Kotlin Jetpack 实战｜01. Kotlin 基础

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背景

近几年，Android 相关的新技术层出不穷。往往这个技术还没学完，下一个新技术又出来了。很多人都是一脸黑人问号？不少开发者甚至开始哀嚎：“求求你们别再创造新技术了，我们学不动了！”

在这些新技术里，Kotlin，协程，Jetpack 是最具代表性的，它们的知识体系复杂，学起来难度大，学完后实战的坑也多。本系列文章原本是我为小组新人培训准备的，现在重新整理分享出来。

简介

本文主要讲解 Kotlin 基础语法。

本文是《Kotlin Jetpack 实战》的开篇。

每个 Java 开发者都应该学 Kotlin

推荐学习 Kotlin 的理由有很多，比如：Kotlin 更简洁，Kotlin 有协程，Kotlin 有扩展函数，学了 Kotlin 后学别的语言会很快，比如：Python，Swift，Dart, Ruby...

不过，如果你是 Android 开发者，我劝你别再做无谓的挣扎了，赶紧入坑吧！

1. 快速认识 Kotlin

Kotlin 是著名 IDE 公司 JetBrains 创造出的一门基于 JVM 的语言。Kotlin 有着以下几个特点：

  • 简洁，1行顶5行
  • 安全，主要指“空安全”
  • 兼容，与 Java 兼容
  • 工具友好，IntelliJ 对 Kotlin 简直不要太友好

JetBrains 不仅创造了 Kotlin，还创造了著名的 IntelliJ IDEA。Android 开发者使用的 Android Studio 就是基于 IntelliJ 改造出来的。

2. 所有 Kotlin 类都是对象 (Everything in Kotlin is an object)

与 Java 不一样是：Kotlin 没有基本数据类型 (Primitive Types)，所有 Kotlin 里面的类都是对象，它们都继承自: Any这个类；与 Java 类似的是，Kotlin 提供了如下的内置类型：

Type Bit width 备注
Double 64 Kotlin 没有 double
Float 32 Kotlin 没有 float
Long 64 Kotlin 没有 long
Int 32 Kotlin 没有 int/Integer
Short 16 Kotlin 没有 short
Byte 8 Kotlin 没有 byte

思考题1：

既然 Kotlin 与 Java 是兼容的，那么 Kotlin Int 与 Java int、Java Integer 之间是什么关系？

思考题2：

Kotlin Any 类型与 Java Object 类型之间有什么关系？

3. 可见性修饰符 (Visibility Modifiers)

修饰符 描述
public 与Java一致
private 与Java一致
protected 与Java一致
internal 同 Module 内可见

4. 变量定义 (Defining Variables)

定义一个 Int 类型的变量:

var a: Int = 1

定义一个 Int 类型的常量(不可变的变量？只读的变量？)

val b: Int = 1

类型可推导时，类型申明可省略:

val c = 1

语句末尾的;可有可无:

val d: Int;
d = 1;

小结：

  • var 定义变量
  • val 定义常量(不可变的变量？只读变量？)
  • Kotlin 支持类型自动推导

思考题3：

Kotlin val 变量与 Java 的 final 有什么关系？

5. 空安全 (Null Safety)

定义一个可为空的 String 变量:

var b: String? = "Kotlin"
b = null
print(b)
// 输出 null

定义一个不可为空的 String 变量:

var a: String = "Kotlin"
a = null
// 编译器报错，null 不能被赋给不为空的变量

变量赋值：

var a: String? = "Kotlin"
var b: String = "Kotlin"
b = a // 编译报错，String? 类型不可以赋值给 String 类型

a = b // 编译通过

空安全调用

var a: String? = "Kotlin"
print(a.length) // 编译器报错，因为 a 是可为空的类型
print(a?.length) // 使用?. 的方式调用，输出 null

Elvis 操作符

// 下面两个语句等价
val l: Int = if (b != null) b.length else -1
val l = b?.length ?: -1

// Elvis 操作符在嵌套属性访问时很有用
val name = userInstance?.user?.baseInfo?.profile?.name?: "Kotlin"

小结：

  • T 代表不可为空类型，编译器会检查，保证不会被 null 赋值
  • T? 代表可能为空类型
  • 不能将 T? 赋值给 T
  • 使用 instance?.fun() 进行空安全调用
  • 使用 Elvis 操作符为可空变量替代值，简化逻辑

6. 类型检查与转换 (Type Checks and Casts)

类型判断、智能类型转换：

if (x is String) {
    print(x.length) // x 被编译自动转换为 String
}
// x is String 类似 Java 里的 instanceOf

不安全的类型转换 as

val y = null
val x: String = y as String
//抛异常，null 不能被转换成 String

安全的类型转换 as?

val y = null
val z: String? = y as? String
print(z)
// 输出 null

小结：

  • 使用 is 关键字进行类型判断
  • 使用 as 进行类型转换，可能会抛异常
  • 使用 as? 进行安全的类型转换

7. if 判断

基础用法跟 Java 一毛一样。它们主要区别在于：Java If is Statement，Kotlin If is Expression。因此它对比 Java 多了些“高级”用法，懒得讲了，咱看后面的实战吧。

8. for 循环

跟 Java 也差不多，随便看代码吧：

// 集合遍历，跟 Java 差不多
for (item in collection) {
    print(item)
}

// 辣鸡 Kotlin 语法
for (item in collection) print(item)

// 循环 1，2，3
for (i in 1..3) {
    println(i)
}

// 6，4，2，0
for (i in 6 downTo 0 step 2) {
    println(i)
}

9. when

when 就相当于高级版的 switch，它的高级之处在于支持模式匹配(Pattern Matching):

val x = 9
when (x) {
    in 1..10 -> print("x is in the range")
    in validNumbers -> print("x is valid")
    !in 10..20 -> print("x is outside the range")
    is String -> print("x is String")
    x.isOdd() -> print("x is odd")
    else -> print("none of the above")
}
// 输出：x is in the range

10. 相等性 (Equality)

Kotlin 有两种类型的相等性：

  • 结构相等 (Structural Equality)
  • 引用相等 (Referential Equality)

结构相等：

// 下面两句两个语句等价
a == b
a?.equals(b) ?: (b === null)
// 如果 a 不等于 null，则通过 equals 判断 a、b 的结构是否相等
// 如果 a 等于 null，则判断 b 是不是也等于 null

引用相等：

print(a === b)
// 判断 a、b 是不是同一个对象

思考题4：

val a: Int = 10000
val boxedA: Int? = a
val anotherBoxedA: Int? = a
print(boxedA == anotherBoxedA)
print(boxedA === anotherBoxedA)
// 输出什么内容?

思考题5：

val a: Int = 1
val boxedA: Int? = a
val anotherBoxedA: Int? = a
print(boxedA == anotherBoxedA)
print(boxedA === anotherBoxedA)
// 输出什么内容?

11. 函数 (Functions)

fun triple(x: Int): Int {
    return 3 * x
}
// 函数名：triple
// 传入参数：不为空的 Int 类型变量
// 返回值：不为空的 Int 类型变量

12. 类 (Classes)

类定义

使用主构造器(Primary Constructor)定义类一个 Person 类，需要一个 String 类型的变量：

class Person constructor(firstName: String) { ... }

如果主构造函数没有注解或者可见性修饰符，constructor 关键字可省略:

class Person(firstName: String) { ... }

也可以使用次构造函数(Secondary Constructor)定义类：

class Person {
    constructor(name: String) { ... }
}

// 创建 person 对象
val instance = Person("Kotlin")

init 代码块

Kotlin 为我们提供了 init 代码块，用于放置初始化代码：

class Person {
    var name = "Kotlin"
    init {
        name = "I am Kotlin."
        println(name)
    }

    constructor(s: String) {
        println(“Constructor”)
    }
}

fun main(args: Array<String>) {
    Person("Kotlin")
}

以上代码输出结果为：

I am Kotlin.
Constructor

结论：init 代码块执行时机在类构造之后，但又在“次构造器”执行之前。

13. 继承 (Inheritance)

  • 使用 open 关键字修饰的类，可以被继承
  • 使用 open 关键字修饰的方法，可以被重写
  • 没有 open 关键字修饰的类，不可被继承
  • 没有 open 关键字修饰的方法，不可被重写
  • 以 Java 的思想来理解，Kotlin 的类和方法，默认情况下是 final 的

定义一个可被继承的 Base 类，其中的 add() 方法可以被重写，test() 方法不可被重写：

open class Base {
    open fun add() { ... }
    fun test() { ... }
}

定义 Foo 继承 Base 类，重写 add() 方法

class Foo() : Base() {
    override fun add() { ... }
}
  • 使用 : 符号来表示继承
  • 使用 override 重写方法

14. This 表达式 (Expression)

class A {

    fun testA(){    }

    inner class B { // 在 class A 定义内部类 B

        fun testB(){    }

        fun foo() {
            this.testB() // ok
            this.testA() // 编译错误
            this@A.testA() // ok
            this@B.testB() // ok
        }
    }
}

小结：

  • inner 关键字定义内部类
  • 在内部类当中访问外部类，需要显示使用 this@OutterClass.fun() 的语法

15. 数据类 (Data Class)

假设我们有个这样一个 Java Bean:

public class Developer {
        private String name;

        public Developer(String name) {
            this.name = name;
        }

        public String getName() {
            return name;
        }

        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }

        @Override
        public boolean equals(Object o) {
            if (this == o) return true;
            if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
            Developer developer = (Developer) o;
            return name != null ? name.equals(developer.name) : developer.name == null;
        }

        @Override
        public int hashCode() {
            int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
            return result;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "Developer{" + "name='" + name + '}';
        }
    }

如果我们将其翻译成 Kotlin 代码，大约会是这样的:

class Developer(var name: String?) {

    override fun equals(o: Any?): Boolean {
        if (this === o) return true
        if (o == null || javaClass != o.javaClass) return false
        val developer = o as Developer?
        return if (name != null) name == developer!!.name else developer!!.name == null
    }

    override fun hashCode(): Int {
        return if (name != null) name!!.hashCode() else 0
    }

    override fun toString(): String {
        return "Developer{" + "name='" + name + '}'.toString()
    }
}

然而，Kotlin 为我们提供了另外一种选择，它叫做数据类:

data class Developer(var name: String)

上面这一行简单的代码，完全能替代前面我们的写的那一大堆模板 Java 代码，甚至额外多出了一些功能。如果将上面的数据类翻译成等价的 Java 代码，大概会长这个样子：

public final class Developer {
   @NotNull
   private String name;

   public Developer(@NotNull String name) {
      super();
      this.name = name;
   }

   @NotNull
   public final String getName() {   return this.name;   }

   public final void setName(@NotNull String var1) {    this.name = var1;   }

   @NotNull
   public final Developer copy(@NotNull String name) {   return new Developer(name);   }

   public String toString() {   return "Developer(name=" + this.name + ")";   }

   public int hashCode() {   return this.name != null ? this.name.hashCode() : 0;   }

   public boolean equals(Object var1) {
      if (this != var1) {
         if (var1 instanceof Developer) {
            Developer var2 = (Developer)var1;
            if (Intrinsics.areEqual(this.name, var2.name)) {
               return true;
            }
         }
         return false;
      } else {
         return true;
      }
   }
}

可以看到，Kotlin 的数据类不仅为我们提供了 getter、setter、equals、hashCode、toString，还额外的帮我们实现了 copy 方法！这也体现了 Kotlin 的简洁特性。

序列化的坑

如果是旧工程迁移到 Kotlin，那么可能需要注意这个坑:

// 定义一个数据类，其中成员变量 name 是不可为空的 String 类型，默认值是 Android
data class Person(val age: Int, val name: String = "Kotlin")
val person = gson.fromJson("""{"age":42}""", Person::class.java)
print(person.name) // 输出 null

对于上面的情况，由于 Gson 最初是为 Java 语言设计的序列化框架，并不支持 Kotlin 不可为空、默认值这些特性，从而导致原本不可为空的属性变成null，原本应该有默认值的变量没有默认值。

对于这种情，市面上已经有了解决方案:

16. 扩展 (Extensions)

如何才能在不修改源码的情况下给一个类新增一个方法？比如我想给 Context 类增加一个 toast 类，怎么做？

如果使用 Java，上面的需求是无法被满足的。然而 Kotlin 为我们提供了扩展语法，让我们可以轻松实现以上的需求。

扩展函数

为 Context 类定义一个 toast 方法：

fun Context.toast(msg: String, length: Int = Toast.LENGTH_SHORT){
    Toast.makeText(this, msg, length).show()
}

扩展函数的使用：

val activity: Context? = getActivity()
activity?.toast("Hello world!")
activity?.toast("Hello world!", Toast.LENGTH_LONG)

属性扩展

除了扩展函数，Kotlin 还支持扩展属性，用法基本一致。

思考题6：

上面的例子中，我们给不可为空的 Context 类增加了扩展函数，因此我们在使用这个方法的时候需要判断。实际上，Kotlin 还支持我们为 可为空的 类增加扩展函数：

// 为 Context? 添加扩展函数
fun Context?.toast(msg: String, length: Int = Toast.LENGTH_SHORT){
    if (this == null) {    //do something    }
    Toast.makeText(this, msg, length).show()
}

扩展函数使用：

val activity: Context? = getActivity()
activity.toast("Hello world!")
activity.toast("Hello world!", Toast.LENGTH_LONG)

请问这两种定义扩展函数的方式，哪种更好？分别适用于什么情景？为什么？

17. 委托 (Delegation)

Kotlin 中，使用by关键字表示委托：

interface Animal {
    fun bark()
}

// 定义 Cat 类，实现 Animal 接口
class Cat : Animal {
    override fun bark() {
        println("喵喵")
    }
}

// 将 Zoo 委托给它的参数 animal
class Zoo(animal: Animal) : Animal by animal

fun main(args: Array<String>) {
    val cat = Cat()
    Zoo(cat).bark()
}
// 输出结果：喵喵

属性委托 (Property Delegation)

其实，从上面类委托的例子中，我们就能知道，Kotlin 之所以提供委托这个语法，主要是为了方便我们使用者，让我们可以很方便的实现代理这样的模式。这一点在 Kotlin 的委托属性这一特性上体现得更是淋漓尽致。

Kotlin 为我们提供的标准委托非常有用。

by lazy 实现”懒加载“

// 通过 by 关键字，将 lazyValue 属性委托给 lazy {} 里面的实现
val lazyValue: String by lazy {
    val result = compute()
    println("computed!")
    result
}

// 模拟计算返回的变量
fun compute():String{
    return "Hello"
}

fun main(args: Array<String>) {
    println(lazyValue)
    println("=======")
    println(lazyValue)
}

以上代码输出的结果：

computed!
Hello
=======
Hello

由此可见，by lazy 这种委托的方式，可以让我们轻松实现懒加载。
其内部实现，大致是这样的：

by lazy 执行流程

lazy 求值的线程模式: LazyThreadSafetyMode

Kotlin 为lazy 委托提供三种线程模式，他们分别是：

  • LazyThreadSafetyMode.SYNCHRONIZED
  • LazyThreadSafetyMode.NONE
  • LazyThreadSafetyMode.PUBLICATION

上面这三种模式，前面两种很好理解：

  1. LazyThreadSafetyMode.SYNCHRONIZED 通过加锁实现多线程同步，这也是默认的模式。
  2. LazyThreadSafetyMode.NONE 则没有任何线程安全代码，线程不安全。

我们详细看看LazyThreadSafetyMode.PUBLICATION，官方文档的解释是这样的：

Initializer function can be called several times on concurrent access to uninitialized [Lazy] instance value, but only the first returned value will be used as the value of [Lazy] instance.

意思就是，用LazyThreadSafetyMode.PUBLICATION模式的 lazy 委托变量，它的初始化方法是可能会被多个线程执行多次的，但最后这个变量的取值是仅以第一次算出的值为准的。即，哪个线程最先算出这个值，就以这个值为准。

by Delegates.observable 实现"观察者模式"的变量

观察者模式，又被称为订阅模式。最常见的场景就是：比如读者们订阅了Android公众号，每次Android更新的时候，读者们就会收到推送。而观察者模式应用到变量层面，就延伸成了：如果这个的值改变了，就通知我。

class User {
    // 为 name 这个变量添加观察者，每次 name 改变的时候，都会执行括号内的代码
    var name: String by Delegates.observable("<no name>") {
        prop, old, new ->
        println("name 改变了：$old -> $new")
    }
}

fun main(args: Array<String>) {
    val user = User()
    user.name = "first: Tom"
    user.name = "second: Jack"
}

以上代码的输出为：

name 改变了：<no name> -> first: Tom
name 改变了：first: Tom -> second: Jack

思考题7：

lazy 委托的LazyThreadSafetyMode.PUBLICATION适用于什么样的场景？

结尾

都看到这了，点个赞呗！

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