J2SE 5.0专题 之 语言特性

1.1. 背景 
    J2SE(TM) 5.0正式发布至今已超过3个月的时间了，就在前不久，大概是在两周之前，Sun又发布了更新过的JDK 5.0 Update 1，改掉了一些第一个版本中出现的bug。 

    由于Java社群等待这一从1.4向5.0版本升级已经有相当长的一段时间，大家都很关心5.0中有哪些值得关注的变化，于是blog的相关信息满天飞，我也兴冲冲地在自己的blog中添上了一系列的文章。无奈这些blog文章，包括我自己的在内，通常都是泛泛而谈，因此CSDN第二期Java电子杂志的编辑们计划做一个专题对这一话题与相关人士进行一番深入的探讨。 

    作为这期电子刊物的一部分，编辑们也邀请我更系统的探讨一下：J2SE(TM) 5.0中新引入的语言特性究竟在实际中有哪些用途，以及为什么要引入这些新特性。对此我深感荣幸。我本人很乐意将我的一些也许算得上经验的Java经验跟大家分享，希望这一篇小文能对大家了解J2SE(TM) 5.0有一定帮助。 
    1.2. 准备工作 
    首先，为了了解J2SE(TM) 5.0的新的语言特性，你需要下载新版的JDK，在这里可以找到下载链接： http://java.sun.com/j2se/1.5.0/download.jsp 。当然，如果你已经有过手动配置Java环境的经历，我也建议你使用一个支持J2SE(TM) 5.0的IDE，推荐Eclipse SDK 3.1 M4，或者NetBeans IDE 4.0。两个都是开源免费的，且很容易找到（Eclipse不用说了，NetBeans IDE 4.0有与JDK 5.0 Update 1的捆绑版）。 

    说点题外话，Java的版本号自从1.2开始，似乎就多少显得有点蹩脚。从1.2版本开始，Java (J2SE)被称作Java 2，而不是Java 1.2，现在则显得更加离奇：Java(TM) 2 Platform Standard Edition 5.0或者J2SE(TM) 5.0，而内部的版本号还是1.5.0。那么到底是1、2、还是5呢？来看看Sun官方网站是怎么说的： 

    从Java诞生至今已有9年时间，而从第二代Java平台J2SE算起也有5个年头了。在这样的背景下，将下一个版本的版本号从1.5改为5.0可以更好的反映出新版J2SE的成熟度、稳定性、可伸缩性和安全性。 

    好吧，现在我们将面对如下一些名称，而它们指的基本上是同一个东西： 
    · Tiger 
    · Java(TM) 2 Platform Standard Edition 5.0 
    · J2SE(TM) 5.0 
    · Java version 1.5.0 
    · … 
    在本文中，为了方便起见，我将统一使用J2SE(TM) 5.0这个名称。 

    如果你对Java各个版本的代号感兴趣，就像这里的"Tiger"，可以参考如下网址： http://java.sun.com/j2se/codenames.html 。透露一点：Java下一个版本（6.0）的代号是"Mustang"野马，再下一个版本（7.0）的代号是"Dolphin"海豚。 
    1.3. 概述 
    J2SE(TM) 5.0引入了很多激进的语言元素变化，这些变化或多或少减轻了我们开发人员的一些编码负担，其中的大部分也必然会被应用到即将发布的J2EE(TM) 5.0中。主要的新特性包括： 
    · 泛型 
    · 增强的for循环 
    · 自动装箱和自动拆箱 
    · 类型安全的枚举 
    · 可变长度参数 
    · 静态引入 
    · 元数据（注解） 
    · C风格的格式化输出 

    这当中，泛型、枚举和注解可能会占用较大的篇幅，而其余的因为用法直截了当，抑或相对简单，我就稍作介绍，剩下的留给读者去思考、去探索了。 
    1.4. 泛型 
    泛型这个题目相当大，大到完全可以就这个话题写一本书。有关Java是否需要泛型和如何实现泛型的讨论也早就在Java社群广为流传。终于，我们在J2SE(TM) 5.0中看到了它。也许目前Java对泛型的支持还算不上足够理想，但这一特性的添加也经足以让我们欣喜一阵了。 

    在接下来的介绍中，我们会了解到：Java的泛型虽然跟C++的泛型看上去十分相似，但其实有着相当大的区别，有些细节的东西也相当复杂（至少很多地方会跟我们的直觉背道而驰）。可以这样说，泛型的引入在很大程度上增加了Java语言的复杂度，对初学者尤其是个挑战。下面我们将一点一点往里挖。 

    首先我们来看一个简单的使用泛型类的例子： 
    ArrayList<Integer> aList = new ArrayList<Integer>(); 
    aList.add(new Integer(1)); 
    // ... 
    Integer myInteger = aList.get(0); 
    我们可以看到，在这个简单的例子中，我们在定义aList的时候指明了它是一个直接受Integer类型的ArrayList，当我们调用aList.get(0)时，我们已经不再需要先显式的将结果转换成Integer，然后再赋值给myInteger了。而这一步在早先的Java版本中是必须的。也许你在想，在使用Collection时节约一些类型转换就是Java泛型的全部吗？远不止。单就这个例子而言，泛型至少还有一个更大的好处，那就是使用了泛型的容器类变得更加健壮：早先，Collection接口的get()和Iterator接口的next()方法都只能返回Object类型的结果，我们可以把这个结果强制转换成任何Object的子类，而不会有任何编译期的错误，但这显然很可能带来严重的运行期错误，因为在代码中确定从某个Collection中取出的是什么类型的对象完全是调用者自己说了算，而调用者也许并不清楚放进Collection的对象具体是什么类的；就算知道放进去的对象“应该”是什么类，也不能保证放到Collection的对象就一定是那个类的实例。现在有了泛型，只要我们定义的时候指明该Collection接受哪种类型的对象，编译器可以帮我们避免类似的问题溜到产品中。我们在实际工作中其实已经看到了太多的ClassCastException，不是吗？ 

    泛型的使用从这个例子看也是相当易懂。我们在定义ArrayList时，通过类名后面的<>括号中的值指定这个ArrayList接受的对象类型。在编译的时候，这个ArrayList会被处理成只接受该类或其子类的对象，于是任何试图将其他类型的对象添加进来的语句都会被编译器拒绝。 

    那么泛型是怎样定义的呢？看看下面这一段示例代码：（其中用E代替在实际中将会使用的类名，当然你也可以使用别的名称，习惯上在这里使用大写的E，表示Collection的元素。） 
    public class TestGenerics<E> { 
    Collection<E> col; 
    public void doSth(E elem) { 
    col.add(elem); 
    // ... 
    } 
    } 
    在泛型的使用中，有一个很容易有的误解，那就是既然Integer是从Object派生出来的，那么ArrayList<Integer>当然就是ArrayList<Object>的子类。真的是这样吗？我们仔细想一想就会发现这样做可能会带来的问题：如果我们可以把ArrayList<Integer>向上转型为ArrayList<Object>，那么在往这个转了型以后的ArrayList中添加对象的时候，我们岂不是可以添加任何类型的对象（因为Object是所有对象的公共父类）？这显然让我们的ArrayList<Integer>失去了原本的目的。于是Java编译器禁止我们这样做。那既然是这样，ArrayList<Integer>以及ArrayList<String>、ArrayList<Double>等等有没有公共的父类呢？有，那就是ArrayList<?>。?在这里叫做通配符。我们为了缩小通配符所指代的范围，通常也需要这样写：ArrayList<? extends SomeClass>，这样写的含义是定义这样一个类ArrayList，比方说SomeClass有SomeExtendedClass1和SomeExtendedClass2这两个子类，那么ArrayList<? extends SomeClass>就是如下几个类的父类：ArrayList<SomeClass>、ArrayList<SomeExtendedClass1>和ArrayList<SomeExtendedClass2>。 

    接下来我们更进一步：既然ArrayList<? extends SomeClass>是一个通配的公用父类，那么我们可不可以往声明为ArrayList<? extends SomeClass>的ArrayList实例中添加一个SomeExtendedClass1的对象呢？答案是不能。甚至你不能添加任何对象。为什么？因为ArrayList<? extends SomeClass>实际上代表了所有ArrayList<SomeClass>、ArrayList<SomeExtendedClass1>和ArrayList<SomeExtendedClass2>三种ArrayList，甚至包括未知的接受SomeClass其他子类对象的ArrayList。我们拿到一个定义为ArrayList<? extends SomeClass>的ArrayList的时候，我们并不能确定这个ArrayList具体是使用哪个类作为参数定义的，因此编译器也无法让这段代码编译通过。举例来讲，如果我们想往这个ArrayList中放一个SomeExtendedClass2的对象，我们如何保证它实际上不是其他的如ArrayList<SomeExtendedClass1>，而就是这个ArrayList<SomeExtendedClass2>呢？（还记得吗？ArrayList<Integer>并非ArrayList<Object>的子类。）怎么办？我们需要使用泛型方法。泛型方法的定义类似下面的例子： 
    public static <T extends SomeClass> void add (Collection<T> c, T elem) { 
    c.add(elem); 
    } 
    其中T代表了我们这个方法期待的那个最终的具体的类，相关的声明必须放在方法签名中紧靠返回类型的位置之前。在本例中，它可以是SomeClass或者SomeClass的任何子类，其说明<T entends SomeClass>放在void关键字之前（只能放在这里）。这样我们就可以让编译器确信当我们试图添加一个元素到泛型的ArrayList实例中时，可以保证类型安全。 

    Java泛型的最大特点在于它是在语言级别实现的，区别于C# 2.0中的CLR级别。这样的做法使得JRE可以不必做大的调整，缺点是无法支持一些运行时的类型甄别。一旦编译，它就被写死了，能提供的动态能力相当弱。 

    个人认为泛型是这次J2SE(TM) 5.0中引入的最重要的语言元素，给Java语言带来的影响也是最大。举个例子来讲，我们可以看到，几乎所有的Collections API都被更新成支持泛型的版本。这样做带来的好处是显而易见的，那就是减少代码重复（不需要提供多个版本的某一个类或者接口以支持不同类的对象）以及增强代码的健壮性（编译期的类型安全检查）。不过如何才能真正利用好这个特性，尤其是如何实现自己的泛型接口或类供他人使用，就并非那么显而易见了。让我们一起在使用中慢慢积累。 
    1.5. 增强的for循环 
    你是否已经厌倦了每次写for循环时都要写上那些机械的代码，尤其当你需要遍历数组或者Collection，如：（假设在Collection中储存的对象是String类型的） 
    public void showAll (Collection c) { 
    for (Iterator iter = c.iterator(); iter.hasNext(); ) { 
    System.out.println((String) iter.next()); 
    } 
    } 

    public void showAll (String[] sa) { 
    for (int i = 0; i < sa.length; i++) { 
    System.out.println(sa[i]); 
    } 
    } 
    这样的代码不仅显得臃肿，而且容易出错，我想我们大家在刚开始接触编程时，尤其是C/C++和Java，可能多少都犯过以下类似错误的一种或几种：把for语句的三个表达式顺序弄错；第二个表达式逻辑判断不正确（漏掉一些、多出一些、甚至死循环）；忘记移动游标；在循环体内不小心改变了游标的位置等等。为什么不能让编译器帮我们处理这些细节呢？在5.0中，我们可以这样写： 
    public void showAll (Collection c) { 
    for (Object obj : c) { 
    System.out.println((String) obj); 
    } 
    } 

    public void showAll (String[] sa) { 
    for (String str : sa) { 
    System.out.println(str); 
    } 
    } 
    这样的代码显得更加清晰和简洁，不是吗？具体的语法很简单：使用":"分隔开，前面的部分写明从数组或Collection中将要取出的类型，以及使用的临时变量的名字，后面的部分写上数组或者Collection的引用。加上泛型，我们甚至可以把第一个方法变得更加漂亮： 
    public void showAll (Collection<String> cs) { 
    for (String str : cs) { 
    System.out.println(str); 
    } 
    } 
    有没有发现：当你需要将Collection<String>替换成String[]，你所需要做的仅仅是简单的把参数类型"Collection<String>"替换成"String[]"，反过来也是一样，你不完全需要改其他的东西。这在J2SE(TM) 5.0之前是无法想象的。 

    对于这个看上去相当方便的新语言元素，当你需要在循环体中访问游标的时候，会显得很别扭：比方说，当我们处理一个链表，需要更新其中某一个元素，或者删除某个元素等等。这个时候，你无法在循环体内获得你需要的游标信息，于是需要回退到原先的做法。不过，有了泛型和增强的for循环，我们在大多数情况下已经不用去操心那些烦人的for循环的表达式和嵌套了。毕竟，我们大部分时间都不会需要去了解游标的具体位置，我们只需要遍历数组或Collection，对吧？ 
    1.6. 自动装箱/自动拆箱 
    所谓装箱，就是把值类型用它们相对应的引用类型包起来，使它们可以具有对象的特质，如我们可以把int型包装成Integer类的对象，或者把double包装成Double，等等。所谓拆箱，就是跟装箱的方向相反，将Integer及Double这样的引用类型的对象重新简化为值类型的数据。 

    在J2SE(TM) 5.0发布之前，我们只能手工的处理装箱和拆箱。也许你会问，为什么需要装箱和拆箱？比方说当我们试图将一个值类型的数据添加到一个Collection中时，就需要先把它装箱，因为Collection的add()方法只接受对象；而当我们需要在稍后将这条数据取出来，而又希望使用它对应的值类型进行操作时，我们又需要将它拆箱成值类型的版本。现在，编译器可以帮我们自动地完成这些必要的步骤。下面的代码我提供两个版本的装箱和拆箱，一个版本使用手工的方式，另一个版本则把这些显而易见的代码交给编译器去完成： 
    public static void manualBoxingUnboxing(int i) { 
    ArrayList<Integer> aList = new ArrayList<Integer>(); 
    aList.add(0, new Integer(i)); 
    int a = aList.get(0).intValue(); 
    System.out.println("The value of i is " + a); 
    } 

    public static void autoBoxingUnboxing(int i) { 
    ArrayList<Integer> aList = new ArrayList<Integer>(); 
    aList.add(0, i); 
    int a = aList.get(0); 
    System.out.println("The value of i is " + a); 
    } 
    看到了吧，在J2SE(TM) 5.0中，我们不再需要显式的去将一个值类型的数据转换成相应的对象，从而把它作为对象传给其他方法，也不必手工的将那个代表一个数值的对象拆箱为相应的值类型数据，只要你提供的信息足够让编译器确信这些装箱/拆箱后的类型在使用时是合法的：比方讲，如果在上面的代码中，如果我们使用的不是ArrayList<Integer>而是ArrayList或者其他不兼容的版本如ArrayList<java.util.Date>，会有编译错误。 

    当然，你需要足够重视的是：一方面，对于值类型和引用类型，在资源的占用上有相当大的区别；另一方面，装箱和拆箱会带来额外的开销。在使用这一方便特性的同时，请不要忘记了背后隐藏的这些也许会影响性能的因素。 
    1.7. 类型安全的枚举 
    在介绍J2SE(TM) 5.0中引入的类型安全枚举的用法之前，我想先简单介绍一下这一话题的背景。 

    我们知道，在C中，我们可以定义枚举类型来使用别名代替一个集合中的不同元素，通常是用于描述那些可以归为一类，而又具备有限数量的类别或者概念，如月份、颜色、扑克牌、太阳系的行星、五大洲、四大洋、季节、学科、四则运算符，等等。它们通常看上去是这个样子： 
    typedef enum {SPRING, SUMMER, AUTUMN, WINTER} season; 
    实质上，这些别名被处理成int常量，比如0代表SPRING，1代表SUMMER，以此类推。因为这些别名最终就是int，于是你可以对它们进行四则运算，这就造成了语意上的不明确。  

    

原文转自：http://www.ltesting.net