Java中鮮為人知的缺點(diǎn)（上）

2019-11-18 13:28:19

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供稿：網(wǎng)友

　　java是當(dāng)今使用最廣泛的編程語言之一。自1995年發(fā)布以來，一直被用戶高度評(píng)價(jià)為“消除了C++缺點(diǎn)的優(yōu)秀編程語言”。不過，隨著它的廣泛使用，其缺點(diǎn)也在逐步地表現(xiàn)出來。
　　
　　Java的缺點(diǎn)公認(rèn)有如下三點(diǎn)：（1）存在非對(duì)象的數(shù)據(jù)類型；（2）不能夠用一種描述方法來表達(dá)各種類（Class）；（3）無法繼續(xù)2個(gè)以上的類的裝配。雖然也有人認(rèn)為編程語言應(yīng)該是一個(gè)什么樣子會(huì)因人而異，不應(yīng)該算成缺點(diǎn)。不過，上述三點(diǎn)卻可以導(dǎo)致編程人員使用混亂，降低源碼的可讀性及程序的可維護(hù)性。
　　
　　存在非對(duì)象的數(shù)據(jù)類型
　　　 Java中鮮為人知的缺點(diǎn)（上）（圖一）

　　表1●Java的原始類型（PRimitive）。原始類型包括表示真假的布爾型（Boolean）、字符型和數(shù)值型等(點(diǎn)擊放大)
　　第一缺點(diǎn)是指雖說Java是面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，但卻存在非對(duì)象的數(shù)據(jù)類型。
　　
　　“面向?qū)ο蟆钡亩x雖然有很多種，但無論何種定義，其最基本的概念都是利用包含數(shù)據(jù)和步驟的“對(duì)象”來表達(dá)系統(tǒng)。即便在Java領(lǐng)域，也會(huì)使用名為類的模型生成對(duì)象，并通過調(diào)用它的方法組織程序。
　　
　　但是，其中卻混雜著非對(duì)象的內(nèi)容。原始類型又被稱為基本數(shù)據(jù)類型（表1）。用于處理文字的char（字符型）、表示真假的boolean（布爾型）、int以及float等數(shù)值型就屬于這種數(shù)據(jù)類型。
　　
　　原始類型的內(nèi)存治理方法不同
　　　 Java中鮮為人知的缺點(diǎn)（上）（圖二）

　　圖1●Java的內(nèi)存治理方法。Java內(nèi)存區(qū)包括保存本地變量的內(nèi)存堆棧區(qū)（stack）和保存對(duì)象的數(shù)據(jù)的內(nèi)存堆區(qū)（heap）。堆棧區(qū)中存放的是用于引用（reference）對(duì)象時(shí)所需的信息(點(diǎn)擊放大)
　　原始類型和對(duì)象型的內(nèi)存治理方法不同。Java虛擬機(jī)所治理的內(nèi)存區(qū)包括內(nèi)存堆棧區(qū)和內(nèi)存堆區(qū)（圖1）。內(nèi)存堆棧區(qū)用于存放本地變量的數(shù)據(jù)。按堆出的順序保存本地變量的數(shù)據(jù)。一旦脫離變量的有效范圍，該數(shù)據(jù)馬上就被釋放。
　　
　　而內(nèi)存堆區(qū)則用于存放對(duì)象本身。生成對(duì)象型的變量后，首先在內(nèi)存堆棧區(qū)中為其預(yù)備存放位置。然后利用new運(yùn)算符在這個(gè)位置生成新的對(duì)象后，對(duì)象及其數(shù)據(jù)就被存放到內(nèi)存堆區(qū)。接著，內(nèi)存堆區(qū)中的對(duì)象位置就會(huì)作為對(duì)象型的變量數(shù)據(jù)而被寫入內(nèi)存堆棧區(qū)。由于這些是引用對(duì)象時(shí)所用的信息，因此對(duì)象型變量被稱為“引用型”。
　　
　　而實(shí)際數(shù)據(jù)本身被寫入內(nèi)存堆棧區(qū)的是原始類型。采用這種內(nèi)存治理方法的類型稱為“數(shù)值型”。
　　
　　引用型變量改變以后，就會(huì)引用保存內(nèi)存堆區(qū)中的實(shí)際的對(duì)象數(shù)據(jù)，重新改寫數(shù)據(jù)。比如，在方法的引數(shù)（arguments）中描述對(duì)象型變量時(shí)傳遞給方法的就是存放在這個(gè)位置中的信息。所以在方法內(nèi)追加的變更還會(huì)被反映到調(diào)用的原始對(duì)象上。另一方面，數(shù)值型變量傳遞的是它的值。即便在方法內(nèi)部進(jìn)行了變更，也不會(huì)反映到原始變量中。
　　
　　無法使用對(duì)象所具有的功能
　　
　　LIST 1●將數(shù)值數(shù)據(jù)保存在Java的矢量類中的程序。生成Integer類，然后封裝（Wrap）數(shù)值(點(diǎn)擊放大)
　　　 Java中鮮為人知的缺點(diǎn)（上）（圖三）

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　　LIST 1●將數(shù)值數(shù)據(jù)保存在Java的矢量類中的程序。生成Integer類，然后封裝（Wrap）數(shù)值(點(diǎn)擊放大)
　　由于原始類型與對(duì)象型的內(nèi)存治理方法不同，因此就無法生成統(tǒng)一兩種數(shù)據(jù)的類庫。比如，假如只是對(duì)象型數(shù)據(jù)就能夠構(gòu)筑包含任意數(shù)據(jù)的類庫。
　　
　　可變長的數(shù)組類就是其中的一個(gè)例子。它是作為名為java.util.Vector的類而生成的。可以將任意的對(duì)象追加到數(shù)組中，還可以提取或刪除。能夠以此為引數(shù)指定任意的對(duì)象。但是，由于原始類型數(shù)據(jù)不是對(duì)象，因此無法直接引入。
　　
　　因此在Java中還存在相當(dāng)于原始類型的類。比如int型變量就可以使用java..lang.Integer類。重新生成Integer類，然后保存數(shù)據(jù)，就可以追加到Vector矢量類中（LIST 1）。
　　
　　但是稍微想一想就會(huì)明白，這種方法并不是很靈活的做法。由于加入了多余的代碼，因此看起來感覺比較亂。而且還會(huì)浪費(fèi)內(nèi)存空間。原來的值暫且不說，還必須確保新建對(duì)象所需的內(nèi)存。不僅存在表面上的問題，還存在實(shí)質(zhì)上的問題。就是說無法保證數(shù)據(jù)的同一性。作為對(duì)象型保存的值與作為原始類型而保存的值完全不同。即便改變了原始類型的值，也不會(huì)反映到原來的int型數(shù)據(jù)。
　　
　　C#利用Boxing（裝箱）解決的只是一部分
　　
　　這一問題并非是Java特有的。比如，作為與Java類似的語言為用戶熟知的C#也存在相同的問題。C#利用稱為Boxing的方法部分地解決了這個(gè)問題。但是所解決的也只是可以不寫多余代碼的部分。內(nèi)存問題和同一性問題仍然存在。
　　
　　即便C#，int、double和char等數(shù)據(jù)類型也無法作為對(duì)象進(jìn)行處理。這些數(shù)據(jù)類型與Java的原始類型相同，也是數(shù)值型變量。
　　
　　C#可以將其值代入到對(duì)象中。LIST 2中顯示了具體的代碼。已經(jīng)將int型的值代入了對(duì)象型變量。此時(shí)先進(jìn)行裝箱，之后就開始靜靜地把基本數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對(duì)象型數(shù)據(jù)。在內(nèi)存堆區(qū)中確保相應(yīng)的內(nèi)存，然后將數(shù)值型數(shù)據(jù)保存這里（圖2）。對(duì)象型變量引用的就是這些數(shù)據(jù)。
　　　 Java中鮮為人知的缺點(diǎn)（上）（圖四）

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　　LIST 2●執(zhí)行裝箱的C#代碼。將數(shù)值直接代入對(duì)象中。運(yùn)行代碼后，輸出0和1。也就是說變量a和o沒有同一性(點(diǎn)擊放大)
　　　 Java中鮮為人知的缺點(diǎn)（上）（圖五）

　　圖2●C#中的裝箱法。對(duì)存放于內(nèi)存堆棧區(qū)中的int型結(jié)構(gòu)體（strUCts）裝箱時(shí)，就會(huì)靜靜地在內(nèi)存堆區(qū)中生成對(duì)象。因此就無法確保與初始值的匹配性。(點(diǎn)擊放大)
　　筆者利用裝箱法，用C#試著寫了一段與在Java的Vector矢量類中保存數(shù)值類似的代碼（LIST 3）。雖然ArrayList類要引數(shù)中提取對(duì)象型變量，但這里由于通過直接int型變量，因此代碼非常整潔。
　　
　　不過，并沒有解決多余的內(nèi)存消耗和數(shù)值的同一性問題。因?yàn)橹皇菃渭兊貙?shí)現(xiàn)了自動(dòng)向?qū)ο蟮霓D(zhuǎn)換（圖3）。
　　　 Java中鮮為人知的缺點(diǎn)（上）（圖六）

　　LIST 3●與LIST 1起相同作用的C#代碼。由于具有裝箱法，因此可以直接向ArrayList中追加數(shù)值
　　 Java中鮮為人知的缺點(diǎn)（上）（圖七）

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　　圖3●利用Java和C#，將int型變量轉(zhuǎn)換成對(duì)象的方法。盡管內(nèi)部處理基本相同，但C#的特點(diǎn)是隱式轉(zhuǎn)換
　　假如考慮到實(shí)用，也算得上是優(yōu)點(diǎn)
　　
　　從上述所講來看，就會(huì)生出這樣的疑問：為什么最新的Java和C#語言還存在著這樣的問題呢？實(shí)際上這是因?yàn)閷?duì)其性能的重視。
　　
　　由于原始數(shù)據(jù)型數(shù)據(jù)在編程時(shí)使用得最多，因此利用能夠?qū)ζ溥M(jìn)行快速處理的原始類型，性能就會(huì)提高。而對(duì)象型數(shù)據(jù)在生成對(duì)象，以及使用位置信息去引用內(nèi)存堆區(qū)中的數(shù)據(jù)時(shí)則會(huì)產(chǎn)生一定的開銷。另一個(gè)問題是內(nèi)存堆區(qū)。假如全部是對(duì)象型，比如，只要執(zhí)行簡單的for循環(huán)語句，就會(huì)在內(nèi)存堆區(qū)中生成大量的對(duì)象。由于內(nèi)存堆區(qū)的消耗速度就會(huì)急劇上升，并且頻繁地進(jìn)行資源回收處理，因此性能就會(huì)降低。
　　
　　Java和C#是考慮到性能問題才生成原始數(shù)據(jù)型數(shù)據(jù)的。因此并不能說是“純粹的”面向?qū)ο笳Z言。也許可以說是考慮到實(shí)用性的穩(wěn)妥做法吧。（記者：大森敏行、八木玲子）

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