Zajęcia laboratoryjne nr 3 z programowania w języku Java - jedne zajęcia 1,5h.

1. Hermetyzacja (enkapsulacja)

Java jest językiem obiektowym. Języki obiektowe posługują się pojęciem obiektu i klasy. Obiekt – to konkretny lub abstrakcyjny byt, wyróżnialny w modelowanej rzeczywistości, posiadający określone granice i atrybuty (właściwości) oraz mogący świadczyć określone usługi, czyli wykonywać określone działania lub przejawiać określone zachowanie. Obiekty współdziałają ze sobą wymieniając komunikaty. Komunikat - to wąski i dobrze określony interfejs, opisujący współzależność działania obiektów. Komunikaty zwykle żądają od obiektów wykonania określonych (właściwych im) usług.

Hermetyzacja nazywana też enkapsulacja jest jednym z podstawowych założeń paradygmatu programowania obiektowego. Polega ona na ukrywaniu lub udostępnianiu określonych atrybutów (pól) oraz metod obiektów danej klasy tak, aby były one dostępne tylko metodom wewnętrznym danej klasy lub metodom zaprzyjaźnionym wybranych obiektów.

W języku Java dostęp do składowych klasy regulują tzw. specyfikatory widoczności (dostępu), których używamy w deklaracjach zmiennych, stałych i metod.

Główne założenia Hermetyzacji (enkapsulacji):

  1. Ochrona przed zepsuciem (zazwyczaj pola powinny być prywatne, wyjątkiem są stałe). Użytkownik klasy nie ma dostępu do prywatnych pól i nic nie popsuje (nieświadomie).

  2. Zapewnienie właściwego interfejsu (metody "robocze" winny być prywatne). Użytkownik klasy ma do dyspozycji tylko niezbędne (klarowne) metody, co ułatwia mu korzystanie z klasy.

  3. Ochrona przed konsekwencjami zmiany implementacji. Twórca klasy może zmienić zestaw i implementację prywatnych metod, nie zmieniając interfejsu publicznego: wszystkie programy napisane przy wykorzystaniu tego interfejsu nie będą wymagały żadnych zmian.

2. Modyfikatory widoczności (dostępu)

Dla klas:

  • private - klasa dostępna jest tylko wewnątrz pakietu (pliku); brak w definicji klasy jakiegokolwiek modyfikatora powoduje automatycznie uznanie klasy za private;

  • public - udostępniana na zewnątrz pakietu (ang. package), w którym się znajduje; w jednym pliku może wystąpić tylko jedna klasa typu public; aby użyć jej poza pakietem, w którym się znajduje, należy odwołać się: NazwaKlasy.java;

Dla metod i pól danych:

  • public - pole/metoda dostępna jest dla wszystkich klas;

  • private - dostęp do pól/metod posiadają jedynie inne metody tej samej klasy;

  • protected - powoduje, że pole/metoda będzie widoczne (dostępne) w klasie, wszystkich podklasach (klasach dziedziczących z klasy zawierających pole/metodę) i w całym pakiecie;

  • package (zaprzyjaźniona) - modyfikator domyślny, wszystkie pola/metody bez modyfikatora dostępu traktowane są jako typu package; pola/metody mogą być używane przez inne klasy danego pakietu

3. Modyfikatory właściwości

Dla klas:

  • abstract - definiuje klasę abstrakcyjną zawierającą chociaż jedna metodę abstrakcyjną (niezaimplementowaną); nie można tworzyć żadnych obiektów tej klasy; klasa taka jest użyteczna podczas budowania hierarchii klas (dziedziczenie): stanowi wzór do tworzenia klas pochodnych;

  • final - uniemożliwia tworzenie klas pochodnych; stosuje się w celu uniemożliwienia klasa potomna "podszycia się" pod klasę bazową oraz czasami do oznaczenia klas, nad którymi prace zostały ukończone;

  • synchronizable - klasa z mechanizmem obsługi wątków (ang. threads);

Dla metod:

  • abstract - metody niezaimplementowane (bez kodu i zmiennych); użyteczna podczas budowania hierarchii klas (dziedziczenie): stanowi wzór dla metod klas pochodnych, które wymagają jej różnych implementacji;

  • static - metoda wspólna dla wszystkich obiektów danej klasy; należy ona do klasy, a nie do obiektu i może być wywoływana bez tworzenia obiektu danej klasy;

  • final - uniemożliwia klasom pochodnym "przesłanianie" metody;

  • synchronized - metoda blokująca dostęp do obiektu, do którego należy i odblokowująca go, gdy zakończy działanie; jeżeli dostęp do obiektu został wcześniej zablokowany, to metoda oczekuje na jego odblokowanie zanim zacznie się wykonywać; mechanizm bardzo istotny w przypadku programów wielowątkowych (ang. multitheads);

  • native - oznacza funkcję z wykorzystaniem nieprzenośnych cech danej platformy: programy napisane w Javie są niezależne od platformy sprzętowej i systemowej; jeżeli konieczne jest skorzystanie z mechanizmów specyficznych dla danej platformy, to modyfikator native powoduje, że program będzie mógł być uruchamiany tylko na tej jednej dedykowanej platformie;

Dla pól danych:

  • final - wartość pola jest ustalana podczas tworzenia obiektu i nie może być później modyfikowana: pole danych jest stałą;

  • static - pole danych wspólne dla wszystkich obiektów danej klasy; należy do klasy, a nie do obiektu i zmiana wartości w jednym obiekcie, powoduje, że zmienia się jego wartość dla wszystkich obiektów;

  • transient - pole danych nie jest trwałą częścią obiektu i nie będzie zachowane przy archiwizacji obiektu;

  • volatile - oznacza pole, które może być modyfikowane asynchronicznie, przez konkurencyjne wątki w programach wielowątkowych.

4. Pakiety

Program w języku Java to w pewnym uproszczeniu – zbiór klas. Nie jest to jednak zbiór bezładny. Klasy pogrupowane są w tzw. pakiety. Klasy dzielimy na pakiety by pogrupować je według ich znaczenia – analogicznie do tego, jak dzielimy pliki na katalogi na dysku twardym naszego komputera.

Pakiety podobnie jak katalogi – mają strukturę hierarchiczną, tj. każdy z pakietów może zawierać kolejne pakiety, podobnie jak katalogi mogą zawierać podkatalogi. Każdy pakiet, oprócz dowolnej liczby innych pakietów może zawierać także dowolną liczbę klas – podobnie do katalogu, który oprócz innych katalogów może zawierać dowolnie wiele plików.

Nazwa pakietu odpowiada strukturze katalogów. 
package odwrocona.nazwa.domeny.pakiet;
odwrocona
\--nazwa
   \--domeny
      \--pakiet
         |--Klasa.java
         |  ...
         \--Test.java

Korzystanie z pakietu:

Importowanie wszystkich klas z pakietu

import nazwa.pakietu.*;

Importowanie określonej klasy

import nazwa.pakietu.Klasa;

Dostęp do klasy uprzednio zaimportowanej

Klasa

Dostęp do klasy niezaimportowanej (przez nazwę pakietu)

nazwa.pakietu.Klasa

5. Bibliografia

  • Bruce Eckels, "Thinking in Java. Edycja polska. Wydanie IV", wydawnictwo Helion.

  • Cay S. Horstmann, Gary Cornell, "Java. Podstawy. Wydanie IX", wydawnictwo Helion.

  • Cay S. Horstmann, Gary Cornell, "Java. Techniki zaawansowane. Wydanie IX", wydawnictwo Helion.

  • Krzysztof Barteczko, "Podstawy programowania w języku Java, PJWSTK", http://edu.pjwstk.edu.pl/wyklady/ppj/scb/

  • Konrad Kurczyna, "Laboratorium Java", Politechnika Świętokrzyska w Kielcach.

  • Mariusz Lipiński, "Nauka Javy", http://www.naukajavy.pl/