La plataforma Java nos proporciona un amplio conjunto de clases dentro del que podemos encontrar tipos de datos que nos resultarán muy útiles para realizar la programación de aplicaciones en Java. Estos tipos de datos nos ayudarán a generar código más limpio de una forma sencilla.
Se proporcionan una serie de operadores para acceder a los elementos de estos tipos de datos. Decimos que dichos operadores son polimórficos, ya que un mismo operador se puede emplear para acceder a distintos tipos de datos. Por ejemplo, un operador add utilizado para añadir un elemento, podrá ser empleado tanto si estamos trabajando con una lista enlazada, con un array, o con un conjunto por ejemplo.
Este polimorfismo se debe a la definición de interfaces que deben implementar los distintos tipos de datos. Siempre que el tipo de datos contenga una colección de elementos, implementará la interfaz Collection. Esta interfaz proporciona métodos para acceder a la colección de elementos, que podremos utilizar para cualquier tipo de datos que sea una colección de elementos, independientemente de su implementación concreta.
Podemos encontrar los siguientes elementos dentro del marco de colecciones de Java:
Antes de ver los tipos de datos vamos a ver dos elementos utilizados comunmente en Java para acceder a colecciones de datos.
Las enumeraciones, definidas mediante la interfaz Enumeration, nos permiten consultar los elementos que contiene una colección de datos. Muchos métodos de clases Java que deben devolver múltiples valores, lo que hacen es devolvernos una enumeración que podremos consultar mediante los métodos que ofrece dicha interfaz.
La enumeración irá recorriendo secuencialmente los elementos de la colección. Para leer cada elemento de la enumeración deberemos llamar al método:
Object item = enum.nextElement();
Que nos proporcionará en cada momento el siguiente elemento de la enumeración a leer. Además necesitaremos saber si quedan elementos por leer, para ello tenemos el método:
enum.hasMoreElements()
Normalmente, el bucle para la lectura de una enumeración será el siguiente:
while (enum.hasMoreElements()) {
Object item = enum.nextElement();
// Hacer algo con el item leido
}
Vemos como en este bucle se van leyendo y procesando elementos de la enumeración uno a uno mientras queden elementos por leer en ella.
Otro elemento para acceder a los datos de una colección son los iteradores. La diferencia está en que los iteradores además de leer los datos nos permitirán eliminarlos de la colección. Los iteradores se definen mediante la interfaz Iterator, que proporciona de forma análoga a la enumeración el método:
Object item = iter.next();
Que nos devuelve el siguiente elemento a leer por el iterador, y para saber si quedan más elementos que leer tenemos el método:
iter.hasNext()
Además, podemos borrar el último elemento que hayamos leido. Para ello tendremos el método:
iter.remove();
Por ejemplo, podemos recorrer todos los elementos de una colección utilizando un iterador y eliminar aquellos que cumplan ciertas condiciones:
while (iter.hasNext())
{
Object item = iter.next();
if(condicion_borrado(item))
iter.remove();
}
Las enumeraciones y los iteradores no son tipos de datos, sino elementos que nos servirán para acceder a los elementos dentro de los tipos de datos que veremos a continuación.
Las colecciones representan grupos de objetos, denominados elementos. Podemos encontrar diversos tipos de colecciones, según si sus elementos están ordenados, o si permitimos repetición de elementos o no.
Es el tipo más genérico en cuanto a que se refiere a cualquier tipo que contenga un grupo de elementos. Viene definido por la interfaz Collection, de la cual heredará cada subtipo específico. En esta interfaz encontramos una serie de métodos que nos servirán para acceder a los elementos de cualquier colección de datos, sea del tipo que sea. Estos métodos generales son:
boolean add(Object o)
Añade un elemento (objeto) a la colección. Nos devuelve true si tras añadir el elemento la colección ha cambiado, es decir, el elemento se ha añadido correctamente, o false en caso contrario.
void clear()
Elimina todos los elementos de la colección.
boolean contains(Object o)
Indica si la colección contiene el elemento (objeto) indicado.
boolean isEmpty()
Indica si la colección está vacía (no tiene ningún elemento).
Iterator iterator()
Proporciona un iterador para acceder a los elementos de la colección.
boolean remove(Object o)
Elimina un determinado elemento (objeto) de la colección, devolviendo true si dicho elemento estaba contenido en la colección, y false en caso contrario.
int size()
Nos devuelve el número de elementos que contiene la colección.
Object [] toArray()
Nos devuelve la colección de elementos como un array de objetos. Si sabemos de antemano que los objetos de la colección son todos de un determinado tipo (como por ejemplo de tipo String) podremos obtenerlos en un array del tipo adecuado, en lugar de usar un array de objetos genéricos. En este caso NO podremos hacer una conversión cast descendente de array de objetos a array de un tipo más concreto, ya que el array se habrá instanciado simplemente como array de objetos:
String [] cadenas = (String []) coleccion.toArray(); // Esto no se puede hacer!!!
Lo que si podemos hacer es instanciar nosotros un array del tipo adecuado y hacer una conversión cast ascendente (de tipo concreto a array de objetos), y utilizar el siguiente método:
String [] cadenas = new String[coleccion.size()]; coleccion.toArray(cadenas); // Esto si que funcionará
Esta interfaz es muy genérica, y por lo tanto no hay ningún tipo de datos que la implemente directamente, sino que implementarán subtipos de ellas. A continuación veremos los subtipos más comunes.
Este tipo de colección se refiere a listas en las que los elementos de la colección tienen un orden, existe una secuencia de elementos. En ellas cada elemento estará en una determinada posición (índice) de la lista.
Las listas vienen definidas en la interfaz List, que además de los métodos generales de las colecciones, nos ofrece los siguientes para trabajar con los índices:
void add(int indice, Object obj)
Inserta un elemento (objeto) en la posición de la lista dada por el índice indicado.
Object get(int indice)
Obtiene el elemento (objeto) de la posición de la lista dada por el índice indicado.
int indexOf(Object obj)
Nos dice cual es el índice de dicho elemento (objeto) dentro de la lista. Nos devuelve -1 si el objeto no se encuentra en la lista.
Object remove(int indice)
Elimina el elemento que se encuentre en la posición de la lista indicada mediante dicho índice, devolviéndonos el objeto eliminado.
Object set(int indice, Object obj)
Establece el elemento de la lista en la posición dada por el índice al objeto indicado, sobrescribiendo el objeto que hubiera anteriormente en dicha posición. Nos devolverá el elemento que había previamente en dicha posición.
Podemos encontrar diferentes implementaciones de listas de elementos en Java:
ArrayList
Implementa una lista de elementos mediante un array de tamaño variable. Conforme se añaden elementos el tamaño del array irá creciendo si es necesario. El array tendrá una capacidad inicial, y en el momento en el que se rebase dicha capacidad, se aumentará el tamaño del array.
Las operaciones de añadir un elemento al final del array (add), y de establecer u obtener el elemento en una determinada posición (get/set) tienen un coste temporal constante. Las inserciones y borrados tienen un coste lineal O(n), donde n es el número de elementos del array.
Hemos de destacar que la implementación de ArrayList no está sincronizada, es decir, si múltiples hilos acceden a un mismo ArrayList concurrentemente podriamos tener problemas en la consistencia de los datos. Por lo tanto, deberemos tener en cuenta cuando usemos este tipo de datos que debemos controlar la concurrencia de acceso. También podemos hacer que sea sincronizado como veremos más adelante.
Vector
El Vector es una implementación similar al ArrayList, con la diferencia de que el Vector si que está sincronizado. Este es un caso especial, ya que la implementación básica del resto de tipos de datos no está sincronizada.
Esta clase existe desde las primeras versiones de Java, en las que no existía el marco de las colecciones descrito anteriormente. En las últimas versiones el Vector se ha acomodado a este marco implementando la interfaz List.
Sin embargo, si trabajamos con versiones previas de JDK, hemos de tener en cuenta que dicha interfaz no existía, y por lo tanto esta versión previa del vector no contará con los métodos definidos en ella. Los métodos propios del vector para acceder a su contenido, que han existido desde las primeras versiones, son los siguientes:
void addElement(Object obj)
Añade un elemento al final del vector.
Object elementAt(int indice)
Devuelve el elemento de la posición del vector indicada por el índice.
void insertElementAt(Object obj, int indice)
Inserta un elemento en la posición indicada.
boolean removeElement(Object obj)
Elimina el elemento indicado del vector, devolviendo true si dicho elemento estaba contenido en el vector, y false en caso contrario.
void removeElementAt(int indice)
Elimina el elemento de la posición indicada en el índice.
void setElementAt(Object obj, int indice)
Sobrescribe el elemento de la posición indicada con el objeto especificado.
int size()
Devuelve el número de elementos del vector.
Por lo tanto, si programamos para versiones antiguas de la máquina virtual Java, será recomendable utilizar estos métodos para asegurarnos de que nuestro programa funcione. Esto será importante en la programación de Applets, ya que la máquina virtual incluida en muchos navegadores corresponde a versiones antiguas.
Sobre el vector se construye el tipo pila (Stack), que apoyándose en el tipo vector ofrece métodos para trabajar con dicho vector como si se tratase de una pila, apilando y desapilando elementos (operaciones push y pop respectivamente). La clase Stack hereda de Vector, por lo que en realidad será un vector que ofrece métodos adicionales para trabajar con él como si fuese una pila.
LinkedList
En este caso se implementa la lista mediante una lista doblemente enlazada. Por lo tanto, el coste temporal de las operaciones será el de este tipo de listas. Cuando realicemos inserciones, borrados o lecturas en los extremos inicial o final de la lista el tiempo será constante, mientras que para cualquier operación en la que necesitemos localizar un determinado índice dentro de la lista deberemos recorrer la lista de inicio a fin, por lo que el coste será lineal con el tamaño de la lista O(n), siendo n el tamaño de la lista.
Para aprovechar las ventajas que tenemos en el coste temporal al trabajar con los extremos de la lista, se proporcionan métodos propios para acceder a ellos en tiempo constante:
void addFirst(Object obj) / void addLast(Object obj)
Añade el objeto indicado al principio / final de la lista respectivamente.
Object getFirst() / Object getLast()
Obtiene el primer / último objeto de la lista respectivamente.
Object removeFirst() / Object removeLast()
Extrae el primer / último elemento de la lista respectivamente, devolviéndonos dicho objeto y eliminándolo de la lista.
Hemos de destacar que estos métodos nos permitirán trabajar con la lista como si se tratase de una pila o de una cola. En el caso de la pila realizaremos la inserción y la extracción de elementos por el mismo extremo, mientras que para la cola insertaremos por un extremo y extraeremos por el otro.
Los conjuntos son grupos de elementos en los que no encontramos ningún elemento repetido. Consideramos que un elemento está repetido si tenemos dos objetos o1 y o2 iguales, comparandolos mediante el operador o1.equals(o2). De esta forma, si el objeto a insertar en el conjunto estuviese repetido, no nos dejará insertarlo. Recordemos que el método add devolvía un valor booleano, que servirá para este caso, devolviendonos true si el elemento a añadir no estaba en el conjunto y ha sido añadido, o false si el elemento ya se encontraba dentro del conjunto. Un conjunto podrá contener a lo sumo un elemento null.
Los conjuntos se definen en la interfaz Set, a partir de la cuál se construyen diferentes implementaciones:
HashSet
Los objetos se almacenan en una tabla de dispersión (hash). El coste de las operaciones básicas (inserción, borrado, búsqueda) se realizan en tiempo constante siempre que los elementos se hayan dispersado de forma adecuada. La iteración a través de sus elementos es más costosa, ya que necesitará recorrer todas las entradas de la tabla de dispersión, lo que hará que el coste esté en función tanto del número de elementos insertados en el conjunto como del número de entradas de la tabla. El orden de iteración puede diferir del orden en el que se insertaron los elementos.
LinkedHashSet
Es similar a la anterior pero la tabla de dispersión es doblemente enlazada. Los elementos que se inserten tendrán enlaces entre ellos. Por lo tanto, las operaciones básicas seguirán teniendo coste constante, con la carga adicional que supone tener que gestionar los enlaces. Sin embargo habrá una mejora en la iteración, ya que al establecerse enlaces entre los elementos no tendremos que recorrer todas las entradas de la tabla, el coste sólo estará en función del número de elementos insertados. En este caso, al haber enlaces entre los elementos, estos enlaces definirán el orden en el que se insertaron en el conjunto, por lo que el orden de iteración será el mismo orden en el que se insertaron.
TreeSet
Utiliza un árbol para el almacenamiento de los elementos. Por lo tanto, el coste para realizar las operaciones básicas será logarítmico con el número de elementos que tenga el conjunto O(log n).
Aunque muchas veces se hable de los mapas como una colección, en realidad no lo son, ya que no heredan de la interfaz Collection.
Los mapas se definen en la interfaz Map. Un mapa es un objeto que relaciona una clave (key) con un valor. Contendrá un conjunto de claves, y a cada clave se le asociará un determinado valor. En versiones anteriores este mapeado entre claves y valores lo hacía la clase Dictionary, que ha quedado obsoleta. Tanto la clave como el valor puede ser cualquier objeto.
Los métodos básicos para trabajar con estos elementos son los siguientes:
Object get(Object clave)
Nos devuelve el valor asociado a la clave indicada
Object put(Object clave, Object valor)
Inserta una nueva clave con el valor especificado. Nos devuelve el valor que tenía antes dicha clave, o null si la clave no estaba en la tabla todavía.
Object remove(Object clave)
Elimina una clave, devolviendonos el valor que tenía dicha clave.
Set keySet()
Nos devuelve el conjunto de claves registradas
int size()
Nos devuelve el número de parejas (clave,valor) registradas.
Encontramos distintas implementaciones de los mapas:
HashMap
Utiliza una tabla de dispersión para almacenar la información del mapa. Las operaciones básicas (get y put) se harán en tiempo constante siempre que se dispersen adecuadamente los elementos. Es coste de la iteración dependerá del número de entradas de la tabla y del número de elementos del mapa. No se garantiza que se respete el orden de las claves.
TreeMap
Utiliza un árbol rojo-negro para implementar el mapa. El coste de las operaciones básicas será logarítmico con el número de elementos del mapa O(log n). En este caso los elementos se encontrarán ordenados por orden ascendente de clave.
Hashtable
Es una implementación similar a HashMap, pero con alguna diferencia. Mientras las anteriores implementaciones no están sincronizadas, esta si que lo está. Además en esta implementación, al contrario que las anteriores, no se permitirán claves nulas (null). Este objeto extiende la obsoleta clase Dictionary, ya que viene de versiones más antiguas de JDK. Ofrece otros métodos además de los anteriores, como por ejemplo el siguiente:
Enumeration keys()
Este método nos devolverá una enumeración de todas las claves registradas en la tabla.
Como hemos comentado anteriormente, además de las interfaces y las implementaciones de los tipos de datos descritos en los apartados previos, el marco de colecciones nos ofrece una serie de algoritmos utiles cuando trabajamos con estos tipos de datos, especialmente para las listas.
Estos algoritmos los podemos encontrar implementados como métodos estáticos en la clase Collections. En ella encontramos métodos para la ordenación de listas (sort), para la búsqueda binaria de elementos dentro de una lista (binarySearch) y otras operaciones que nos serán de gran utilidad cuando trabajemos con colecciones de elementos.
A parte de los algoritmos comentados en el apartado anterior, la clase Collections aporta otros métodos para cambiar ciertas propiedades de las listas. Estos métodos nos proporcionan los denominados wrappers de los distintos tipos de colecciones. Estos wrappers son objetos que 'envuelven' al objeto de nuestra colección, pudiendo de esta forma hacer que la colección esté sincronizada, o que la colección pase a ser de solo lectura.
Como dijimos anteriormente, todos los tipos de colecciones no están sincronizados, excepto el Vector que es un caso especial. Al no estar sincronizados, si múltiples hilos utilizan la colección concurrentemente, podrán estar ejecutándose simultáneamente varios métodos de una misma colección que realicen diferentes operaciones sobre ella. Esto puede provocar inconsistencias en los datos. A continuación veremos un posible ejemplo de inconsistencia que se podría producir:
Podemos ver que haciendo una llamada a letras.remove("C"), al final se ha eliminado el objeto "D", lo cual produce una inconsistencia de los datos con las operaciones realizadas, debido al acceso concurrente.
Este problema lo evitaremos sincronizando la colección. Cuando una colección está sincronizada, hasta que no termine de realizarse una operación (inserciones, borrados, etc), no se podrá ejecutar otra, lo cual evitará estos problemas.
Podemos conseguir que las operaciones se ejecuten de forma sincronizada envolviendo nuestro objeto de la colección con un wrapper, que será un objeto que utilice internamente nuestra colección encargándose de realizar la sincronización cuando llamemos a sus métodos. Para obtener estos wrappers utilizaremos los siguientes métodos estáticos de Collections:
Collection synchronizedCollection(Collection c) List synchronizedList(List l) Set synchronizedSet(Set s) Map synchronizedMap(Map m) SortedSet synchronizedSortedSet(SortedSet ss) SortedMap synchronizedSortedMap(SortedMap sm)
Como vemos tenemos un método para envolver cada tipo de datos. Nos devolverá un objeto con la misma interfaz, por lo que podremos trabajar con él de la misma forma, sin embargo la implementación interna estará sincronizada.
Podemos encontrar también una serie de wrappers para obtener versiones de sólo lectura de nuestras colecciones. Se obtienen con los siguientes métodos:
Collection unmodifiableCollection(Collection c) List unmodifiableList(List l) Set unmodifiableSet(Set s) Map unmodifiableMap(Map m) SortedSet unmodifiableSortedSet(SortedSet ss) SortedMap unmodifiableSortedMap(SortedMap sm)
Hemos visto que en Java cualquier tipo de datos es un objeto, excepto los tipos de datos básicos: boolean, int, long, float, double, byte, short, char.
Cuando trabajamos con colecciones de datos los elementos que contienen éstas son siempre objetos, por lo que en un principio no podríamos insertar elementos de estos tipos básicos. Para hacer esto posible tenemos una serie de objetos que se encargarán de envolver a estos tipos básicos, permitiéndonos tratarlos como objetos y por lo tanto insertarlos como elementos de colecciones. Estos objetos son los llamados wrappers, y las clases en las que se definen tienen nombre similares al del tipo básico que encapsulan, con la diferencia de que comienzan con mayúscula: Boolean, Integer, Long, Float, Double, Byte, Short, Character.
Estas clases, además de servirnos para encapsular estos datos básicos en forma de objetos, nos proporcionan una serie de métodos e información útiles para trabajar con estos datos. Nos proporcionarán métodos por ejemplo para convertir cadenas a datos numéricos de distintos tipos y viceversa, así como información acerca del valor mínimo y máximo que se puede representar con cada tipo numérico.
En esta sección vamos a ver una serie de clases que conviene conocer ya que nos serán de gran utilidad para realizar nuestros programas:
Object
Esta es la clase base de todas las clases en Java, toda clase hereda en última instancia de la clase Object, por lo que los métodos que ofrece estarán disponibles en cualquier objeto Java, sea de la clase que sea.
En Java es importante distinguir claramente entre lo que es una variable, y lo que es un objeto. Las variables simplemente son referencias a objetos, mientras que los objetos son las entidades instanciadas en memoria que podrán ser manipulados mediante las referencias que tenemos a ellos (mediante variable que apunten a ellos) dentro de nuestro programa. Cuando hacemos lo siguiente:
new MiClase()
Se está instanciando en memoria un nuevo objeto de clase MiClase y nos devuelve una referencia a dicho objeto. Nosotros deberemos guardarnos dicha referencia en alguna variable con el fin de poder acceder al objeto creado desde nuestro programa:
MiClase mc = new MiClase();
Es importante declarar la referencia del tipo adecuado (en este caso tipo MiClase) para manipular el objeto, ya que el tipo de la referencia será el que indicará al compilador las operaciones que podremos realizar con dicho objeto. El tipo de esta referencia podrá ser tanto el mismo tipo del objeto al que vayamos a apuntar, o bien el de cualquier clase de la que herede o interfaz que implemente nuestro objeto. Por ejemplo, si MiClase se define de la siguiente forma:
public class MiClase extends Thread implements List {
...
}
Podremos hacer referencia a ella de diferentes formas:
MiClase mc = new MiClase(); Thread t = new MiClase(); List l = new MiClase(); Object o = new MiClase();
Esto es así ya que al heredar tanto de Thread como de Object, sabemos que el objeto tendrá todo lo que tienen estas clases más lo que añada MiClase, por lo que podrá comportarse como cualquiera de las clases anteriores. Lo mismo ocurre al implementar una interfaz, al forzar a que se implementen sus métodos podremos hacer referencia al objeto mediante la interfaz ya que sabemos que va a contener todos esos métodos. Siempre vamos a poder hacer esta asignación 'ascendente' a clases o interfaces de las que deriva nuestro objeto.
Si hacemos referencia a un objeto MiClase mediante una referencia Object por ejemplo, sólo podremos acceder a los métodos de Object, aunque el objeto contenga métodos adicionales definidos en MiClase. Si conocemos que nuestro objeto es de tipo MiClase, y queremos poder utilizarlo como tal, podremos hacer una asignación 'descendente' aplicando una conversión cast al tipo concreto de objeto:
Object o = new MiClase(); ... MiClase mc = (MiClase) o;
Si resultase que nuestro objeto no es de la clase a la que hacemos cast, ni hereda de ella ni la implementa, esta llamada resultará en un ClassCastException indicando que no podemos hacer referencia a dicho objeto mediante esa interfaz debido a que el objeto no la cumple, y por lo tanto podrán no estar disponibles los métodos que se definen en ella.
Una vez hemos visto la diferencia entre las variables (referencias) y objetos (entidades) vamos a ver como se hará la asignación y comparación de objetos. Si hiciesemos lo siguiente:
MiClase mc1 = new MiClase(); MiClase mc2 = mc1;
Puesto que hemos dicho que las variables simplemente son referencias a objetos, la asignación estará copiando una referencia, no el objeto. Es decir, tanto la variable mc1 como mc2 apuntarán a un mismo objeto.
Si lo que queremos es copiar un objeto, teniendo dos entidades independientes, deberemos invocar el método clone del objeto a copiar:
MiClase mc2 = (MiClase)mc1.clone();
El método clone es un método de la clase Object que estará disponible para cualquier objeto Java, y nos devuelve un Object genérico, ya que al ser un método que puede servir para cualquier objeto nos debe devolver la copia de este tipo. De él tendremos que hacer una conversión cast a la clase de la que se trate como hemos visto en el ejemplo.
Por otro lado, para la comparación, si hacemos lo siguiente:
mc1 == mc2
Estaremos comparando referencias, por lo que estaremos viendo si las dos referencias apuntan a un mismo objeto, y no si los objetos a los que apuntan son iguales. Para ver si los objetos son iguales, aunque sean entidades distintas, tenemos:
mc1.equals(mc2)
Este método también es propio de la clase Object, y será el que se utilice para comparar internamente los objetos.
Tanto clone como equals, deberán ser redefinidos en nuestras clases para adaptarse a éstas. Deberemos especificar dentro de ellos como se copia nuestro objeto y como se compara si son iguales:
public class Punto2D {
public int x, y;
...
public boolean equals(Object o) {
Punto2D p = (Punto2D)o;
// Compara objeto this con objeto p
return (x == p.x && y == p.y);
}
public Object clone() {
Punto2D p = new Punto2D();
// Construye nuevo objeto p
// copiando los atributos de this
p.x = x;
p.y = y;
return p;
}
Un último método interesante de la clase Object es toString. Este método nos devuelve una cadena (String) que representa dicho objeto. Por defecto nos dará un identificador del objeto, pero nosotros podemos sobrescribirla en nuestras propias clases para que genere la cadena que queramos. De esta manera podremos imprimir el objeto en forma de cadena de texto, mostrandose los datos con el formato que nosotros les hayamos dado en toString. Por ejemplo, si tenemos una clase Punto2D, sería buena idea hacer que su conversión a cadena muestre las coordenadas (x,y) del punto:
public class Punto2D {
public int x,y;
...
public String toString() {
String s = "(" + x + "," + y + ")";
return s;
}
}
Properties
Esta clase es un subtipo de Hastable, que se encarga de almacenar una serie de propiedades asociando un valor a cada una de ellas. Estas propiedades las podremos utilizar para registrar la configuración de nuestra aplicación. Además esta clase nos permite cargar o almacenar esta información en algún dispositivo, como puede ser en disco, de forma que sea persistente.
Puesto que hereda de Hashtable, podremos utilizar sus métodos, pero también aporta métodos propios para añadir propiedades:
Object setProperty(Object clave, Object valor)
Equivalente al método put.
Object getProperty(Object clave)
Equivalente al método get.
Object getProperty(Object clave, Object default)
Esta variante del método resulta útil cuando queremos que determinada propiedad devuelva algún valor por defecto si todavía no se le ha asignado ningún valor.
Además, como hemos dicho anteriormente, para hacer persistentes estas propiedades de nuestra aplicación, se proporcionan métodos para almacenarlas o leerlas de algún dispositivo de E/S:
void load(InputStream entrada)
Lee las propiedades del flujo de entrada proporcionado. Este flujo puede por ejemplo referirse a un fichero del que se leerán los datos.
void store(OutputStream salida, String cabecera)
Almacena las información de las propiedades escribiendolas en el flujo de salida especificado. Este flujo puede por ejemplo referirse a un fichero en disco, en el que se guardará nuestro conjunto de propiedades, pudiendo especificar una cadena que se pondrá como cabecera en el fichero, y que nos permite añadir algún comentario sobre dicho fichero.
System
Esta clase nos ofrece una serie de métodos y campos útiles del sistema. Esta clase no se debe instanciar, todos estos métodos y campos son estáticos.
Podemos encontrar los objetos que encapsulan la entrada, salida y salida de error estándar, así como métodos para redireccionarlas, que veremos con más detalle en el tema de entrada/salida.
También nos permite acceder al gestor de seguridad instalado, como veremos en el tema sobre seguridad.
Otros métodos útiles que encontramos son:
void exit(int estado)
Finaliza la ejecución de la aplicación, devolviendo un código de estado. Normalmente el código 0 significa que ha salido de forma normal, mientras que con otros códigos indicaremos que se ha producido algún error.
void gc()
Fuerza una llamada al colector de basura para limpiar la memoria. Esta es una operación costosa. Normalmente no lo llamaremos explicitamente, sino que dejaremos que Java lo invoque cuando sea necesario.
long currentTimeMillis()
Nos devuelve el tiempo medido en el número de milisegundos transcurridos desde el 1 de Enero de 1970 a las 0:00.
void arraycopy(Object fuente, int pos_fuente, Object destino, int pos_dest, int n)
Copia n elementos del array fuente, desde la posición pos_fuente, al array destino a partir de la posición pos_dest.
Properties getProperties()
Devuelve un objeto Properties con las propiedades del sistema. En estas propiedades podremos encontrar la siguiente información:
| Clave | Contenido |
file.separator |
Separador entre directorios en la ruta de los ficheros. Por ejemplo "/" en UNIX. |
java.class.path |
Classpath de Java |
java.class.version |
Versión de las clases de Java |
java.home |
Directorio donde está instalado Java |
java.vendor |
Empresa desarrolladora de la implementación de la plataforma Java instalada |
java.vendor.url |
URL de la empresa |
java.version |
Versión de Java |
line.separator |
Separador de fin de líneas utilizado |
os.arch |
Arquitectura del sistema operativo |
os.name |
Nombre del sistema operativo |
os.version |
Versión del sistema operativo |
path.separator |
Separador entre los distintos elementos de una variable de entorno tipo PATH. Por ejemplo ":" |
user.dir |
Directorio actual |
user.home |
Directorio de inicio del usuario actual |
user.name |
Nombre de la cuenta del usuario actual |
Runtime
Toda aplicación Java tiene una instancia de la clase Runtime que se encargará de hacer de interfaz con el entorno en el que se está ejecutando. Para obtener este objeto debemos utilizar el siguiente método estático:
Runtime rt = Runtime.getRuntime();
Una de las operaciones que podremos realizar con este objeto, será ejecutar comandos como si nos encontrásemos en la línea de comandos del sistema operativo. Para ello utilizaremos el siguiente método:
rt.exec(comando);
De esta forma podremos invocar programas externos desde nuestra aplicación Java.
Math
La clase Math nos será de gran utilidad cuando necesitemos realizar operaciones matemáticas. Esta clase no necesita ser instanciada, ya que todos sus métodos son estáticos. Entre estos métodos podremos encontrar todas las operaciones matemáticas básicas que podamos necesitar, como logaritmos, exponenciales, funciones trigonométricas, generación de números aleatorios, conversión entre grados y radianes, etc. Además nos ofrece las constantes de los números PI y E.
Otras clases
Si miramos dentro del paquete java.util, podremos encontrar una serie de clases que nos podrán resultar útiles para determinadas aplicaciones.
Entre ellas tenemos la clase Calendar, que nos servirá cuando trabajemos con fechas y horas, para realizar operaciones con fechas, comparar fechas, u obtener distintas representaciones para mostrar la fecha en nuestra aplicación.
Encontramos también la clase Currency con información monetaria. La clase Locale almacena información sobre una determinada región del mundo, por lo que podremos utilizar esta clase junto a las anteriores para obtener la moneda de una determinada zona, o las diferencias horarias y de representación de fechas.
Hemos visto que Java nos permite escribir facilmente un código limpio y mantenible. Sin embargo, en muchas ocasiones además nos interesará que el código sea rápido en determinadas funciones críticas. A continuación damos una serie de consejos para optimizar el código Java:
Los programas muy a menudo necesitan enviar datos a un determinado destino, o bien leerlos de una determinada fuente externa, como por ejemplo puede ser un fichero para almacenar datos de forma permanente, o bien enviar datos a través de la red, a memoria, o a otros programas. Esta entrada/salida de datos en Java la realizaremos por medio de flujos (streams) de datos, a través de los cuales un programa podrá recibir o enviar datos en serie.
Existen varios objetos que hacen de flujos de datos, y que se distinguen por la finalidad del flujo de datos y por el tipo de datos que viajen a través de ellos. Según el tipo de datos que transporten podemos distinguir:
Dentro de cada uno de estos grupos tenemos varios pares de objetos, de los cuales uno nos servirá para leer del flujo y el otro para escribir en él. Cada par de objetos será utilizado para comunicarse con distintos elementos (memoria, ficheros, red u otros programas). Estas clases, según sean de entrada o salida y según sean de caracteres o de bytes llevarán distintos sufijos, según se muestra en la siguiente tabla:
| Flujo de entrada / lector | Flujo de salida / escritor | |
| Caractéres | XXXXReader | XXXXWriter |
| Bytes | XXXXInputStream | XXXXOutputStream |
Donde XXXX se referirá a la fuente o sumidero de los datos que puede tomar valores como los que se muestran a continuación:
| File | Acceso a ficheros |
| Piped | Comunicación entre programas mediante tuberías (pipes) |
| String | Acceso a una cadena en memoria (solo caracteres) |
| CharArray | Acceso a un array de caracteres en memoria (solo caracteres) |
| ByteArray | Acceso a un array de bytes en memoria (solo bytes) |
Además podemos distinguir los flujos de datos según su propósito, pudiendo ser:
Un tipo de filtros de procesamiento a destacar son aquellos que nos permiten convertir un flujo de bytes a flujo de caracteres. Estos objetos son InputStreamReader y OutputStreamWriter. Como podemos ver en su sufijo, son flujos de caracteres, pero se construyen a partir de flujos de bytes, permitiendo de esta manera acceder a nuestro flujo de bytes como si fuese un flujo de caracteres.
Para cada uno de los tipos básicos de flujo que hemos visto existe una superclase, de la que heredaran todos sus subtipos, y que contienen una serie de métodos que serán comunes a todos ellos. Entre estos métodos encontramos los métodos básicos para leer o escribir caracteres o bytes en el flujo a bajo nivel. En la siguiente tabla se muestran los métodos más importantes de cada objeto:
| InputStream | read(), reset(), available(), close() |
| OutputStream | write(int b), flush(), close() |
| Reader | read(), reset(), close() |
| Writer | write(int c), flush(), close() |
A parte de estos métodos podemos encontrar variantes de los métodos de lectura y escritura, otros métodos, y además cada tipo específico de flujo contendrá sus propios métodos. Todas estas clases se encuentran en el paquete java.io. Para más detalles sobre ellas se puede consultar la especificación de la API de Java.
Al igual que en C, en Java también existen los conceptos de entrada, salida, y salida de error estándar. La entrada estándar normalmente se refiere a lo que el usuario escribe en la consola, aunque el sistema operativo puede hacer que se tome de otra fuente. De la misma forma la salida y la salida de error estándar lo que hacen normalmente es mostrar los mensajes y los errores del programa respectivamente en la consola, aunque el sistema operativo también podrá redirigirlas a otro destino.
En Java esta entrada, salida y salida de error estándar se tratan de la misma forma que cualquier otro flujo de datos, estando estos tres elementos encapsulados en tres objetos de flujo de datos que se encuentran como propiedades estáticas de la clase System:
| Tipo | Objeto | |
| Entrada estándar | InputStream | System.in |
| Salida estándar | PrintStream | System.out |
| Salida de error estándar | PrintStream | System.err |
Para la entrada estándar vemos que se utiliza un objeto InputStream básico, sin embargo para la salida se utilizan objetos PrintWriter que facilitan la impresión de texto ofreciendo a parte del método común de bajo nivel write(int b) para escribir bytes, dos métodos más: print(s) y println(s). Estas funciones nos permitirán escribir cualquier cadena, tipo básico, o bien cualquier objeto que defina el método toString() que devuelva una representación del objeto en forma de cadena. La única diferencia entre los dos métodos es que el segundo añade automáticamente un salto de línea al final del texto impreso, mientras que en el primero deberemos especificar explícitamente este salto.
Para escribir texto en la consola normalmente utilizaremos:
System.out.println("Hola mundo");
En el caso de la impresión de errores por la salida de error de estándar, deberemos utilizar:
System.err.println("Error: Se ha producido un error");
Además la clase System nos permite sustituir estos flujos por defecto por otros flujos, cambiando de esta forma la entrada, salida y salida de error estándar.
Podremos acceder a ficheros bien por caracteres, o bien de forma binaria (por bytes). Las clases que utilizaremos en cada caso son:
| Lectura | Escritura | |
| Caracteres | FileReader | FileWriter |
| Binarios | FileInputStream | FileOutputStream |
Para crear un lector o escritor de ficheros deberemos proporcionar al constructor el fichero del que queremos leer o en el que queramos escribir. Podremos proporcionar esta información bien como una cadena de texto con el nombre del fichero, o bien construyendo un objeto File representando al fichero al que queremos acceder. Este objeto nos permitirá obtener información adicional sobre el fichero, a parte de permitirnos realizar operaciones sobre el sistema de ficheros.
A continuación vemos un ejemplo simple de la copia de un fichero carácter a carácter:
public void copia_fichero() {
int c;
try {
FileReader in = new FileReader("fuente.txt");
FileWriter out = new FileWriter("destino.txt");
while( (c = in.read()) != -1)
{
out.write(c);
}
in.close();
out.close();
} catch(FileNotFoundException e1) {
System.err.println("Error: No se encuentra el fichero");
} catch(IOException e2) {
System.err.println("Error leyendo/escribiendo fichero");
}
}
En el ejemplo podemos ver que para el acceso a un fichero es necesario capturar dos excepciones, para el caso de que no exista el fichero al que queramos acceder y por si se produce un error en la E/S.
Para la escritura podemos utilizar el método anterior, aunque muchas veces nos resultará mucho más cómodo utilizar un objeto PrintWriter con el que podamos escribir directamente líneas de texto:
public void escribe_fichero() {
FileWriter out = null;
PrintWriter p_out = null;
try {
out = new FileWriter("result.txt");
p_out = new PrintWriter(out);
p_out.println(
"Este texto será escrito en el fichero de salida");
} catch(IOException e) {
System.err.println("Error al escribir en el fichero");
} finally {
p_out.close();
}
}
Hemos visto como leer un fichero carácter a carácter, pero en el caso de ficheros con una gramática medianamente compleja, esta lectura a bajo nivel hará muy difícil el análisis de este fichero de entrada. Necesitaremos leer del fichero elementos de la gramática utilizada, los llamados tokens, como pueden ser palabras, número y otros símbolos.
La clase StreamTokenizer se encarga de partir la entrada en tokens y nos permitirá realizar la lectura del fichero directamente como una secuencia de tokens. Esta clase tiene una serie de constantes identificando los tipos de tokens que puede leer:
| StreamTokenizer.TT_WORD | Palabra |
| StreamTokenizer.TT_NUMBER | Número real o entero |
| StreamTokenizer.TT_EOL | Fin de línea |
| StreamTokenizer.TT_EOF | Fin de fichero |
| Carácter de comillas establecido | Cadena de texto encerrada entre comillas |
| Símbolos | Vendrán representados por el código del carácter ASCII del símbolo |
Dado que un StreamTokenizer se utiliza para analizar un fichero de texto, siempre habrá que crearlo a partir de un objeto Reader (o derivados).
StreamTokenizer st = new StreamTokenizer(reader);
El método nextToken() leerá el siguiente token que encuentre en el fichero y nos devolverá el tipo de token del que se trata. Según este tipo podremos consultar las propiedades sval o nval para ver qué cadena o número respectivamente se ha leído del fichero. Tanto cuando se lea un token de tipo TT_WORD como de tipo cadena de texto entre comillas el valor de este token estará almacenado en sval. En caso de la lectura de un número, su valor se almacenará en nval que es de tipo double. Como los demás símbolos ya devuelven el código del símbolo como tipo de token no será necesario acceder a su valor por separado. Podremos consultar el tipo del último token leído en la propiedad ttype.
Un bucle de procesamiento básico será el siguiente:
while(st.nextToken() != StreamTokenizer.TT_EOF) {
switch(st.ttype) {
case StreamTokenizer.TT_WORD:
System.out.println("Leida cadena: " + st.sval);
break;
case StreamTokenizer.TT_NUMBER:
System.out.println("Leido numero: " + st.nval);
break;
}
}
Podemos distinguir tres tipos de caracteres:
| Ordinarios (ordinaryChars) | Caracteres que forman parte de los tokens. |
| De palabra (wordChars) | Una secuencia formada enteramente por este tipo de caracteres se considerará una palabra. |
| De espacio en blanco (whitespaceChars) | Estos caracteres no son interpretados como tokens, simplemente se utilizan para separar tokens. Normalmente estos caracteres son el espacio, tabulador, y salto de línea. |
Para establecer qué caracteres pertenecerán a cada uno de estos tipos utilizaremos los métodos ordinaryChars, wordChars y whitespaceChars del objeto StreamTokenizer respectivamente. A cada uno de estos métodos le pasamos un rango de caracteres (según su código ASCII), que serán establecidos al tipo correspondiente al método que hayamos llamado. Por ejemplo, si queremos que una palabra sea una secuencia de cualquier carácter imprimible (con códigos ASCII desde 32 a 127) haremos lo siguiente:
st.wordChars(32,127);
Los caracteres pueden ser especificados tanto por su código ASCII numérico como especificando ese carácter entre comillas simples. Si ahora queremos hacer que las palabras sean separadas por el caracter ':' (dos puntos) hacemos la siguiente llamada:
st.whitespaceChars(':', ':');
De esta forma, si hemos hecho las llamadas anteriores el tokenizer leerá palabras formadas por cualquier carácter imprimible separadas por los dos puntos ':'. Al querer cambiar un único carácter, como siempre deberemos especificar un rango, deberemos especificar un rango formado por ese único carácter como inicial y final del rango. Si además quisieramos utilizar el guión '-' para separar palabras, no siendo caracteres consecutivos guión y dos puntos en la tabla ASCII, tendremos que hacer una tercera llamada:
st.whitespaceChars('-', '-');
Así tendremos tanto el guión como los dos puntos como separadores, y el resto de caracteres imprimibles serán caracteres de palabra. Podemos ver que el StreamTokenizer internamente implementa una tabla, en la que asocia a cada carácter uno de los tres tipos mencionados. Al llamar a cada uno de los tres métodos cambiará el tipo de todo el rango especificado al tipo correspondiente al método. Por ello es importante el orden en el que invoquemos este método. Si en el ejemplo en el que hemos hecho estas tres llamadas las hubiésemos hecho en orden inverso, al establecer todo el rango de caracteres imprimibles como wordChars hubiésemos sobrescrito el resultado de las otras dos llamadas y por lo tanto el guión y los dos puntos no se considerarían separadores.
Podremos personalizar el tokenizer indicando para cada carácter a que tipo pertenece. Además de con los tipos anteriores, podemos especificar el carácter que se utilice para encerrar las cadenas de texto (quoteChar), mediante el método quoteChar, y el carácter para los comentarios (commentChar), mediante commentChar. Esto nos permitirá definir comentarios de una línea que comiencen por un determinado carácter, como por ejemplo los comentarios estilo Pascal comenzados por el carácter almohadilla ('#'). Además tendremos otros métodos para activar comentarios tipo C como los comentarios barra-barra (//) y barra-estrella (/* */).
Si queremos enviar un objeto a través de un flujo de datos, deberemos convertirlo en una serie de bytes. Esto es lo que se conoce como serialización de objetos, que nos permitirá leer y escribir objetos.
Para leer o escribir objetos podemos utilizar los objetos ObjectInputStream y ObjectOutputStream que incorporan los métodos readObject() y writeObject(Object obj) respectivamente. Los objetos que escribamos en dicho flujo deben tener la capacidad de ser serializables.
Serán serializables aquellos objetos que implementan la interfaz Serializable. Cuando queramos hacer que una clase definida por nosotros sea serializable deberemos implementar dicho interfaz, que no define ninguna función, sólo se utiliza para identificar las clases que son serializables. Para que nuestra clase pueda ser serializable, todas sus propiedades deberán ser de tipos de datos básicos o bien objetos que también sean serializables.