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关于 Java 常用工具您不知道的 5 件事

Java 常用工具,如解析、计时和声音

关于本系列

您觉得自己懂 Java 编程?事实是,大多数开发人员都只领会到了 Java 平台的皮毛,所学也只够应付工作。在本 系列 中,Ted Neward 深度挖掘 Java 平台的核心功能,揭示一些鲜为人知的事实,帮助您解决最棘手的编程困难。

很多年前,当我还是高中生的时候,我曾考虑以小说作家作为我的职业追求,我订阅了一本 Writer's Digest 杂志。我记得其中有篇专栏文章,是关于 “太小而难以保存的线头”,专栏作者描述厨房储物抽屉中放满了无法分类的玩意儿。这句话我一直铭记在心,它正好用来描述本文的内容,本系列的最后一篇(至少目前是这样)。

Java 平台就充满了这样的 “线头” — 有用的命令行工具和库,大多数 Java 开发人员甚至都不知道,更别提使用了。其中很多无法划分到之前的 5 件事 系列 的编程分类中,但不管怎样,尝试一下:有些说不定会在您编程的厨房抽屉中占得一席之地。

1. StAX

在千禧年左右,当 XML 第一次出现在很多 Java 开发人员面前时,有两种基本的解析 XML 文件的方法。SAX 解析器实际是由程序员对事件调用一系列回调方法的大型状态机。DOM 解析器将整个 XML 文档加入内存,并切割成离散的对象,它们连接在一起形成一个树。该树描述了文档的整个 XML Infoset 表示法。这两个解析器都有缺点:SAX 太低级,无法使用,DOM 代价太大,尤其对于大的 XML 文件 — 整个树成了一个庞然大物。

幸运的是,Java 开发人员找到第三种方法来解析 XML 文件,通过对文档建模成 “节点”,它们可以从文档流中一次取出一个,检查,然后处理或丢弃。这些 “节点” 的 “流” 提供了 SAX 和 DOM 的中间地带,名为 “Streaming API for XML”,或者叫做StAX。(此缩写用于区分新的 API 与原来的 SAX 解析器,它与此同名。)StAX 解析器后来包装到了 JDK 中,在 javax.xml.stream 包。

使用 StAX 相当简单:实例化 XMLEventReader,将它指向一个格式良好的 XML 文件,然后一次 “拉出” 一个节点(通常用 while 循环),查看。例如,在清单 1 中,列举出了 Ant 构造脚本中的所有目标:

清单 1. 只是让 StAX 指向目标

StAX 解析器不会替换所有的 SAX 和 DOM 代码。但肯定会让某些任务容易些。尤其对完成不需要知道 XML 文档整个树结构的任务相当方便。

请注意,如果事件对象级别太高,无法使用,StAX 也有一个低级 API 在 XMLStreamReader 中。尽管也许没有阅读器有用,StAX 还有一个 XMLEventWriter,同样,还有一个 XMLStreamWriter 类用于 XML 输出。

2. ServiceLoader

Java 开发人员经常希望将使用和创建组件的内容区分开来。这通常是通过创建一个描述组件动作的接口,并使用某种中介创建组件实例来完成的。很多开发人员使用 Spring 框架来完成,但还有其他的方法,它比 Spring 容器更轻量级。

java.utilServiceLoader 类能读取隐藏在 JAR 文件中的配置文件,并找到接口的实现,然后使这些实现成为可选择的列表。例如,如果您需要一个私仆(personal-servant)组件来完成任务,您可以使用清单 2 中的代码来实现:

清单 2. IPersonalServant

can() 方法可让您确定所提供的私仆实现是否满足需求。清单 3 中的 ServiceLoaderIPersonalServant 列表基本上满足需求:

清单 3. IPersonalServant 行吗?

假设有此接口的实现,如清单 4:

清单 4. Jeeves 实现了 IPersonalServant

剩下的就是配置包含实现的 JAR 文件,让 ServiceLoader 能识别 — 这可能会非常棘手。JDK 想要 JAR 文件有一个 META-INF/services 目录,它包含一个文本文件,其文件名与接口类名完全匹配 — 本例中是 META-INF/services/IPersonalServant。接口类名的内容是实现的名称,每行一个,如清单 5:

清单 5. META-INF/services/IPersonalServant

幸运的是,Ant 构建系统(自 1.7.0 以来)包含一个对 jar 任务的服务标签,让这相对容易,见清单 6:

清单 6. Ant 构建的 IPersonalServant

这里,很容易调用 IPersonalServant,让它执行命令。然而,解析和执行这些命令可能会非常棘手。这又是另一个 “小线头”。

3. Scanner

有无数 Java 工具能帮助您构建解析器,很多函数语言已成功构建解析器函数库(解析器选择器)。但如果要解析的是逗号分隔值文件,或空格分隔文本文件,又怎么办呢?大多数工具用在此处就过于隆重了,而 String.split() 又不够。(对于正则表达式,请记住一句老话:“ 您有一个问题,用正则表达式解决。那您就有两个问题了。”)

Java 平台的 Scanner 类会是这些类中您最好的选择。以轻量级文本解析器为目标,Scanner 提供了一个相对简单的 API,用于提取结构化文本,并放入强类型的部分。想象一下,如果您愿意,一组类似 DSL 的命令(源自 Terry Pratchett Discworld 小说)排列在文本文件中,如清单 7:

清单 7. Igor 的任务

您,或者是本例中称为 Igor的私仆,能轻松使用 Scanner 解析这组违法命令,如清单 8 所示:

清单 8. Igor 的任务,由 Scanner 解析

假设 Igor 已在 ServantLoader 中注册,可以很方便地将 can() 调用改得更实用,并重用前面的 Servant 代码,如清单 9 所示:

清单 9. Igor 做了什么

真正 DSL 实现显然不会仅仅打印到标准输出流。我把追踪哪些部分、跟随哪些部分的细节留待给您(当然,还有忠诚的 Igor)。

4. Timer

java.util.TimerTimerTask 类提供了方便、相对简单的方法可在定期或一次性延迟的基础上执行任务:

清单 10. 稍后执行

Timer 有许多 schedule() 重载,它们提示某一任务是一次性还是重复的,并且有一个启动的 TimerTask 实例。TimerTask 实际上是一个 Runnable(事实上,它实现了它),但还有另外两个方法:cancel() 用来取消任务,scheduledExecutionTime() 用来返回任务何时启动的近似值。

请注意 Timer 却创建了一个非守护线程在后台启动任务,因此在清单 10 中我需要调用 System.exit() 来取消任务。在长时间运行的程序中,最好创建一个 Timer 守护线程(使用带有指示守护线程状态的参数的构造函数),从而它不会让 VM 活动。

这个类没什么神奇的,但它确实能帮助我们对后台启动的程序的目的了解得更清楚。它还能节省一些 Thread 代码,并作为轻量级 ScheduledExecutorService(对于还没准备好了解整个 java.util.concurrent 包的人来说)。

5. JavaSound

尽管在服务器端应用程序中不常出现,但 sound 对管理员有着有用的 “被动” 意义 — 它是恶作剧的好材料。尽管它很晚才出现在 Java 平台中,JavaSound API 最终还是加入了核心运行时库,封装在 javax.sound * 包 — 其中一个包是 MIDI 文件,另一个是音频文件示例(如普遍的 .WAV 文件格式)。

JavaSound 的 “hello world” 是播放一个片段,如清单 11 所示:

清单 11. 再放一遍,Sam

大多数还是相当简单(至少 JavaSound 一样简单)。第一步是创建一个文件的 AudioInputStream 来播放。为了让此方法尽量与上下文无关,我们从加载类的 ClassLoader 中抓取文件作为 InputStream。(AudioSystem 还需要一个 FileString,如果提前知道声音文件的具体路径。)一旦完成, DataLine.Info 对象就提供给 AudioSystem,得到一个 Clip,这是播放音频片段最简单的方法。(其他方法提供了对片段更多的控制 — 例如获取一个 SourceDataLine— 但对于 “播放” 来说,过于复杂)。

这里应该和对 AudioInputStream 调用 open() 一样简单。(“应该” 的意思是如果您没遇到下节描述的错误。)调用 start() 开始播放,drain() 等待播放完成,close() 释放音频线路。播放是在单独的线程进行,因此调用 stop() 将会停止播放,然后调用 start() 将会从播放暂停的地方重新开始;使用 setFramePosition(0) 重新定位到开始。

没声音?

JDK 5 发行版中有个讨厌的小错误:在有些平台上,对于一些短的音频片段,代码看上去运行正常,但就是 ... 没声音。显然媒体播放器在应该出现的位置之前触发了 STOP 事件。(见 参考资料 一节中错误页的链接。)

这个错误 “无法修复”,但解决方法相当简单:注册一个 LineListener 来监听 STOP 事件,当触发时,调用片段对象的 notifyAll()。然后在 “调用者” 代码中,通过调用 wait() 等待片段完成(还调用 notifyAll())。在没出现错误的平台上,这些错误是多余的,在 Windows® 及有些 Linux® 版本上,会让程序员 “开心” 或 “愤怒”。

结束语

现在您都了解了,厨房里的工具。我知道很多人已清楚了解我此处介绍的工具,而我的职业经验告诉我,很多人将从这篇介绍文章,或者说是对长期遗忘在凌乱的抽屉中的小工具的提示中受益。

我在此系列中做个简短的中断,让别人能加入分享他们各自领域的专业经验。但别担心,我还会回来的,无论是本系列还是探索其他领域的新的 5 件事。在那之前,我鼓励您一直探索 Java 平台,去发现那些能让编程更高效的宝石。

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