第47条:了解和使用类库

java类库就是由一堆java类打包在一起组成的库,封装一些类方便你使用,比如Map,List这种。

类库(Class Library)是一个综合性的面向对象的可重用类型集合,这些类型包括:接口、抽象类和具体类。类库可以解决一系列常见编程任务(包括诸如字符串管理、数据收集、数据库连接以及文件访问等任务),还可以解决多种专用开发任务(控制台应用程序、桌面应用程序、WEB应用程序等)。

假设你希望产生位于0和某个上界之间的随机整数。面对这个常见的任务,•许多程序员会编写出如下所示的方法:

这个方法看起来可能不错,但是却有三个缺点。第一个缺点是,如果n是一个比较小的2的乘方,经过一段相当短的周期之后,它产生的随机数序列将会重复。第二个缺点是,如果n不是2的乘方,那么平均起来,有些数会比其他的数出现得更为频繁。如果n比较大,这个缺 点就会非常明显。这可以通过下面的程序直观地体现出来,它会产生一百万个经过细心指定的范围内的随机数,并打印出有多少个数字落在随机数取值范围的前半部分:

如果random方法工作正常的话,这个程序打印出来的数将接近于一百万的一半,但是如 果真正运行这个程序,就会发现它打印出来的数接近于666 666。由random方法产生的数字有 2/3落在随机数取值范围的前半部分。

random方法的第三个缺点是,在极少数情况下,它的失败是灾难性的,返回一个落在指 定范围之外的数。之所以如此,是因为这个方法试图通过调用Math.abs,将rnd.nextlnt()返回的值映射为一个非负整数int。如果nextlnt()返回Integer.MIN_VALUE,那么Math.abs也会返 回Integer.MIN_VALUE,假设n不是2的乘方,那么取模操作符(%)将返回一个负数。这几 乎肯定会使程序失败,而且这失败很难重现。

为了编写能修正这三个缺点的random方法,有必要了解关于伪随机数生成器、数论和2的求补算法的相关知识。幸运的是,你并不需要自己来做这些工作——已经有现成的成果可以为 你所用。它被称为Random.nextlnt(int),自Java1.2发行版本以来,它已经成了Java平台的一部分。

你无需关心nextlnt(int)的实现细节(如果你有强烈的好奇心,可以研究它的文档或者源代码)。具有算法背景的高级工程师已经花了大量的时间来设计、实现和测试这个方法,然后经过这个领域中的专家的审査,以确保它的正确性。然后,标准类库经过了Beta测试、发行和近十年的成千上万程序员的广泛使用。在这个方法中还没有发现过缺陷,但是,如果将来发现有缺陷,在下一个发行版本中就会修正这些缺陷。通过使用标准类库,可以充分利用这些 编写标准类库的专家的知识,以及在你之前的其他人的使用经验。

使用标准类库的第二个好处是,不必浪费时间为那些与工作不太相关的问题提供特别的解决方案。就像大多数程序员一样,应该把时间花在应用程序上,而不是底层的细节上。

使用标准类库的第三个好处是,它们的性能往往会随着时间的推移而不断提髙,无需你做任何努力。因为许多人在使用它们,被当作工业标准在使用,所以,提供这些标准类库的组 织有强烈的动机要使它们运行得更快。这些年来,许多Java平台类库已经被重新编写了,有时候是重复编写,从而导致性能上有了显著的提髙。

标准类库也会随着时间的推移而增加新的功能。如果类库中漏掉了某些功能,开发者社区(developer community)就会把这些缺点告示出来,漏掉的功能就会添加到后续的发行版本中。Java平台类库始终是在这个社区的推动下不断发展的。

使用标准类库的最后一个好处是,可以使自己的代码融入主流。这样的代码更易读、更易维护、更易被大多数的开发人员重用。

既然有那么多的优点,使用标准类库机制而不选择专门的实现,这显然是符合逻辑的,然而还是有相当一部分的程序员没有这样做。为什么呢?可能他们并不知道有这些类库机制的存在。在每个重要的发行版本中,都会有许多新的特性被加入到类库中,所以与这些新特性保持同步是值得的。每次Java平台有重要的发行时,Sun公司都会发布一个网页,说明新的特性。这些网页值得好好读一读。这些标准类库太庞大了,以至于不可能去学习所有的文档,但是每个程序员都应该熟悉java.lang,java.util,某种程度上还有java.io中的内容。关于其他类库的知识可以根据需要随时学习。

本条目不可能总结类库中所有的便利工具,但是有两种工具值得特别--提。在1.2发行版本中,Collections Framework(集合框架)被加入到了java.util包中。它应该成为每个程序 员基本工具箱中的一部分。Collections Framework是一个统一的体系结构,用来表示和操作集合,允许它们对集合进行独立于表示细节的操作。它减轻了编程的负担,同时还提升了性能。它考虑到不相关的API之间的互操作性,减少了为设计和学习新的API所要付出的努力,并且鼓励软件重用。如果想要了解更多这方面的细节,请参见Sun公司网站上的文章[Collections],或者阅读有关的教程。

1.5发行版本中,在java.util.concurrent包中增加了一组并发实用工具。这个包既包含高级的并发工具来简化多线程的编程任务,还包含低级别的并发基本类型,允许专家们自己编写更髙级的并发抽象。java.util.concurrent的髙级部分,也应该是每个程序员基本工具箱中的—部分(见第68条和第69条)。

在有些情况下,一个类库工具并不能满足你的需要。你的需求越是特殊,这种情形就越有可能发生。虽然你的第一个念头应该是使用标准类库,但是,如果你在观察了它们在某些领域所提供的功能之后,确定它不能满足需要,你就得使用其他的实现。任何一组类库所提供的功能总是难免会有遗漏。如果你所需要的功能不存在,那么,就只能自己实现这些功能, 别无选择。

总而言之,不要重新发明轮子。如果你要做的事情看起来是十分常见的,有可能类库中已经有某个类完成了这样的工作。如果确实是这样,就使用现成的,如果还不清楚是否存在这样的类,就去査一査。一般而言,类库的代码可能比你自己编写的代码更好一些,并且会随着时间的推移而不断改进。这并不是在影射你作为一个程序员的能力。从经济角度的分析表明:类库代码受到的关注远远超过大多数普通程序员在同样的功能上所能够给予的投入。

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