黑马程序员——Java面向对象（三）之内部类、异常、包等

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六、对象的其他重要内容

　1.单例设计模式

　1）什么是单例设计模式？

　　单例设计模式是指能够确保一个类只有一个实例，并且能够自行向整个系统提供这个实例。

　2）目的：

　　保证一个类在内存中只能存在一个对象。

　3）设计思想：

　　a）对类的构造函数进行私有化，防止外部程序直接通过构造函数建立对象。

　　b）在本类中自定义一个对象，并通过静态修饰保证只能建立一次，即始终保持类在内存中只有一个对象。

　　c）为了方便外部程序对自定义对象的访问，给外部程序提供一个静态方法获取本类自定义对象。

　4）两种体现方式：

　　a）饿汉式：

　　　Single类一进内存，就已经创建好了对象。开发一般用饿汉式，因为它安全、简单。

　　　代码示例：

//饿汉式class SingleE{static SingleE s= new SingleE;private SingleE(){}public static SingleE getInstance(){return s;}}

　　b）懒汉式：

　　　Single类进内存，对象还没有存在，只有类中的方法被调用时，才建立对象。

　　　代码示例：

//懒汉式class SingleL{private static SingleL s=null;private SingleL(){}public static SingleL getInstance(){if(s==null)s=new SingleL();return s;}}

　　在懒汉式示例中，如果多个程序同时访问容易引发安全问题，因此通过加锁进行同步，确保安全。

　　改进的代码示例如下：

//安全懒汉式：通过加锁进行同步class SingleSL{private static SingleL s=null;private SingleL(){}public static SingleL getInstance(){if(s==null)synchronized(SingleSL.class){if(s==null)s=new SingleL();}return s;}}

　2.Object类

　1）什么是Object类？

　　Object类是所有Java类的祖先，每个类都使用 Object 作为超类。所有对象（包括数组）都实现这个类的方法。

　2）特点：

　　a）在不明确给出超类的情况下，Java在编译时会自动添加Object作为要定义类的超类。

　　b）可以使用类型为Object的变量指向任意类型的对象。

　　c）Object类有一个默认构造方法pubilc Object()，在构造子类实例时，都会先调用这个默认构造方法。

　　d）Object类的变量只能用作各种值的通用持有者。要对他们进行任何专门的操作，都需要知道它们的原始类型并进行类型转换。

　3）重要的方法介绍：

　　a）equals(Object  obj)

　　　比较其他的某个对象与此对象是否相等，比较的是两个对象的内存地址值。

　　b）getClass()

　　　返回一个对象的运行时类。

　　c）hashCode()

　　　返回此对象的哈希值。

　　d）toString()

　　　返回该对象的字符串表示。

　　e）wait()

　　　导致当前的线程等待，直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法。

　　f）notify()

　　　唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。如有多个等待线程，唤醒的是最先等待的线程。

　　g）notifyAll()

　　　唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。

　3.内部类

　1）什么是内部类？

　　当在一个类内部中定义另一个类，那么类中定义的类称为内部类（嵌套类或内置类）。

　2）访问规则：

　　如果将Outer定义为外部类，Inter为内部类，那么定义的格式的方式有如下：

　　a）外部其他类直接访问非私有内部类：Outer.Inter oi= new Outer.Inter()

　　b）外部类访问内部类：Inter in= new Inter()

　　c）外部其他类直接访问静态内部类的非静态成员：new Outer.Inner().非静态成员。

　　d）外部直接访问静态内部类的静态成员：Outer.Inner.静态成员。

　3）特点：

　　a）内部类可以直接访问外部类中的成员，包括私有的。

　　b）外部类要访问内部类，必须建立内部类对象。

　　c）内部类可以被成员修饰符所修饰，如被private修饰，修饰后外部不能直接建立内部类对象。当被static所修饰，内部类就具备了静态的特性。

　　d）当内部类中定义了static成员，内部类必须是static的。当外部类中的静态方法访问内部类时，内部类也必须是static的。

　　e）静态内部类即可以定义在成员位置上，也可以定义在局部位置上。

　　f）内部类定义在局部时，不可以被成员修饰符所修饰，可以直接访问外部类中的成员，因为还持有外部类中的引用，但是不可以访问它所在的局部中的变量，只能访问被final修饰的局部变量。

　　注：如有外部类中有成员变量x，内部类也有成员变量x，内部类的方法中也有局部变量x，那么：

　　　当在内部类方法中直接打印x，打印的为内部类局部变量x。

　　　当在内部类方法中打印this.x，打印的为内部类的成员变量x。

　　　当在内部类方法中打印Outer.this.x，打印的为外部类的成员变量x。

　　结论：如果内部类方法打印变量x，程序默认会从里往外找，先找局部，再找内部类的成员，再到外部类中的成员。如需打印指定的x，需加特定的引用，如this、Outer.this。

　4）问题思考：

　　a）为什么内部类可以直接访问外部类中的成员？

　　　因为内部类中持有了一个外部类的引用，该引用的格式为：外部类名.this。

　　b）什么时候定义内部类？

　　　当描述事物时，事物的内部还是事物，该事物就用内部类描述。

　5）代码示例：

//外部类class Outer{private int x=3;//内部类class Inner{int x=4;void function(){int x=6;System.out.println("局部:"+x);//打印局部变量x=6System.out.println("内部类:"+this.x);//打印内部类中成员变量x=4System.out.println("外部类:"+Outer.this.x);//打印外部类中的成员变量x=3}}void method(){Inner in =new Inner();//外部类访问内部类需建立内部类对象in.function();}}class InterClassDemo {public static void main(String[] args) {//外部其他类间接访问内部类//Outer out= new Outer();//out.method();Outer.Inner oi=new Outer().new Inner();//外部其他类直接访问内部类oi.function();}}

　程序的运行结果如下图：

　4.匿名内部类

　1）什么是匿名内部类？

　　内部类的简写格式就称为匿名内部类。

　2）定义匿名内部类的前提：内部类必须是继承一个类或者是实现接口。

　3）定义格式：

　　　建立匿名内部类对象：new 父类或接口()　{定义子类的内容}

　　　调用一个子类方法：new 父类或接口()　{定义子类的内容}.子类方法

　4）利弊：

　　好处：简化代码书写。

　　弊端：

　　　　a）如果继承的父类或接口有多个抽象方法，使用匿名内部类的阅读性非常的差，因此匿名内部类中定义的子类方法一般最好不要超过2个。

　　　　b）如果给匿名内部类起名字，只能采用多态的形式命名，该方式不能做强转动作，也不能调用子类的特有方法。

　　注：匿名内部类不能定义在成员位置上。

　5）代码示例：

//定义一个Inner接口interface Inner{public abstract void show();} class InnerClassTest {public static void main(String[] args) {//建立一个匿名内部类对象，并调用show()方法new Inner(){//复写show()方法public void show(){System.out.println("Inner run show");}}.show();}}

　程序的运行结果如下图所示：

　小练习：用匿名内部类补足代码

interface Inner{public void show();} class Test{//用匿名内部类补足代码}class InnerClassTest {public static void main(String[] args) {Test.function().show();}}

　分析：

　　　主要需要理解主函数中语句“Test.function().show();"的意思，分析如下：

　　　a）Test.function()：表示Test类中有一个静态的方法function()。

　　　b）.show()：表示function()这个方法运算后返回的是一个对象，而且是一个Inner类型的对象。因为只有Inner类型的对象才可以调用show()方法。

　用匿名内部类的方式补足代码如下：

//定义一个Inner接口interface Inner{public void show();} class Test{//定义一个返回值类型为Inner类型的静态方法public static Inner function(){return new Inner(){//复写show()方法public void show(){System.out.println("Inner show run");}};}}class InnerClassTest {public static void main(String[] args) {Test.function().show();}}

　程序运行结果如下图：

　5.异常

　1）如何理解异常？

　　当程序运行时出现不正常情况就称为异常，如：文件找不到、网络连接失败、非法参数等。 异常是Java中的重要机制，也使用了面向对象的思想，对其进行了封装，Java通过API中Throwable类的众多子类描述各种不同的异常。所有的Java异常类都是Throwable子类的实例，而异常类中所描述的就是程序中可能出现的错误或者问题。根据不同的情况，进行针对性的封装处理。

　2）异常体系：

　　　在Java中，所有的异常都可以用Throwable类来描述，它是所有异常的共同父类，后又根据问题的严重程度将Throwable划分为两大类，即Error（错误）和Exception（异常），因此就有了基本的异常体系结构：

　　Throwable

　　　　|--Error  //对于严重的问题，java通过Error类进行描述。对Error类一般不编写针对性的代码对其进行处理。

　　　　|--Exception  //对于非严重的，java通过Exception类进行描述。对于Exception可以使用针对性的处理方式进行处理。

　　　　　　|--RuntimeException //运行时异常，很特殊，抛时不需要声明。

　　详细的异常体系划分如下图所示：

　　Error（错误）:是程序无法处理的问题，表示运行应用程序中出现较严重的情况。大多数错误与代码编写者执行的操作无关，而表示代码运行时 JVM（Java 虚拟机）出现的问题。例如，Java虚拟机运行错误（Virtual MachineError），当 JVM 不再有继续执行操作所需的内存资源时，将出现 OutOfMemoryError。这些异常发生时，Java虚拟机（JVM）一般会选择线程终止。

　　Error表示故障发生于虚拟机自身、或者发生在虚拟机试图执行应用时，如Java虚拟机运行错误（Virtual MachineError）、类定义错误（NoClassDefFoundError）等。这些错误是不可查的，因为它们在应用程序的控制和处理能力之外，而且绝大多数是程序运行时不允许出现的状况。对于设计合理的应用程序来说，即使确实发生了错误，本质上也不应该试图去处理它所引起的异常状况。在 Java中，错误通过Error的子类描述。　

　　Exception（异常）:是程序本身可以处理的问题。Exception 类有一个重要的子类 RuntimeException。RuntimeException 类及其子类表示“JVM 常用操作”引发的问题。例如，若试图使用空值对象引用、除数为零或数组越界，则分别引发运行时异常（NullPointerException、ArithmeticException）和数组角标越界异常（ ArrayIndexOutOfBoundException）。

　　注：异常能被程序本身进行处理，而错误不能处理。

　3）Excpetion异常的两大类：

　　Exception异常被划分为两大类，即运行时异常（RuntimeException)和非运行时异常（也称编译时异常）。

　　运行时异常（RuntimeException）：都是RuntimeException类及其子类异常，如NullPointerException（空指针异）、IndexOutOfBoundsException（下标越界异常）等，对于这些程序中可以选择捕获处理，也可以不处理。这些异常一般是由程序逻辑错误引起的，程序应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生。

　　非运行时异常（编译时异常）：是RuntimeException以外的异常，类型上都属于Exception类及其子类。从程序语法角度讲是必须进行处理的异常，如果不处理，程序就不能编译通过。如IOException、SQLException等以及用户自定义的Exception异常。

　　总结：运行时异常编译器不会检查，即使没有用try—catch语句捕获，也没有用throws声明抛出，编译仍然能通过。而对于编译时异常，如果没有抛也没有用try-catch语句捕获处理，则编译不会通过。

　4）异常处理：

　　异常处理语句：　　

try{需要被检测的代码;}catch (异常类  变量){异常处理的代码;}finally{一定会执行的语句;}

　　try块：try后的一对大括号{}区域称为监控区域，里面存放的是可能发生异常的代码。其后可接零个或多个catch块，如果没有catch块，则必须跟一个finally块。如果try块中的代码发生异常，则java会创建相应的异常对象，并将该异常抛出监控区域外。

　　catch块：catch后的一对大括号{}存放的是异常处理的代码。如果try块中发生异常，对应的异常将会抛给相应catch块并进行针对性的处理。

　　finally块：finally中存放的是一定会被执行的代码。当某些代码一定要被执行的时候，如关闭资源、释放连接等，就需要使用finally来存放该代码，但当遇到以下情况时，fainally不会被执行：

　　　a）在finally语句块中发生了异常。

　　　b）在try或catch语句块中用了System.exit(0)退出程序。

　　　c）程序所在的线程死亡。

　　　d）关闭cpu。

　　异常处理三种结合格式：

格式1：try{}catch (){}格式2：try{}finally{}格式3：try{}catch (){}finally {}

　　异常处理的语法规则：

　　　a）对异常的处理，要么try，要么在函数上throws声明。

　　　b）一个 try 块可能有多个 catch 块。如果是这样，则执行第一个能够匹配catch块。即Java虚拟机会把实际抛出的异常对象依次和各个catch代码块声明的异常类型匹配，如果异常对象为某个异常类型或其子类的实例，就执行这个catch代码块，不会再执行其他的 catch代码块。

　　　c）对于多个catch块，如果catch块中的异常存在子父类的关系，则捕获父类异常的catch块应该放在子类的后面，否则捕获子类异常的catch块将永远执行不到。

　　　d）可嵌套 try-catch-finally 结构。

　　　e）在 try-catch-finally 结构中，可重新抛出异常。

　　异常处理的执行顺序：

　　　a）当try没有捕获到异常时：try语句块中的语句逐一被执行，程序将跳过catch语句块，执行finally语句块和其后的语句。

　　　b）当try语句块里的某条语句出现异常时，而没有处理此异常的catch语句块时，此异常将会抛给JVM处理，finally语句块里的语句还是会被执行，但finally语句块后的语句不会被执行。

　　　c）当try语句块中的语句逐一被执行时，如果某一条语句出现异常，则程序将跳到catch语句块，并与catch语句块逐一匹配，找到与之对应的处理程序，其他的catch语句块将不会被执行，而try语句块中，出现异常之后的语句也不会被执行，catch语句块执行完后，执行finally语句块里的语句，最后执行finally语句块后的语句。

　　　d）当执行try语句块或catch语句块中的代码时，如果碰到return或throw关键字，则在执行该关键字语句之前，会先去执行finally块，且如果finally中没有出现上述关键字语句，则返回try块或catch块中继续执行完相应关键字语句，否则将不再返回执行。

　　Throw和Throws的用法：

　　Throws使用在函数上，后面跟的是异常类，可以跟多个，用逗号隔开，主要表示出现异常的一种可能性，并不一定会发生这些异常。主要是声明这个方法会抛出这种类型的异常，使它的调用者知道要捕获这个异常。

　　Throw使用在函数内，后面跟的是异常对象，表示抛出了异常，执行Throw则一定是抛出了某种异常。Throw是具体向外抛异常的动作，它是抛出一个具体的异常实例。

　　获取异常内容的常用方法：

　　获取异常内容的方法都继承于父类Throwable，通常用在catch语句块中，通过对异常内容的获取可以更好的发现并完善程序所存在的问题。常用的方法有如下几种：

　　　a）getCause()：返回值类型为Throwable，返回抛出异常的原因。如果cause不存在或未知，则返回null。

　　　b）getMessage()：无返回值类型，返回此Throwable的详细消息字符串，即返回异常的信息。

　　　c）printStackTrace()：无返回值类型，将此Throwable及其追踪输出至标准错误流，即返回异常类名和异常信息及异常出现在程序中的位置。

　　　d）printStackTrace(PrintStream  s)：无返回值类型，将此Throwable及其追踪输出到指定的输出流。通常用该方法将异常内容保存在日志文件中，以便查阅。

　　　e）toString()：返回值类型为String，返回此Throwable的简短描述，即返回异常类名和异常信息。

　　注：catch语句块内，需要定义针对性的处理方式，不要简单的定义printStackTrace()或输出语句，也不要不写。

　　异常处理的好处：

　　　a）将问题进行封装。

　　　b）将正常流程代码与问题处理代码相分离。

　　代码示例：系统自动抛出算术条件异常ArithmeticException

class TestException {      public static void main(String[] args) {          int a = 6;          try // try监控区域 {              for (int b=2;b>-2 ; b--)            {a=a/b;//如果b=0，系统将自动抛出算术条件异常（ArithmeticException）System.out.println("b=" + b);  }        }          catch (ArithmeticException e) // catch捕捉异常  {             System.out.println("程序出现异常，变量b不能为0。");          }          System.out.println("程序正常结束。");      }  }  

　　程序运行的结果如下图：

　5）自定义异常

　　自定义异常是Java面向对象的思想的体现，可以让开发者自行针对程序特有的问题进行封装，提高了程序的拓展性和灵活性。自定义异常需继承Exception类或RuntimeException类，让自定义类具备可抛性，可抛性是Throwable体系独有的特点，只有继承Throwable体系的类才能被Throw和Throws关键字所操作。

　　定义自定义异常的步骤：

　　　a）定义一个异常类并继承Exception类或RuntimeException类。

　　　b）在定义的异常类函数中，针对特有问题，手动通过Throwable关键字抛出一个自定义异常对象。

　　　c）如果抛出的是编译时异常，则在定义的异常类的函数上应进行Throws声明。

　　自定义异常代码示例：

//自定义异常类MyException，并继承Exceptionclass MyException extends Exception{MyException(String message){//调用父类的方法super(message);}}class Demo{//对于抛出编译时异常，用Throws进行声明int div(int a,int b)throws MyException{//对函数特有问题进行异常封装if(b<0)//手动抛出一个自定义异常对象throw new MyException("出现异常了");return a/b;}}class ExceptionDemo {public static void main(String[] args) {Demo d=new Demo();try{int x=d.div(4,-2);System.out.println("x="+x);}catch (MyException e){//输出异常类和异常信息System.out.println(e.toString());}System.out.println("程序结束");}}

　　程序的运行结果如下图：

　6）异常在子父类的体现：

　　a）当子类覆盖父类时，如果父类有抛出异常，则子类覆盖时只能抛出父类异常或父类的子异常，或者全部在子类内部进行处理。

　　b）如果子类有自己的新异常发生，则只能在内部进行try处理，而不能抛出。

　　c）如果父类没有异常抛出 ，则子类在覆盖的时候也不能抛出异常，只能在内部进行try处理。

　　代码示例：

//A异常继承Exceptionclass AException extends Exception{}//B异常继承A异常class BException extends AException{}//C异常继承Exceptionclass CException extends Exception{}class Fu{//抛出A异常void show()throws AException{}}//Zi类继承Fu类class Zi extends Fu{//只能抛出A异常或B异常void show() throws BException{System.out.println("zi run show");}}class ExceptionDemo{public static void main(String[] args) {try{new Zi().show();}catch (Exception e){System.out.println(e.toString());}System.out.println("程序结束");}}

　　程序运行结果如下图：

　７）Java常见的异常

　　RuntimeException异常：

　　　a） java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException：数组索引越界异常。当对数组的索引值为负数或大于等于数组大小时抛出。

　　　b）java.lang.ArithmeticException:算术条件异常。如分母为0。

　　　c）java.lang.NullPointerException:空指针异常。当应用试图在要求使用对象的地方使用了null时，抛出该异常。

　　　d）java.lang.ClassNotFoundException:找不到类异常。当应用试图根据字符串形式的类名构造类，而在遍历CLASSPAH之后找不到对应名称的class文件时，抛出该异常。

　　　e）java.lang.IllegalArgumentException:非常参数异常。

　　IOException异常：

　　　a）IOException：操作输入流和输出流是可能发生的异常。

　　　b）FileNotFoundException:文件未找到异常。

　　其他异常：

　　　a）ClassCastException：类型转换异常。

　　　b）SQLException：数据库操作异常。
　　　c）IllegalAccessException:不允许访问某类异常。

　　注：了解其他更多异常，请参阅API文档。

　6.包（package）

　1）概念：

　　包（package）是Java提供的一种区别类的命名空间的机制，是类的组织方式，是一组相关类和接口的集合，它提供了访问权限和命名的管理机制。

　2）包的作用：

　　a）把功能相似或相关的类或接口组织在同一个包中，方便类的查找和使用。

　　b）如同文件夹一样，包也采用了树形目录的存储方式。同一个包中的类名字是不同的，不同的包中的类的名字是可以相同的，当同时调用两个不同包中相同类名的类时，应该加上包名加以区别。因此，包可以避免名字冲突。

　　c）包也限定了访问权限，拥有包访问权限的类才能访问某个包中的类。

　　总结：Java使用包（package）这种机制是为了防止命名冲突，访问控制，提供搜索和定位类（class）、接口、枚举（enumerations）和注释（annotation）等。

　3）包的语法格式：

　　package pkg1.pkg2.pkg3. ...

　　其中，package为关键字，pkg1、pkg2、pkg3等分别为包名，包名可以存在多级。

　　示例：一个person.java文件的内容

package aa.bb.ccclass  Person{...}

　　那么它的路径应该是 aa/bb/cc/Person.java 这样保存的。

　4）Java中的包：

　　java.lang:打包基础类。

　　java.io:包含输入输出功能的函数。

　　开发者可以自己把一组类和接口等打包，并定义自己的package。而且在实际开发中这样做是值得提倡的，当你自己完成类的实现之后，将相关的类分组，可以让其他的编程者更容易地确定哪些类、接口、枚举和注释等是相关的。

　5）创建包：

　　创建包需要使用package关键字，并且要起一个符合java规定的合法标示符名称，一般包名的命名规则要求名称的所有字母全部小写，避免与类名、接口名等混淆。创建包名必须要将package声明放在源文件的开头，即源文件的第一行（指的是代码的第一行）。

　　如果一个源文件没有使用包声明，那么其中的类，函数，枚举，注释等将被放在一个无名的包（unnamed package）中。

　　通常，一个公司使用它互联网域名的颠倒形式来作为它的包名.例如：互联网域名是apple.com，所有的包名都以com.apple开头。包名中的每一个部分对应一个子目录。

　　创建包的代码示例：定义一个Student类，将其放在person包中

package person //创建包名personclass  Student //定义Student类{void method(){System.out.println("student study!");}}

　　当源文件带有包名时，在dos命令行的编译格式为：

　　　javac –d 指定的目录 源文件名.java

　-d：表示目录的意思。

举例：javac –d e:\person StudentDemo.java

即在e:\person目录下建立一个包目录，目录下存在刚编译完的class文件。

在dos中运行时，运行的命令格式为：

　java 包名.类名

　　注：如果包目录没有建立在当前目录，则设置classpath指定包名所在的目录，或者切换到包名所在的目录。

　6）import（导入）关键字

　　为了能够使用某一个包的成员，我们需要在 Java 程序中明确导入该包。使用"import"语句可完成此功能。在 java 源文件中 import 语句应位于 package 语句之后，所有类的定义之前，可以没有，也可以有多条，其语法格式为：

　　　import package1[.package2…].(classname|*);

　　其中，*：表示包中所有的类。

　　当存在多个包名时，各个包名之间使用“.”分隔，同时包名与类名之间也使用“.”分隔。如果在一个包中，一个类想要使用本包中的另一个类，那么该包名可以省略。

　　示例1：导入person包中的Student类

　　　import person.Student;

　　示例２：导入person包中的所有类

　　　import person.*;

　　注：一般不建议使用通配符 * ，因为将不需要使用的类导入后，会占用内存空间。在编写程序时，要使用包中的哪些类，就导入哪些类即可。

　7）包之间的访问：

　　a）要访问其他包中的类，需要使用类的全称，即包名.类名。在dos命令行运行时，也需要使用类的全称。

　　b）包如果不在当前路径，需要使用classpath设定环境变量，为JVM指明路径。

　　c）被访问的包中的类以及类中的成员，都需要被public修饰。

　　d）不同包中的子类还可以直接访问父类中被protected权限修饰的成员。

　　e）包与包之间可以使用的权限只有两种，public和protected。

　　四种访问权限：