【Java那些年系列-启航篇 04】Java程序架构：深入理解类与对象的设计原则

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【Java那些年系列 04】 Java程序架构：深入理解类与对象的设计原则
01 代码组织
1.1 类（Classes）：Java程序的构建蓝图
1. 类的定义
2. 类的属性
3. 类的方法
4. 构造方法
1.2 方法（Methods）：类的行为体现
1. 实例方法
2. 静态方法
3. 抽象方法
1.3 变量（Variables）：存储数据的容器
1. 实例变量
2. 类变量
3. 局部变量
02 源代码文件
2.1 命名规则：Java程序的命名艺术
1. 标识符命名规则
2. 类命名规则
3. 方法和变量命名规则
4. 常量命名规则
2.2 文件扩展名：Java源代码的文件标识
1. Java源文件
2. 类文件
3. 包文件
2.4 源码映射文件
03 包和访问控制
3.1 包（Packages）：命名空间和模块化
1. 包的定义和作用
2. 包的声明
3. 包的访问控制
3.2 访问控制：保护类和成员
1. 访问修饰符
2. 访问控制的重要性
3.3 组织类：构建程序的基石
1. 类的定义
2. 类的组织
3.4 接口（Interfaces）：定义契约
1. 接口的定义
2. 接口的作用
3. 实现接口

【Java那些年系列 04】 Java程序架构：深入理解类与对象的设计原则

01 代码组织

Java，作为一种面向对象的编程语言，以其强大的类库、跨平台能力和简洁的语法设计而广受欢迎。Java程序的结构基于类和对象的概念，其中类是创建对象的模板，方法是类的行为定义，变量则是状态的表示。为了编写出高效、可维护的Java程序，深入理解类、方法和变量的结构和用法至关重要。

1.1 类（Classes）：Java程序的构建蓝图

1. 类的定义

类是Java程序中的基本构建块，它定义了一组具有相同属性和行为的对象。类的定义始于class关键字，后跟类名和类体。类体中包含了类的属性（变量）和方法（函数）。

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public class MyClass {
    // 属性和方法的声明
}

2. 类的属性

属性是类的状态信息，通常用变量来表示。它们定义了对象的状态，并且可以有不同的访问修饰符来控制其可见性，如public、private、protected或default。

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public class User {
    private String name; // 私有属性，只能在类内部访问
    public int age;     // 公开属性，可以从任何地方访问
}

3. 类的方法

方法是类的行为定义，它们描述了对象可以执行的操作。方法由访问修饰符、返回类型、方法名和参数列表组成。

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public class Calculator {
    public int add(int a, int b) {
        return a   b;
    }
}

4. 构造方法

构造方法是特殊的方法，用于在创建对象时初始化对象的状态。它们的名称与类名相同，并且没有返回类型。

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public class Car {
    private String model;
    private int year;

    public Car(String model, int year) {
        this.model = model;
        this.year = year;
    }
}

1.2 方法（Methods）：类的行为体现

1. 实例方法

实例方法是定义在类中，与对象实例相关联的方法。它们可以访问类的属性和其他实例方法。

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public class Person {
    private String firstName;
    private String lastName;

    public void introduce() {
        System.out.println("Hello, my name is "   firstName   " "   lastName);
    }
}

2. 静态方法

静态方法是属于类的，而不是类的某个实例。它们可以在没有创建类实例的情况下调用。

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public class MathUtils {
    public static int max(int a, int b) {
        return (a > b) ? a : b;
    }
}

3. 抽象方法

抽象方法是没有具体实现的方法，它只有声明而没有方法体。抽象方法通常在抽象类中定义，并要求子类实现。

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public abstract class Shape {
    public abstract double getArea();
}

1.3 变量（Variables）：存储数据的容器

1. 实例变量

实例变量是定义在类中，属于对象的状态信息。每个对象都有自己的一套实例变量副本。

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public class Account {
    private double balance;

    public void deposit(double amount) {
        balance  = amount;
    }
}

2. 类变量

类变量也称为静态变量，它们属于类本身，而不是类的某个实例。类变量在所有对象之间共享。

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public class Counter {
    private static int count = 0;

    public Counter() {
        count  ;
    }

    public static int getCount() {
        return count;
    }
}

3. 局部变量

局部变量是在方法内部定义的变量，它们只在方法被调用的执行过程中存在。

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public int multiply(int a, int b) {
    int result = a * b;
    return result;
}

02 源代码文件

Java作为一种广泛使用的编程语言，其程序结构的规范性对于代码的可读性、可维护性和跨平台兼容性至关重要。命名规则和文件扩展名是Java程序结构中的基础元素，它们确保了代码的组织性和一致性。

2.1 命名规则：Java程序的命名艺术

1. 标识符命名规则

在Java中，标识符是用于命名类、方法、变量等程序元素的名称。Java的标识符命名规则如下：

标识符由字母、数字、下划线（_）或美元符号（$）组成，但不能以数字开头。
标识符是区分大小写的，即myVariable和myvariable是两个不同的标识符。
保留字（如public、private、class等）不能用作标识符。

2. 类命名规则

类名应该清晰、简洁，并能够反映类的作用或特性。以下是一些类命名的最佳实践：

使用名词或名词短语。
每个单词的首字母大写，即大驼峰命名法（CamelCase），例如MyClass。
避免使用下划线和美元符号，除非有特殊原因。

3. 方法和变量命名规则

方法和变量的命名应该直观、有意义，以便于理解其功能和用途。以下是一些命名的最佳实践：

方法名通常使用动词或动词短语，表示执行的操作，例如calculateSum。
变量名应该描述其所存储的数据，例如employeeList表示一个员工列表。
同样使用小驼峰命名法（lowerCamelCase），例如userName。

4. 常量命名规则

常量是程序中固定不变的值，它们的命名规则如下：

全部字母大写，单词之间使用下划线分隔，例如MAX_VALUE。
避免使用缩写，除非是广泛认可的缩写，例如PI。

2.2 文件扩展名：Java源代码的文件标识

1. Java源文件

Java源代码文件的扩展名是.java。每个源文件通常包含一个公共类的定义，并且文件名应与公共类名相同。例如，包含MyClass的文件应命名为MyClass.java。

2. 类文件

编译Java源代码后，会产生.class扩展名的字节码文件。这些文件包含了编译后的Java代码，可以由Java虚拟机（JVM）执行。

3. 包文件

Java的包文件通常具有.jar（Java Archive）扩展名，它们是包含了多个类文件和其他资源的压缩文件。.jar文件可以作为单个实体被部署和运行，便于程序的分发和安装。

2.4 源码映射文件

在进行代码混淆或优化时，可能会生成.map或.smap等源码映射文件，这些文件用于映射混淆后的代码到原始源代码，便于调试。

03 包和访问控制

Java程序结构的设计是软件开发中的关键环节，它直接影响到代码的可读性、可维护性和扩展性。Java通过包（Packages）、访问控制、类和接口的组织来提供强大的结构化编程能力。本文将详细探讨这些概念，帮助开发者构建清晰、高效的Java程序。

3.1 包（Packages）：命名空间和模块化

1. 包的定义和作用

包是Java中用于组织类和接口的命名空间。它们提供了一种将类分组的方法，避免了名称冲突，并提供了访问控制。包名通常反映了类的功能和位置，使用反向互联网域名的方式来确保唯一性。

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package com.example.myapp;

2. 包的声明

在Java源文件中，包的声明是文件的第一行，使用package关键字后跟包名。

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package com.company.project;

public class MyClass {
    // ...
}

3. 包的访问控制

包可以具有不同的访问级别，如公开（public）或私有（private）。默认情况下，如果包没有指定访问级别，则为默认包，其访问级别为包私有。

3.2 访问控制：保护类和成员

1. 访问修饰符

Java提供了四种访问修饰符来控制类、方法和变量的访问级别：

public：公开访问级别，可以被任何其他类访问。
protected：受保护的访问级别，可以被同一个包内的类和子类访问。
default（无修饰符）：默认访问级别，只能被同一个包内的类访问。
private：私有访问级别，只能被声明它的类访问。

2. 访问控制的重要性

访问控制是封装原则的一部分，它帮助隐藏类的内部实现细节，只暴露必要的接口。这提高了代码的安全性和灵活性。

3.3 组织类：构建程序的基石

1. 类的定义

类是Java中定义对象的蓝图。它包含了字段（变量）和方法（函数），以及构造函数用于初始化对象。

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public class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

2. 类的组织

类应该根据其功能和职责进行组织。相关功能的类可以放在同一个包中，以便于管理和维护。

3.4 接口（Interfaces）：定义契约

1. 接口的定义

接口在Java中是一种完全抽象的类，它只包含未实现的方法声明。接口定义了类必须实现的方法，但不提供实现。

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public interface Drivable {
    void drive();
}

2. 接口的作用

接口用于定义类之间的契约。它们允许多个不相关的类共享相同的方法签名，而不需要共享实现代码。

3. 实现接口

类可以使用implements关键字来实现一个或多个接口，并且必须提供所有接口方法的具体实现。

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public class Car implements Drivable {
    public void drive() {
        System.out.println("Car is driving on the road.");
    }
}

对象架构设计 java 程序

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