一. 关键字：static

回顾类中的实例变量（即非static的成员变量）

class Circle{private double radius;public Circle(double radius){this.radius=radius;}public double findArea(){return Math.PI*radius*radius;}
}

创建两个Circle对象：

Circle c1=new Circle(2.0);	//c1.radius=2.0
Circle c2=new Circle(3.0);	//c2.radius=3.0

Circle类中的变量radius是一个实例变量(instance variable)，它属于类的每一个对象，c1中的radius变化不会影响c2的radius，反之亦然。

如果想让一个成员变量被类的所有实例所共享，就用static修饰即可，称为类变量（或类属性）！

1.1 类属性、类方法的设计思想

 当我们编写一个类时，其实就是在描述其对象的属性和行为，而并没有产生实质上的对象，只有通过new关键字才会产出对象，这时系统才会分配内存空间给对象，其方法才可以供外部调用。我们有时候希望无论是否产生了对象或无论产生了多少对象的情况下，某些特定的数据在内存空间里只有一份。例如，所有的中国人都有个国家名称，每一个中国人都共享这个国家名称，不必在每一个中国人的实例对象中都单独分配一个用于代表国家名称的变量。

 此外，在类中声明的实例方法，在类的外面必须要先创建对象，才能调用。但是有些方法的调用者和当前类的对象无关，这样的方法通常被声明为类方法，由于不需要创建对象就可以调用类方法，从而简化了方法的调用。

这里的类变量、类方法，只需要使用static修饰即可。所以也称为静态变量、静态方法。

1.2 static关键字

• 使用范围：

  • 在Java类中，可用static修饰属性、方法、代码块、内部类

• 被修饰后的成员具备以下特点：

  • 随着类的加载而加载
  • 优先于对象存在
  • 修饰的成员，被所有对象所共享
  • 访问权限允许时，可不创建对象，直接被类调用

1.3 静态变量

1.3.1 语法格式

使用static修饰的成员变量就是静态变量（或类变量、类属性）

[修饰符] class 类{[其他修饰符] static 数据类型 变量名;
}

1.3.2 静态变量的特点

• 静态变量的默认值规则和实例变量一样。

• 静态变量值是所有对象共享。

• 静态变量在本类中，可以在任意方法、代码块、构造器中直接使用。

• 如果权限修饰符允许，在其他类中可以通过“类名.静态变量”直接访问，也可以通过“对象.静态变量”的方式访问（但是更推荐使用类名.静态变量的方式）。

• 静态变量的get/set方法也静态的，当局部变量与静态变量重名时，使用“类名.静态变量”进行区分。

1.3.3 举例

举例1：

class Chinese{//实例变量String name;int age;//类变量static String nation;//国籍public Chinese() {}public Chinese(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}@Overridepublic String toString() {return "Chinese{" +"name='" + name + '\'' +", age=" + age +", nation='" + nation + '\'' +'}';}
}
public class StaticTest {public static void main(String[] args) {Chinese c1 = new Chinese("康师傅",36);c1.nation = "中华人民共和国";Chinese c2 = new Chinese("老干妈",66);System.out.println(c1);System.out.println(c2);System.out.println(Chinese.nation);}
}

对应的内存结构：（以经典的JDK6内存解析为例，此时静态变量存储在方法区）

举例2：

package com.atguigu.keyword;public class Employee {private static int total;//这里私有化，在类的外面必须使用get/set方法的方式来访问静态变量static String company; //这里缺省权限修饰符，是为了方便类外以“类名.静态变量”的方式访问private int id;private String name;public Employee() {total++;id = total;//这里使用total静态变量的值为id属性赋值}public Employee(String name) {this();this.name = name;}public void setId(int id) {this.id = id;}public int getId() {return id;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public static int getTotal() {return total;}public static void setTotal(int total) {Employee.total = total;}@Overridepublic String toString() {return "Employee{company = " + company + ",id = " + id + " ,name=" + name +"}";}
}

package com.atguigu.keyword;public class TestStaticVariable {public static void main(String[] args) {//静态变量total的默认值是0System.out.println("Employee.total = " + Employee.getTotal());Employee e1 = new Employee("张三");Employee e2 = new Employee("李四");System.out.println(e1);//静态变量company的默认值是nullSystem.out.println(e2);//静态变量company的默认值是nullSystem.out.println("Employee.total = " + Employee.getTotal());//静态变量total值是2Employee.company = "尚硅谷";System.out.println(e1);//静态变量company的值是尚硅谷System.out.println(e2);//静态变量company的值是尚硅谷//只要权限修饰符允许,虽然不推荐，但是也可以通过“对象.静态变量”的形式来访问e1.company = "超级尚硅谷";System.out.println(e1);//静态变量company的值是超级尚硅谷System.out.println(e2);//静态变量company的值是超级尚硅谷}
}

1.3.4 内存解析

1.4 静态方法

1.4.1 语法格式

用static修饰的成员方法就是静态方法。

[修饰符] class 类{[其他修饰符] static 返回值类型 方法名(形参列表){方法体}
}

1.4.2 静态方法的特点

• 静态方法在本类的任意方法、代码块、构造器中都可以直接被调用。
• 只要权限修饰符允许，静态方法在其他类中可以通过“类名.静态方法“的方式调用。也可以通过”对象.静态方法“的方式调用（但是更推荐使用类名.静态方法的方式）。
• 在static方法内部只能访问类的static修饰的属性或方法，不能访问类的非static的结构。
• 静态方法可以被子类继承，但不能被子类重写。
• 静态方法的调用都只看编译时类型。
• 因为不需要实例就可以访问static方法，因此static方法内部不能有this，也不能有super。如果有重名问题，使用“类名.”进行区别。

1.4.3 举例

package com.atguigu.keyword;public class Father {public static void method(){System.out.println("Father.method");}public static void fun(){System.out.println("Father.fun");}
}

package com.atguigu.keyword;public class Son extends Father{
//    @Override //尝试重写静态方法，加上@Override编译报错，去掉Override不报错，但是也不是重写public static void fun(){System.out.println("Son.fun");}
}

package com.atguigu.keyword;public class TestStaticMethod {public static void main(String[] args) {Father.method();Son.method();//继承静态方法Father f = new Son();f.method();//执行Father类中的method}
}

1.5 练习

笔试题：如下程序执行会不会报错

public class StaticTest {public static void main(String[] args) {Demo test = null;test.hello();}
}class Demo{public static void hello(){System.out.println("hello!");}
}

练习：

编写一个类实现银行账户的概念，包含的属性有“帐号”、“密码”、“存款余额”、“利率”、“最小余额”，定义封装这些属性的方法。账号要自动生成。

编写主类，使用银行账户类，输入、输出3个储户的上述信息。

考虑：哪些属性可以设计成static属性。

二. 单例(Singleton)设计模式

2.1 设计模式概述

 设计模式是在大量的实践中总结和理论化之后优选的代码结构、编程风格、以及解决问题的思考方式。设计模式免去我们自己再思考和摸索。就像是经典的棋谱，不同的棋局，我们用不同的棋谱。“套路”

经典的设计模式共有23种。每个设计模式均是特定环境下特定问题的处理方法。

简单工厂模式并不是23中经典模式的一种，是其中工厂方法模式的简化版

 对软件设计模式的研究造就了一本可能是面向对象设计方面最有影响的书籍：《设计模式》：《Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software》（即后述《设计模式》一书），由 Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides 合著（Addison-Wesley，1995）。这几位作者常被称为"四人组（Gang of Four）"，而这本书也就被称为"四人组（或 GoF）"书。

2.2 何为单例模式

 所谓类的单例设计模式，就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象实例的方法。

2.3 实现思路

 如果我们要让类在一个虚拟机中只能产生一个对象，我们首先必须将类的构造器的访问权限设置为private，这样，就不能用new操作符在类的外部产生类的对象了，但在类内部仍可以产生该类的对象。因为在类的外部开始还无法得到类的对象，只能调用该类的某个静态方法以返回类内部创建的对象，静态方法只能访问类中的静态成员变量，所以，指向类内部产生的该类对象的变量也必须定义成静态的。

2.4 单例模式的两种实现方式

2.4.1 饿汉式

class Singleton {// 1.私有化构造器private Singleton() {}// 2.内部提供一个当前类的实例// 4.此实例也必须静态化private static Singleton single = new Singleton();// 3.提供公共的静态的方法，返回当前类的对象public static Singleton getInstance() {return single;}
}

2.4.2 懒汉式

class Singleton {// 1.私有化构造器private Singleton() {}// 2.内部提供一个当前类的实例// 4.此实例也必须静态化private static Singleton single;// 3.提供公共的静态的方法，返回当前类的对象public static Singleton getInstance() {if(single == null) {single = new Singleton();}return single;}
}

2.4.3 饿汉式 vs 懒汉式

饿汉式：

• 特点：立即加载，即在使用类的时候已经将对象创建完毕。
• 优点：实现起来简单；没有多线程安全问题。
• 缺点：当类被加载的时候，会初始化static的实例，静态变量被创建并分配内存空间，从这以后，这个static的实例便一直占着这块内存，直到类被卸载时，静态变量被摧毁，并释放所占有的内存。因此在某些特定条件下会耗费内存。

懒汉式：

• 特点：延迟加载，即在调用静态方法时实例才被创建。
• 优点：实现起来比较简单；当类被加载的时候，static的实例未被创建并分配内存空间，当静态方法第一次被调用时，初始化实例变量，并分配内存，因此在某些特定条件下会节约内存。
• 缺点：在多线程环境中，这种实现方法是完全错误的，线程不安全，根本不能保证单例的唯一性。
  • 说明：在多线程章节，会将懒汉式改造成线程安全的模式。

2.5 单例模式的优点及应用场景

 由于单例模式只生成一个实例，减少了系统性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置、产生其他依赖对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后永久驻留内存的方式来解决。

举例：

应用场景

• Windows的Task Manager (任务管理器)就是很典型的单例模式

• Windows的Recycle Bin (回收站)也是典型的单例应用。在整个系统运行过程中，回收站一直维护着仅有的一个实例。

• Application 也是单例的典型应用

• 应用程序的日志应用，一般都使用单例模式实现，这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态，因为只

  能有一个实例去操作，否则内容不好追加。

• 数据库连接池的设计一般也是采用单例模式，因为数据库连接是一种数据库资源。

三. 理解main方法的语法

 由于JVM需要调用类的main()方法，所以该方法的访问权限必须是public，又因为JVM在执行main()方法时不必创建对象，所以该方法必须是static的，该方法接收一个String类型的数组参数，该数组中保存执行Java命令时传递给所运行的类的参数。

 又因为main() 方法是静态的，我们不能直接访问该类中的非静态成员，必须创建该类的一个实例对象后，才能通过这个对象去访问类中的非静态成员，这种情况，我们在之前的例子中多次碰到。

命令行参数用法举例

public class CommandPara {public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i < args.length; i++) {System.out.println("args[" + i + "] = " + args[i]);}}
}

//运行程序CommandPara.java
java CommandPara "Tom" "Jerry" "Shkstart"

//输出结果
args[0] = Tom
args[1] = Jerry
args[2] = Shkstart

IDEA工具：

（1）配置运行参数

（2）运行程序

笔试题：

//此处，Something类的文件名叫OtherThing.java
class Something {public static void main(String[] something_to_do) {        System.out.println("Do something ...");}
}//上述程序是否可以正常编译、运行？ 

四. 类的成员之四：代码块

 如果成员变量想要初始化的值不是一个硬编码的常量值，而是需要通过复杂的计算或读取文件、或读取运行环境信息等方式才能获取的一些值，该怎么办呢？此时，可以考虑代码块（或初始化块）。

• 代码块(或初始化块)的作用：

• 对Java类或对象进行初始化

• 代码块(或初始化块)的分类：

  • 一个类中代码块若有修饰符，则只能被static修饰，称为静态代码块(static block)

  • 没有使用static修饰的，为非静态代码块。

4.1 静态代码块

 如果想要为静态变量初始化，可以直接在静态变量的声明后面直接赋值，也可以使用静态代码块。

4.1.1 语法格式

在代码块的前面加static，就是静态代码块。

【修饰符】 class 类{static{静态代码块}
}

4.1.2 静态代码块的特点

1. 可以有输出语句。

2. 可以对类的属性、类的声明进行初始化操作。

3. 不可以对非静态的属性初始化。即：不可以调用非静态的属性和方法。

4. 若有多个静态的代码块，那么按照从上到下的顺序依次执行。

5. 静态代码块的执行要先于非静态代码块。

6. 静态代码块随着类的加载而加载，且只执行一次。

package com.atguigu.keyword;public class Chinese {
//    private static String country = "中国";private static String country;private String name;{System.out.println("非静态代码块，country = " + country);}static {country = "中国";System.out.println("静态代码块");}public Chinese(String name) {this.name = name;}
}

package com.atguigu.keyword;public class TestStaticBlock {public static void main(String[] args) {Chinese c1 = new Chinese("张三");Chinese c2 = new Chinese("李四");}
}

4.2 非静态代码块

4.2.1 语法格式

【修饰符】 class 类{{非静态代码块}【修饰符】 构造器名(){// 实例初始化代码}【修饰符】 构造器名(参数列表){// 实例初始化代码}
}

4.2.2 非静态代码块的作用

 和构造器一样，也是用于实例变量的初始化等操作。

4.2.3 非静态代码块的意义

 如果多个重载的构造器有公共代码，并且这些代码都是先于构造器其他代码执行的，那么可以将这部分代码抽取到非静态代码块中，减少冗余代码。

4.2.4 非静态代码块的执行特点

1. 可以有输出语句。

2. 可以对类的属性、类的声明进行初始化操作。

3. 除了调用非静态的结构外，还可以调用静态的变量或方法。

4. 若有多个非静态的代码块，那么按照从上到下的顺序依次执行。

5. 每次创建对象的时候，都会执行一次。且先于构造器执行。

4.3 举例

举例1：

（1）声明User类，

• 包含属性：username（String类型），password（String类型），registrationTime（long类型），私有化

• 包含get/set方法，其中registrationTime没有set方法

• 包含无参构造，

  • 输出“新用户注册”，
  • registrationTime赋值为当前系统时间，
  • username就默认为当前系统时间值，
  • password默认为“123456”

• 包含有参构造(String username, String password)，

  • 输出“新用户注册”，
  • registrationTime赋值为当前系统时间，
  • username和password由参数赋值

• 包含public String getInfo()方法，返回：“用户名：xx，密码：xx，注册时间：xx”

（2）编写测试类，测试类main方法的代码如下：

    public static void main(String[] args) {User u1 = new User();System.out.println(u1.getInfo());User u2 = new User("song","8888");System.out.println(u2.getInfo());}

如果不用非静态代码块，User类是这样的：

package com.atguigu.block.no;public class User {private String username;private String password;private long registrationTime;public User() {System.out.println("新用户注册");registrationTime = System.currentTimeMillis();username = registrationTime+"";password = "123456";}public User(String username,String password) {System.out.println("新用户注册");registrationTime = System.currentTimeMillis();this.username = username;this.password = password;}public String getUsername() {return username;}public void setUsername(String username) {this.username = username;}public String getPassword() {return password;}public void setPassword(String password) {this.password = password;}public long getRegistrationTime() {return registrationTime;}public String getInfo(){return "用户名：" + username + "，密码：" + password + "，注册时间：" + registrationTime;}
}

如果提取构造器公共代码到非静态代码块，User类是这样的：

package com.atguigu.block.use;public class User {private String username;private String password;private long registrationTime;{System.out.println("新用户注册");registrationTime = System.currentTimeMillis();}public User() {username = registrationTime+"";password = "123456";}public User(String username, String password) {this.username = username;this.password = password;}public String getUsername() {return username;}public void setUsername(String username) {this.username = username;}public String getPassword() {return password;}public void setPassword(String password) {this.password = password;}public long getRegistrationTime() {return registrationTime;}public String getInfo(){return "用户名：" + username + "，密码：" + password + "，注册时间：" + registrationTime;}
}

举例2：

private static DataSource dataSource = null;static{InputStream is = null;try {is = DBCPTest.class.getClassLoader().getResourceAsStream("dbcp.properties");Properties pros = new Properties();pros.load(is);//调用BasicDataSourceFactory的静态方法，获取数据源。dataSource = BasicDataSourceFactory.createDataSource(pros);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}finally{if(is != null){try {is.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}		}		}		
}

4.4 小结：实例变量赋值顺序

4.5 练习

练习1：分析加载顺序

class Root{static{System.out.println("Root的静态初始化块");}{System.out.println("Root的普通初始化块");}public Root(){System.out.println("Root的无参数的构造器");}
}
class Mid extends Root{static{System.out.println("Mid的静态初始化块");}{System.out.println("Mid的普通初始化块");}public Mid(){System.out.println("Mid的无参数的构造器");}public Mid(String msg){//通过this调用同一类中重载的构造器this();System.out.println("Mid的带参数构造器，其参数值："+ msg);}
}
class Leaf extends Mid{static{System.out.println("Leaf的静态初始化块");}{System.out.println("Leaf的普通初始化块");}	public Leaf(){//通过super调用父类中有一个字符串参数的构造器super("尚硅谷");System.out.println("Leaf的构造器");}
}
public class LeafTest{public static void main(String[] args){new Leaf(); //new Leaf();}
}

练习2：分析加载顺序

class Father {static {System.out.println("11111111111");}{System.out.println("22222222222");}public Father() {System.out.println("33333333333");}}public class Son extends Father {static {System.out.println("44444444444");}{System.out.println("55555555555");}public Son() {System.out.println("66666666666");}public static void main(String[] args) { System.out.println("77777777777");System.out.println("************************");new Son();System.out.println("************************");new Son();System.out.println("************************");new Father();}}

练习3：

package com.atguigu05.field.interview;public class Test04 {public static void main(String[] args) {Zi zi = new Zi();}
}
class Fu{private static int i = getNum("（1）i");private int j = getNum("（2）j");static{print("（3）父类静态代码块");}{print("（4）父类非静态代码块，又称为构造代码块");}Fu(){print("（5）父类构造器");}public static void print(String str){System.out.println(str + "->" + i);}public static int getNum(String str){print(str);return ++i;}
}
class Zi extends Fu{private static int k = getNum("（6）k");private int h = getNum("（7）h");static{print("（8）子类静态代码块");}{print("（9）子类非静态代码块，又称为构造代码块");}Zi(){print("（10）子类构造器");}public static void print(String str){System.out.println(str + "->" + k);}public static int getNum(String str){print(str);return ++k;}
}

五. final关键字

5.1 final的意义

final：最终的，不可更改的

5.2 final的使用

5.2.1 final修饰类

表示这个类不能被继承，没有子类。提高安全性，提高程序的可读性。

例如：String类、System类、StringBuffer类

final class Eunuch{//太监类}
class Son extends Eunuch{//错误}

5.2.2 final修饰方法

表示这个方法不能被子类重写。

例如：Object类中的getClass()

class Father{public final void method(){System.out.println("father");}
}
class Son extends Father{public void method(){//错误System.out.println("son");}
}

5.2.3 final修饰变量

 final修饰某个变量（成员变量或局部变量），一旦赋值，它的值就不能被修改，即常量，常量名建议使用大写字母。

例如：final double MY_PI = 3.14;

如果某个成员变量用final修饰后，没有set方法，并且必须初始化（可以显式赋值、或在初始化块赋值、实例变量还可以在构造器中赋值）

• 修饰成员变量

public final class Test {public static int totalNumber = 5;public final int ID;public Test() {ID = ++totalNumber; // 可在构造器中给final修饰的“变量”赋值}public static void main(String[] args) {Test t = new Test();System.out.println(t.ID);}
}

• 修饰局部变量：

public class TestFinal {public static void main(String[] args){final int MIN_SCORE ;MIN_SCORE = 0;final int MAX_SCORE = 100;MAX_SCORE = 200; //非法}
}

• 错误演示：

class A {private final String INFO = "atguigu";  //声明常量public void print() {//The final field A.INFO cannot be  assigned//INFO = "尚硅谷"; }
}

5.3 笔试题

题1：排错

public class Something {public int addOne(final int x) {return ++x;// return x + 1;}
}

题2：排错

public class Something {public static void main(String[] args) {Other o = new Other();new Something().addOne(o);}public void addOne(final Other o) {// o = new Other();o.i++;}
}
class Other {public int i;
}

六. 抽象类与抽象方法(或abstract关键字)

6.1 由来

举例1：

随着继承层次中一个个新子类的定义，类变得越来越具体，而父类则更一般，更通用。类的设计应该保证父类和子类能够共享特征。有时将一个父类设计得非常抽象，以至于它没有具体的实例，这样的类叫做抽象类。

举例2：

我们声明一些几何图形类：圆、矩形、三角形类等，发现这些类都有共同特征：求面积、求周长。那么这些共同特征应该抽取到一个共同父类：几何图形类中。但是这些方法在父类中又无法给出具体的实现，而是应该交给子类各自具体实现。那么父类在声明这些方法时，就只有方法签名，没有方法体，我们把没有方法体的方法称为抽象方法。Java语法规定，包含抽象方法的类必须是抽象类。

6.2 语法格式

• 抽象类：被abstract修饰的类。
• 抽象方法：被abstract修饰没有方法体的方法。

抽象类的语法格式

[权限修饰符] abstract class 类名{}
[权限修饰符] abstract class 类名 extends 父类{}

抽象方法的语法格式

[其他修饰符] abstract 返回值类型 方法名([形参列表]);

注意：抽象方法没有方法体

代码举例：

public abstract class Animal {public abstract void eat();
}

public class Cat extends Animal {public void eat (){System.out.println("小猫吃鱼和猫粮"); }
}

public class CatTest {public static void main(String[] args) {// 创建子类对象Cat c = new Cat(); // 调用eat方法c.eat();}
}

此时的方法重写，是子类对父类抽象方法的完成实现，我们将这种方法重写的操作，也叫做实现方法。

6.3 使用说明

1. 抽象类不能创建对象，如果创建，编译无法通过而报错。只能创建其非抽象子类的对象。

   理解：假设创建了抽象类的对象，调用抽象的方法，而抽象方法没有具体的方法体，没有意义。

   抽象类是用来被继承的，抽象类的子类必须重写父类的抽象方法，并提供方法体。若没有重写全部的抽象方法，仍为抽象类。

2. 抽象类中，也有构造方法，是供子类创建对象时，初始化父类成员变量使用的。

   理解：子类的构造方法中，有默认的super()或手动的super(实参列表)，需要访问父类构造方法。

3. 抽象类中，不一定包含抽象方法，但是有抽象方法的类必定是抽象类。

   理解：未包含抽象方法的抽象类，目的就是不想让调用者创建该类对象，通常用于某些特殊的类结构设计。

4. 抽象类的子类，必须重写抽象父类中所有的抽象方法，否则，编译无法通过而报错。除非该子类也是抽象类。

   理解：假设不重写所有抽象方法，则类中可能包含抽象方法。那么创建对象后，调用抽象的方法，没有意义。

6.4 注意事项

• 不能用abstract修饰变量、代码块、构造器；

• 不能用abstract修饰私有方法、静态方法、final的方法、final的类。

6.5 应用举例1

在航运公司系统中，Vehicle类需要定义两个方法分别计算运输工具的燃料效率和行驶距离。

问题：卡车(Truck)和驳船(RiverBarge)的燃料效率和行驶距离的计算方法完全不同。Vehicle类不能提供计算方法，但子类可以。

解决方案：Java允许类设计者指定：超类声明一个方法但不提供实现，该方法的实现由子类提供。这样的方法称为抽象方法。有一个或更多抽象方法的类称为抽象类。

//Vehicle是一个抽象类，有两个抽象方法。
public abstract class Vehicle{public abstract double calcFuelEfficiency();	//计算燃料效率的抽象方法public abstract double calcTripDistance();	//计算行驶距离的抽象方法
}
public class Truck extends Vehicle{public double calcFuelEfficiency( )   { //写出计算卡车的燃料效率的具体方法   }public double calcTripDistance( )    {  //写出计算卡车行驶距离的具体方法   }
}
public class RiverBarge extends Vehicle{public double calcFuelEfficiency( ) { //写出计算驳船的燃料效率的具体方法  }public double calcTripDistance( )  {  //写出计算驳船行驶距离的具体方法}
}

6.6 应用举例2：模板方法设计模式(TemplateMethod)

 抽象类体现的就是一种模板模式的设计，抽象类作为多个子类的通用模板，子类在抽象类的基础上进行扩展、改造，但子类总体上会保留抽象类的行为方式。

解决的问题：

• 当功能内部一部分实现是确定的，另一部分实现是不确定的。这时可以把不确定的部分暴露出去，让子类去实现。

• 换句话说，在软件开发中实现一个算法时，整体步骤很固定、通用，这些步骤已经在父类中写好了。但是某些部分易变，易变部分可以抽象出来，供不同子类实现。这就是一种模板模式。

类比举例：英语六级模板

制作月饼的模板：

举例1：

abstract class Template {public final void getTime() {long start = System.currentTimeMillis();code();long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("执行时间是：" + (end - start));}public abstract void code();
}class SubTemplate extends Template {public void code() {for (int i = 0; i < 10000; i++) {System.out.println(i);}}
}

举例2：

package com.atguigu.java;
//抽象类的应用：模板方法的设计模式
public class TemplateMethodTest {public static void main(String[] args) {BankTemplateMethod btm = new DrawMoney();btm.process();BankTemplateMethod btm2 = new ManageMoney();btm2.process();}
}
abstract class BankTemplateMethod {// 具体方法public void takeNumber() {System.out.println("取号排队");}public abstract void transact(); // 办理具体的业务 //钩子方法public void evaluate() {System.out.println("反馈评分");}// 模板方法，把基本操作组合到一起，子类一般不能重写public final void process() {this.takeNumber();this.transact();// 像个钩子，具体执行时，挂哪个子类，就执行哪个子类的实现代码this.evaluate();}
}class DrawMoney extends BankTemplateMethod {public void transact() {System.out.println("我要取款！！！");}
}class ManageMoney extends BankTemplateMethod {public void transact() {System.out.println("我要理财！我这里有2000万美元!!");}
}

模板方法设计模式是编程中经常用得到的模式。各个框架、类库中都有他的影子，比如常见的有：

• 数据库访问的封装

• Junit单元测试

• JavaWeb的Servlet中关于doGet/doPost方法调用

• Hibernate中模板程序

• Spring中JDBCTemlate、HibernateTemplate等

6.7 思考与练习

思考：

问题1：为什么抽象类不可以使用final关键字声明？

问题2：一个抽象类中可以定义构造器吗？

问题3：是否可以这样理解：抽象类就是比普通类多定义了抽象方法，除了不能直接进行类的实例化操作之外，并没有任何的不同？

练习1：

编写一个Employee类，声明为抽象类，包含如下三个属性：name，id，salary。提供必要的构造器和抽象方法：work()。

对于Manager类来说，他既是员工，还具有奖金(bonus)的属性。

请使用继承的思想，设计CommonEmployee类和Manager类，要求类中提供必要的方法进行属性访问。

练习2：软件外包公司外派管理

 有一家软件外包公司，可以外派开发人员，该公司有两个角色：普通开发人员Developer和项目经理Manager。他们的关系如下图：

 普通开发人员的工作内容是“开发项目”，项目经理的工作内容是“项目管理”。对外的报价是普通开发人员每天500,元，超过60天每天400元。项目经理每天800元，超过60天每天700元。

 有一家银行需要1名项目经理、2名开发人员，现场开发90天，计算银行需要付给软件公司的总金额。

提示：创建数组 Employee[] emps = new Employee[3]。其中存储驻场的3名员工。

练习3：

创建父类Shape，包含绘制形状的抽象方法draw()。

创建Shape的子类Circle和Rectangle，重写draw()方法，绘制圆形和矩形。

绘制多个圆形和矩形。

练习4：

1、声明抽象父类Person，包含抽象方法public abstract void eat();
2、声明子类中国人Chinese，重写抽象方法，打印用筷子吃饭
3、声明子类美国人American，重写抽象方法，打印用刀叉吃饭
4、声明子类印度人Indian，重写抽象方法，打印用手抓饭
5、声明测试类PersonTest，创建Person数组，存储各国人对象，并遍历数组，调用eat()方法

练习5：工资系统设计

编写工资系统，实现不同类型员工(多态)的按月发放工资。如果当月出现某个Employee对象的生日，则将该雇员的工资增加100元。

实验说明：

（1）定义一个Employee类，该类包含：

private成员变量name,number,birthday，其中birthday 为MyDate类的对象；

abstract方法earnings()；

toString()方法输出对象的name,number和birthday。

（2）MyDate类包含:

private成员变量year,month,day ；

toDateString()方法返回日期对应的字符串：xxxx年xx月xx日

（3）定义SalariedEmployee类继承Employee类，实现按月计算工资的员工处理。该类包括：private成员变量monthlySalary；

实现父类的抽象方法earnings(),该方法返回monthlySalary值；toString()方法输出员工类型信息及员工的name，number,birthday。

（4）参照SalariedEmployee类定义HourlyEmployee类，实现按小时计算工资的员工处理。该类包括：

private成员变量wage和hour；

实现父类的抽象方法earnings(),该方法返回wage*hour值；

toString()方法输出员工类型信息及员工的name，number,birthday。

（5）定义PayrollSystem类，创建Employee变量数组并初始化，该数组存放各类雇员对象的引用。利用循环结构遍历数组元素，输出各个对象的类型,name,number,birthday,以及该对象生日。当键盘输入本月月份值时，如果本月是某个Employee对象的生日，还要输出增加工资信息。

//提示：
//定义People类型的数组People c1[]=new People[10];
//数组元素赋值
c1[0]=new People("John","0001",20);
c1[1]=new People("Bob","0002",19);
//若People有两个子类Student和Officer，则数组元素赋值时，可以使父类类型的数组元素指向子类。
c1[0]=new Student("John","0001",20,85.0);
c1[1]=new Officer("Bob","0002",19,90.5);

七. 接口(interface)

7.1 类比

生活中大家每天都在用USB接口，那么USB接口与我们今天要学习的接口有什么相同点呢？

USB，（Universal Serial Bus，通用串行总线）是Intel公司开发的总线架构，使得在计算机上添加串行设备（鼠标、键盘、打印机、扫描仪、摄像头、充电器、MP3机、手机、数码相机、移动硬盘等）非常容易。

其实，不管是电脑上的USB插口，还是其他设备上的USB插口都只是遵循了USB规范的一种具体设备而已。

只要设备遵循USB规范的，那么就可以与电脑互联，并正常通信。至于这个设备、电脑是哪个厂家制造的，内部是如何实现的，我们都无需关心。

Java的软件系统会有很多模块组成，那么各个模块之间也应该采用这种面向接口的低耦合，为系统提供更好的可扩展性和可维护性。

7.2 概述

 接口就是规范，定义的是一组规则，体现了现实世界中“如果你是/要…则必须能…”的思想。继承是一个"是不是"的is-a关系，而接口实现则是 "能不能"的has-a关系。

• 例如：电脑都预留了可以插入USB设备的USB接口，USB接口具备基本的数据传输的开启功能和关闭功能。你能不能用USB进行连接，或是否具备USB通信功能，就看你能否遵循USB接口规范

• 例如：Java程序是否能够连接使用某种数据库产品，那么要看该数据库产品能否实现Java设计的JDBC规范

接口的本质是契约、标准、规范，就像我们的法律一样。制定好后大家都要遵守。

7.3 定义格式

 接口的定义，它与定义类方式相似，但是使用 interface 关键字。它也会被编译成.class文件，但一定要明确它并不是类，而是另外一种引用数据类型。

引用数据类型：数组，类，枚举，接口，注解。

7.3.1 接口的声明格式

[修饰符] interface 接口名{//接口的成员列表：// 公共的静态常量// 公共的抽象方法// 公共的默认方法（JDK1.8以上）// 公共的静态方法（JDK1.8以上）// 私有方法（JDK1.9以上）
}

示例代码：

package com.atguigu.interfacetype;public interface USB3{//静态常量long MAX_SPEED = 500*1024*1024;//500MB/s//抽象方法void in();void out();//默认方法default void start(){System.out.println("开始");}default void stop(){System.out.println("结束");}//静态方法static void show(){System.out.println("USB 3.0可以同步全速地进行读写操作");}
}

7.3.2 接口的成员说明

在JDK8.0 之前，接口中只允许出现：

（1）公共的静态的常量：其中public static final可以省略

（2）公共的抽象的方法：其中public abstract可以省略

理解：接口是从多个相似类中抽象出来的规范，不需要提供具体实现

在JDK8.0 时，接口中允许声明默认方法和静态方法：

（3）公共的默认的方法：其中public 可以省略，建议保留，但是default不能省略

（4）公共的静态的方法：其中public 可以省略，建议保留，但是static不能省略

在JDK9.0 时，接口又增加了：

（5）私有方法

除此之外，接口中没有构造器，没有初始化块，因为接口中没有成员变量需要动态初始化。

7.4 接口的使用规则

1、类实现接口（implements）

 接口不能创建对象，但是可以被类实现（implements ，类似于被继承）。

 类与接口的关系为实现关系，即类实现接口，该类可以称为接口的实现类。实现的动作类似继承，格式相仿，只是关键字不同，实现使用 implements关键字。

【修饰符】 class 实现类  implements 接口{// 重写接口中抽象方法【必须】，当然如果实现类是抽象类，那么可以不重写// 重写接口中默认方法【可选】
}【修饰符】 class 实现类 extends 父类 implements 接口{// 重写接口中抽象方法【必须】，当然如果实现类是抽象类，那么可以不重写// 重写接口中默认方法【可选】
}

注意：

1. 如果接口的实现类是非抽象类，那么必须重写接口中所有抽象方法。

2. 默认方法可以选择保留，也可以重写。

   重写时，default单词就不要再写了，它只用于在接口中表示默认方法，到类中就没有默认方法的概念了

3. 接口中的静态方法不能被继承也不能被重写

举例：

interface USB{		// public void start() ;public void stop() ;	
}
class Computer{public static void show(USB usb){	usb.start() ;System.out.println("=========== USB 设备工作 ========") ;usb.stop() ;}
};
class Flash implements USB{public void start(){	// 重写方法System.out.println("U盘开始工作。") ;}public void stop(){		// 重写方法System.out.println("U盘停止工作。") ;}
};
class Print implements USB{public void start(){	// 重写方法System.out.println("打印机开始工作。") ;}public void stop(){		// 重写方法System.out.println("打印机停止工作。") ;}
};
public class InterfaceDemo{public static void main(String args[]){Computer.show(new Flash()) ;Computer.show(new Print()) ;c.show(new USB(){public void start(){System.out.println("移动硬盘开始运行");}public void stop(){System.out.println("移动硬盘停止运行");}});}
};

2、接口的多实现（implements）

 在继承体系中，一个类只能继承一个父类。而对于接口而言，一个类是可以实现多个接口的，这叫做接口的多实现。并且，一个类能继承一个父类，同时实现多个接口。

实现格式：

【修饰符】 class 实现类  implements 接口1，接口2，接口3。。。{// 重写接口中所有抽象方法【必须】，当然如果实现类是抽象类，那么可以不重写// 重写接口中默认方法【可选】
}【修饰符】 class 实现类 extends 父类 implements 接口1，接口2，接口3。。。{// 重写接口中所有抽象方法【必须】，当然如果实现类是抽象类，那么可以不重写// 重写接口中默认方法【可选】
}

接口中，有多个抽象方法时，实现类必须重写所有抽象方法。如果抽象方法有重名的，只需要重写一次。

举例：

定义多个接口：

package com.atguigu.interfacetype;public interface A {void showA();
}

package com.atguigu.interfacetype;public interface B {void showB();
}

定义实现类：

package com.atguigu.interfacetype;public class C implements A,B {@Overridepublic void showA() {System.out.println("showA");}@Overridepublic void showB() {System.out.println("showB");}
}

测试类

package com.atguigu.interfacetype;public class TestC {public static void main(String[] args) {C c = new C();c.showA();c.showB();}
}

3、接口的多继承(extends)

 一个接口能继承另一个或者多个接口，接口的继承也使用 extends 关键字，子接口继承父接口的方法。

定义父接口：

package com.atguigu.interfacetype;public interface Chargeable {void charge();void in();void out();
}

定义子接口：

package com.atguigu.interfacetype;public interface UsbC extends Chargeable,USB3 {void reverse();
}

定义子接口的实现类：

package com.atguigu.interfacetype;public class TypeCConverter implements UsbC {@Overridepublic void reverse() {System.out.println("正反面都支持");}@Overridepublic void charge() {System.out.println("可充电");}@Overridepublic void in() {System.out.println("接收数据");}@Overridepublic void out() {System.out.println("输出数据");}
}

所有父接口的抽象方法都有重写。

方法签名相同的抽象方法只需要实现一次。

4、接口与实现类对象构成多态引用

 实现类实现接口，类似于子类继承父类，因此，接口类型的变量与实现类的对象之间，也可以构成多态引用。通过接口类型的变量调用方法，最终执行的是你new的实现类对象实现的方法体。

接口的不同实现类：

package com.atguigu.interfacetype;public class Mouse implements USB3 {@Overridepublic void out() {System.out.println("发送脉冲信号");}@Overridepublic void in() {System.out.println("不接收信号");}
}

package com.atguigu.interfacetype;public class KeyBoard implements USB3{@Overridepublic void in() {System.out.println("不接收信号");}@Overridepublic void out() {System.out.println("发送按键信号");}
}

测试类

package com.atguigu.interfacetype;public class TestComputer {public static void main(String[] args) {Computer computer = new Computer();USB3 usb = new Mouse();computer.setUsb(usb);usb.start();usb.out();usb.in();usb.stop();System.out.println("--------------------------");usb = new KeyBoard();computer.setUsb(usb);usb.start();usb.out();usb.in();usb.stop();System.out.println("--------------------------");usb = new MobileHDD();computer.setUsb(usb);usb.start();usb.out();usb.in();usb.stop();}
}

5、使用接口的静态成员

接口不能直接创建对象，但是可以通过接口名直接调用接口的静态方法和静态常量。

package com.atguigu.interfacetype;public class TestUSB3 {public static void main(String[] args) {//通过“接口名.”调用接口的静态方法 (JDK8.0才能开始使用)USB3.show();//通过“接口名.”直接使用接口的静态常量System.out.println(USB3.MAX_SPEED);}
}

6、使用接口的非静态方法

• 对于接口的静态方法，直接使用“接口名.”进行调用即可
  • 也只能使用“接口名."进行调用，不能通过实现类的对象进行调用
• 对于接口的抽象方法、默认方法，只能通过实现类对象才可以调用
  • 接口不能直接创建对象，只能创建实现类的对象

package com.atguigu.interfacetype;public class TestMobileHDD {public static void main(String[] args) {//创建实现类对象MobileHDD b = new MobileHDD();//通过实现类对象调用重写的抽象方法，以及接口的默认方法，如果实现类重写了就执行重写的默认方法，如果没有重写，就执行接口中的默认方法b.start();b.in();b.stop();//通过接口名调用接口的静态方法
//        MobileHDD.show();
//        b.show();Usb3.show();}
}

7.5 JDK8中相关冲突问题

7.5.1 默认方法冲突问题

（1）类优先原则

 当一个类，既继承一个父类，又实现若干个接口时，父类中的成员方法与接口中的抽象方法重名，子类就近选择执行父类的成员方法。代码如下：

定义接口：

package com.atguigu.interfacetype;public interface Friend {default void date(){//约会System.out.println("吃喝玩乐");}
}

定义父类：

package com.atguigu.interfacetype;public class Father {public void date(){//约会System.out.println("爸爸约吃饭");}
}

定义子类：

package com.atguigu.interfacetype;public class Son extends Father implements Friend {@Overridepublic void date() {//(1)不重写默认保留父类的//(2)调用父类被重写的
//        super.date();//(3)保留父接口的
//        Friend.super.date();//(4)完全重写System.out.println("跟康师傅学Java");}
}

定义测试类：

package com.atguigu.interfacetype;public class TestSon {public static void main(String[] args) {Son s = new Son();s.date();}
}

（2）接口冲突（左右为难）

• 当一个类同时实现了多个父接口，而多个父接口中包含方法签名相同的默认方法时，怎么办呢？

无论你多难抉择，最终都是要做出选择的。

声明接口：

package com.atguigu.interfacetype;public interface BoyFriend {default void date(){//约会System.out.println("神秘约会");}
}

选择保留其中一个，通过“接口名.super.方法名"的方法选择保留哪个接口的默认方法。

package com.atguigu.interfacetype;public class Girl implements Friend,BoyFriend{@Overridepublic void date() {//(1)保留其中一个父接口的
//        Friend.super.date();
//        BoyFriend.super.date();//(2)完全重写System.out.println("跟康师傅学Java");}}

测试类

package com.atguigu.interfacetype;public class TestGirl {public static void main(String[] args) {Girl girl = new Girl();girl.date();}
}

• 当一个子接口同时继承了多个接口，而多个父接口中包含方法签名相同的默认方法时，怎么办呢？

另一个父接口：

package com.atguigu.interfacetype;public interface USB2 {//静态常量long MAX_SPEED = 60*1024*1024;//60MB/s//抽象方法void in();void out();//默认方法public default void start(){System.out.println("开始");}public default void stop(){System.out.println("结束");}//静态方法public static void show(){System.out.println("USB 2.0可以高速地进行读写操作");}
}

子接口：

package com.atguigu.interfacetype;public interface USB extends USB2,USB3 {@Overridedefault void start() {System.out.println("Usb.start");}@Overridedefault void stop() {System.out.println("Usb.stop");}
}

小贴士：

子接口重写默认方法时，default关键字可以保留。

子类重写默认方法时，default关键字不可以保留。

7.5.2 常量冲突问题

• 当子类继承父类又实现父接口，而父类中存在与父接口常量同名的成员变量，并且该成员变量名在子类中仍然可见。
• 当子类同时实现多个接口，而多个接口存在相同同名常量。

此时在子类中想要引用父类或父接口的同名的常量或成员变量时，就会有冲突问题。

父类和父接口：

package com.atguigu.interfacetype;public class SuperClass {int x = 1;
}

package com.atguigu.interfacetype;public interface SuperInterface {int x = 2;int y = 2;
}

package com.atguigu.interfacetype;public interface MotherInterface {int x = 3;
}

子类：

package com.atguigu.interfacetype;public class SubClass extends SuperClass implements SuperInterface,MotherInterface {public void method(){
//        System.out.println("x = " + x);//模糊不清System.out.println("super.x = " + super.x);System.out.println("SuperInterface.x = " + SuperInterface.x);System.out.println("MotherInterface.x = " + MotherInterface.x);System.out.println("y = " + y);//没有重名问题，可以直接访问}
}

7.6 接口的总结与面试题

• 接口本身不能创建对象，只能创建接口的实现类对象，接口类型的变量可以与实现类对象构成多态引用。
• 声明接口用interface，接口的成员声明有限制：
  • （1）公共的静态常量
  • （2）公共的抽象方法
  • （3）公共的默认方法（JDK8.0 及以上）
  • （4）公共的静态方法（JDK8.0 及以上）
  • （5）私有方法（JDK9.0 及以上）
• 类可以实现接口，关键字是implements，而且支持多实现。如果实现类不是抽象类，就必须实现接口中所有的抽象方法。如果实现类既要继承父类又要实现父接口，那么继承（extends）在前，实现（implements）在后。
• 接口可以继承接口，关键字是extends，而且支持多继承。
• 接口的默认方法可以选择重写或不重写。如果有冲突问题，另行处理。子类重写父接口的默认方法，要去掉default，子接口重写父接口的默认方法，不要去掉default。
• 接口的静态方法不能被继承，也不能被重写。接口的静态方法只能通过“接口名.静态方法名”进行调用。

面试题

1、为什么接口中只能声明公共的静态的常量？

因为接口是标准规范，那么在规范中需要声明一些底线边界值，当实现者在实现这些规范时，不能去随意修改和触碰这些底线，否则就有“危险”。

例如：USB1.0规范中规定最大传输速率是1.5Mbps，最大输出电流是5V/500mA

​ USB3.0规范中规定最大传输速率是5Gbps(500MB/s)，最大输出电流是5V/900mA

例如：尚硅谷学生行为规范中规定学员，早上8:25之前进班，晚上21:30之后离开等等。

2、为什么JDK8.0 之后允许接口定义静态方法和默认方法呢？因为它违反了接口作为一个抽象标准定义的概念。

静态方法：因为之前的标准类库设计中，有很多Collection/Colletions或者Path/Paths这样成对的接口和类，后面的类中都是静态方法，而这些静态方法都是为前面的接口服务的，那么这样设计一对API，不如把静态方法直接定义到接口中使用和维护更方便。

默认方法：（1）我们要在已有的老版接口中提供新方法时，如果添加抽象方法，就会涉及到原来使用这些接口的类就会有问题，那么为了保持与旧版本代码的兼容性，只能允许在接口中定义默认方法实现。比如：Java8中对Collection、List、Comparator等接口提供了丰富的默认方法。（2）当我们接口的某个抽象方法，在很多实现类中的实现代码是一样的，此时将这个抽象方法设计为默认方法更为合适，那么实现类就可以选择重写，也可以选择不重写。

3、为什么JDK1.9要允许接口定义私有方法呢？因为我们说接口是规范，规范是需要公开让大家遵守的。

私有方法：因为有了默认方法和静态方法这样具有具体实现的方法，那么就可能出现多个方法由共同的代码可以抽取，而这些共同的代码抽取出来的方法又只希望在接口内部使用，所以就增加了私有方法。

7.7 接口与抽象类之间的对比

在开发中，常看到一个类不是去继承一个已经实现好的类，而是要么继承抽象类，要么实现接口。

7.8 练习

笔试题：排错

interface A {int x = 0;
}
class B {int x = 1;
}
class C extends B implements A {public void pX() {System.out.println(x);}public static void main(String[] args) {new C().pX();}
}

笔试题：排错

interface Playable {void play();
}interface Bounceable {void play();
}interface Rollable extends Playable, Bounceable {Ball ball = new Ball("PingPang");}class Ball implements Rollable {private String name;public String getName() {return name;}public Ball(String name) {this.name = name;}public void play() {ball = new Ball("Football");System.out.println(ball.getName());}
}

练习1：

定义一个接口用来实现两个对象的比较。

interface CompareObject{//若返回值是 0 , 代表相等; 若为正数，代表当前对象大；负数代表当前对象小public int compareTo(Object o);  
}

定义一个Circle类，声明redius属性，提供getter和setter方法

定义一个ComparableCircle类，继承Circle类并且实现CompareObject接口。在ComparableCircle类中给出接口中方法compareTo的实现体，用来比较两个圆的半径大小。

定义一个测试类InterfaceTest，创建两个ComparableCircle对象，调用compareTo方法比较两个类的半径大小。

思考：参照上述做法定义矩形类Rectangle和ComparableRectangle类，在ComparableRectangle类中给出compareTo方法的实现，比较两个矩形的面积大小。

练习2：交通工具案例

阿里的一个工程师，声明的属性和方法如下：

其中，有一个乘坐交通工具的方法takingVehicle()，在此方法中调用交通工具的run()。为了出行方便，他买了一辆捷安特自行车、一辆雅迪电动车和一辆奔驰轿车。这里涉及到的相关类及接口关系如下：

其中，电动车增加动力的方式是充电，轿车增加动力的方式是加油。在具体交通工具的run()中调用其所在类的相关属性信息。

请编写相关代码，并测试。

提示：创建Vehicle[]数组，保存阿里工程师的三辆交通工具，并分别在工程师的takingVehicle()中调用。

（来源：尚硅谷-宋红康）