Kahdeksas osa aloittaa Ohjelmoinnin jatkokurssin. Jos tulet tässä kohtaa mukaan, kannattaa käydä läpi edellisten osien materiaali. Jos teet kurssia Helsingin yliopistolla, joudut vaihtamaan kurssia TMC:stä. Katso ohjeet materiaalin Johdantosivulta.

Tehtäväpohjien rakenne ja Maven

Ohjelmoinnin jatkokurssista lähtien kurssin tehtäväpohjat käyttävät Maven-nimistä projektinhallintatyövälinettä. Kyseinen työväline helpottaa kurssin tehtävien mukana tuotavien kirjastojen hallintaa. Tehtäviin tämä vaikuttaa siten, että niiden kansiorakenne muuttuu hieman.

Jatkossa tehtävän juurikansiossa on tiedosto pom.xml, joka kuvaa tehtäväpohjan rakenteen. Kansio src sisältää kansiot main ja test, jotka sisältävät lähdekooditiedostot sekä testitiedostot.

$/Osa08_01.SamaPaivays$ tree
.
├── pom.xml
└── src
    ├── main
    │   └── java
    │       ├── Paaohjelma.java
    │       └── Paivays.java
    └── test
        └── java
            └── PaivaysTest.java

Ohjelmien toiminta ei käytännössä juurikaan muutu. Toisin kuin ennen, ohjelmien tarvitsemat kirjastot eivät kuitenkaan tule tehtäväpohjan mukana, vaan Mavenilta tulee pyytää tarvittaessa niiden lataamista. Tämä onnistuu klikkaamalla tehtäväpohjan Dependencies-kuvaketta Projects-välilehdellä ja valitsemalla "Download declared dependencies."

Riippuen tietokoneesi käyttöjärjestelmästä, on mahdollista, että joudut lisäämään Maven-ohjelmaan ajo-oikeudet kun sitä käytetään ensimmäistä kertaa. Windowsille ohjeita löytyy yleisesti ottaen googlettamalla ja mm. täältä: https://www.online-tech-tips.com/computer-tips/set-file-folder-permissions-windows/ -- myös pajassa neuvotaan tähän liittyen.

Ongelmia ja ratkaisuja

Mavenin käyttöönottoon on liittynyt kurssilla ongelmia. Tässä lyhyt ongelmanratkaisuopas.

Linux ja Mac

Ongelma: Maven-binäärin suoritusoikeudet puuttuvat. Mavenin virhe on (esimerkiksi) muotoa.

Cannot run program
  /Applications/tmcbeans.app/Contents/Resources/tmcbeans/java/maven/bin/mvn"
  (in directory "/Users/[nimi]/NetBeansProjects/hy-[kurssi]/[tehtava]"):
  error=13,
  Permission denied

Ratkaisu: lisää maven-binäärille suoritusoikeudet. Suorita terminaalissa (pääte) komento.

chmod +x /Applications/tmcbeans.app/Contents/Resources/tmcbeans/java/maven/bin/mvn

Huomaa, että edellä polku on sama kuin virheviestin "Cannot run program"-polku.

Windows

Ongelma: Ympäristömuuttuja JAVA_HOME ei ole asetettu. Käytännössä Maven yrittää etsiä Javaa, mutta ei löydä sitä.

Ratkaisu: Lisää Windowsiin JAVA_HOME ympäristömuuttuja (esim.) osoitteessa https://confluence.atlassian.com/doc/setting-the-java_home-variable-in-windows-8895.html olevia ohjeita seuraamalla. Huomaa, että kansion tulee olla jdk, ei jre.

Tietojenkäsittelytieteen laitoksen koneet

Ongelma: Riippuvuuksien lataaminen ei onnistu tai ne eivät toimi. Tässä syynä on joko loppunut levytila tai verkkoyhteysongelma. Levytilan tilanteen saa selvitettyä komennolla "quota".

Ratkaisu:

1. Poista vanhat ohjelmoinnin perusteiden (ja mahdollisesti muiden TMCtä käyttävien kurssien) tehtäväpohjat. Nämä löytyvät kotikansiosta kansion NetBeansProjects alta. Kannattanee harkita myös muiden turhien tiedostojen poistamista sekä esimerkiksi selaimen välimuistin tyhjentämistä ajoittain.
2. Poista kotikansiossa olevan .m2-kansion sisältö. Tämä tehdään sillä Maven luo ladattavista riippuvuuksista (eli kirjastoista) vahingossa tyhjät tiedostot mikäli levytila on loppunut.
3. (Jatkuva) Kun saat tehtäviä lähetettyä TMC:lle, klikkaa tehtäväpohjaa ja valitse "clean". Tämä poistaa tehtäväpohjasta käännetyt tiedostot.

Object

Olemme useampaan otteeseen käyttäneet metodia public String toString() olion merkkijonoesityksen muodostamiseen. Emme ole kuitenkaan saaneet selvyyttä miksi Java osaa käyttää kyseistä metodia. Olemattoman metodin kutsuminenhan tuottaa normaalisti virheen.

Tutkitaan seuraavaa luokkaa Kirja, jolla ei ole metodia public String toString(), ja ohjelmaa joka yrittää tulostaa Kirja-luokasta luodun olion System.out.println()-komennolla.

public class Kirja {
    private String nimi;
    private int julkaisuvuosi;

    public Kirja(String nimi, int julkaisuvuosi) {
        this.nimi = nimi;
        this.julkaisuvuosi = julkaisuvuosi;
    }

    public String getNimi() {
        return this.nimi;
    }

    public int getJulkaisuvuosi() {
        return this.julkaisuvuosi;
    }
}

Kirja olioKirja = new Kirja("Oliokirja", 2000);
System.out.println(olioKirja);
System.out.println(olioKirja.toString());

Ohjelma ei tulosta virheilmoitusta tai kaadu kun annamme Kirja-luokasta tehdyn olion parametrina System.out.println-komennolle tai kutsumme oliolle metodia toString. Näemme virheilmoituksen tai kaatumisen sijaan mielenkiintoisen tulosteen. Tuloste sisältää luokan Kirja nimen ja epämääräisen @-merkkiä seuraavan merkkijonon. Huomaa että kutsussa System.out.println(olioKirja) Java tekee oikeasti kutsun System.out.println(olioKirja.toString())

Selitys liittyy Javan luokkien rakenteeseen. Jokainen Javan luokka perii automaattisesti luokan Object, joka sisältää joukon jokaiselle Javan luokalle hyödyllisiä perusmetodeja. Perintä tarkoittaa että oma luokkamme saa käyttöön perittävän luokan määrittelemiä toiminnallisuuksia ja ominaisuuksia. Luokka Object sisältää muun muassa metodin toString, joka periytyy luokkiimme. Tämän takia metodi toString on jokaisen luomamme luokan käytössä, riippumatta siitä lisäämmekö metodille toteutuksen luokkaamme vai emme.

Object-luokassa määritelty toString-metodi ei yleensä ole toivomamme, minkä takia se tyypillisesti korvataan omalla toteutuksellamme. Tämä tapahtuu luomalla omaan luokkaamme public String toString()-metodi, jossa on toivomamme toiminnallisuus.

Lisätään luokkaan Kirja metodi public String toString(), joka korvaa perityssä Object luokassa olevan metodin toString.

public class Kirja {
    private String nimi;
    private int julkaisuvuosi;

    public Kirja(String nimi, int julkaisuvuosi) {
        this.nimi = nimi;
        this.julkaisuvuosi = julkaisuvuosi;
    }

    public String getNimi() {
        return this.nimi;
    }

    public int getJulkaisuvuosi() {
        return this.julkaisuvuosi;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return this.nimi + " (" + this.julkaisuvuosi + ")";
    }
}

Nyt kun teemme oliosta ilmentymän ja annamme sen tulostusmetodille, näemme luokassa Kirja olevan toString-metodin tuottaman merkkijonon.

Kirja olioKirja = new Kirja("Oliokirja", 2000);
System.out.println(olioKirja);

Oliokirja (2000)

Luokassa Kirja olevan metodin toString yläpuolella on annotaatio @Override. Annotaatioilla annetaan vinkkejä siitä, miten metodeihin tulisi suhtautua. Annotaatio @Override kertoo lukijalle että annotaatiota seuraava metodi korvaa perityssä luokassa määritellyn metodin. Jos korvattavaan metodiin ei liitetä annotaatiota, antaa kääntäjä tilanteessa varoituksen, overriden kirjottamatta jättäminen ei kuitenkaan ole virhe.

Luokasta Object peritään muitakin hyödyllisiä metodeja. Tutustutaan seuraavaksi metodeihin equals ja hashCode.

Samanarvoisuudesta kertova metodi "equals"

Metodia equals käytetään kahden olion yhtäsuuruusvertailuun. Metodia on jo käytetty muun muassa String-olioiden yhteydessä.

Scanner lukija = new Scanner(System.in);

System.out.print("Kirjoita salasana: ");
String salasana = lukija.nextLine();

if (salasana.equals("salasana")) {
    System.out.println("Oikein meni!");
} else {
    System.out.println("Pieleen meni!");
}

Kirjoita salasana: mahtiporkkana
Pieleen meni!

Luokassa Object määritelty metodi equals tarkastaa onko parametrina annetulla oliolla sama viite kuin oliolla johon verrataan, eli toisinsanoen oletusarvoisesti vertaillaan onko kyse kahdesta samasta oliosta. Jos viite on sama, palauttaa metodi arvon true, muuten false. Tämä selvenee seuraavalla esimerkillä. Luokassa Kirja ei ole omaa equals-metodin toteutusta, joten se käyttää Object-luokassa olevaa toteutusta.

Kirja olioKirja = new Kirja("Oliokirja", 2000);
Kirja toinenOlioKirja = olioKirja;

if (olioKirja.equals(toinenOlioKirja)) {
    System.out.println("Kirjat olivat samat");
} else {
    System.out.println("Kirjat eivät olleet samat");
}

// nyt luodaan saman sisältöinen olio joka kuitenkin on oma erillinen olionsa
toinenOlioKirja = new Kirja("Oliokirja", 2000);

if (olioKirja.equals(toinenOlioKirja)) {
    System.out.println("Kirjat olivat samat");
} else {
    System.out.println("Kirjat eivät olleet samat");
}

Kirjat olivat samat
Kirjat eivät olleet samat

Vaikka edellisessä esimerkissä olevien kirjaolioiden sisäinen rakenne (eli oliomuuttujien arvot) on täsmälleen sama, vain ensimmäinen vertailu tulostaa merkkijonon "Kirjat olivat samat". Tämä johtuu siitä että vain ensimmäisessä tapauksessa viitteet ovat samat, eli olioa vertaillaan itseensä. Toisessa vertailussa kyse on kahdesta eri oliosta, vaikka muuttujilla onkin samat arvot.

Merkkijonojen eli Stringien yhteydessä equals toimii odotetulla tavalla, eli se ilmoittaa kaksi samansisältöistä merkkijonoa "equalseiksi" vaikka kyseessä olisikin kaksi erillistä olioa. String-luokassa onkin korvattu oletusarvoinen equals omalla toteutuksella.

Haluamme että kirjojen vertailu onnistuu myös nimen ja vuoden perusteella. Korvataan Object-luokassa oleva metodi equals määrittelemällä sille toteutus luokkaan Kirja. Metodin equals tehtävänä on selvittää onko olio sama kuin metodin parametrina saatu olio. Metodi saa parametrina Object-tyyppisen viitteen olion. Määritellään ensin metodi, jonka mielestä kaikki oliot ovat samoja.

public boolean equals(Object olio) {
    return true;
}

Metodimme on varsin optimistinen, joten muutetaan sen toimintaa hieman. Määritellään että oliot eivät ole samoja jos parametrina saatu olio on null tai jos olioiden tyypit eivät ole samat. Olion tyypin saa (Object-luokassa määritellyllä) metodilla getClass(). Muussa tapauksessa oletetaan että oliot ovat samat.

public boolean equals(Object olio) {
    if (olio == null) {
        return false;
    }

    if (this.getClass() != olio.getClass()) {
        return false;
    }

    return true;
}

Metodi equals huomaa eron erityyppisten olioiden välillä, mutta ei vielä osaa erottaa samanlaisia olioita toisistaan. Jotta voisimme verrata nykyistä oliota ja parametrina saatua Object-tyyppisellä parametrilla viitattua olioa, tulee Object-viitteen tyyppiä muuttaa. Viitteen tyyppiä voidaan muuttaa tyyppimuunnoksella jos ja vain jos olion tyyppi on oikeasti sellainen, mihin sitä yritetään muuttaa. Tyyppimuunnos tapahtuu antamalla asetuslauseen oikealla puolella haluttu luokka suluissa, esimerkiksi:

HaluttuTyyppi muuttuja = (HaluttuTyyppi) vanhaMuuttuja;

Voimme tehdä tyyppimuunnoksen koska tiedämme olioiden olevan samantyyppisiä, jos ne ovat erityyppisiä yllä oleva metodi getClass palauttaa arvon false. Muunnetaan metodissa equals saatu Object-tyyppinen parametri Kirja-tyyppiseksi, ja todetaan kirjojen olevan eri jos niiden julkaisuvuodet ovat eri. Muuten kirjat ovat vielä samat.

public boolean equals(Object olio) {
    if (olio == null) {
        return false;
    }

    if (getClass() != olio.getClass()) {
        return false;
    }

    Kirja verrattava = (Kirja) olio;

    if(this.julkaisuvuosi != verrattava.getJulkaisuvuosi()) {
        return false;
    }

    return true;
}

Nyt vertailumetodimme osaa erottaa eri vuosina julkaistut kirjat. Lisätään vielä tarkistus, että kirjojemme nimet ovat samat ja että oman kirjamme nimi ei ole null.

public boolean equals(Object olio) {
    if (olio == null) {
        return false;
    }

    if (getClass() != olio.getClass()) {
        return false;
    }

    Kirja verrattava = (Kirja) olio;

    if (this.julkaisuvuosi != verrattava.getJulkaisuvuosi()) {
        return false;
    }

    if (this.nimi == null || !this.nimi.equals(verrattava.getNimi())) {
        return false;
    }

    return true;
}

Mahtavaa, viimeinkin toimiva vertailumetodi! Alla vielä tämänhetkinen Kirja-luokkamme.

public class Kirja {
    private String nimi;
    private int julkaisuvuosi;

    public Kirja(String nimi, int julkaisuvuosi) {
        this.nimi = nimi;
        this.julkaisuvuosi = julkaisuvuosi;
    }

    public String getNimi() {
        return this.nimi;
    }

    public int getJulkaisuvuosi() {
        return this.julkaisuvuosi;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return this.nimi + " (" + this.julkaisuvuosi + ")";
    }

    @Override
    public boolean equals(Object olio) {
        if (olio == null) {
            return false;
        }

        if (getClass() != olio.getClass()) {
            return false;
        }

        Kirja verrattava = (Kirja) olio;

        if (this.julkaisuvuosi != verrattava.getJulkaisuvuosi()) {
            return false;
        }

        if (this.nimi == null || !this.nimi.equals(verrattava.getNimi())) {
            return false;
        }

        return true;
    }
}

Nyt kirjojen vertailu palauttaa true jos kirjojen sisällöt ovat samat.

Kirja olioKirja = new Kirja("Oliokirja", 2000);
Kirja toinenOlioKirja = new Kirja("Oliokirja", 2000);

if (olioKirja.equals(toinenOlioKirja)) {
    System.out.println("Kirjat olivat samat");
} else {
    System.out.println("Kirjat eivät olleet samat");
}

Kirjat olivat samat

Paivays p = new Paivays(1, 2, 2000);
System.out.println(p.equals("heh"));
System.out.println(p.equals(new Paivays(5, 2, 2012)));
System.out.println(p.equals(new Paivays(1, 2, 2000)));

false
false
true

Equals ja ArrayList

Useat Javan valmiit tietorakenteet käyttävät equals-metodia osana sisäistä hakumekanismiaan. Esimerkiksi luokan ArrayList contains-metodi vertailee olioiden yhtäsuuruutta equals-metodin avulla. Jatketaan aiemmin määrittelemämme Kirja-luokan käyttöä seuraavassa esimerkissä. Jos emme toteuta omissa olioissamme equals-metodia, ei contains-metodi toimi oikein, sillä se käyttää omassa toteutuksessaan equals-metodia olioiden vertailemiseen. Kokeile alla olevaa koodia kahdella erilaisella Kirja-luokalla. Toisessa on equals-metodi, ja toisessa sitä ei ole.

ArrayList<Kirja> kirjat = new ArrayList<>();
Kirja olioKirja = new Kirja("Oliokirja", 2000);
kirjat.add(olioKirja);

if (kirjat.contains(olioKirja)) {
    System.out.println("Oliokirja löytyi.");
}

olioKirja = new Kirja("Oliokirja", 2000);

if (!kirjat.contains(olioKirja)) {
    System.out.println("Oliokirjaa ei löytynyt.");
}

Tämä oletusmetodeihin kuten equals tukeutuminen on oikeastaan syy sille, miksi Java haluaa, että ArrayListiin lisättävät muuttujat ovat viittaustyyppisiä. Koska jokaisella luokalla on Object-luokasta periytyvä equals-metodi, ei luokan ArrayList sisäistä toteutusta tarvitse muuttaa lainkaan erilaisia muuttujia lisättäessä. Alkeistyyppisillä muuttujilla tällaisia metodeja ei ole, jolloin ArrayList ei löydä niihin liittyvää equals-metodia.

Hajautusarvo "hashCode"

Object-luokasta periytyvää metodia hashCode käytetään oliota kuvaavan hajautusarvon luomiseen. Hajautusarvoa käytetään suurpiirteiseen vertailuun. Jos kahdella oliolla on sama hajautusarvo, ne saattavat olla samanarvoiset. Jos taas kahdella oliolla on eri hajautusarvot, ne ovat varmasti eriarvoiset.

Hajautusarvoa tarvitaan muunmuassa HashMapissa. HashMapin sisäinen toiminta perustuu siihen, että avain-arvo -parit on tallennettu avaimen hajautusarvon perusteella listoja sisältävään taulukkoon. Jokainen taulukon indeksi viittaa listaan. Hajautusarvon perusteella tunnistetaan taulukon indeksi, jonka jälkeen taulukon indeksistä löytyvä lista käydään läpi. Avaimeen liittyvä arvo palautetaan jos ja vain jos listasta löytyy täsmälleen sama arvo (samansuuruisuuden vertailu tapahtuu equals-metodilla). Näin etsinnässä tarvitsee tarkastella vain murto-osaa hajautustauluun tallennetuista avaimista.

Olemme tähän mennessä käyttäneet HashMapin avaimina ainoastaan String- ja Integer-tyyppisiä olioita, joilla on ollut valmiina sopivasti toteutetut hashCode-metodit. Luodaan esimerkki jossa näin ei ole: jatketaan kirjojen parissa ja pidetään kirjaa lainassa olevista kirjoista. Päätetään ratkaista kirjanpito HashMapin avulla. Avaimena toimii kirja ja kirjaan liitetty arvo on merkkijono, joka keroo lainaajan nimen:

HashMap<Kirja, String> lainaajat = new HashMap<>();

Kirja oliokirja = new Kirja("Oliokirja", 2000);
lainaajat.put(oliokirja, "Pekka");
lainaajat.put(new Kirja("Test Driven Development", 1999), "Arto");

System.out.println(lainaajat.get(oliokirja));
System.out.println(lainaajat.get(new Kirja("Oliokirja", 2000));
System.out.println(lainaajat.get(new Kirja("Test Driven Development", 1999));

Pekka
null
null

Löydämme lainaajan hakiessamme samalla oliolla, joka annettiin hajautustaulun put-metodille avaimeksi. Täsmälleen samanlaisella kirjalla mutta eri oliolla haettaessa lainaajaa ei kuitenkaan löydy ja saamme null-viitteen. Syynä on Object-luokassa oleva hashCode-metodin oletustoteutus. Oletustoteutus luo hashCode-arvon olion viitteen perusteella, eli samansisältöiset mutta eri oliot saavat eri tuloksen hashCode-metodista. Tämän takia olioa ei osata etsiä oikeasta paikasta.

Jotta HashMap toimisi haluamallamme tavalla, eli palauttaisi lainaajan kun avaimeksi annetaan oikean sisältöinen olio (ei välttämässä siis sama olio kuin alkuperäinen avain), on avaimena toimivan luokan ylikirjoitettava metodin equals lisäksi metodi hashCode. Metodi on ylikirjoitettava siten, että se antaa saman numeerisen tuloksen kaikille samansisältöisille olioille. Myös jotkut erisisältöiset oliot saavat saada saman tuloksen hashCode-metodista. On kuitenkin HashMapin tehokkuuden kannalta oleellista, että erisisältöiset oliot saavat mahdollisimman harvoin saman hajautusarvon.

Olemme aiemmin käyttäneet String-olioita menestyksekkäästi HashMapin avaimena, joten voimme päätellä että String-luokassa on oma järkevästi toimiva hashCode-toteutus. Delegoidaan, eli siirretään laskemisvastuu String-oliolle.

public int hashCode() {
    return this.nimi.hashCode();
}

Yllä oleva ratkaisu on melko hyvä, mutta jos nimi on null, näemme NullPointerException-virheen. Korjataan tämä vielä määrittelemällä ehto: jos nimi-muuttujan arvo on null, palautetaan hajautusarvoksi julkaisuvuosi.

public int hashCode() {
    if (this.nimi == null) {
        return this.julkaisuvuosi;
    }

    return this.nimi.hashCode();
}

Nyt ylläolevassa ratkaisussa kaikki saman nimiset kirjat niputetaan samaan joukkoon. Parannetaan toteutusta vielä siten, että kirjan julkaisuvuosi huomioidaan myös nimeen perustuvassa hajautusarvon laskennassa.

public int hashCode() {
    if (this.nimi == null) {
        return this.julkaisuvuosi;
    }

    return this.julkaisuvuosi + this.nimi.hashCode();
}

Luokka Kirja nyt kokonaisuudessaan.

public class Kirja {

    private String nimi;
    private int julkaisuvuosi;

    public Kirja(String nimi, int julkaisuvuosi) {
        this.nimi = nimi;
        this.julkaisuvuosi = julkaisuvuosi;
    }

    public String getNimi() {
        return this.nimi;
    }

    public int getJulkaisuvuosi() {
        return this.julkaisuvuosi;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return this.nimi + " (" + this.julkaisuvuosi + ")";
    }

    @Override
    public boolean equals(Object olio) {
        if (olio == null) {
            return false;
        }

        if (getClass() != olio.getClass()) {
            return false;
        }

        Kirja verrattava = (Kirja) olio;

        if (this.julkaisuvuosi != verrattava.getJulkaisuvuosi()) {
            return false;
        }

        if (this.nimi == null || !this.nimi.equals(verrattava.getNimi())) {
            return false;
        }

        return true;
    }

    public int hashCode() {
        if (this.nimi == null) {
            return this.julkaisuvuosi;
        }

        return this.julkaisuvuosi + this.nimi.hashCode();
    }
}

Kerrataan vielä: jotta luokkaa voidaan käyttää HashMap:in avaimena, tulee sille määritellä

• metodi equals siten, että kaikki samansuuruisena (tai saman sisältöisinä) ajatellut oliot tuottavat vertailussa tuloksen true ja muut false
• metodi hashCode siten, että mahdollisimman harvalla erisuuruisella oliolla on sama hajautusarvo

Luokalle Kirja määrittelemämme equals ja hashCode selvästi täyttävät nämä ehdot. Nyt myös aiemmin kohtaamamme ongelma ratkeaa ja kirjojen lainaajat löytyvät:

HashMap<Kirja, String> lainaajat = new HashMap<>();

Kirja oliokirja = new Kirja("Oliokirja", 2000);
lainaajat.put(oliokirja, "Pekka");
lainaajat.put(new Kirja("Test Driven Development",1999), "Arto");

System.out.println(lainaajat.get(oliokirja));
System.out.println(lainaajat.get(new Kirja("Oliokirja", 2000));
System.out.println(lainaajat.get(new Kirja("Test Driven Development", 1999));

Tulostuu:

Pekka
Pekka
Arto

public class Rekisterinumero {
    // tässä määre final tarkoittaa sitä, että arvoa ei voi muuttaa asetuksen jälkeen
    private final String rekNro;
    private final String maa;

    public Rekisterinumero(String rekNro, String maa) {
       this.rekNro = rekNro;
       this.maa = maa;
    }

    public String toString(){
        return maa+ " "+rekNro;
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Rekisterinumero rek1 = new Rekisterinumero("FI", "ABC-123");
    Rekisterinumero rek2 = new Rekisterinumero("FI", "UXE-465");
    Rekisterinumero rek3 = new Rekisterinumero("D", "B WQ-431");

    ArrayList<Rekisterinumero> suomalaiset = new ArrayList<>();
    suomalaiset.add(rek1);
    suomalaiset.add(rek2);

    Rekisterinumero uusi = new Rekisterinumero("FI", "ABC-123");
    if (!suomalaiset.contains(uusi)) {
        suomalaiset.add(uusi);
    }
    System.out.println("suomalaiset: " + suomalaiset);
    // jos equals-metodia ei ole ylikirjoitettu, menee sama rekisterinumero toistamiseen listalle

    HashMap<Rekisterinumero, String> omistajat = new HashMap<>();
    omistajat.put(rek1, "Arto");
    omistajat.put(rek3, "Jürgen");

    System.out.println("omistajat:");
    System.out.println(omistajat.get(new Rekisterinumero("FI", "ABC-123")));
    System.out.println(omistajat.get(new Rekisterinumero("D", "B WQ-431")));
    // jos hashCode ei ole ylikirjoitettu, eivät omistajat löydy
}

suomalaiset: [FI ABC-123, FI UXE-465]
omistajat:
Arto
Jürgen

Rajapinta

Rajapinnan (engl. interface) avulla määritellään luokalta vaadittu käyttäytyminen, eli sen metodit. Rajapinnat määritellään kuten normaalit Javan luokat, mutta luokan alussa olevan määrittelyn "public class ..." sijaan käytetään määrittelyä "public interface ...". Rajapinnat määrittelevät käyttäytymisen metodien niminä ja palautusarvoina, mutta ne eivät aina sisällä metodien konkreettista toteutusta. Näkyvyysmäärettä rajapintoihin ei erikseen merkitä, sillä se on aina public. Tutkitaan luettavuutta kuvaavaa rajapintaa Luettava.

public interface Luettava {
    String lue();
}

Rajapinta Luettava määrittelee metodin lue(), joka palauttaa String-tyyppisen olion. Luettava kuvaa käyttäytymistä: esimerkiksi tekstiviesti tai sähköpostiviesti voi olla luettava.

Rajapinnan toteuttavat luokat päättävät miten rajapinnassa määritellyt metodit toteutetaan. Luokka toteuttaa rajapinnan lisäämällä luokan nimen jälkeen avainsanan implements, jota seuraa rajapinnan nimi. Luodaan luokka Tekstiviesti, joka toteuttaa rajapinnan Luettava.

public class Tekstiviesti implements Luettava {
    private String lahettaja;
    private String sisalto;

    public Tekstiviesti(String lahettaja, String sisalto) {
        this.lahettaja = lahettaja;
        this.sisalto = sisalto;
    }

    public String getLahettaja() {
        return this.lahettaja;
    }

    public String lue() {
        return this.sisalto;
    }
}

Koska luokka Tekstiviesti toteuttaa rajapinnan Luettava (public class Tekstiviesti implements Luettava), on luokassa Tekstiviesti pakko olla metodin public String lue() toteutus. Rajapinnassa määriteltyjen metodien toteutuksilla tulee aina olla näkyvyysmääre public.

Toteutetaan luokan Tekstiviesti lisäksi toinen Luettava rajapinnan toteuttava luokka. Luokka Sahkokirja on sähköinen toteutus kirjasta, joka sisältää kirjan nimen ja sivut. Sähkökirjaa luetaan sivu kerrallaan, metodin public String lue() kutsuminen palauttaa aina seuraavan sivun merkkijonona.

public class Sahkokirja implements Luettava {
    private String nimi;
    private ArrayList<String> sivut;
    private int sivunumero;

    public Sahkokirja(String nimi, ArrayList<String> sivut) {
        this.nimi = nimi;
        this.sivut = sivut;
        this.sivunumero = 0;
    }

    public String getNimi() {
        return this.nimi;
    }

    public int sivuja() {
        return this.sivut.size();
    }

    public String lue() {
        String sivu = this.sivut.get(this.sivunumero);
        seuraavaSivu();
        return sivu;
    }

    private void seuraavaSivu() {
        this.sivunumero = this.sivunumero + 1;
        if(this.sivunumero % this.sivut.size() == 0) {
            this.sivunumero = 0;
        }
    }
}

Rajapinnan toteuttavasta luokasta voi tehdä olioita aivan kuten normaaleistakin luokista, ja niitä voidaan käyttää myös esimerkiksi ArrayList-listojen tyyppinä.

Tekstiviesti viesti = new Tekstiviesti("ope", "Huikeaa menoa!");
System.out.println(viesti.lue());

ArrayList<Tekstiviesti> tekstiviestit = new ArrayList<>();
tekstiviestit.add(new Tekstiviesti("tuntematon numero", "I hid the body.");

Huikeaa menoa!

ArrayList<String> sivut = new ArrayList<>();
sivut.add("Pilko metodisi lyhyiksi luettaviksi kokonaisuuksiksi.");
sivut.add("Erota käyttöliittymälogiikka sovelluksen logiikasta.");
sivut.add("Ohjelmoi aina ensin pieni osa, jolla ratkaiset osan ongelmasta.");
sivut.add("Harjoittelu tekee mestarin. Keksi ja tee omia kokeiluja ja projekteja.");

Sahkokirja kirja = new Sahkokirja("Vinkkejä ohjelmointiin.", sivut);
for (int sivu = 0; sivu < kirja.sivuja(); sivu++) {
    System.out.println(kirja.lue());
}

Pilko metodisi lyhyiksi luettaviksi kokonaisuuksiksi.
Erota käyttöliittymälogiikka sovelluksen logiikasta.
Ohjelmoi aina ensin pieni osa, jolla ratkaiset osan ongelmasta.
Harjoittelu tekee mestarin. Keksi ja tee omia kokeiluja ja projekteja.

ArrayList<String> sivut = new ArrayList<>();
sivut.add("Pilko metodisi lyhyiksi luettaviksi kokonaisuuksiksi.");
sivut.add("Erota käyttöliittymälogiikka sovelluksen logiikasta.");
sivut.add("Ohjelmoi aina ensin pieni osa, jolla ratkaiset osan ongelmasta.");
sivut.add("Harjoittelu tekee mestarin. Keksi ja tee omia kokeiluja ja projekteja.");

Sahkokirja kirja = new Sahkokirja("Vinkkejä ohjelmointiin.", sivut);

int sivu = 0;
while (sivu < kirja.sivuja()) {
    System.out.println(kirja.lue());
    sivu++;
}

ArrayList<String> sivut = new ArrayList<>();
sivut.add("Pilko metodisi lyhyiksi luettaviksi kokonaisuuksiksi.");
sivut.add("Erota käyttöliittymälogiikka sovelluksen logiikasta.");
sivut.add("Ohjelmoi aina ensin pieni osa, jolla ratkaiset osan ongelmasta.");
sivut.add("Harjoittelu tekee mestarin. Keksi ja tee omia kokeiluja ja projekteja.");

Sahkokirja kirja = new Sahkokirja("Vinkkejä ohjelmointiin.", sivut);
for (int sivu = 0; sivu < kirja.sivuja(); sivu++) {
    System.out.println(kirja.lue());
}

public interface Palvelusvelvollinen {
    int paiviaJaljella();
    void palvele();
}

Rajapinta muuttujan tyyppinä

Uutta muuttujaa esitellessä kerrotaan aina muuttujan tyyppi. Tyyppejä on kahdenlaisia, alkeistyyppiset muuttujat (int, double, ...) ja viittaustyyppiset muuttujat (kaikki oliot). Olemme tähän mennessä käyttäneet viittaustyyppisten muuttujien tyyppinä olion luokkaa.

String merkkijono = "merkkijono-olio";
Tekstiviesti viesti = new Tekstiviesti("ope", "samalla oliolla monta tyyppiä");

Olion tyyppi voi olla muutakin kuin sen luokka. Esimerkiksi rajapinnan Luettava toteuttavan luokan Sahkokirja tyyppi on sekä Sahkokirja että Luettava. Samalla tavalla myös tekstiviestillä on monta tyyppiä. Koska luokka Tekstiviesti toteuttaa rajapinnan Luettava, on sillä tyypin Tekstiviesti lisäksi myös tyyppi Luettava.

Tekstiviesti viesti = new Tekstiviesti("ope", "Kohta tapahtuu huikeita");
Luettava luettava = new Tekstiviesti("ope", "Tekstiviesti on Luettava!");

ArrayList<String> sivut = new ArrayList<>();
sivut.add("Metodi voi kutsua itse itseään.");

Luettava kirja = new Sahkokirja("Rekursion alkeet.", sivut);
for (int sivu = 0; sivu < kirja.sivuja(); sivu++) {
    System.out.println(kirja.lue());
}

Koska rajapintaa voidaan käyttää tyyppinä, on mahdollista luoda rajapintaluokan tyyppisiä olioita sisältävä lista.

ArrayList<Luettava> lukulista = new ArrayList<>();

lukulista.add(new Tekstiviesti("ope", "never been programming before..."));
lukulista.add(new Tekstiviesti("ope", "gonna love it i think!"));
lukulista.add(new Tekstiviesti("ope", "give me something more challenging! :)"));
lukulista.add(new Tekstiviesti("ope", "you think i can do it?"));
lukulista.add(new Tekstiviesti("ope", "up here we send several messages each day"));


ArrayList<String> sivut = new ArrayList<>();
sivut.add("Metodi voi kutsua itse itseään.");

lukulista.add(new Sahkokirja("Rekursion alkeet.", sivut));

lukulista.stream().forEach(l -> System.out.println(l.lue()));

Huomaa että vaikka rajapinnan Luettava toteuttava luokka Sahkokirja on aina rajapinnan tyyppinen, eivät kaikki Luettava-rajapinnan toteuttavat luokat ole tyyppiä Sahkokirja. Luokasta Sahkokirja tehdyn olion asettaminen Luettava-tyyppiseen muuttujaan onnistuu, mutta toiseen suuntaan asetus ei ole sallittua ilman erillistä tyyppimuunnosta.

Luettava luettava = new Tekstiviesti("ope", "Tekstiviesti on Luettava!"); // toimii
Tekstiviesti viesti = luettava; // ei toimi

Tekstiviesti muunnettuViesti = (Tekstiviesti) luettava; // toimii jos ja vain jos
                                                        // luettava on tyyppiä Tekstiviesti

Tyyppimuunnos onnistuu jos ja vain jos muuttuja on oikeastikin sitä tyyppiä johon sitä yritetään muuntaa. Tyyppimuunnoksen käyttöä ei yleisesti suositella, ja lähes ainut sallittu paikka sen käyttöön on equals-metodin toteutuksessa.

Rajapinta metodin parametrina

Rajapintojen todelliset hyödyt tulevat esille kun niitä käytetään metodille annettavan parametrin tyyppinä. Koska rajapintaa voidaan käyttää muuttujan tyyppinä, voidaan sitä käyttää metodikutsuissa parametrin tyyppinä. Esimerkiksi seuraavan luokan Tulostin metodi tulosta saa parametrina Luettava-tyyppisen muuttujan.

public class Tulostin {
    public void tulosta(Luettava luettava) {
        System.out.println(luettava.lue());
    }
}

Luokan Tulostin tarjoaman metodin tulosta huikeus piilee siinä, että sille voi antaa parametrina minkä tahansa Luettava-rajapinnan toteuttavan luokan ilmentymän. Kutsummepa metodia millä tahansa Luettava-luokan toteuttaneen luokan oliolla, metodi osaa toimia oikein.

Tekstiviesti viesti = new Tekstiviesti("ope", "Huhhuh, tää tulostinkin osaa tulostaa näitä!");

ArrayList<String> sivut = new ArrayList<>();
sivut.add("Lukujen {1, 3, 5} ja {2, 3, 4, 5} yhteisiä lukuja ovat {3, 5}.");
Sahkokirja kirja = new Sahkokirja("Yliopistomatematiikan perusteet.", sivut);

Tulostin tulostin = new Tulostin();
tulostin.tulosta(viesti);
tulostin.tulosta(kirja);

Huhhuh, tää tulostinkin osaa tulostaa näitä!
Lukujen {1, 3, 5} ja {2, 3, 4, 5} yhteisiä lukuja ovat {3, 5}.

Toteutetaan toinen luokka Lukulista, johon voidaan lisätä mielenkiintoisia luettavia asioita. Luokalla on oliomuuttujana ArrayList-luokan ilmentymä, johon luettavia asioita tallennetaan. Lukulistaan lisääminen tapahtuu lisaa-metodilla, joka saa parametrikseen Luettava-tyyppisen olion.

public class Lukulista {
    private ArrayList<Luettava> luettavat;

    public Lukulista() {
        this.luettavat = new ArrayList<>();
    }

    public void lisaa(Luettava luettava) {
        this.luettavat.add(luettava);
    }

    public int luettavia() {
        return this.luettavat.size();
    }
}

Lukulistat ovat yleensä luettavia, joten toteutetaan luokalle Lukulista rajapinta Luettava. Lukulistan lue-metodi lukee kaikki luettavat-listalla olevat oliot läpi, ja lisää yksitellen niiden lue()-metodin palauttaman merkkijonoon.

public class Lukulista implements Luettava {
    private ArrayList<Luettava> luettavat;

    public Lukulista() {
        this.luettavat = new ArrayList<>();
    }

    public void lisaa(Luettava luettava) {
        this.luettavat.add(luettava);
    }

    public int luettavia() {
        return this.luettavat.size();
    }

    public String lue() {
        String luettu = this.luettavat.stream()
            .reduce("", (a, luettava) -> a + luettava.lue() + "\n");

        // yllä oleva on sama kuin
        /*
        String luettu = "";
        for (int i = 0; i < this.luettavat.size(); i++) {
            luettu += this.luettavat.get(i).lue() + "\n";
        }
        */

        // kun lukulista on luettu, tyhjennetään se
        this.luettavat.clear();
        return luettu;
    }
}

Lukulista joninLista = new Lukulista();
joninLista.lisaa(new Tekstiviesti("arto", "teitkö jo testit?"));
joninLista.lisaa(new Tekstiviesti("arto", "katsoitko jo palautukset?"));

System.out.println("Jonilla luettavia: " + joninLista.luettavia());

Jonilla luettavia: 2

Koska Lukulista on tyyppiä Luettava, voi lukulistalle lisätä Lukulista-olioita. Alla olevassa esimerkissä Jonilla on paljon luettavaa. Onneksi Verna tulee hätiin ja lukee viestit Jonin puolesta.

Lukulista joninLista = new Lukulista();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    joninLista.lisaa(new Tekstiviesti("arto", "teitkö jo testit?"));
}

System.out.println("Jonilla luettavia: " + joninLista.luettavia());
System.out.println("Delegoidaan lukeminen Vernalle");

Lukulista vernanLista = new Lukulista();
vernanLista.lisaa(joninLista);
vernanLista.lue();

System.out.println();
System.out.println("Jonilla luettavia: " + joninLista.luettavia());

Jonilla luettavia: 1000
Delegoidaan lukeminen Vernalle

Jonilla luettavia: 0

Ohjelmassa Vernan listalle kutsuttu lue-metodi käy kaikki sen sisältämät Luettava-oliot läpi, ja kutsuu niiden lue-metodia. Kutsuttaessa lue-metodia Vernan listalle käydään myös Vernan lukulistalla oleva Jonin lukulista läpi. Jonin lukulista käydään läpi kutsumalla sen lue-metodia. Jokaisen lue-metodin kutsun lopussa tyhjennetään juuri luettu lista. Eli Jonin lukulista tyhjenee kun Verna lukee sen.

Kuten huomaat, ohjelmassa on jo hyvin paljon viitteitä. Kannattaa piirtää ohjelman tilaa askeleittain paperille, ja hahmotella miten vernanLista-oliolle tapahtuva metodikutsu lue etenee!

ArrayList<Integer> luvut = new ArrayList<>();
luvut.add(7);
luvut.add(3);
luvut.add(2);
luvut.add(1);

int summa = luvut.stream()
    .reduce(0, (edellinenSumma, luku) -> edellinenSumma + luku);
System.out.println(summa);

13

ArrayList<String> sanat = new ArrayList<>();
sanat.add("Eka");
sanat.add("Toka");
sanat.add("Kolmas");
sanat.add("Neljäs");

String yhdistetty = sanat.stream()
    .reduce("", (edellinenMjono, sana) -> edellinenMjono + sana + "\n");
System.out.println(yhdistetty);

Eka
Toka
Kolmas
Neljäs

public interface Talletettava {
    double paino();
}

public static void main(String[] args) {
    Kirja kirja1 = new Kirja("Fedor Dostojevski", "Rikos ja Rangaistus", 2);
    Kirja kirja2 = new Kirja("Robert Martin", "Clean Code", 1);
    Kirja kirja3 = new Kirja("Kent Beck", "Test Driven Development", 0.5);

    CDLevy cd1 = new CDLevy("Pink Floyd", "Dark Side of the Moon", 1973);
    CDLevy cd2 = new CDLevy("Wigwam", "Nuclear Nightclub", 1975);
    CDLevy cd3 = new CDLevy("Rendezvous Park", "Closer to Being Here", 2012);

    System.out.println(kirja1);
    System.out.println(kirja2);
    System.out.println(kirja3);
    System.out.println(cd1);
    System.out.println(cd2);
    System.out.println(cd3);
}

Fedor Dostojevski: Rikos ja Rangaistus
Robert Martin: Clean Code
Kent Beck: Test Driven Development
Pink Floyd: Dark Side of the Moon (1973)
Wigwam: Nuclear Nightclub (1975)
Rendezvous Park: Closer to Being Here (2012)

public static void main(String[] args) {
    Laatikko laatikko = new Laatikko(10);

    laatikko.lisaa(new Kirja("Fedor Dostojevski", "Rikos ja Rangaistus", 2)) ;
    laatikko.lisaa(new Kirja("Robert Martin", "Clean Code", 1));
    laatikko.lisaa(new Kirja("Kent Beck", "Test Driven Development", 0.7));

    laatikko.lisaa(new CDLevy("Pink Floyd", "Dark Side of the Moon", 1973));
    laatikko.lisaa(new CDLevy("Wigwam", "Nuclear Nightclub", 1975));
    laatikko.lisaa(new CDLevy("Rendezvous Park", "Closer to Being Here", 2012));

    System.out.println(laatikko);
}

Laatikko: 6 esinettä, paino yhteensä 4.0 kiloa

public class Laatikko {
    //...

    public double paino() {
        double paino = 0;
        // laske laatikkoon talletettujen tavaroiden yhteispaino
        return paino;
    }
}

Rajapinta metodin paluuarvona

Kuten mitä tahansa muuttujan tyyppiä, myös rajapintaa voi käyttää metodin paluuarvona. Seuraavassa Tehdas, jota voi pyytää valmistamaan erilaisia Talletettava-rajapinnan toteuttavia oliota. Tehdas valmistaa aluksi satunnaisesti kirjoja ja levyjä.

import java.util.Random;

public class Tehdas {

    public Tehdas() {
        // HUOM: parametritonta tyhjää konstruktoria ei ole pakko kirjoittaa,
        // jos luokalla ei ole muita konstruktoreja
        // Java tekee automaattisesti tälläisissä tilanteissa luokalle oletuskonstruktorin
        // eli parametrittoman tyhjän konstruktorin
    }

    public Talletettava valmistaUusi() {
        // Tässä käytettyä Random-oliota voi käyttää satunnaisten lukujen arpomiseen
        Random arpa = new Random();
        // arpoo luvun väliltä [0, 4[. Luvuksi tulee 0, 1, 2 tai 3.
        int luku = arpa.nextInt(4);

        if (luku == 0) {
            return new CDLevy("Pink Floyd", "Dark Side of the Moon", 1973);
        } else if (luku == 1) {
            return new CDLevy("Wigwam", "Nuclear Nightclub", 1975);
        } else if (luku == 2) {
            return new Kirja("Robert Martin", "Clean Code", 1);
        } else {
            return new Kirja("Kent Beck", "Test Driven Development", 0.7);
        }
    }
}

Tehdasta on mahdollista käyttää tuntematta tarkalleen mitä erityyppisiä Talletettava-rajapinnan luokkia on olemassa. Seuraavassa luokka Pakkaaja, jolta voi pyytää laatikollisen esineitä. Pakkaaja tuntee tehtaan, jota se pyytää luomaan esineet:

public class Pakkaaja {
    private Tehdas tehdas;

    public Pakkaaja() {
        this.tehdas = new Tehdas();
    }

    public Laatikko annaLaatikollinen() {
         Laatikko laatikko = new Laatikko(100);

         for (int i = 0; i < 10; i++) {
             Talletettava uusiTavara = tehdas.valmistaUusi();
             laatikko.lisaa(uusiTavara);
         }

         return laatikko;
    }
}

Koska pakkaaja ei tunne rajapinnan Talletettava toteuttavia luokkia, on ohjelmaan mahdollisuus lisätä uusia luokkia jotka toteuttavat rajapinnan ilman tarvetta muuttaa pakkaajaa. Seuraavassa on luotu uusi Talletettava-rajapinnan toteuttava luokka, Suklaalevy. Tehdasta on muutettu siten, että se luo kirjojen ja cd-levyjen lisäksi suklaalevyjä. Luokka Pakkaaja toimii muuttamatta tehtaan laajennetun version kanssa.

public class Suklaalevy implements Talletettava {
    // koska Javan generoima oletuskonstruktori riittää, emme tarvitse konstruktoria!

    public double paino() {
        return 0.2;
    }
}

import java.util.Random;

public class Tehdas {
    // koska Javan generoima oletuskonstruktori riittää, emme tarvitse konstruktoria!

    public Talletettava valmistaUusi() {

        Random arpa = new Random();
        int luku = arpa.nextInt(5);

        if (luku == 0) {
            return new CDLevy("Pink Floyd", "Dark Side of the Moon", 1973);
        } else if (luku == 1) {
            return new CDLevy("Wigwam", "Nuclear Nightclub", 1975);
        } else if (luku == 2) {
            return new Kirja("Robert Martin", "Clean Code", 1 );
        } else if (luku == 3) {
            return new Kirja("Kent Beck", "Test Driven Development", 0.7);
        } else {
            return new Suklaalevy();
        }
    }
}

Valmiit rajapinnat

Javan API tarjoaa huomattavan määrän valmiita rajapintoja. Tutustutaan tässä neljään usein käytettyyn rajapintaan: List, Map, Set ja Collection.

List-rajapinta

Rajapinta List määrittelee listoihin liittyvän peruskäyttäytymisen. Koska ArrayList-luokka toteuttaa List-rajapinnan, voi sitä käyttää myös List-rajapinnan kautta.

List<String> merkkijonot = new ArrayList<>();
merkkijonot.add("merkkijono-olio arraylist-oliossa!");

Kuten huomaamme List-rajapinnan Java API:sta, rajapinnan List toteuttavia luokkia on useita. Eräs tietojenkäsittelijöille tuttu listarakenne on linkitetty lista (linked list). Linkitettyä listaa voi käyttää rajapinnan List-kautta täysin samoin kuin ArrayLististä luotua oliota.

List<String> merkkijonot = new LinkedList<>();
merkkijonot.add("merkkijono-olio linkedlist-oliossa!");

Molemmat rajapinnan List toteutukset toimivat käyttäjän näkökulmasta samoin. Rajapinta siis abstrahoi niiden sisäisen toiminnallisuuden. ArrayListin ja LinkedListin sisäinen rakenne on kuitenkin huomattavan erilainen. ArrayList tallentaa alkioita taulukkoon, josta tietyllä indeksillä hakeminen on nopeaa. LinkedList taas rakentaa listan, jossa jokaisessa listan alkiossa on viite seuraavan listan alkioon. Kun linkitetyssä listassa haetaan alkiota tietyllä indeksillä, tulee listaa käydä läpi alusta indeksiin asti.

Isoilla listoille voimme nähdä huomattaviakin suorituskykyeroja. Linkitetyn listan vahvuutena on se, että listaan lisääminen on aina nopeaa. ArrayListillä taas taustalla on taulukko, jota täytyy kasvattaa aina kun se täyttyy. Taulukon kasvattaminen vaatii uuden taulukon luonnin ja vanhan taulukon tietojen kopioinnin uuteen taulukkoon. Toisaalta, indeksin perusteella hakeminen on Arraylististä erittäin nopeaa, kun taas linkitetyssä listassa joudutaan käymään listan alkioita yksitellen läpi tiettyyn indeksiin pääsemiseksi.

Tällä ohjelmointikurssilla eteen tulevissa tilanteissa kannattanee käytännössä valita aina ArrayList. "Rajapintoihin ohjelmointi" kuitenkin kannattaa: toteuta ohjelmasi siten, että käytät tietorakenteita rajapintojen kautta.

List<String> nimet = new ArrayList<>();
nimet.add("eka");
nimet.add("toka");
nimet.add("kolmas");

System.out.println(new ListanTarkistin().palautaKoko(nimet));

3

Map-rajapinta

Rajapinta Map määrittelee hajautustauluihin liittyvän peruskäyttäytymisen. Koska HashMap-luokka toteuttaa Map-rajapinnan, voi sitä käyttää myös Map-rajapinnan kautta.

Map<String, String> kaannokset = new HashMap<>();
kaannokset.put("gambatte", "tsemppiä");
kaannokset.put("hai", "kyllä");

Hajautustaulun avaimet saa hajautustaulusta keySet-metodin avulla.

Map<String, String> kaannokset = new HashMap<>();
kaannokset.put("gambatte", "tsemppiä");
kaannokset.put("hai", "kyllä");

kaannokset.keySet().stream()
    .forEach(avain -> System.out.println(avain + ": " + kaannokset.get(avain)));

gambatte: tsemppiä
hai: kyllä

Metodi keySet palauttaa Set-rajapinnan toteuttavan joukon alkioita. Set-rajapinnan toteuttavan joukon voi käydä läpi virtana. Hajautustaulusta saa talletetut arvot metodin values-avulla. Metodi values palauttaa Collection rajapinnan toteuttavan joukon alkioita. Tutustutaan vielä pikaisesti Set- ja Collection-rajapintoihin.

Map<String, String> nimet = new HashMap<>();
nimet.put("eka", "first");
nimet.put("toka", "second");

System.out.println(new HajautustaulunTarkistin().palautaKoko(nimet));

2

Set-rajapinta

Rajapinta Set kuvaa joukkoihin liittyvää toiminnallisuutta. Javassa joukot sisältävät aina joko 0 tai 1 kappaletta tiettyä oliota. Set-rajapinnan toteuttaa muun muassa HashSet. Joukon alkioita pystyy käymään läpi seuraavasti.

Set<String> joukko = new HashSet<>();
joukko.add("yksi");
joukko.add("yksi");
joukko.add("kaksi");

joukko.stream().forEach(alkio -> System.out.println(alkio));

yksi
kaksi

Huomaa että HashSet ei ota millään tavalla kantaa joukon alkioiden järjestykseen.

Set<String> nimet = new HashSet<>();
nimet.add("eka");
nimet.add("eka");
nimet.add("toka");
nimet.add("toka");
nimet.add("toka");

System.out.println(new JoukonTarkistin().palautaKoko(nimet));

2

Collection-rajapinta

Rajapinta Collection kuvaa kokoelmiin liittyvää toiminnallisuutta. Javassa muun muassa listat ja joukot ovat kokoelmia -- rajapinnat List ja Set toteuttavat rajapinnan Collection. Kokoelmarajapinta tarjoaa metodit muun muassa alkioiden olemassaolon tarkistamiseen (metodi contains) ja kokoelman koon tarkistamiseen (metodi size).

Collection-rajapinta määrää myös virtatoteutuksesta. Jokaisella luokalla, joka toteuttaa Collection-rajapinnan joko välillisesti tai suoraan, tulee olla virran luomiseen käytettävä metodi stream.

Luodaan vielä hajautustaulu ja käydään erikseen läpi siihen liittyvät avaimet ja arvot.

Map<String, String> kaannokset = new HashMap<>();
kaannokset.put("gambatte", "tsemppiä");
kaannokset.put("hai", "kyllä");

Set<String> avaimet = kaannokset.keySet();
Collection<String> avainKokoelma = avaimet;

System.out.println("Avaimet:");
avainKokoelma.stream().forEach(avain -> System.out.println(avain));

System.out.println();
System.out.println("Arvot:");
Collection<String> arvot = kaannokset.values();
arvot.stream().forEach(arvo -> System.out.println(arvo));

Avaimet:
gambatte
hai

Arvot:
kyllä
tsemppiä

Seuraavassa tehtävässä rakennetaan verkkokauppaan liittyvää toiminnallisuutta ja harjoitellaan luokkien käyttämistä niiden tarjoamien rajapintojen kautta.

Varasto varasto = new Varasto();
varasto.lisaaTuote("maito", 3, 10);
varasto.lisaaTuote("kahvi", 5, 7);

System.out.println("hinnat:");
System.out.println("maito: " + varasto.hinta("maito"));
System.out.println("kahvi: " + varasto.hinta("kahvi"));
System.out.println("sokeri: " + varasto.hinta("sokeri"));

hinnat:
maito: 3
kahvi: 5
sokeri: -99

Varasto varasto = new Varasto();
varasto.lisaaTuote("kahvi", 5, 1);

System.out.println("saldot:");
System.out.println("kahvi:  " + varasto.saldo("kahvi"));
System.out.println("sokeri: " + varasto.saldo("sokeri"));

System.out.println("otetaan kahvi " + varasto.ota("kahvi"));
System.out.println("otetaan kahvi " + varasto.ota("kahvi"));
System.out.println("otetaan sokeri " + varasto.ota("sokeri"));

System.out.println("saldot:");
System.out.println("kahvi:  " + varasto.saldo("kahvi"));
System.out.println("sokeri: " + varasto.saldo("sokeri"));

saldot:
kahvi:  1
sokeri: 0
otetaan kahvi true
otetaan kahvi false
otetaan sokeri false
saldot:
kahvi:  0
sokeri: 0

Varasto varasto = new Varasto();
varasto.lisaaTuote("maito", 3, 10);
varasto.lisaaTuote("kahvi", 5, 6);
varasto.lisaaTuote("piimä", 2, 20);
varasto.lisaaTuote("jugurtti", 2, 20);

System.out.println("tuotteet:");
varasto.tuotteet().stream().forEach(t -> System.out.println(t));

tuotteet:
piimä
jugurtti
kahvi
maito

Ostos ostos = new Ostos("maito", 4, 2);
System.out.println("ostoksen joka sisältää 4 maitoa yhteishinta on " + ostos.hinta());
System.out.println(ostos);
ostos.kasvataMaaraa();
System.out.println(ostos);

ostoksen joka sisältää 4 maitoa yhteishinta on 8
maito: 4
maito: 5

Ostoskori kori = new Ostoskori();
kori.lisaa("maito", 3);
kori.lisaa("piimä", 2);
kori.lisaa("juusto", 5);
System.out.println("korin hinta: " + kori.hinta());
kori.lisaa("tietokone", 899);
System.out.println("korin hinta: " + kori.hinta());

korin hinta: 10
korin hinta: 909

piimä: 1
juusto: 1
tietokone: 1
maito: 1

Ostoskori kori = new Ostoskori();
kori.lisaa("maito", 3);
kori.tulosta();
System.out.println("korin hinta: " + kori.hinta() + "\n");

kori.lisaa("piimä", 2);
kori.tulosta();
System.out.println("korin hinta: " + kori.hinta() + "\n");

kori.lisaa("maito", 3);
kori.tulosta();
System.out.println("korin hinta: " + kori.hinta() + "\n");

kori.lisaa("maito", 3);
kori.tulosta();
System.out.println("korin hinta: " + kori.hinta() + "\n");

maito: 1
korin hinta: 3

piimä: 1
maito: 1
korin hinta: 5

piimä: 1
maito: 2
korin hinta: 8

piimä: 1
maito: 3
korin hinta: 11

import java.util.Scanner;

public class Kauppa {

    private Varasto varasto;
    private Scanner lukija;

    public Kauppa(Varasto varasto, Scanner lukija) {
        this.varasto = varasto;
        this.lukija = lukija;
    }

    // metodi jolla hoidetaan yhden asiakkaan asiointi kaupassa
    public void asioi(String asiakas) {
        Ostoskori kori = new Ostoskori();
        System.out.println("Tervetuloa kauppaan " + asiakas);
        System.out.println("valikoimamme:");

        varasto.tuotteet().stream().forEach(t -> System.out.println(t));

        while (true) {
            System.out.print("mitä laitetaan ostoskoriin (pelkkä enter vie kassalle):");
            String tuote = lukija.nextLine();
            if (tuote.isEmpty()) {
                break;
            }

            // tee tänne koodi joka lisää tuotteen ostoskoriin jos sitä on varastossa
            // ja vähentää varastosaldoa
            // älä koske muuhun koodiin!

        }

        System.out.println("ostoskorissasi on:");
        kori.tulosta();
        System.out.println("korin hinta: " + kori.hinta());
    }
}

Varasto varasto = new Varasto();
varasto.lisaaTuote("kahvi", 5, 10);
varasto.lisaaTuote("maito", 3, 20);
varasto.lisaaTuote("piimä", 2, 55);
varasto.lisaaTuote("leipä", 7, 8);

Kauppa kauppa = new Kauppa(varasto, new Scanner(System.in));
kauppa.asioi("Pekka");

Maitosailio sailio = new Maitosailio();
sailio.otaSailiosta(100);
sailio.lisaaSailioon(25);
sailio.otaSailiosta(5);
System.out.println(sailio);

sailio = new Maitosailio(50);
sailio.lisaaSailioon(100);
System.out.println(sailio);

20.0/2000.0
50.0/50.0

public interface Lypsava {
    public double lypsa();
}

public interface Eleleva {
    public void eleleTunti();
}

private static final String[] NIMIA = new String[]{
    "Anu", "Arpa", "Essi", "Heluna", "Hely",
    "Hento", "Hilke", "Hilsu", "Hymy", "Matti", "Ilme", "Ilo",
    "Jaana", "Jami", "Jatta", "Laku", "Liekki",
    "Mainikki", "Mella", "Mimmi", "Naatti",
    "Nina", "Nyytti", "Papu", "Pullukka", "Pulu",
    "Rima", "Soma", "Sylkki", "Valpu", "Virpi"};

Lehma lehma = new Lehma();
System.out.println(lehma);


Eleleva elelevaLehma = lehma;
elelevaLehma.eleleTunti();
elelevaLehma.eleleTunti();
elelevaLehma.eleleTunti();
elelevaLehma.eleleTunti();

System.out.println(lehma);

Lypsava lypsavaLehma = lehma;
lypsavaLehma.lypsa();

System.out.println(lehma);
System.out.println("");

lehma = new Lehma("Ammu");
System.out.println(lehma);
lehma.eleleTunti();
lehma.eleleTunti();
System.out.println(lehma);
lehma.lypsa();
System.out.println(lehma);

Liekki 0.0/23.0
Liekki 7.0/23.0
Liekki 0.0/23.0
Ammu 0.0/35.0
Ammu 9.0/35.0
Ammu 0.0/35.0

Lypsyrobotti lypsyrobotti = new Lypsyrobotti();
Lehma lehma = new Lehma();
lypsyrobotti.lypsa(lehma);

Maidot menevät hukkaan!

Lypsyrobotti lypsyrobotti = new Lypsyrobotti();
Lehma lehma = new Lehma();
System.out.println("");

Maitosailio sailio = new Maitosailio();
lypsyrobotti.setMaitosailio(sailio);
System.out.println("Säiliö: " + sailio);

for (int i = 0; i < 2; i++) {
    System.out.println(lehma);
    System.out.println("Elellään..");
    for (int j = 0; j < 5; j++) {
        lehma.eleleTunti();
    }
    System.out.println(lehma);

    System.out.println("Lypsetään...");
    lypsyrobotti.lypsa(lehma);
    System.out.println("Säiliö: " + sailio);
    System.out.println("");
}

Säiliö: 0.0/2000.0
Mella 0.0/23.0
Elellään..
Mella 6.2/23.0
Lypsetään...
Säiliö: 6.2/2000.0

Mella 0.0/23.0
Elellään..
Mella 7.8/23.0
Lypsetään...
Säiliö: 14.0/2000.0

Navetta navetta = new Navetta(new Maitosailio());
System.out.println("Navetta: " + navetta);

Lypsyrobotti robo = new Lypsyrobotti();
navetta.asennaLypsyrobotti(robo);

Lehma ammu = new Lehma();
ammu.eleleTunti();
ammu.eleleTunti();

navetta.hoida(ammu);
System.out.println("Navetta: " + navetta);

List<Lehma> lehmaLista = new ArrayList<>();
lehmaLista.add(ammu);
lehmaLista.add(new Lehma());

lehmaLista.stream().forEach(lehma -> {
    lehma.eleleTunti();
    lehma.eleleTunti();
});

navetta.hoida(lehmaLista);
System.out.println("Navetta: " + navetta);

Navetta: 0.0/2000.0
Navetta: 2.8/2000.0
Navetta: 9.6/2000.0

Maitosailio sailio = new Maitosailio();
Navetta navetta = new Navetta(sailio);

Maatila maatila = new Maatila("Esko", navetta);
System.out.println(maatila);

System.out.println(maatila.getOmistaja() + " on ahkera mies!");

Maatilan omistaja: Esko
Navetan maitosäiliö: 0.0/2000.0
Ei lehmiä.
Esko on ahkera mies!

Maatila maatila = new Maatila("Esko", new Navetta(new Maitosailio()));
maatila.lisaaLehma(new Lehma());
maatila.lisaaLehma(new Lehma());
maatila.lisaaLehma(new Lehma());
System.out.println(maatila);

Maatilan omistaja: Esko
Navetan maitosäiliö: 0.0/2000.0
Lehmät:
    Naatti 0.0/19.0
    Hilke 0.0/30.0
    Sylkki 0.0/29.0

Maatila maatila = new Maatila("Esko", new Navetta(new Maitosailio()));

maatila.lisaaLehma(new Lehma());
maatila.lisaaLehma(new Lehma());
maatila.lisaaLehma(new Lehma());

maatila.eleleTunti();
maatila.eleleTunti();

System.out.println(maatila);

Maatilan omistaja: Esko
Navetan maitosäiliö: 0.0/2000.0
Lehmät:
    Heluna 2.0/17.0
    Rima 3.0/32.0
    Ilo 3.0/25.0

Maatila maatila = new Maatila("Esko", new Navetta(new Maitosailio()));
Lypsyrobotti robo = new Lypsyrobotti();
maatila.asennaNavettaanLypsyrobotti(robo);

maatila.lisaaLehma(new Lehma());
maatila.lisaaLehma(new Lehma());
maatila.lisaaLehma(new Lehma());

maatila.eleleTunti();
maatila.eleleTunti();

maatila.hoidaLehmat();

System.out.println(maatila);

Maatilan omistaja: Esko
Navetan maitosäiliö: 18.0/2000.0
Lehmät:
    Hilke 0.0/30.0
    Sylkki 0.0/35.0
    Hento 0.0/34.0

Ohjelman rakenne ja pakkaukset

Ohjelmaa varten toteutettujen luokkien määrän kasvaessa niiden toiminnallisuuksien ja metodien muistaminen vaikeutuu. Muistamista helpottaa luokkien järkevä nimentä sekä luokkien suunnittelu siten, että jokaisella luokalla on yksi selkeä vastuu. Tämän lisäksi luokat kannattaa jakaa toiminnallisuutta, käyttötarkoitusta tai jotain muuta loogista kokonaisuutta kuvaaviin pakkauksiin.

Pakkaukset (package) ovat käytännössä hakemistoja (directory, puhekielessä myös kansio), joihin lähdekooditiedostot organisoidaan.

Ohjelmointiympäristöt tarjoavat valmiit työkalut pakkausten hallintaan. Olemme tähän mennessä luoneet luokkia ja rajapintoja vain projektiin liittyvän lähdekoodipakkaukset-osion (Source Packages) oletuspakkaukseen (default package). Uuden pakkauksen voi luoda NetBeansissa projektin pakkauksiin liittyvässä Source Packages -osiossa oikeaa hiirennappia painamalla ja valitsemalla New -> Java Package....

Pakkauksen sisälle voidaan luoda luokkia aivan kuten oletuspakkaukseenkin (default package). Alla luodaan juuri luotuun pakkaukseen kirjasto luokka Sovellus.

Luokan pakkaus -- eli pakkaus, jossa luokka sijaitsee -- ilmaistaan lähdekooditiedoston alussa lauseella package pakkaus;. Alla oleva luokka Sovellus sijaitsee pakkauksessa kirjasto.

package kirjasto;

public class Sovellus {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello packageworld!");
    }
}

Jokainen pakkaus -- myös oletuspakkaus eli default package -- voi sisältää useampia pakkauksia. Esimerkiksi pakkausmäärittelyssä package kirjasto.domain pakkaus domain on pakkauksen kirjasto sisällä. Edellä käytettyä nimeä domain käytetään usein kuvaamaan sovellusalueen käsitteisiin liittyvien luokkien säilytyspaikkaa. Esimerkiksi luokka Kirja voisi hyvin olla pakkauksen kirjasto.domain sisällä, sillä se kuvaa kirjastosovellukseen liittyvää käsitettä.

package kirjasto.domain;

public class Kirja {
    private String nimi;

    public Kirja(String nimi) {
        this.nimi = nimi;
    }

    public String getNimi() {
        return this.nimi;
    }
}

Pakkauksissa olevia luokkia tuodaan luokan käyttöön import-lauseen avulla. Pakkauksessa kirjasto.domain oleva luokka Kirja tuodaan käyttöön puolipisteeseen päättyvällä lauseella import kirjasto.domain.Kirja. Luokkien tuomiseen käytetyt import-lauseet asetetaan lähdekooditiedostoon pakkausmäärittelyn jälkeen.

package kirjasto;

import kirjasto.domain.Kirja;

public class Sovellus {

    public static void main(String[] args) {
        Kirja kirja = new Kirja("pakkausten ABC!");
        System.out.println("Hello packageworld: " + kirja.getNimi());
    }
}

Hello packageworld: pakkausten ABC!

Jatkossa kaikissa tehtävissämme käytetään pakkauksia. Luodaan seuraavaksi ensimmäiset pakkaukset itse.

import mooc.logiikka.Sovelluslogiikka;
import mooc.ui.Kayttoliittyma;
import mooc.ui.Tekstikayttoliittyma;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        Kayttoliittyma kayttoliittyma = new Tekstikayttoliittyma();
        new Sovelluslogiikka(kayttoliittyma).suorita(3);
    }
}

Sovelluslogiikka toimii
Päivitetään käyttöliittymää
Sovelluslogiikka toimii
Päivitetään käyttöliittymää
Sovelluslogiikka toimii
Päivitetään käyttöliittymää

Hakemistorakenne tiedostojärjestelmässä

Kaikki NetBeansissa näkyvät projektit ovat tietokoneesi tiedostojärjestelmässä tai jollain keskitetyllä levypalvelimella. Jokaiselle projektille on olemassa oma hakemisto, jonka sisällä on projektiin liittyvät tiedostot ja hakemistot.

Projektin hakemistossa src on ohjelmaan liittyvät lähdekoodit. Jos luokan pakkauksena on kirjasto, sijaitsee se projektin lähdekoodihakemiston src sisällä olevassa hakemistossa kirjasto. NetBeansissa voi käydä katsomassa projektien konkreettista rakennetta Files-välilehdeltä joka on normaalisti Projects-välilehden vieressä. Jos et näe välilehteä Files, saa sen näkyville valitsemalla vaihtoehdon Files valikosta Window.

Sovelluskehitystä tehdään normaalisti Projects-välilehdeltä, jossa NetBeans on piilottanut projektiin liittyviä tiedostoja joista ohjelmoijan ei tarvitse välittää.

Pakkaukset ja näkyvyysmääreet

Olemme tähän mennessä käyttäneet kahta näkyvyysmäärettä. Näkyvyysmääreellä private määritellään muuttujia (ja metodeja), jotka ovat näkyvissä vain sen luokan sisällä joka määrittelee ne. Niitä ei voi käyttää luokan ulkopuolelta. Näkyvyysmääreellä public varustetut metodit ja muuttujat ovat taas kaikkien käytettävissä.

package kirjasto.ui;

public class Kayttoliittyma {
    private Scanner lukija;

    public Kayttoliittyma(Scanner lukija) {
        this.lukija = lukija;
    }

    public void kaynnista() {
        tulostaOtsikko();

        // muu toiminnallisuus
    }

    private void tulostaOtsikko() {
        System.out.println("************");
        System.out.println("* KIRJASTO *");
        System.out.println("************");
    }
}

Yllä olevasta Kayttoliittyma-luokasta tehdyn olion konstruktori ja kaynnista-metodi on kutsuttavissa mistä tahansa ohjelmasta. Metodi tulostaOtsikko ja lukija-muuttuja on käytössä vain luokan sisällä.

Jos näkyvyysmäärettä ei määritellä, metodit ja muuttujat ovat näkyvillä saman pakkauksen sisällä. Tätä kutsutaan oletus- tai pakkausnäkyvyydeksi. Muutetaan yllä olevaa esimerkkiä siten, että metodilla tulostaOtsikko on pakkausnäkyvyys.

package kirjasto.ui;

public class Kayttoliittyma {
    private Scanner lukija;

    public Kayttoliittyma(Scanner lukija) {
        this.lukija = lukija;
    }

    public void kaynnista() {
        tulostaOtsikko();

        // muu toiminnallisuus
    }

    void tulostaOtsikko() {
        System.out.println("************");
        System.out.println("* KIRJASTO *");
        System.out.println("************");
    }
}

Nyt saman pakkauksen sisällä olevat luokat -- eli luokat, jotka sijaitsevat pakkauksessa kirjasto.ui voivat käyttää metodia tulostaOtsikko.

package kirjasto.ui;

import java.util.Scanner;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        Scanner lukija = new Scanner(System.in);
        Kayttoliittyma kayttoliittyma = new Kayttoliittyma(lukija);

        kayttoliittyma.tulostaOtsikko(); // onnistuu!
    }
}

Jos luokka on eri pakkauksessa, ei metodia tulostaOtsikko pysty käyttämään. Alla olevassa esimerkissä luokka Main on pakkauksessa kirjasto, jolloin pakkauksessa kirjasto.ui pakkausnäkyvyydellä määriteltyyn metodiin tulostaOtsikko ei pääse käsiksi.

package kirjasto;

import java.util.Scanner;
import kirjasto.ui.Kayttoliittyma;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        Scanner lukija = new Scanner(System.in);
        Kayttoliittyma kayttoliittyma = new Kayttoliittyma(lukija);

        kayttoliittyma.tulostaOtsikko(); // ei onnistu!
    }
}

Lentokentän hallinta
--------------------

Valitse toiminto:
[1] Lisää lentokone
[2] Lisää lento
[x] Poistu hallintamoodista
> 1
Anna lentokoneen tunnus: HA-LOL
Anna lentokoneen kapasiteetti: 42
Valitse toiminto:
[1] Lisää lentokone
[2] Lisää lento
[x] Poistu hallintamoodista
> 1
Anna lentokoneen tunnus: G-OWAC
Anna lentokoneen kapasiteetti: 101
Valitse toiminto:
[1] Lisää lentokone
[2] Lisää lento
[x] Poistu hallintamoodista
> 2
Anna lentokoneen tunnus: HA-LOL
Anna lähtöpaikan tunnus: HEL
Anna kohdepaikan tunnus: BAL
Valitse toiminto:
[1] Lisää lentokone
[2] Lisää lento
[x] Poistu hallintamoodista
> 2
Anna lentokoneen tunnus: G-OWAC
Anna lähtöpaikan tunnus: JFK
Anna kohdepaikan tunnus: BAL
Valitse toiminto:
[1] Lisää lentokone
[2] Lisää lento
[x] Poistu hallintamoodista
> 2
Anna lentokoneen tunnus: HA-LOL
Anna lähtöpaikan tunnus: BAL
Anna kohdepaikan tunnus: HEL
Valitse toiminto:
[1] Lisää lentokone
[2] Lisää lento
[x] Poistu hallintamoodista
> x

Lentopalvelu
------------

Valitse toiminto:
[1] Tulosta lentokoneet
[2] Tulosta lennot
[3] Tulosta lentokoneen tiedot
[x] Lopeta
> 1
G-OWAC (101 henkilöä)
HA-LOL (42 henkilöä)
Valitse toiminto:
[1] Tulosta lentokoneet
[2] Tulosta lennot
[3] Tulosta lentokoneen tiedot
[x] Lopeta
> 2
HA-LOL (42 henkilöä) (HEL-BAL)
HA-LOL (42 henkilöä) (BAL-HEL)
G-OWAC (101 henkilöä) (JFK-BAL)

Valitse toiminto:
[1] Tulosta lentokoneet
[2] Tulosta lennot
[3] Tulosta lentokoneen tiedot
[x] Lopeta
> 3
Mikä kone: G-OWAC
G-OWAC (101 henkilöä)

Valitse toiminto:
[1] Tulosta lentokoneet
[2] Tulosta lennot
[3] Tulosta lentokoneen tiedot
[x] Lopeta
> x