在需要時才編譯代碼，被稱為惰性評估。新版JDK中的Java HotSpot技術採用了類似方法，代碼每次被執行的時候都會做一些最佳化，所以執行的次數越多，它的速度越快。

6.成員初始化 

　　Java儘力保證：所有變數在使用前都能得到恰當的初始話化。對於方法的局部變數，Java以編譯時間錯誤的形式來貫徹這種保證。

7.構造器初始化 

　　可以用構造器來進行初始化。但要牢記：無法阻止自動初始化的進行，它將在構造器被調用之前發生。

　　①初始化的順序 

　　在類的內部，變數定義的先後順序決定了初始化的順序。即使變數定義散佈於方法定義之間，它們仍舊會在任何方法（包括構造器）被調用之前得到初始化。

　　②待用資料的初始化

　　無論建立多少個對象，待用資料都只佔用一份儲存地區。static關鍵字不能應用於局部變數，因此它只能作用於域。

　　靜態初始化只在必要時才會進行。只有在第一次建立對象（或者第一次訪問待用資料）的時候，它們才會被初始化。此後，靜態對象不會再次被初始化。

　　初始化的順序是先靜態對象，而後是“非靜態”對象。

　　總結一下對象的建立過程，假設有個名為Dog的類：

　　1.即使沒有顯式地使用static關鍵字，構造器實際上也是靜態方法。因此，當首次建立類型為Dog的對象時（構造器可以看成靜態方法），或者Dog類的靜態方法/靜態域首次被訪問時，Java解譯器必須尋找類路徑，以定位Dog.class檔案。

　　2.然後載入Dog.class（這會建立一個Class對象），有關靜態初始化的所有動作都會執行。因此，靜態初始化只在Class對象首次載入的時候進行一次。

　　3.當用new Dog()建立對象時，首先在堆上為Dog對象分配足夠的儲存空間。

　　4.這Block Storage空間會被清零，這就自動地將Dog對象中的所有基本類型資料都設定成了預設值，而引用則設定成null。

　　5.執行所有出現於欄位定義處的初始化動作。

　　6.執行構造器。

　　③顯式的靜態初始化

　　Java允許將多個靜態初始化動作組織成一個特殊的“靜態子句”（有時叫做“靜態塊”）：

public class fool {    static int i;    static {        i = 666;    }}

　　與其他靜態初始化動作一樣，這段代碼僅執行一次：當首次產生這個類的一個對象時，或者首次訪問屬於那個類的待用資料成員時（即使從未產生過那個類的對象）。

　　④非靜態執行個體初始化

　　Java中也有被稱為執行個體初始化的類似文法，用來初始化每一個對象的非靜態變數。

　　它與靜態初始化子句一模一樣，只不過少了static關鍵字。這種文法對於支援“匿名內部類”的初始化是必須的。

　　執行個體初始化子句是在構造器之前執行的。

8.數組初始化 

　　數組只是相同類型的，用一個標識符名稱封裝到一起的一個對象序列或基本類型資料序列。數組是通過方括弧下標操作符[ ]來定義和使用的。

　　編譯器不允許指定數組的大小。這就又把我們帶回有關“引用”的問題上。現在擁有的只是對數組的一個引用（你已經為該引用分配了足夠的儲存空間），而且也沒給數組對象本身分配任何空間。可以用由一對花括弧括起來的值執行數組的初始化。

　　也可以用花括弧括起來的列表來初始化對象數組。

　　①可變參數列表

　　可變參數列表表現形式如下：

　　void f(int... a){ }

　　這樣就相當於有個int[] 的參數。有了可變參數列表，就再也不用顯式地編寫數組文法了，當你指定參數時，編譯器實際上會為你去填充數組。你擷取的仍舊是一個數組。

　　注意：你應該總是只在重載方法的一個版本上使用可變參數列表，或者壓根就不是用它。

9.枚舉類型

　　在Java SE5中添加了enum關鍵字，它使得我們在需要群組並使用枚舉類型時，可以很方便地處理。下面是一個簡單的例子：

public enum Spiciness {    NOT, MILD, MEDIUM, HOT, FAMING}

 

　　這裡建立了一個名為Spiciness的枚舉類型，它具有5個具名值。由於枚舉類型的執行個體是常量，因此按照命名習慣它們都用大寫字母表示。

　　為了使用enum，需要建立一個該類型的引用，並將其賦值給某個執行個體：

public class SimpleEnumUse {    public static void main(String[] args) {        Spiciness howHot = Spiciness.MEDIUM;        Sysytem.out.println(howHot);    }}/*outputMEDIUM*/

 

　　枚舉類型可以使用ordinal()方法，用於表示某個特定enum常量的聲明順序，以及static value()方法，用來按照enum常量的聲明順序，產生這些常量值構成的數組。

　　儘管enum看起來像是一種新的資料類型，但是這個關鍵字只是為enum產生對應的類時，產生了某些編譯器行為，因此在很大程度上，你可以將enum當作其他任何類來處理。事實上，enum確即時類，並且具有自己的方法。

　　enum可以在switch語句內使用。

10.總結 

　　初始化在Java中佔有至關重要的低位。

　　學好記憶體分析對深刻理解Java運行機制十分重要，本文總結的仍舊很不全面，只是取了一部分，任重而道遠啊！

 

 

　　

　　

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