java快速学习速查（5）

这个部分包含了Java面向对象部分的全部数据类型，继承，重载，多态，抽象类，封装，接口，枚举，包，反射

接下来是详解部分：

Java 继承全面解析

继承是面向对象编程的三大特性之一（封装、继承、多态），下面我将系统地讲解 Java 继承的各种功能和使用场景。

一、继承基础

1. 基本语法

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class Animal {
    private String name;
    
    public Animal(String name) {
        this.name = name;
    }
    
    public void eat() {
        System.out.println(name + "正在吃东西");
    }
}

class Dog extends Animal {
    private String breed;
    
    public Dog(String name, String breed) {
        super(name);  // 调用父类构造方法
        this.breed = breed;
    }
    
    public void bark() {
        System.out.println("汪汪叫");
    }
    
    // 方法重写
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println(getName() + "(" + breed + ")正在啃骨头");
    }
    
    public String getBreed() {
        return breed;
    }
}

2. 继承的特点

  1. 子类拥有父类非 private 的属性和方法
  2. 子类可以添加自己的属性和方法
  3. 子类可以重写父类的方法
  4. Java 是单继承，一个类只能直接继承一个父类
  5. 构造方法不能被继承，但可以通过 super 调用

二、方法重写(Override)

1. 重写规则

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class Shape {
    public void draw() {
        System.out.println("绘制形状");
    }
    
    public double getArea() {
        return 0.0;
    }
}

class Circle extends Shape {
    private double radius;
    
    public Circle(double radius) {
        this.radius = radius;
    }
    
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("绘制圆形，半径: " + radius);
    }
    
    @Override
    public double getArea() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }
}

重写规则：

  1. 方法名和参数列表必须相同
  2. 返回类型可以相同或是父类返回类型的子类
  3. 访问修饰符不能比父类更严格
  4. 不能抛出比父类更宽泛的异常

2. @Override 注解

  • 不是必须的，但建议使用
  • 帮助编译器检查是否满足重写条件
  • 提高代码可读性

三、super 关键字

1. 使用场景

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class Vehicle {
    protected String brand;
    
    public Vehicle(String brand) {
        this.brand = brand;
    }
    
    public void start() {
        System.out.println("车辆启动");
    }
}

class Car extends Vehicle {
    private int year;
    
    public Car(String brand, int year) {
        super(brand);  // 调用父类构造方法
        this.year = year;
    }
    
    @Override
    public void start() {
        super.start();  // 调用父类方法
        System.out.println(year + "年款" + brand + "汽车启动");
    }
    
    public void showInfo() {
        System.out.println("品牌: " + super.brand + ", 年份: " + year);
    }
}

四、继承中的构造方法

1. 构造方法调用顺序

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class GrandParent {
    public GrandParent() {
        System.out.println("GrandParent构造方法");
    }
}

class Parent extends GrandParent {
    public Parent() {
        System.out.println("Parent构造方法");
    }
}

class Child extends Parent {
    public Child() {
        System.out.println("Child构造方法");
    }
}

// 测试
public class ConstructorTest {
    public static void main(String[] args) {
        new Child();
    }
}
/*
输出:
GrandParent构造方法
Parent构造方法
Child构造方法
*/

2. super() 使用规则

  1. 必须出现在子类构造方法的第一行
  2. 如果没有显式调用 super()，编译器会自动添加无参 super()
  3. 如果父类没有无参构造方法，子类必须显式调用 super(参数)

五、final 关键字

1. final 用法

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final class CannotInherit {  // 不能被继承
    final int MAX_VALUE = 100;  // 常量
    
    final void cannotOverride() {  // 不能被子类重写
        System.out.println("这是最终方法");
    }
}

// class TryExtend extends CannotInherit {}  // 编译错误

六、Object 类

1. 常用方法

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class Person {
    private String name;
    private int age;
    
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj) return true;
        if (obj == null || getClass() != obj.getClass()) return false;
        Person person = (Person) obj;
        return age == person.age && name.equals(person.name);
    }
    
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }
    
    @Override
    public String toString() {
        return "Person{name='" + name + "', age=" + age + "}";
    }
}

七、抽象类与继承

1. 抽象类示例

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abstract class Animal {
    protected String name;
    
    public Animal(String name) {
        this.name = name;
    }
    
    public abstract void makeSound();
    
    public void sleep() {
        System.out.println(name + "正在睡觉");
    }
}

class Cat extends Animal {
    public Cat(String name) {
        super(name);
    }
    
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println(name + "说: 喵喵~");
    }
}

八、继承与多态

1. 多态示例

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class Employee {
    protected String name;
    protected double salary;
    
    public Employee(String name, double salary) {
        this.name = name;
        this.salary = salary;
    }
    
    public double calculateBonus() {
        return salary * 0.1;
    }
}

class Manager extends Employee {
    private double bonus;
    
    public Manager(String name, double salary, double bonus) {
        super(name, salary);
        this.bonus = bonus;
    }
    
    @Override
    public double calculateBonus() {
        return salary * 0.15 + bonus;
    }
    
    public void manageTeam() {
        System.out.println(name + "正在管理团队");
    }
}

public class PolymorphismDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Employee emp1 = new Employee("张三", 5000);
        Employee emp2 = new Manager("李四", 8000, 2000);
        
        System.out.println("张三的奖金: " + emp1.calculateBonus());
        System.out.println("李四的奖金: " + emp2.calculateBonus());
        
        // emp2.manageTeam();  // 编译错误，Employee类型没有manageTeam方法
        
        if (emp2 instanceof Manager) {
            Manager manager = (Manager) emp2;
            manager.manageTeam();
        }
    }
}

九、继承最佳实践

1. 设计原则

  1. 里氏替换原则：子类应该能够替换父类而不影响程序正确性
  2. 优先使用组合而非继承：除非确实是”is-a”关系，否则考虑使用组合
  3. 避免过深的继承层次：通常不超过3层
  4. 将通用方法放在高层类：提高代码复用性
  5. 使用抽象类定义接口：为子类提供通用实现

2. 示例：图形类继承体系

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abstract class Shape {
    protected String color;
    
    public Shape(String color) {
        this.color = color;
    }
    
    public abstract double getArea();
    public abstract double getPerimeter();
    
    @Override
    public String toString() {
        return "Shape[color=" + color + "]";
    }
}

class Circle extends Shape {
    private double radius;
    
    public Circle(String color, double radius) {
        super(color);
        this.radius = radius;
    }
    
    @Override
    public double getArea() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }
    
    @Override
    public double getPerimeter() {
        return 2 * Math.PI * radius;
    }
    
    @Override
    public String toString() {
        return "Circle[" + super.toString() + ",radius=" + radius + "]";
    }
}

class Rectangle extends Shape {
    private double length;
    private double width;
    
    public Rectangle(String color, double length, double width) {
        super(color);
        this.length = length;
        this.width = width;
    }
    
    @Override
    public double getArea() {
        return length * width;
    }
    
    @Override
    public double getPerimeter() {
        return 2 * (length + width);
    }
    
    @Override
    public String toString() {
        return "Rectangle[" + super.toString() + 
               ",length=" + length + ",width=" + width + "]";
    }
}

public class ShapeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Shape[] shapes = {
            new Circle("Red", 5.0),
            new Rectangle("Blue", 4.0, 6.0)
        };
        
        for (Shape shape : shapes) {
            System.out.println(shape);
            System.out.println("Area: " + shape.getArea());
            System.out.println("Perimeter: " + shape.getPerimeter());
            System.out.println();
        }
    }
}

十、常见面试问题

  1. 继承和接口的区别？

    • 继承：is-a关系，单继承，可以包含实现
    • 接口：can-do关系，多实现，只有抽象方法(Java 8前)

  2. 什么时候用继承？

    • 当两个类之间有明显的is-a关系时
    • 需要复用父类代码时
    • 需要实现多态时

  3. 为什么Java不支持多继承？

    • 避免”钻石问题”（菱形继承问题）
    • 简化语言设计，减少复杂性

  4. 构造方法能否被重写？

    • 不能，构造方法不是成员方法
    • 子类构造方法必须调用父类构造方法

  5. 如何防止类被继承？

    • 使用final修饰类
    • 将构造方法设为private，并提供静态工厂方法

Java 重写(Override)与重载(Overload)全面解析

下面我将系统地讲解 Java 中方法重写和方法重载的核心概念、使用场景和实际应用。

一、方法重写(Override)深度解析

1. 重写基础示例

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class Animal {
    public void makeSound() {
        System.out.println("动物发出声音");
    }
    
    protected String getInfo() {
        return "动物基本信息";
    }
}

class Cat extends Animal {
    // 正确重写 - 相同方法签名
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("喵喵叫");
    }
    
    // 正确重写 - 返回类型是父类返回类型的子类
    @Override
    public String getInfo() {
        return "猫的信息: " + super.getInfo();
    }
    
    // 编译错误 - 不能缩小访问权限
    // @Override
    // void makeSound() { ... }
}

public class OverrideDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Animal myCat = new Cat();
        myCat.makeSound();  // 输出"喵喵叫"
        System.out.println(myCat.getInfo());
    }
}

2. 重写规则详解

  1. 方法签名必须相同：方法名、参数列表完全一致
  2. 返回类型协变：Java 5+ 允许子类方法返回父类方法返回类型的子类
  3. 访问修饰符不能更严格：可以更宽松但不能更严格
  4. 异常限制：
    • 不能抛出新的检查异常
    • 不能抛出比父类更宽泛的检查异常
    • 可以抛出更具体的检查异常或不抛出异常
    • 可以抛出任何非检查异常
  5. 不能重写 final/static/private 方法

3. @Override 注解的重要性

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class Parent {
    public void show(String msg) {
        System.out.println("Parent: " + msg);
    }
}

class Child extends Parent {
    // 本意是重写，但拼写错误导致成为新方法
    @Override  // 加上这个注解会立即发现错误
    public void sho(String msg) {
        System.out.println("Child: " + msg);
    }
}

二、方法重载(Overload)深度解析

1. 重载基础示例

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class Calculator {
    // 方法1
    public int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
    
    // 重载方法2 - 参数个数不同
    public int add(int a, int b, int c) {
        return a + b + c;
    }
    
    // 重载方法3 - 参数类型不同
    public double add(double a, double b) {
        return a + b;
    }
    
    // 重载方法4 - 参数顺序不同
    public String add(String s, int n) {
        return s + n;
    }
    
    public String add(int n, String s) {
        return n + s;
    }
    
    // 不是重载 - 仅返回类型不同会导致编译错误
    // public double add(int a, int b) { return a + b; }
}

public class OverloadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Calculator calc = new Calculator();
        System.out.println(calc.add(5, 3));        // 调用方法1
        System.out.println(calc.add(5, 3, 2));     // 调用方法2
        System.out.println(calc.add(2.5, 3.7));    // 调用方法3
        System.out.println(calc.add("ID", 100));   // 调用方法4
        System.out.println(calc.add(100, "ID"));   // 调用方法5
    }
}

2. 重载规则详解

  1. 必须改变参数列表：
    • 参数数量不同
    • 参数类型不同
    • 参数顺序不同
  2. 可以改变的内容：
    • 返回类型
    • 访问修饰符
    • 抛出异常
  3. 不能仅靠返回类型区分重载
  4. 自动类型转换影响重载解析

3. 重载解析过程

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class OverloadResolution {
    public void process(int i) {
        System.out.println("处理整数: " + i);
    }
    
    public void process(double d) {
        System.out.println("处理浮点数: " + d);
    }
    
    public void process(String s) {
        System.out.println("处理字符串: " + s);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        OverloadResolution resolver = new OverloadResolution();
        resolver.process(10);     // 调用process(int)
        resolver.process(10.0);   // 调用process(double)
        resolver.process("10");   // 调用process(String)
        resolver.process('A');    // 调用process(int) - char自动转为int
        resolver.process(10L);    // 调用process(double) - long转为double
    }
}

三、重写与重载对比

1. 核心区别对照表

特性 方法重写(Override) 方法重载(Overload)
发生位置 子类与父类之间 同一个类或父子类之间
方法签名 必须相同 必须不同
返回类型 相同或子类(协变返回) 可以不同
访问修饰符 不能比父类更严格 可以不同
异常抛出 不能更宽泛 可以不同
调用机制 运行时根据对象类型决定 编译时根据参数类型决定
多态性体现 子类替换父类行为 同一方法名处理不同类型参数

2. 典型场景示例

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class OverrideVsOverload {
    static class Base {
        // 可重载方法
        public void execute(int num) {
            System.out.println("Base execute with int: " + num);
        }
        
        // 可重写方法
        public void show() {
            System.out.println("Base show");
        }
    }
    
    static class Derived extends Base {
        // 重载父类方法
        public void execute(String str) {
            System.out.println("Derived execute with String: " + str);
        }
        
        // 重写父类方法
        @Override
        public void show() {
            System.out.println("Derived show");
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Base obj = new Derived();
        
        // 重载方法调用 - 编译时决定
        // obj.execute("test"); // 编译错误，Base没有execute(String)
        ((Derived)obj).execute("test"); // 需要向下转型
        
        // 重写方法调用 - 运行时决定
        obj.show(); // 输出"Derived show"
    }
}

四、高级话题与应用场景

1. 构造方法的重载

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class Person {
    private String name;
    private int age;
    
    // 构造方法重载
    public Person() {
        this("无名氏", 18); // 调用另一个构造方法
    }
    
    public Person(String name) {
        this(name, 18);
    }
    
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    
    // 方法重载
    public void introduce() {
        System.out.println("我是" + name + "，今年" + age + "岁");
    }
    
    public void introduce(String greeting) {
        System.out.println(greeting + "，我是" + name);
    }
}

public class ConstructorOverload {
    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person();
        Person p2 = new Person("张三");
        Person p3 = new Person("李四", 25);
        
        p1.introduce();
        p2.introduce("你好");
    }
}

2. 重写 equals 和 hashCode

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class Student {
    private String id;
    private String name;
    
    public Student(String id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }
    
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        // 1. 检查是否同一对象
        if (this == o) return true;
        // 2. 检查是否为null或类不同
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        // 3. 类型转换
        Student student = (Student) o;
        // 4. 比较关键字段
        return id.equals(student.id) && name.equals(student.name);
    }
    
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(id, name);
    }
    
    @Override
    public String toString() {
        return "Student{id='" + id + "', name='" + name + "'}";
    }
}

public class ObjectMethodOverride {
    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student("1001", "张三");
        Student s2 = new Student("1001", "张三");
        Student s3 = new Student("1002", "李四");
        
        System.out.println("s1.equals(s2): " + s1.equals(s2)); // true
        System.out.println("s1.equals(s3): " + s1.equals(s3)); // false
        System.out.println("s1 hashCode: " + s1.hashCode());
        System.out.println("s2 hashCode: " + s2.hashCode());
        System.out.println("s1 toString: " + s1);
    }
}

3. 桥接方法与重写

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interface Processor<T> {
    void process(T t);
}

class StringProcessor implements Processor<String> {
    // 编译器会生成桥接方法 void process(Object)
    @Override
    public void process(String s) {
        System.out.println("处理字符串: " + s);
    }
}

public class BridgeMethod {
    public static void main(String[] args) {
        Processor<String> processor = new StringProcessor();
        processor.process("测试"); // 实际调用process(String)
        
        // 通过反射查看方法
        for (Method method : StringProcessor.class.getMethods()) {
            if (method.getName().equals("process")) {
                System.out.println(method + " is bridge: " + method.isBridge());
            }
        }
    }
}

五、常见问题与最佳实践

1. 常见陷阱

  1. 意外重载而非重写：

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    class Parent {
        void doSomething(List<String> list) {}
    }

    class Child extends Parent {
        // 实际是重载而不是重写
        void doSomething(ArrayList<String> list) {}
    }

  2. **静态方法”重写”**：

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    class Parent {
        static void staticMethod() {
            System.out.println("Parent static");
        }
    }

    class Child extends Parent {
        // 这是隐藏(hiding)而不是重写
        static void staticMethod() {
            System.out.println("Child static");
        }
    }

2. 最佳实践

  1. 总是使用 @Override 注解：避免意外重载而非重写
  2. 保持重写方法行为一致：遵守里氏替换原则
  3. 谨慎重载可变参数方法：容易导致混淆
  4. 避免过度重载：考虑使用不同方法名提高可读性
  5. 文档化重写方法：说明与父类方法的差异

Java 面向对象核心特性全面解析（多态、抽象类、封装和接口这四大面向对象特性）

下面我将依次详细讲解Java面向对象编程的四大核心特性：多态、抽象类、封装和接口。

一、多态(Polymorphism)

1. 多态基础

多态是指同一操作作用于不同对象时，可以有不同的解释和执行结果。

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class Animal {
    public void makeSound() {
        System.out.println("动物发出声音");
    }
}

class Dog extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("汪汪叫");
    }
    
    public void fetch() {
        System.out.println("叼回飞盘");
    }
}

class Cat extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("喵喵叫");
    }
    
    public void scratch() {
        System.out.println("挠沙发");
    }
}

public class PolymorphismDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 编译时类型为Animal，运行时类型为具体子类
        Animal myPet1 = new Dog();
        Animal myPet2 = new Cat();
        
        myPet1.makeSound();  // 输出"汪汪叫"
        myPet2.makeSound();  // 输出"喵喵叫"
        
        // myPet1.fetch();  // 编译错误，Animal类没有fetch方法
        
        if (myPet1 instanceof Dog) {
            ((Dog)myPet1).fetch();  // 向下转型后调用子类特有方法
        }
    }
    
    // 多态方法参数
    public static void animalSound(Animal animal) {
        animal.makeSound();  // 根据实际对象类型调用相应方法
    }
}

2. 多态实现形式

  1. **方法重写(Override)**：子类重写父类方法
  2. **方法重载(Overload)**：同名不同参
  3. 接口实现：不同类实现同一接口
  4. 抽象类和抽象方法：提供统一接口，具体实现由子类完成

3. 多态的优势

  1. 可替换性：子类对象可以替换父类对象
  2. 可扩展性：新增子类不影响已有代码
  3. 灵活性：同一方法不同表现
  4. 简化性：统一接口处理不同对象

二、抽象类(Abstract Class)

1. 抽象类基础

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// 抽象类
abstract class Shape {
    protected String color;
    
    public Shape(String color) {
        this.color = color;
    }
    
    // 抽象方法 - 无实现体
    public abstract double getArea();
    
    // 具体方法
    public String getColor() {
        return color;
    }
    
    // 可以包含静态方法
    public static void printShapeInfo(Shape shape) {
        System.out.println("颜色: " + shape.color);
        System.out.println("面积: " + shape.getArea());
    }
}

class Circle extends Shape {
    private double radius;
    
    public Circle(String color, double radius) {
        super(color);
        this.radius = radius;
    }
    
    @Override
    public double getArea() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }
}

class Rectangle extends Shape {
    private double length;
    private double width;
    
    public Rectangle(String color, double length, double width) {
        super(color);
        this.length = length;
        this.width = width;
    }
    
    @Override
    public double getArea() {
        return length * width;
    }
}

public class AbstractClassDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Shape circle = new Circle("红色", 5.0);
        Shape rectangle = new Rectangle("蓝色", 4.0, 6.0);
        
        Shape.printShapeInfo(circle);
        Shape.printShapeInfo(rectangle);
        
        // Shape shape = new Shape("绿色");  // 编译错误，抽象类不能实例化
    }
}

2. 抽象类特点

  1. 不能被实例化：只能被继承
  2. 可以包含抽象方法：没有实现的方法，必须被子类实现
  3. 可以包含具体方法：有实现的方法，子类可以直接使用或重写
  4. 可以包含成员变量：可以是各种访问修饰符
  5. 构造方法：虽然不能实例化，但可以有构造方法供子类调用

3. 抽象类应用场景

  1. 定义通用接口：为相关类提供统一的操作规范
  2. 部分实现：提供部分通用实现，子类完成剩余部分
  3. 模板方法模式：定义算法骨架，具体步骤由子类实现

三、封装(Encapsulation)

1. 封装基础实现

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class BankAccount {
    // 私有字段 - 数据隐藏
    private String accountNumber;
    private double balance;
    private String owner;
    
    // 构造方法
    public BankAccount(String accountNumber, String owner, double initialBalance) {
        this.accountNumber = accountNumber;
        this.owner = owner;
        this.balance = initialBalance;
    }
    
    // 公共方法 - 控制访问
    public void deposit(double amount) {
        if (amount > 0) {
            balance += amount;
            System.out.println("存款成功，当前余额: " + balance);
        } else {
            System.out.println("存款金额必须大于0");
        }
    }
    
    public void withdraw(double amount) {
        if (amount > 0 && amount <= balance) {
            balance -= amount;
            System.out.println("取款成功，当前余额: " + balance);
        } else {
            System.out.println("取款失败，金额无效或余额不足");
        }
    }
    
    // Getter方法 - 受控访问私有字段
    public double getBalance() {
        return balance;
    }
    
    public String getAccountNumber() {
        return accountNumber;
    }
    
    public String getOwner() {
        return owner;
    }
    
    // Setter方法 - 受控修改私有字段
    public void setOwner(String owner) {
        if (owner != null && !owner.trim().isEmpty()) {
            this.owner = owner;
        }
    }
    
    // 不提供setBalance方法，防止随意修改余额
}

public class EncapsulationDemo {
    public static void main(String[] args) {
        BankAccount account = new BankAccount("123456789", "张三", 1000);
        
        account.deposit(500);  // 存款成功，当前余额: 1500.0
        account.withdraw(200); // 取款成功，当前余额: 1300.0
        account.withdraw(2000); // 取款失败，金额无效或余额不足
        
        System.out.println("账户余额: " + account.getBalance());
        // account.balance = 10000;  // 编译错误，balance是私有的
    }
}

2. 封装原则

  1. 最小访问原则：使用最严格的访问修饰符
  2. 数据隐藏：字段通常设为private
  3. 受控访问：通过public方法暴露必要操作
  4. 不变性保护：对不应修改的字段不提供setter

3. 封装优势

  1. 安全性：防止外部直接访问内部数据
  2. 灵活性：可以修改内部实现而不影响外部代码
  3. 可维护性：易于修改和扩展
  4. 数据验证：可以在方法中添加业务规则验证

四、接口(Interface)

1. 接口基础

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// 基本接口
interface Switchable {
    // 常量 (默认 public static final)
    int MAX_BRIGHTNESS = 100;
    
    // 抽象方法 (默认 public abstract)
    void turnOn();
    void turnOff();
    
    // Java 8+ 默认方法
    default void adjustBrightness(int level) {
        System.out.println("调整亮度至: " + Math.min(level, MAX_BRIGHTNESS));
    }
    
    // Java 8+ 静态方法
    static void printMaxBrightness() {
        System.out.println("最大亮度: " + MAX_BRIGHTNESS);
    }
}

// 接口继承
interface SmartDevice extends Switchable {
    void connectToWifi(String ssid);
    void runApp(String appName);
}

// 类实现接口
class LightBulb implements Switchable {
    @Override
    public void turnOn() {
        System.out.println("灯泡亮起");
    }
    
    @Override
    public void turnOff() {
        System.out.println("灯泡熄灭");
    }
}

class SmartTV implements SmartDevice {
    @Override
    public void turnOn() {
        System.out.println("智能电视开机");
    }
    
    @Override
    public void turnOff() {
        System.out.println("智能电视关机");
    }
    
    @Override
    public void connectToWifi(String ssid) {
        System.out.println("连接到WiFi: " + ssid);
    }
    
    @Override
    public void runApp(String appName) {
        System.out.println("运行应用: " + appName);
    }
    
    // 覆盖默认方法
    @Override
    public void adjustBrightness(int level) {
        System.out.println("智能电视亮度调节至: " + level);
    }
}

public class InterfaceDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Switchable bulb = new LightBulb();
        bulb.turnOn();
        bulb.adjustBrightness(80);  // 使用默认方法
        bulb.turnOff();
        
        SmartTV tv = new SmartTV();
        tv.turnOn();
        tv.connectToWifi("HomeWiFi");
        tv.runApp("Netflix");
        tv.adjustBrightness(60);    // 使用重写的默认方法
        tv.turnOff();
        
        Switchable.printMaxBrightness();  // 调用接口静态方法
    }
}

2. 接口特性

  1. 多继承：一个类可以实现多个接口
  2. 默认方法：Java 8+ 允许接口包含具体实现的方法
  3. 静态方法：Java 8+ 允许接口包含静态方法
  4. 私有方法：Java 9+ 允许接口包含私有方法
  5. 常量定义：接口中定义的变量默认是public static final

3. 接口与抽象类对比

特性 接口(Interface) 抽象类(Abstract Class)
实例化 不能 不能
方法实现 Java 8+ 可以有默认方法 可以有具体方法
字段 只能是常量(public static final) 可以是普通成员变量
构造方法 没有 有
多继承 一个类可实现多个接口 一个类只能继承一个抽象类
访问修饰符 方法默认public 方法可以有各种访问修饰符
设计目的 定义行为规范 提供通用实现和规范

五、四大特性综合应用

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// 封装 - 隐藏实现细节
abstract class Vehicle {
    private String model;  // 私有字段
    
    protected Vehicle(String model) {
        this.model = model;
    }
    
    // Getter方法控制访问
    public String getModel() {
        return model;
    }
    
    // 抽象方法 - 多态基础
    public abstract void start();
    public abstract void stop();
    
    // 具体方法
    public void displayInfo() {
        System.out.println("车型: " + model);
    }
}

// 接口定义额外能力
interface Electric {
    void charge();
    int getBatteryLevel();
}

// 具体类实现多态
class ElectricCar extends Vehicle implements Electric {
    private int batteryLevel;
    
    public ElectricCar(String model) {
        super(model);
        this.batteryLevel = 100;
    }
    
    @Override
    public void start() {
        System.out.println(getModel() + "电动车静音启动");
    }
    
    @Override
    public void stop() {
        System.out.println(getModel() + "电动车再生制动停止");
    }
    
    @Override
    public void charge() {
        batteryLevel = 100;
        System.out.println(getModel() + "已充满电");
    }
    
    @Override
    public int getBatteryLevel() {
        return batteryLevel;
    }
    
    // 特有方法
    public void autoPilot() {
        System.out.println(getModel() + "自动驾驶模式激活");
    }
}

public class OOPIntegration {
    public static void main(String[] args) {
        Vehicle[] vehicles = {
            new ElectricCar("Tesla Model S"),
            // 可以添加其他Vehicle子类
        };
        
        for (Vehicle vehicle : vehicles) {
            vehicle.displayInfo();
            vehicle.start();
            
            if (vehicle instanceof Electric) {
                Electric electric = (Electric) vehicle;
                System.out.println("电量: " + electric.getBatteryLevel() + "%");
                electric.charge();
            }
            
            if (vehicle instanceof ElectricCar) {
                ((ElectricCar)vehicle).autoPilot();
            }
            
            vehicle.stop();
            System.out.println();
        }
    }
}

六、设计原则与最佳实践

1. SOLID原则

  1. **单一职责原则(SRP)**：一个类只负责一个功能领域
  2. **开闭原则(OCP)**：对扩展开放，对修改关闭
  3. **里氏替换原则(LSP)**：子类必须能替换父类
  4. **接口隔离原则(ISP)**：客户端不应依赖它不需要的接口
  5. **依赖倒置原则(DIP)**：依赖抽象而非具体实现

2. 面向对象设计技巧

  1. 优先使用组合而非继承：除非明确is-a关系
  2. 面向接口编程：提高灵活性和可扩展性
  3. 合理使用访问控制：遵循最小权限原则
  4. 避免过度设计：根据实际需求设计类结构
  5. 保持类和方法小巧：单一职责，高内聚低耦合

Java 枚举、包与反射全面解析

下面我将系统地讲解 Java 中枚举、包和反射的核心概念与使用场景。

一、枚举(Enum)

1. 枚举基础

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// 基本枚举定义
public enum Day {
    MONDAY, 
    TUESDAY, 
    WEDNESDAY, 
    THURSDAY, 
    FRIDAY, 
    SATURDAY, 
    SUNDAY
}

// 带属性的枚举
public enum Planet {
    MERCURY(3.303e+23, 2.4397e6),
    VENUS(4.869e+24, 6.0518e6),
    EARTH(5.976e+24, 6.37814e6);
    
    private final double mass;   // in kilograms
    private final double radius; // in meters
    
    Planet(double mass, double radius) {
        this.mass = mass;
        this.radius = radius;
    }
    
    public double surfaceGravity() {
        return 6.67300E-11 * mass / (radius * radius);
    }
    
    public double surfaceWeight(double otherMass) {
        return otherMass * surfaceGravity();
    }
}

public class EnumDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 基本使用
        Day today = Day.WEDNESDAY;
        System.out.println("Today is: " + today);
        
        // 遍历枚举
        System.out.println("All days:");
        for (Day day : Day.values()) {
            System.out.println(day);
        }
        
        // 带属性的枚举使用
        double earthWeight = 70; // kg
        double mass = earthWeight / Planet.EARTH.surfaceGravity();
        for (Planet p : Planet.values()) {
            System.out.printf("Your weight on %s is %f%n",
                p, p.surfaceWeight(mass));
        }
        
        // switch语句中使用枚举
        switch (today) {
            case MONDAY:
                System.out.println("星期一综合症");
                break;
            case FRIDAY:
                System.out.println("感谢上帝，今天是星期五");
                break;
            default:
                System.out.println("普通工作日");
        }
    }
}

2. 枚举高级特性

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public enum Operation {
    PLUS("+") {
        public double apply(double x, double y) { return x + y; }
    },
    MINUS("-") {
        public double apply(double x, double y) { return x - y; }
    },
    TIMES("*") {
        public double apply(double x, double y) { return x * y; }
    },
    DIVIDE("/") {
        public double apply(double x, double y) { return x / y; }
    };
    
    private final String symbol;
    
    Operation(String symbol) {
        this.symbol = symbol;
    }
    
    @Override
    public String toString() {
        return symbol;
    }
    
    public abstract double apply(double x, double y);
    
    // 根据符号查找枚举
    public static Operation fromSymbol(String symbol) {
        for (Operation op : Operation.values()) {
            if (op.symbol.equals(symbol)) {
                return op;
            }
        }
        throw new IllegalArgumentException("未知运算符: " + symbol);
    }
}

public class AdvancedEnum {
    public static void main(String[] args) {
        double x = 10.5;
        double y = 2.5;
        
        for (Operation op : Operation.values()) {
            System.out.printf("%f %s %f = %f%n", 
                x, op, y, op.apply(x, y));
        }
        
        Operation op = Operation.fromSymbol("*");
        System.out.println("10 * 5 = " + op.apply(10, 5));
    }
}

3. 枚举最佳实践

  1. 单例模式实现：枚举是实现单例的最佳方式
  2. 策略模式：利用枚举的抽象方法实现策略模式
  3. 状态机：适合用枚举实现有限状态机
  4. 替代常量：比常量类更类型安全

二、包(Package)

1. 包基础使用

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// 文件: com/example/utils/MathUtils.java
package com.example.utils;

public class MathUtils {
    public static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
    
    public static int factorial(int n) {
        if (n <= 1) return 1;
        return n * factorial(n - 1);
    }
}

// 文件: com/example/Main.java
package com.example;

import com.example.utils.MathUtils;
import static com.example.utils.MathUtils.add; // 静态导入

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用完全限定名
        System.out.println(com.example.utils.MathUtils.factorial(5));
        
        // 使用import后的类名
        System.out.println(MathUtils.add(3, 4));
        
        // 使用静态导入的方法
        System.out.println(add(5, 6));
    }
}

2. 包的组织原则

  1. 功能相关性：相同功能的类放在同一包中
  2. 层次结构：按功能模块分层，如com.公司名.项目名.模块名
  3. 访问控制：利用包级私有(package-private)保护实现细节
  4. 避免循环依赖：包之间不应有循环依赖关系

3. JDK常用包

包名 描述
java.lang 核心类(自动导入)
java.util 工具类和集合框架
java.io 输入输出相关
java.net 网络编程
java.sql 数据库操作
java.time 日期时间API

三、反射(Reflection)

1. 反射基础

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import java.lang.reflect.*;

public class ReflectionBasics {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获取Class对象的三种方式
        Class<?> stringClass1 = String.class;
        Class<?> stringClass2 = "Hello".getClass();
        Class<?> stringClass3 = Class.forName("java.lang.String");
        
        System.out.println(stringClass1 == stringClass2); // true
        System.out.println(stringClass2 == stringClass3); // true
        
        // 获取类信息
        System.out.println("类名: " + stringClass1.getName());
        System.out.println("简单类名: " + stringClass1.getSimpleName());
        System.out.println("是否是接口: " + stringClass1.isInterface());
        
        // 获取修饰符
        int modifiers = stringClass1.getModifiers();
        System.out.println("修饰符: " + Modifier.toString(modifiers));
        
        // 获取父类
        Class<?> superClass = stringClass1.getSuperclass();
        System.out.println("父类: " + superClass.getName());
        
        // 获取实现的接口
        Class<?>[] interfaces = stringClass1.getInterfaces();
        System.out.println("实现的接口:");
        for (Class<?> iface : interfaces) {
            System.out.println("  " + iface.getName());
        }
    }
}

2. 反射操作类成员

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import java.lang.reflect.*;
import java.util.*;

class Person {
    private String name;
    private int age;
    
    public Person() {}
    
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    
    public String getName() {
        return name;
    }
    
    public int getAge() {
        return age;
    }
    
    private void privateMethod() {
        System.out.println("私有方法被调用");
    }
}

public class ReflectionMembers {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<?> personClass = Person.class;
        
        // 获取构造方法
        System.out.println("构造方法:");
        Constructor<?>[] constructors = personClass.getConstructors();
        for (Constructor<?> c : constructors) {
            System.out.println("  " + c);
        }
        
        // 创建实例
        Constructor<?> constructor = personClass.getConstructor(String.class, int.class);
        Object person = constructor.newInstance("张三", 25);
        System.out.println(((Person)person).getName());
        
        // 获取字段
        System.out.println("\n字段:");
        Field[] fields = personClass.getDeclaredFields();
        for (Field field : fields) {
            System.out.println("  " + field);
        }
        
        // 访问私有字段
        Field nameField = personClass.getDeclaredField("name");
        nameField.setAccessible(true); // 设置可访问
        nameField.set(person, "李四");
        System.out.println("修改后name: " + nameField.get(person));
        
        // 获取方法
        System.out.println("\n方法:");
        Method[] methods = personClass.getDeclaredMethods();
        for (Method method : methods) {
            System.out.println("  " + method);
        }
        
        // 调用方法
        Method getNameMethod = personClass.getMethod("getName");
        System.out.println("调用getName: " + getNameMethod.invoke(person));
        
        // 调用私有方法
        Method privateMethod = personClass.getDeclaredMethod("privateMethod");
        privateMethod.setAccessible(true);
        privateMethod.invoke(person);
    }
}

3. 反射应用场景

  1. 动态代理：AOP实现的基础
  2. 注解处理：框架中处理自定义注解
  3. 类浏览器/IDE：获取类结构信息
  4. 序列化/反序列化：JSON/XML库的实现
  5. 插件架构：动态加载类
  6. 测试工具：Mock框架的实现

4. 反射性能与安全

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public class ReflectionPerformance {
    private static final int ITERATIONS = 1000000;
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 直接调用
        long start = System.nanoTime();
        Person person = new Person();
        for (int i = 0; i < ITERATIONS; i++) {
            person.getName();
        }
        long directTime = System.nanoTime() - start;
        
        // 反射调用
        Method getNameMethod = Person.class.getMethod("getName");
        start = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < ITERATIONS; i++) {
            getNameMethod.invoke(person);
        }
        long reflectionTime = System.nanoTime() - start;
        
        // 反射调用(设置accessible)
        getNameMethod.setAccessible(true);
        start = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < ITERATIONS; i++) {
            getNameMethod.invoke(person);
        }
        long reflectionAccessibleTime = System.nanoTime() - start;
        
        System.out.printf("直接调用耗时: %,d ns%n", directTime);
        System.out.printf("反射调用耗时: %,d ns%n", reflectionTime);
        System.out.printf("反射(setAccessible)调用耗时: %,d ns%n", reflectionAccessibleTime);
        
        // 安全考虑
        SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
        if (sm != null) {
            sm.checkPermission(new ReflectPermission("suppressAccessChecks"));
        }
    }
}

性能提示：

  1. 反射操作比直接调用慢
  2. 通过setAccessible(true)可以提升性能
  3. 缓存Method/Field/Constructor对象避免重复查找

安全考虑：

  1. 反射可以绕过访问控制检查
  2. 安全管理器可以限制反射操作
  3. 生产环境应谨慎使用反射

四、综合应用示例

1. 注解处理器

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import java.lang.annotation.*;
import java.lang.reflect.*;

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
@interface Test {
    int priority() default 5;
}

class TestRunner {
    public static void runTests(Class<?> testClass) throws Exception {
        Object testInstance = testClass.getDeclaredConstructor().newInstance();
        
        // 获取所有方法并按优先级排序
        Method[] methods = testClass.getDeclaredMethods();
        Arrays.sort(methods, (m1, m2) -> {
            Test t1 = m1.getAnnotation(Test.class);
            Test t2 = m2.getAnnotation(Test.class);
            int p1 = t1 != null ? t1.priority() : 0;
            int p2 = t2 != null ? t2.priority() : 0;
            return Integer.compare(p2, p1); // 降序
        });
        
        // 执行测试方法
        for (Method method : methods) {
            if (method.getAnnotation(Test.class) != null) {
                System.out.println("Running test: " + method.getName());
                method.invoke(testInstance);
            }
        }
    }
}

class MyTests {
    @Test(priority = 1)
    public void testFeatureA() {
        System.out.println("Testing important feature A");
    }
    
    @Test(priority = 3)
    public void testFeatureB() {
        System.out.println("Testing feature B");
    }
    
    @Test // 默认优先级5
    public void testFeatureC() {
        System.out.println("Testing feature C");
    }
    
    public void helperMethod() {
        // 不会被测试运行器执行
    }
}

public class AnnotationProcessor {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        TestRunner.runTests(MyTests.class);
    }
}

2. 简单DI容器

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import java.lang.annotation.*;
import java.lang.reflect.*;
import java.util.*;

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface Inject {}

class SimpleDIContainer {
    private Map<Class<?>, Object> instances = new HashMap<>();
    
    public void register(Class<?> clazz) throws Exception {
        Constructor<?>[] constructors = clazz.getConstructors();
        if (constructors.length != 1) {
            throw new RuntimeException("类必须有且只有一个公共构造方法");
        }
        
        Constructor<?> constructor = constructors[0];
        Object[] params = Arrays.stream(constructor.getParameterTypes())
            .map(paramType -> {
                if (!instances.containsKey(paramType)) {
                    throw new RuntimeException("未注册的依赖类型: " + paramType);
                }
                return instances.get(paramType);
            })
            .toArray();
        
        Object instance = constructor.newInstance(params);
        instances.put(clazz, instance);
    }
    
    public <T> T getInstance(Class<T> clazz) {
        return clazz.cast(instances.get(clazz));
    }
    
    public void injectFields(Object obj) throws Exception {
        for (Field field : obj.getClass().getDeclaredFields()) {
            if (field.isAnnotationPresent(Inject.class)) {
                field.setAccessible(true);
                Class<?> fieldType = field.getType();
                if (!instances.containsKey(fieldType)) {
                    throw new RuntimeException("未注册的依赖类型: " + fieldType);
                }
                field.set(obj, instances.get(fieldType));
            }
        }
    }
}

// 测试类
class ServiceA {
    public void execute() {
        System.out.println("ServiceA executed");
    }
}

class ServiceB {
    @Inject
    private ServiceA serviceA;
    
    public void doWork() {
        System.out.println("ServiceB starting work");
        serviceA.execute();
        System.out.println("ServiceB finished work");
    }
}

public class DIContainerDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        SimpleDIContainer container = new SimpleDIContainer();
        
        // 注册组件
        container.register(ServiceA.class);
        container.register(ServiceB.class);
        
        // 获取实例并使用
        ServiceB serviceB = container.getInstance(ServiceB.class);
        serviceB.doWork();
    }
}

五、关键知识点总结

  1. 枚举：

    • 类型安全的常量集合
    • 可以包含字段、方法和构造方法
    • 适合实现单例、策略模式等

  2. 包：

    • 组织类和接口的命名空间
    • 控制访问权限（包级私有）
    • 避免命名冲突

  3. 反射：

    • 运行时检查和操作类、方法、字段
    • 强大的但应谨慎使用
    • 性能开销较大，适合框架开发