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

简介： 有些 Java™ 工具无法分类，只能算作 “有用的东西”。本期 5 件事系列 将介绍一些您乐于拥有的工具，即使您将它们放到厨房抽屉里。

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发布日期： 2010 年 10 月 18 日
级别： 初级
其他语言版本： 英文
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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：

            import java.io.*;            import javax.xml.namespace.QName;            import javax.xml.stream.*;            import javax.xml.stream.events.*;            import javax.xml.stream.util.*;            public class Targets            {            public static void main(String[] args)            throws Exception            {            for (String arg : args)            {            XMLEventReader xsr =            XMLInputFactory.newInstance()            .createXMLEventReader(new FileReader(arg));            while (xsr.hasNext())            {            XMLEvent evt = xsr.nextEvent();            switch (evt.getEventType())            {            case XMLEvent.START_ELEMENT:            {            StartElement se = evt.asStartElement();            if (se.getName().getLocalPart().equals("target"))            {            Attribute targetName =            se.getAttributeByName(new QName("name"));            // Found a target!            System.out.println(targetName.getValue());            }            break;            }            // Ignore everything else            }            }            }            }            }

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。

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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.util 的 ServiceLoader 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：

            public interface IPersonalServant            {            // Process a file of commands to the servant            public void process(java.io.File f)            throws java.io.IOException;            public boolean can(String command);            }

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 ServiceLoader 的 IPersonalServant 列表基本上满足需求：

            import java.io.*;            import java.util.*;            public class Servant            {            public static void main(String[] args)            throws IOException            {            ServiceLoader servantLoader =            ServiceLoader.load(IPersonalServant.class);            IPersonalServant i = null;            for (IPersonalServant ii : servantLoader)            if (ii.can("fetch tea"))            i = ii;            if (i == null)            throw new IllegalArgumentException("No suitable servant found");            for (String arg : args)            {            i.process(new File(arg));            }            }            }

假设有此接口的实现，如清单 4：

            import java.io.*;            public class Jeeves            implements IPersonalServant            {            public void process(File f)            {            System.out.println("Very good, sir.");            }            public boolean can(String cmd)            {            if (cmd.equals("fetch tea"))            return true;            else            return false;            }            }

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：

            Jeeves   # comments are OK            

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：

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”。

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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：

            fetch 1 head            fetch 3 eye            fetch 1 foot            attach foot to head            attach eye to head            admire            

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：

            import java.io.*;            import java.util.*;            public class Igor            implements IPersonalServant            {            public boolean can(String cmd)            {            if (cmd.equals("fetch body parts"))            return true;            if (cmd.equals("attach body parts"))            return true;            else            return false;            }            public void process(File commandFile)            throws FileNotFoundException            {            Scanner scanner = new Scanner(commandFile);            // Commands come in a verb/number/noun or verb form            while (scanner.hasNext())            {            String verb = scanner.next();            if (verb.equals("fetch"))            {            int num = scanner.nextInt();            String type = scanner.next();            fetch (num, type);            }            else if (verb.equals("attach"))            {            String item = scanner.next();            String to = scanner.next();            String target = scanner.next();            attach(item, target);            }            else if (verb.equals("admire"))            {            admire();            }            else            {            System.out.println("I don't know how to "            + verb + ", marthter.");            }            }            }            public void fetch(int number, String type)            {            if (parts.get(type) == null)            {            System.out.println("Fetching " + number + " "            + type + (number > 1 ? "s" : "") + ", marthter!");            parts.put(type, number);            }            else            {            System.out.println("Fetching " + number + " more "            + type + (number > 1 ? "s" : "") + ", marthter!");            Integer currentTotal = parts.get(type);            parts.put(type, currentTotal + number);            }            System.out.println("We now have " + parts.toString());            }            public void attach(String item, String target)            {            System.out.println("Attaching the " + item + " to the " +            target + ", marthter!");            }            public void admire()            {            System.out.println("It'th quite the creathion, marthter");            }            private Map parts = new HashMap();            }            

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：

            import java.io.*;            import java.util.*;            public class Servant            {            public static void main(String[] args)            throws IOException            {            ServiceLoader servantLoader =            ServiceLoader.load(IPersonalServant.class);            IPersonalServant i = null;            for (IPersonalServant ii : servantLoader)            if (ii.can("fetch body parts"))            i = ii;            if (i == null)            throw new IllegalArgumentException("No suitable servant found");            for (String arg : args)            {            i.process(new File(arg));            }            }            }            

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）。

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4. Timer

java.util.Timer 和 TimerTask 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：

            import java.util.*;            public class Later            {            public static void main(String[] args)            {            Timer t = new Timer("TimerThread");            t.schedule(new TimerTask() {            public void run() {            System.out.println("This is later");            System.exit(0);            }            }, 1 * 1000);            System.out.println("Exiting main()");            }            }

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）。

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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：

            public static void playClip(String audioFile)            {            try            {            AudioInputStream inputStream =            AudioSystem.getAudioInputStream(            this.getClass().getResourceAsStream(audioFile));            DataLine.Info info =            new DataLine.Info( Clip.class, audioInputStream.getFormat() );            Clip clip = (Clip) AudioSystem.getLine(info);            clip.addLineListener(new LineListener() {            public void update(LineEvent e) {            if (e.getType() == LineEvent.Type.STOP) {            synchronized(clip) {            clip.notify();            }            }            }            });            clip.open(audioInputStream);            clip.setFramePosition(0);            clip.start();            synchronized (clip) {            clip.wait();            }            clip.drain();            clip.close();            }            catch (Exception ex)            {            ex.printStackTrace();            }            }            

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 File 或 String，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”。

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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。

参考资料

学习

• " 关于...您不知道的 5 件事 ：了解 Java 平台中您还有多少不知道的知识，这个系列专门将烦琐的 Java 技术变成非常有用的编程技巧。
  
  
• “在 Java 应用程序中计划重复执行的任务”（Tom White，developerWorks，2003 年 11 月）：展示了一个由 Timer 和 TimerTask 生成的调度框架，可更灵活调度。
  
  
• “Simple Dependency Injection with ServiceLoader in JDK 6”（Tim Boudreau，Java.net，2008 年 8 月）：更多关于使用 ServiceLoader 作为简单的、类型安全的 IOC 框架，在 JDK 6 中构建的知识。
  
  
• javax.sound “没声音” 是 Sun/Oracle Bug Database 中列举的一个错误。
  
  
• The developerWorks Java 技术专区：这里有数百篇关于 Java 编程每个方面的文章。
  
  

获得产品和技术

• StAX，即 Streaming API for XML，是标准的 XML 处理 API，能将 XML 数据流式处理，输入或输出到应用程序中。
  
  

讨论

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