[Java Core] B4: Tính chất đóng gói, kế thừa và đa hình trong Java

This entry is part 4 of 8 in the series Java Core

Đóng gói

  • Đóng gói là một trong những tính chất quan trọng của lập trình hướng đối tượng
  • Đóng gói giúp che dấu thông tin bên trong của một đối tượng, chỉ cho phép các đối tượng khác tương tác thông qua các phương thức được cung cấp
  • Đóng gói giúp giảm sự phức tạp của chương trình, giúp dễ dàng bảo trì và mở rộng chương trình
Encapsulation
  • Ví dụ, trong một chiếc xe ô tô, ta có rất nhiều cấu phận và thông số. Nó có động cơ, vô lăng, bình xăng, đánh lửa, …
  • Nhưng ta thường không tương tác trực tiếp được vào chúng, mà thông qua các phương thức như bấm ga, bấm còi, đạp phanh, …
  • Khi bấm ga, có thể cả một quy trình rất dài đang xảy ra, như động cơ chạy, bình xăng bơm xăng, đánh lửa đốt xăng, …
  • Nhưng ta không cần quan tâm đến những thứ đó, ta chỉ cần bấm ga, và xe sẽ chạy
  • Ngoài ra, đóng gói giúp ta đảm bảo việc dữ liệu sẽ được giấu khỏi các đối tượng khác, và chỉ có các phương thức được cung cấp mới có thể tương tác với dữ liệu đó. Giúp đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu.

Ví dụ:

  • getter, setter là một ví dụ về đóng gói. Nhờ getter, setter, ta có thể đảm bảo dữ liệu được cập nhật từ đối tượng khác sẽ luôn theo ý của mình, hay dữ liệu được lấy ra từ đối tượng khác sẽ luôn đúng theo ý của mình
  • Ví dụ trong các thư viện của Java, ta có thể thấy rất nhiều ví dụ về đóng gói. Ví dụ như trong class Scanner, ta có thể thấy rằng các biến được khai báo là private, và ta không thể truy cập trực tiếp vào chúng. Nhưng ta có thể sử dụng các phương thức như nextInt(), nextDouble(), nextLine(), … để lấy dữ liệu từ bàn phím. (Có thể ctrl + click vào các phương thức đó để xem code, sẽ thấy Scanner sử dụng các biến private để lấy dữ liệu từ bàn phím)
image 26 - quochung.cyou PTIT
  • Đóng gói xuất hiện ở mọi nơi: Từ cả cái máy tính của bạn chỉ cần 1 nút bật, một game với cả trăm nghìn class chỉ cần 1 lần nhấn Play sẽ bắt đầu chạy, các thư viện Java với vô vàn chức năng đã được đóng gói và cho phép ta sử dụng qua những hàm rất đơn giản.
  • Trong lập trình phần mềm, yêu cầu của một chương trình thay đổi liên tục đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Việc đóng gói và phân tách công việc của những bộ phận khác nhau là cực kì quan trọng, khi đó, ta sẽ cố gắng giới hạn những thay đổi chỉ bên trong 1 bộ phận nhỏ, độc lập nhất có thể và ít ảnh hưởng tới nhiều chỗ khác.
image 28 - quochung.cyou PTIT

Kế thừa

  • Kế thừa là một trong những tính chất quan trọng của lập trình hướng đối tượng
  • Kế thừa giúp ta có thể sử dụng lại các đặc tính của một đối tượng khác, giúp giảm sự lặp lại của code, giúp dễ dàng bảo trì và mở rộng chương trình
  • Kế thừa giúp ta có thể tạo ra các đối tượng mới từ các đối tượng đã có, và có thể thêm các đặc tính mới vào các đối tượng mới đó
Inheritance
image 27 - quochung.cyou PTIT
  • Ta nhận thấy kế thừa, hay sơ đồ cây xuất hiện ở mọi nơi trong cuộc sống. Như một chiếc ô tô có thể gọi là xe bốn bánh, xe bốn bánh có thể coi là phương tiện giao thông, …. Con người có thể coi là động vật. trong sinh học ta có các giống loài, trong vật lý có nhiều loại sóng khác nhau cùng là sóng,có chung tính chất là sóng, …
image 29 - quochung.cyou PTIT

Ví dụ:

  • Ví dụ ta có nhiều class cần tạo như Chó, Mèo, Gà, Vịt, … Ta nhận thấy chúng đều có chung 1 đặc điểm là chúng đều là động vật, và có chung 1 số đặc điểm như là có thể ăn, có thể ngủ, có thể chạy, có thể bơi, … Ta có thể tạo ra một class cha là Động vật, và các class trên sẽ kế thừa từ class Động vật. Như vậy, ta có thể sử dụng lại các đặc điểm của class Động vật cho các class con, và có thể thêm các đặc điểm mới vào các class con đó, ví dụ Chó thì có thêm đặc điểm là sủa, Mèo thì có thêm đặc điểm là kêu meo meo, …
  • Các phương thức, thuộc tính của class cha sẽ được các class con kế thừa, và có thể sử dụng lại. Ngoài ra, các class con có thể thêm các phương thức, thuộc tính mới vào các class con đó. Điều này giúp giảm bớt các code dư thừa, giúp dễ dàng bảo trì và mở rộng chương trình
  • Có thể ở các class nhỏ hiện tại các bạn chưa thấy kế thừa hữu ích. Tuy nhiên khi bài toán ngày càng lớn lên, đặc biệt thiên về domain chuyên ngành, 1 class sẽ có rất nhiều thuộc tính và phương thức. Ví dụ: một cái bánh bình thường ở tạp hoá, có thể có lên tới 10-15 thuộc tính như màu sắc, hình dạng, giá, hạn sử dụng, ngày sản xuất, thành phần sản phẩm, các chứng chỉ an toàn thực phẩm, mã barcode, hay có các biến như “có thể cho động vật ăn”, … sau đó lại có nhiều loại bánh khác nhau nữa
image 17 - quochung.cyou PTIT

Class Object

Class Object
  • Trong Java, mọi class đều kế thừa từ class Object
  • Class Object là class cha của tất cả các class khác
  • Class Object có các phương thức như equals()toString()hashCode()clone()finalize()wait()notify()notifyAll(), …
  • Các phương thức này được các class khác kế thừa, và có thể sử dụng lại
  • Có nhiều phương thức các bạn chưa cần đào sâu. Tuy nhiên tạm thời có thể để ý nó có các phương thức quan trọng như equals, toString, hashCode. Đây là các phương thức thường được dùng.

Đa hình

image 30 - quochung.cyou PTIT
  • Đa hình là một trong những tính chất quan trọng của lập trình hướng đối tượng
  • Đa hình giúp ta có thể sử dụng các đối tượng khác nhau, nhưng có cùng một kiểu dữ liệu, giúp giảm sự lặp lại của code, giúp dễ dàng bảo trì và mở rộng chương trình
Polymorphism

Override

  • Override là một kĩ thuật trong đa hình, giúp ta có thể thay đổi cách thức hoạt động của một phương thức đã có sẵn trong class cha
  • Override giúp ta có thể sử dụng các đối tượng khác nhau, nhưng có cùng một class cha, và khi gọi các phương thức, ta sẽ thấy mỗi đối tượng sẽ thực hiện theo cách của nó, chứ không phải cách của đối tượng khác

Cú pháp:

publicclassClassCha {
    @OverridepublicvoidmethodName() {
        // code
    }
}

classClassConextendsClassCon {
    @OverridepublicvoidmethodName() {
        // code
    }
}

Overload

  • Overload là một kĩ thuật trong đa hình, giúp ta có thể tạo ra nhiều phương thức cùng tên, nhưng khác nhau về tham số truyền vào
  • Overload giúp ta có thể sử dụng các phương thức khác nhau, nhưng có cùng một tên, và khi gọi các phương thức, ta sẽ thấy mỗi phương thức sẽ thực hiện theo cách của nó, chứ không phải cách của phương thức khác

Cú pháp:

publicclassClassCha {
    publicvoidmethodName(int a) {
        // code
    }

    publicvoidmethodName(int a, int b) {
        // code
    }
}

  • Dễ thấy overload trong các phương thức của class Math, như Math.max()Math.min()Math.abs()Math.pow()Math.sqrt()Math.round()Math.floor()Math.ceil()Math.random(), … Chúng đều có cùng một tên là Math, nhưng khác nhau về tham số truyền vào. Ví dụ nếu truyền vào số nguyên, thì xử lý khác, truyền số thực thì xử lý khác, …

Phân biệt Overload và Override

OverloadOverride
Cùng tên, khác tham sốCùng tên, cùng tham số
Cùng classKhác class
Overload giúp ta có thể tạo ra nhiều phương thức cùng tên, nhưng khác nhau về tham số truyền vàoOverride là một kĩ thuật trong đa hình, giúp ta có thể thay đổi cách thức hoạt động của một phương thức đã có sẵn trong class cha
Overload chạy trong compile timeOverride chạy trong run time

Đa hình compile time và runtime

  • Đa hình compile time là đa hình mà chúng ta có thể thấy được ngay trong quá trình code, ví dụ như overload. Đa hình compile time sẽ được thực hiện trong compile time, tức là khi chúng ta build chương trình, chúng ta sẽ thấy các phương thức được overload sẽ được thực hiện theo cách của nó, chứ không phải cách của phương thức khác
  • Đa hình runtime là đa hình mà chúng ta không thể thấy được ngay trong quá trình code, ví dụ như override. Đa hình runtime sẽ được thực hiện trong runtime, tức là khi chúng ta chạy chương trình, chúng ta sẽ thấy các phương thức được override sẽ được thực hiện theo cách của nó, chứ không phải cách của phương thức khác

Ví dụ: Khi viết code lúc compile ta đã thấy ngay phương thức nào được gọi, nhưng khi chạy chương trình, ta mới thấy phương thức nào được thực hiện của override

Ví dụ:

  • Ta có các class Chó, Mèo, Bò. Chúng đều kế thừa từ class Động vật. Ta có thể tạo ra một mảng các đối tượng Động vật, và có thể thêm vào đó các đối tượng Chó, Mèo, Bò. Như vậy, ta có thể sử dụng các đối tượng khác nhau, nhưng có cùng một kiểu dữ liệu, là Động vật.
  • Chúng có thể có chung 1 hàm là keu(), nhưng khi gọi hàm keu() trên mảng các đối tượng Động vật, ta sẽ thấy mỗi đối tượng sẽ keu() theo cách của nó, chứ không phải cách của đối tượng khác. Như vậy, ta có thể sử dụng các đối tượng khác nhau, nhưng có cùng một kiểu dữ liệu, và khi gọi các phương thức, ta sẽ thấy mỗi đối tượng sẽ thực hiện theo cách của nó, chứ không phải cách của đối tượng khác.
publicclassDongVat {
    publicvoidkeu() {
        System.out.println("Keu cua dong vat");
    }
}

publicclassChoextendsDongVat {
    @Overridepublicvoidkeu() {
        System.out.println("Gau gau");
    }
}

publicclassMeoextendsDongVat {
    @Overridepublicvoidkeu() {
        System.out.println("Meo meo");
    }
}

publicclassBoextendsDongVat {
    @Overridepublicvoidkeu() {
        System.out.println("Um bo");
    }
}

Bài tập kế thừa và đa hình

  • Tạo ra một class ConNguoi, có các thuộc tính là tên, tuổi, giới tính, …
  • Có các class con là SinhVien, NhanVien, HocSinhCap3 kế thừa từ class ConNguoi
  • Các class con có thể có thêm các thuộc tính riêng của nó, ví dụ SinhVien có thuộc tính là mã sinh viên, NhanVien có thuộc tính là mã nhân viên, …
  • Các class con có thể có thêm các phương thức riêng của nó, ví dụ SinhVien có phương thức là học, NhanVien có phương thức là làm việc, …
  • Có 1 phương thức chung của 3 class con là lamViecBuoiSang(), nhưng mỗi class con sẽ thực hiện theo cách của nó, chứ không phải cách của class con khác. Ví dụ SinhVien sẽ đi học đại học, NhanVien sẽ đi làm, HocSinhCap3 sẽ đi học ở trường cấp 3

Same-origin policy (SOP) và Cross-Origin Re-source Sharing (CORS)

Same Origin Policy (SOP)

image 23 - quochung.cyou PTIT
  • Đôi khi, khi thực hiện các lệnh trong Javascript, bạn có thể gặp một lỗi như thế này
  • “Access to fetch at xxx from origin null has been blocked by CORS policy: Response to preflight request doesn’t pass access control check: No ‘Access-Control-Allow-Origin’ header is present on the requested resource. If an opaque response serves your needs, set the request’s mode to ‘no-cors’ to fetch the resource with CORS disabled.
image 22 - quochung.cyou PTIT
  • Mặc định thì, trình duyệt chỉ cho phép JavaScript gửi các HTTP request về phía server ở “cùng một nguồn – same origin” với chỗ mà script được load. Điều này được quy định bởi same-origin policy (SOP) – quy tắc 1 nguồn, đây là một tảng đá quan trọng trong bảo mật ứng dụng web.
  • Nguồn của 1 trang web là tổng hợp bởi protocol, địa chỉ máy chủ, cổng của url. Nếu không có cổng thì cổng mặc định sẽ được dùng (http thì là 80, https là 443). Ví dụ: url https://www.google.com/search có protocol là https, địa chỉ máy chủ là www.google.com và cổng port là 443. Hai url được gọi là cùng nguồn (same origin) nếu protocol, host và port đều giống nhau
  • Điều này giúp web được bảo mật hơn, vì các dữ liệu đều đảm bảo chỉ đến từ nguồn ta đang truy cập.

Vấn đề giả định

  • Thông thường, bất kì request nào của chúng ta đều chứa các cookie. Ở các website hiện đại, các cookie này thường chứa các thông tin bảo mật, ví dụ như thông tin tài khoản mật khẩu, … Ví dụ bạn vào 1 website nào đó, sau khi đăng nhập và lần sau vào lại trang bạn không cần đăng nhập nữa, vì trình duyệt đã nhớ thông tin đó ở đâu đó để không cần nhập lại nữa. (Điều này sẽ phức tạp hơn, nhưng sẽ không đi sâu ở đây).
  • Điều này dẫn đến 1 việc, khi bạn vào trang https://hacker.com chẳng hạn, trang này sẽ tự động gửi 1 request khác sang https://nganhang.com, request này lại đang chứa hết cookie, hay các thông tin của bạn. Và hacker.com có thể đọc trộm được thông tin của bạn khi request trả về.
  • ĐIều này có thể được sửa chữa bằng Same Origin Policy bên trên, hoặc SameSite=Strict trong cookie, bắt buộc 1 request khi gửi sang 1 server khác, thì chỉ đang chạy trên web đó. (tức là ở nganhang.com mới được gửi request gì chứa thông tin sang nganhang.com) để bảo mật
  • Tuy nhiên, giả sử bạn đang làm 1 hệ thống thông tin thời tiết ở web thoitiet.com, và bạn muốn bạn bè mình ở các trang như baochi.com, quochung.com có thể gọi tới lấy thông tin thì lại không được. Điều đó dẫn ta tới CORS

Cross-Origin Re-source Sharing (CORS)

image 24 - quochung.cyou PTIT
  • Tuy nhiên, trang web chúng ta ngày càng mở rộng, ta không chỉ xuất dữ liệu từ 1 trang tĩnh duy nhất nữa. Có thể ta muốn gọi api để lấy dữ liệu từ một trang báo gì đó để hiển thị trên trang của mình, ta cần lấy dữ liệu về số ca mắc covid 19 từ đâu đó, ta cần lấy thông tin thời tiết, … Lúc này ta sẽ đi đến lí thuyết CORS.
image 16 - quochung.cyou PTIT

Preflight requests

  • Hiểu đơn giản, CORS là một số quy định ta có thể cài đặt ở phía nhận dữ liệu, để thông báo là: tôi cho phép ông A, ông B lấy dữ liệu, vì ông này web nhà tôi, còn các ông C, D, E thì không
  • Lúc này, phía client sẽ gửi trước một “preflight request” để xem, liệu mình có quyền được truy cập dữ liệu hay không.
  • Định nghĩa: Preflight request là một request sẽ xảy ra do “bình thường” thì trình duyệt sẽ chặn các requets vi phạm SOP. Lúc này trình duyệt sẽ thực hiện 1 request OPTIONS tới server để xem request có được cho phép hay không. Server có thể deny hoặc allow request với một số limit về headers và method (ví dụ như method nào được dùng, header phải thế nào, …)
image 15 - quochung.cyou PTIT
  • Phía Server sẽ phản hồi bằng cách gửi về 1 request với header chứa thông tin rằng các thông số cross-origin như nào thì sẽ được chấp nhận. Nếu như request ban đầu không match với các điều kiện từ phía server, hoặc server không phản hồi 1 CORS header nào, trình duyệt sẽ chặn và k gửi request.

CORS Header

CORS headerResponseDescription
Access-Control-Allow-OriginBothChỉ ra origin, hay nguồn nào được phép gửi request, để * để cho phép mọi nguồn
Access-Control-Allow-HeadersPreflightCho phép các header nào được chấp thuận ở request thật, để * để cho phép mọi header
Access-Control-Allow-MethodsPreflightHTTP method nào được chấp thuận, để * để cho phép mọi method
Access-Control-Allow-CredentialsBoth Chỉ ra trình duyệt có được chứa thông tin tài khoản trong request không, thông tin có thể là basic authentication, browser cookie, hoặc chứng chỉ TLS phía client. Nếu là “true” thì các header khác không được để *
Access-Control-Max-AgePreflightChỉ ra lượng thời gian (tính bằng giây) để trình duyệt cache phản hồi cors. Thường trình duyệt sẽ lưu khoảng 24 tiếng, chrome là 10 phút. Phần này chỉ áp dụng cho header và http method cho phép.
  • Both tức là header này có thể tồn tại ở các phản hồi từ server khi nhận request thực sự (actual) và cả request preflight. còn nếu là actual tức là header chỉ tồn tại ở phản hồi từ server khi nhận actual request (request thật), preflight nghĩa là header chỉ tồn tại ở phản hồi từ server khi nhận preflight request.

Tham khảo:

[Java Core] B3: Cách Java quản lý dữ liệu

This entry is part 3 of 8 in the series Java Core

Mục lục:

  • Cách Java lưu trữ dữ liệu (Kiểu dữ liệu nguyên thuỷ, Object, Wrapper class, Auto-boxing, Auto-unboxing)
  • Constructor, Super, This
  • Pass by value
  • Garbage Collector

I. Cách Java lưu trữ dữ liệu (Kiểu dữ liệu nguyên thuỷ, Object, Wrapper class, Auto-boxing, Auto-unboxing)

1. Kiểu dữ liệu nguyên thuỷ (Primitive data type)

  • Trong Java, có 8 kiểu dữ liệu nguyên thuỷ (Primitive data type): byteshortintlongfloatdoublebooleanchar.
  • Kiểu dữ liệu nguyên thuỷ là các kiểu dữ liệu mà không phải là đối tượng, không có các phương thức, thuộc tính, … như các đối tượng.
  • Tức là, bạn không thấy các phương thức toString()equals()hashCode(), … trong các kiểu dữ liệu nguyên thuỷ.
inta=1;

// a không có hàm hay biến như các object// a.toString() không tồn tại// a.equals() không tồn tại// a.(gì đó) không tồn tại
Primitive data type
  • Ví dụ, khi khai báo 1 biến int a = 1;, thì Java sẽ cấp phát 1 vùng nhớ có kích thước 4 byte để lưu giá trị 1 vào biến a. Thực chất trong bộ nhớ nó được lưu theo binary là 00000000 00000000 00000000 00000001. (1 byte = 8 bit)
  • Do có các 32 bit, nên int có thể lưu giá trị từ -2^31 đến 2^31 – 1. (1 bit để lưu dấu)
  • Tương tự, các kiểu dữ liệu khác cũng được lưu theo binary, và có kích thước khác nhau.

2. Object

2.1 Object là gì?

image 6 - quochung.cyou PTIT
  • Trong Java, mọi thứ đều là đối tượng (Object). Vậy nên các kiểu dữ liệu nguyên thuỷ cũng là đối tượng.
  • Hiện tại các em chưa học về kế thừa, nhưng cứ tạm hiểu, khi ta nói về 1 tập đối tượng, ví dụ: Xe Ô Tô, hay class Car, có các thuộc tính, phương thức gì đó. Xe máy, hay class Motorbike, cũng có các thuộc tính, phương thức gì đó. Vậy thì Xe Ô Tô và Xe Máy đều là đối tượng, và chúng có các thuộc tính, phương thức giống nhau.
  • Vậy ta gọi tập đối tượng có cả xe máy và xe ô tô, không chứa các phương thức đặc thù như chạydừng, … là gì? Đó là tập đối tượng Xe, hay class Vehicle. Vậy nên, Xe Ô Tô và Xe Máy đều là Xe, hay Vehicle. Tập hợp Vehicle có thể nằm trong tập hợp to hơn là Phương Tiện Giao Thông, hay class Transportation.
  • Trong Java cũng như vậy, mọi class các em tạo ra mặc định đều thuộc 1 tập hợp chung là Object. Và class này luôn cung cấp cho mọi object tạo ra từ các class khác các phương thức, thuộc tính như toString()equals()hashCode(), … như đã nói ở trên.

2.2 Object được lưu thế nào trong Java

image 7 - quochung.cyou PTIT
  • Hiểu đơn giản, giá trị cách lưu object thực sự rất phức tạp, điều đó đều do Java quản lý, và ta không cần quan tâm. Ta chỉ cần biết, khi tạo ra 1 object, ta chỉ lưu 1 địa chỉ tới object đó. Và từ địa chỉ này, ta có thể ra lệnh từ xa để lấy các thuộc tính, phương thức của object đó.
  • Vậy nên, khi ta gán 1 object cho 1 biến, thực chất ta đang gán 1 địa chỉ tới object đó cho biến đó.
Studentobj=newStudent();

// obj là 1 địa chỉ tới object Student
  • Vậy nên ta không thể so sánh 2 object với nhau bằng toán tử ==, mà phải dùng phương thức equals().
Studentobj1=newStudent();

Studentobj2=newStudent();

// obj1 != obj2// obj1.equals(obj2) == false

2.3 Wrapper class

  • Wrapper class là các class được tạo ra để bao bọc các kiểu dữ liệu nguyên thuỷ. Ví dụ: IntegerFloatDoubleBooleanCharacter, …
  • Wrapper class cung cấp các phương thức để thao tác với các kiểu dữ liệu nguyên thuỷ. Ví dụ: Integer.parseInt()Integer.toString()Integer.valueOf(), …
Primitive data typeWrapper class
byteByte
shortShort
intInteger
longLong
floatFloat
doubleDouble
booleanBoolean
charCharacter
  • Các kiểu dữ liệu lưu dạng object này tuân theo cách Java lưu trữ object, tức là không lưu trực tiếp object, mà chỉ lưu địa chỉ tới object đó.
Ưu điểmNhược điểm
Có thể sử dụng các phương thức của objectTốn bộ nhớ hơn
  • Ví dụ, ở Java ta có thể chuyển String thành số, từ các số hay từ 1 object bất kì sang String rất nhanh bằng toString(), ngoài ra khi nó là Object, ta có thể sử dụng các kĩ thuật OOP như kế thừa, đa hình, … (sẽ nói ở các buổi sau).
inta=1;

// a không có hàm hay biến như các object// a.toString() không tồn tạiIntegerb=1;

// b có hàm toString()// b.toString() tồn tại

2.4 Auto-boxing và Auto-unboxing

  • Auto-boxing là quá trình chuyển đổi từ kiểu dữ liệu nguyên thuỷ sang kiểu dữ liệu lưu dạng object.
  • Auto-unboxing là quá trình chuyển đổi từ kiểu dữ liệu lưu dạng object sang kiểu dữ liệu nguyên thuỷ.
  • Ví dụ:
inta=1;

Integerb=1;

// Auto-boxingIntegerc= a;

// Auto-unboxingintd= b;

  • Auto-boxing và Auto-unboxing là 2 quá trình tự động, do Java tự động thực hiện. Vậy nên các em không cần phải quan tâm đến nó.
  • Tuy nhiên, khi sử dụng Auto-boxing và Auto-unboxing, các em cần phải cẩn thận, vì nó có thể gây ra lỗi.
Integera=null;

intb= a; // NullPointerException
  • Vậy nên, khi sử dụng Auto-boxing và Auto-unboxing, các em cần phải kiểm tra giá trị null trước khi sử dụng.
Integera=null;

intb= a == null ? 0 : a;

  • Auto-boxing và Auto-unboxing có thể gây ra lỗi khi sử dụng toán tử ==.
Integera=1;

Integerb=1;

Integerc=128;

Integerd=128;

System.out.println(a == b); // true

System.out.println(c == d); // false
  • Autoboxing và Auto-unboxing giúp cho việc sử dụng các kiểu dữ liệu nguyên thuỷ và object trở nên dễ dàng hơn. Ví dụ, khi ta muốn sử dụng HashMap, thì ta không thể sử dụng kiểu dữ liệu nguyên thuỷ là int, mà phải sử dụng Integer.

HashMap<Integer, String> map = newHashMap<>();

map.put(1, "Hello");

map.put(2, "World");

System.out.println(map.get(1)); // Hello

System.out.println(map.get(2)); // World
  • Nếu không có Auto-boxing và Auto-unboxing, thì ta phải làm như sau:

HashMap<Integer, String> map = newHashMap<>();

map.put(Integer.valueOf(1), "Hello");

map.put(Integer.valueOf(2), "World");

System.out.println(map.get(Integer.valueOf(1))); // Hello

System.out.println(map.get(Integer.valueOf(2))); // World
  • Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp nên hạn chế dùng các kiểu Object do chúng tốn bộ nhớ
for (Integeri=0; i < 1000000; i++) {

  // ...

}

// Tốn bộ nhớ hơn// Vì i là object, nên phải tạo ra 1 object mới mỗi lần tăng i// Còn nếu dùng int, thì chỉ cần tạo ra 1 biến int i, và tăng i mỗi lần

3. Các phương thức khởi tạo (Constructor) trong Java

  • Constructor là một phương thức đặc biệt, nó được gọi khi ta khởi tạo một đối tượng. Constructor có tên giống với tên class, và không có kiểu trả về.
  • Constructor được sử dụng để khởi tạo các giá trị ban đầu cho đối tượng. Ví dụ như ta có một class Student, trong đó có các thuộc tính nameageaddressmathliteratureenglish. Ta có thể tạo một constructor như sau:
classStudent {
  String name;
  int age;
  String address;
  float math;
  float literature;
  float english;

  Student(String name, int age, String address, float math, float literature, float english) {
    this.name = name;
    this.age = age;
    this.address = address;
    this.math = math;
    this.literature = literature;
    this.english = english;
  }
}

  • Constructor có thể có hoặc không có tham số. Nếu không có tham số, thì constructor đó được gọi là constructor mặc định. Nếu có tham số, thì constructor đó được gọi là constructor có tham số.
  • Constructor có thể có nhiều tham số, và các tham số đó có thể là bất kỳ kiểu dữ liệu nào.
  • Constructor có thể có nhiều hơn một, và các constructor đó có thể có số lượng tham số khác nhau.
  • Constructor có thể gọi constructor khác của cùng một class bằng từ khóa this(). Ví dụ:
classStudent {
  String name;
  int age;
  String address;
  float math;
  float literature;
  float english;

  Student(String name, int age, String address, float math, float literature, float english) {
    this.name = name;
    this.age = age;
    this.address = address;
    this.math = math;
    this.literature = literature;
    this.english = english;
  }

  Student(String name, int age, String address) {
    this(name, age, address, 0, 0, 0);
  }
}

4. Các khái niệm cơ bản về Garbage Collector (GC)

image 8 - quochung.cyou PTIT
image 9 - quochung.cyou PTIT
  • Trong quá trình thực thi chương trình, Java sẽ liên tục tìm các Object không được tham chiếu tới Heap Memory (mang giá trị null hoặc một vài trường hợp khác). Sau đó Garbage Collector sẽ tự động giải phóng bộ nhớ cho các ô nhớ chứa tham chiếu đó.
  • Điều này kiến lập trình viên không cần phải giải phóng bộ nhớ thủ công như C/C++. Thay vào đó, để giải phóng bộ nhớ, lập trình viên chỉ cần loại bỏ tham chiếu của Object.

5. Cách Java truyền tham số | Pass-by-value

Cách Java truyền tham số

5.1. Pass-by-value

  • Trong Java, khi ta truyền tham số vào một hàm, thì tham số đó sẽ được copy ra một vùng nhớ khác, và hàm sẽ thao tác với tham số ở vùng nhớ mới này.
  • Vậy nên, khi ta thay đổi giá trị của tham số trong hàm, thì giá trị của tham số bên ngoài hàm không bị thay đổi.
publicclassMain {
  publicstaticvoidmain(String[] args) {
    inta=1;
    System.out.println(a); // 1
    change(a);
    System.out.println(a); // 1
  }

  publicstaticvoidchange(int a) {
    a = 2;
  }
}

  • Tuy nhiên, nó sẽ lại thay đổi được các thuộc tính của object.
publicclassMain {
  publicstaticvoidmain(String[] args) {
    Studentstudent=newStudent();
    student.name = "A";
    System.out.println(student.name); // A
    change(student);
    System.out.println(student.name); // B
  }

  publicstaticvoidchange(Student student) {
    student.name = "B";
  }
}

classStudent {
  String name;
}

5.2. Tại sao pass-by-value mà String lại thay đổi được?

image 13 - quochung.cyou PTIT
  • Ta hãy quay trở lại khái niệm vừa nhắc tới Khi ta truyền một biến nguyên thuỷ, hay trong trường hợp trên là age, ta đang như tạo một bản sao của một tờ giấy bình thường, tờ giấy đó ghi số là 20, ta đưa cho người khác. Họ sửa chúng thành 90, 100 hay gì đi chăng nữa, thì tờ giấy ban đầu của ta vẫn là 20
  • Tuy nhiên, khi ta truyền một biến reference (tham chiếu) của Object person, ta đang truyền bản sao của “tham chiếu” của nó. Hay đơn giản là, ta đang tạo ra bản sao của một cái điều khiển, vậy thì cái điều khiển bản sao này khi đưa cho người khác, vẫn sẽ bật tắt được tivi ban đầu của mình.

[Java Core] B2: Class và Object (Lớp và đối tượng)

This entry is part 2 of 8 in the series Java Core

Tổng quan về Class và Object

f0035 01 - quochung.cyou PTIT

Class và Object (Lớp và Đối tượng) là hai trong những khái niệm quan trọng nhất của ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng (OOP).

Sự khác biệt chính giữa một Class và một Object trong Java là:

  • Class là một mô hình chi tiết để bạn sử dụng tạo ra các Object. Class định nghĩa tất cả các thuộc tính và các phương thức cần thiết của một Object.
  • Mỗi Object phải thuộc một Class nào đó. Và một Object là một thể hiện của Class. Tất cả các Object thuộc về cùng một Class có cùng các thuộc tính và các phương thức.

Syntac :

ClassAobj=newClassA();

Vậy thực chất Java đã làm những gì?

  • Khi ta sử dụng new Example(), Java sẽ dành ra một số lượng vừa đủ ô nhớ trong bộ nhớ để lưu trữ các giá trị của một đối tượng Example và sau đó khởi tạo đối tượng đó.
  • Sau khi khởi tạo, Java sẽ lấy địa chỉ của vùng nhớ đó, gán vào cho “biến” obj. Biến obj được định nghĩa là kiểu Example, hay tức là nếu ta truy cập vào địa chỉ mà biến obj lưu thì vùng nhớ đó sẽ là vùng nhớ của một đối tượng Example.
blog12 - quochung.cyou PTIT

Điều cần nói

  • Hiểu đơn giản, một object trong Java thực chất như 1 cái điều khiển, đang được cài đặt cho 1 cái tivi thực chất ở trong đó. Khi ta bấm nút trên điều khiển, thực chất ta đang gửi tín hiệu đến tivi, và tivi sẽ thực hiện hành động tương ứng. Vậy nên, khi ta gọi hàm obj.printInfo(), thực chất ta đang gửi tín hiệu đến đối tượng obj, và đối tượng obj sẽ thực hiện hành động tương ứng.
  • Lúc này, cứ tạm nhớ nó chỉ là cái điều khiển, chứ không phải cái tivi thật sự, sâu hơn ta sẽ tìm hiểu tiếp ở dưới. (Phần equal và hashcode)

Từ khóa this

  • Từ khoá this trong Java được sử dụng để tham chiếu đến đối tượng hiện tại. Từ khoá this có thể được sử dụng để tham chiếu bất kỳ biến nào của đối tượng hiện tại.

Ví dụ:

classPerson {
  String name;

  Person(String name) {
    this.name = name;
  }
}

  • Trong ví dụ trên, ta có một class Person, trong đó có thuộc tính name. Ta muốn gán giá trị cho thuộc tính name, ta sẽ tạo một hàm khởi tạo, và trong hàm khởi tạo đó, ta sẽ gán giá trị cho thuộc tính name. Vì tên của tham số trùng với tên của thuộc tính, nên ta sẽ dùng từ khóa this để tham chiếu đến thuộc tính name.
  • Từ khóa this cũng có thể được sử dụng để tham chiếu đến các phương thức của đối tượng hiện tại.
classPerson {
  String name;

  Person(String name) {
    this.name = name;
  }

  voidprintInfo() {
    System.out.println(this.name);
  }
}

Access modifier

access modifier trong java - quochung.cyou PTIT

Access modifier là gì

  • Access modifier là một từ khóa trong Java, nó được dùng để chỉ định quyền truy cập của một thuộc tính hoặc một phương thức. Có 4 loại access modifier trong Java, đó là public, private, protected, default.
  • Bài này chỉ cần nói default, private, public

Public

  • Khi ta dùng từ khóa public với một thuộc tính hoặc một phương thức, thì thuộc tính hoặc phương thức đó có thể được truy cập từ bên ngoài class.
publicclassPerson {
  public String name;
  publicvoidsetName(String name) {
    this.name = name;
  }
}

Private

  • Khi ta dùng từ khóa private với một thuộc tính hoặc một phương thức, thì thuộc tính hoặc phương thức đó chỉ có thể được truy cập từ bên trong class.
publicclassPerson {
  private String name;
  privatevoidsetName(String name) {
    this.name = name;
  }
}

Protected

  • Khi ta dùng từ khóa protected với một thuộc tính hoặc một phương thức, thì thuộc tính hoặc phương thức đó chỉ có thể được truy cập từ bên trong class, hoặc từ bên trong các class con của class đó.
publicclassPerson {
  protected String name;
  protectedvoidsetName(String name) {
    this.name = name;
  }
}

Default

  • Khi ta không dùng từ khóa nào với một thuộc tính hoặc một phương thức, thì thuộc tính hoặc phương thức đó chỉ có thể được truy cập từ bên trong class, hoặc từ bên trong các class cùng package với class đó.
publicclassPerson {
  String name;
  voidsetName(String name) {
    this.name = name;
  }
}

Tại sao cần dùng access modifier

  • Khi ta dùng access modifier, ta có thể kiểm soát được quyền truy cập của các thuộc tính và phương thức. Ví dụ, ta có một class Person, trong đó có thuộc tính name. Ta muốn thuộc tính name này chỉ có thể được truy cập từ bên trong class Person, và không thể được truy cập từ bên ngoài class Person. Vì vậy, ta sẽ dùng từ khóa private với thuộc tính name.
publicclassPerson {
  private String name;
}

Điều cần nói

  • Trong thực tế, ví dụ như 1 cái ô tô, bên trong có rất nhiều cấu kiện tinh vi. Khi ta khởi động xe, các cấu kiện hoạt động với nhau, ta không biết chúng làm gì, làm như nào, chỉ biết là khi bật xe, thì xe chạy.
  • Các cấu kiện đó là những thứ “private”, chỉ bên trong một class “Oto” với nhau mới biết, bên ngoài không biết. Điều này giúp cho việc sử dụng xe dễ dàng hơn, thứ bên ngoài không cần biết quá nhiều về xe bên trong.

Getter và Setter

Getter

  • Getter là một hàm dùng để lấy giá trị của một thuộc tính. Ví dụ, ta có một class Person, trong đó có thuộc tính name. Để lấy giá trị của thuộc tính name, ta sẽ tạo một hàm getName().
classPerson {
  String name;

  String getName() {
    return name;
  }
}

Setter

  • Setter là một hàm dùng để gán giá trị cho một thuộc tính. Ví dụ, ta có một class Person, trong đó có thuộc tính name. Để gán giá trị cho thuộc tính name, ta sẽ tạo một hàm setName().
classPerson {
  String name;

  voidsetName(String name) {
    this.name = name;
  }
}

Tại sao cần dùng Getter và Setter

  • Khi ta dùng Getter và Setter, ta có thể kiểm soát được quyền truy cập của các thuộc tính. Ví dụ, ta có một class Person, trong đó có thuộc tính name. Ta muốn thuộc tính name này chỉ có thể được truy cập từ bên trong class Person, và không thể được truy cập từ bên ngoài class Person. Vì vậy, ta sẽ dùng từ khóa private với thuộc tính name, và tạo một hàm getName() và setName() để lấy và gán giá trị cho thuộc tính name.
classPerson {
  private String name;

  String getName() {
    return name;
  }

  voidsetName(String name) {
    this.name = name;
  }
}

Điều cần nói

  • Hiểu đơn giản hơn, khi để tất cả thuộc tính private và chỉ getter setter public, vô hình chung ta sẽ dẫn mọi truy cập vào 1 class chỉ còn 1 con đường, đó là getter và setter
  • Điều này giúp ta có được “quyền kiểm soát”, “control” ở 1 class đó, ta có thể kiểm soát được các giá trị được gán vào thuộc tính, và các giá trị được lấy ra từ thuộc tính.
  • Ví dụ, ta có một class là “NhaHang”, nó có một phương thức lấy số điện thoại, tuy nhiên ta muốn khi lấy số điện thoại, ta sẽ chuẩn hoá lại giá trị đó, ví dụ như thêm dấu +84 vào đầu, hoặc thêm dấu – vào giữa, hoặc thêm dấu cách vào giữa, hoặc thêm dấu ngoặc vào đầu cuối, … Vậy nên, ta sẽ tạo một hàm getter, và trong hàm getter đó, ta sẽ chuẩn hoá lại giá trị trước khi trả về.
class NhaHang {
  private String soDienThoai;

  String getSoDienThoai() {
    // Chuẩn hoá lại số điện thoạireturn soDienThoai;
  }

  void setSoDienThoai(String soDienThoai) {
    this.soDienThoai = soDienThoai;
  }
}

  • Như này, ta đảm bảo số điện thoại được lấy ra dùng cho class khác luôn là số điện thoại chuẩn hoá, không cần phải chuẩn hoá lại nữa. Vì cách duy nhất để lấy số điện thoại ra là dùng hàm getter, và hàm getter đã chuẩn hoá rồi.
  • Tương tự với setter, giả sử ta có một class ConNguoi với thuộc tính chiều cao. Chiều cao thì không thể âm được, vậy nên ta sẽ tạo một hàm setter, trong đó ta sẽ kiểm tra giá trị trước khi gán vào thuộc tính.
class ConNguoi {
  private int chieuCao;

  void setChieuCao(int chieuCao) {
    if (chieuCao < 0) {
      this.chieuCao = 0;
    } else {
      this.chieuCao = chieuCao;
    }
  }
}

  • Điều này đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu, giúp cho mọi thứ chính xác và chặt chẽ
  • Ngoài ra, nó cũng giúp tăng tính bảo mật, không lộ quá nhiều thông tin bên trong class ra bên ngoài, mà mọi thứ chỉ có thể truy cập, sử dụng qua các phương thức ta đã định nghĩa sẵn. (Tính chất này còn được gọi là encapsulation, đóng gói trong OOP)

Từ khoá Static

Static là gì

  • Static là một từ khóa trong Java, nó có thể được dùng với biến, hàm, class. Static có nghĩa là tĩnh, tức là nó chỉ tồn tại ở một vị trí duy nhất, tồn tại ngay cả khi chưa tạo ra đối tượng. Vì vậy, khi ta dùng static với biến, hàm, class, ta có thể gọi chúng mà không cần tạo ra đối tượng.
  • Ví dụ, trong các thư viện Java, ta thường thấy các hàm, biến, class static. Vì vậy, ta có thể gọi chúng mà không cần tạo ra đối tượng.

Math.sqrt(2);

Từ khoá static với biến

  • Khi ta dùng static với biến, thì biến đó sẽ được tạo ra ngay cả khi chưa tạo ra đối tượng. Vì vậy, ta có thể gọi biến đó mà không cần tạo ra đối tượng. Biến static này là tồn tại duy nhất, tức là nó chỉ có một giá trị duy nhất, và nó sẽ được sử dụng chung cho tất cả các đối tượng.
class Person {
  static int count=0;

  Person() {
    count++;
  }
}

Hàm main static

  • Hàm main() là một hàm static, nó được gọi khi chương trình bắt đầu chạy. Ví dụ:
public classHelloWorld {
  public staticvoidmain(String[] args) {
    System.out.println("Hello World");
  }
}

Lí do hàm main là static

  • Như ta biết, để gọi 1 hàm từ 1 đối tượng, ta phải tạo ra 1 đối tượng đó trước.
  • Vậy nếu hàm main không phải là static, thì ta phải tạo ra 1 đối tượng của class HelloWorld trước, rồi gọi hàm main từ đối tượng đó.
  • Vì vậy, hàm main static thường xuất hiện ở class khởi nguồn. Như vậy, Java có thể gọi thẳng hàm main luôn mà không cần khởi tạo class trước đó.

Lí do hàm static chỉ có thể gọi hàm static khác

  • Tuy nhiên, 1 hàm static chỉ có thể gọi các hàm static khác, và chỉ có thể truy cập các biến static khác. Lí do là vì, khi ta gọi hàm static, ta không cần tạo ra 1 đối tượng, vậy nên ta không thể truy cập các biến không phải static của đối tượng đó được. Và vì ta không tạo ra 1 đối tượng, nên ta không thể gọi các hàm không phải static của đối tượng đó được.
  • Cứ tưởng tượng đơn giản, các hàm, biến, class static luôn chỉ tồn tại độc nhất, tồn tại ngay cả khi chưa tạo ra đối tượng. Vì vậy, các hàm, biến, class static luôn có thể được gọi mà không cần tạo ra đối tượng. Nếu mà 1 hàm static gọi 1 hàm không static, thì lỡ đâu hàm không static đó lại cần phải truy cập đến các biến không static, thì làm sao mà truy cập được, vì chưa tạo ra đối tượng mà.

Về equal và hashcode, ==

  • Trong Java, có 2 cách để so sánh 2 đối tượng với nhau, đó là so sánh bằng toán tử == và so sánh bằng hàm equal(). Tuy nhiên, 2 cách này lại có 2 cách hoạt động khác nhau.
  • Khi ta so sánh 2 đối tượng bằng toán tử ==, ta đang so sánh 2 địa chỉ của 2 đối tượng đó. Nếu 2 đối tượng đó có cùng địa chỉ, thì toán tử == sẽ trả về true, ngược lại thì trả về false.
  • Khi ta so sánh 2 đối tượng bằng hàm equal(), ta đang so sánh 2 nội dung của 2 đối tượng đó. Nếu 2 đối tượng đó có cùng nội dung, thì hàm equal() sẽ trả về true, ngược lại thì trả về false.
  • equal() dùng để so sánh nội dung của 2 đối tượng. (Lưu ý: toán tử == sẽ là so sánh giá trị của 2 biến đó, hay chính xác hơn là so sánh địa chỉ, chứ không phải so sánh nội dung)
  • hashcode() dùng để xác định vị trí của đối tượng đó trong một bảng băm (cấu trúc dữ liệu mà đa số sẽ sử dụng)
- quochung.cyou PTIT
f0055 06 - quochung.cyou PTIT
f0057 01 - quochung.cyou PTIT
  • Vì như đã dạy ở trên, ta khi tạo 1 biến, thì thực chất nó chỉ là 1 tham chiếu
  • Vì vậy, các String có cùng 1 giá trị, dùng == để so sánh sẽ trả về false, vì chúng có các tham chiếu khác nhau
  • – Ta có thể thấy, khi gán 1 String khác, nếu không dùng new gán vào string cũ, chúng sẽ bằng nhau vì chúng cùng tham chiếu vào 1 địa chỉ
String str1=newString("Hello");
String str2=newString("Hello");

System.out.println(str1 == str2); // false



```java

String str1 = new String("Hello");
String str2 = str1;

System.out.println(str1 == str2); // true

  • Để giải quyết vấn đề này, ta dùng hàm equal() để so sánh nội dung của 2 String
String str1=newString("Hello");
String str2=newString("Hello");

System.out.println(str1.equal(str2)); // true
int a=5;
int b=5;

Integer a1=5;
Integer b1=5;

Integer a2=100;
Integer b2=100;

Integer a3=500;
Integer b3=500;



System.out.println(a == b); // true 
System.out.println(a1 == b1); // true vì đây là tham chiếu, nhưng mà Java có cơ chế cache Integer từ -128 đến 127, nên khi gán 2 số từ -128 đến 127, chúng sẽ cùng tham chiếu đến 1 địa chỉ, nên == sẽ trả về true
System.out.println(a2 == b2); // true vì đây là tham chiếu, nhưng mà Java có cơ chế cache Integer từ -128 đến 127, nên khi gán 2 số từ -128 đến 127, chúng sẽ cùng tham chiếu đến 1 địa chỉ, nên == sẽ trả về true
System.out.println(a3 == b3); // false
System.out.println(a3.equal(b3)); // true vì đây là so sánh nội dung, không phải so sánh tham chiếu

String và String Builder trong Java

  • String là một class trong Java, nó được sử dụng để lưu trữ một chuỗi các ký tự. Một đối tượng String được tạo ra bằng cách sử dụng từ khóa new và có thể được khởi tạo bằng một chuỗi ký tự hoặc một đối tượng String khác.
  • Lí do là vì, khi ta tạo biến String mới, ta chỉ đang tạo 1 tham chiếu đến vùng nhớ của String đó.
  • String là một dạng immutable, tức là nó không thể thay đổi được. Vì vậy, khi ta thay đổi giá trị của String, ta đang tạo ra một String mới, và tham chiếu đến nó.
String str="Hello";

str = "World";

  • Để nhập vào String từ bàn phím, ta sử dụng hàm nextLine() của Scanner
Scanner sc=newScanner(System.in);

String str= sc.nextLine();

  • Ngoài ra String có rất nhiều hàm hỗ trợ, dạy chính có thể đảo qua vài hàm chính
String str="Hello";

str = str.toLowerCase(); // "hello"

str = str.toUpperCase(); // "HELLO"

str = str.replace("l", "L"); // "HeLLo"Stringstr1="Hello    "

str1 = str1.trim(); // "Hello"
  • String Builder là một class trong Java, nó được sử dụng để lưu trữ một chuỗi các ký tự. Một đối tượng String Builder được tạo ra bằng cách sử dụng từ khóa new và có thể được khởi tạo bằng một chuỗi ký tự hoặc một đối tượng String khác.
  • String Builder là một dạng mutable, tức là nó có thể thay đổi được. Vì vậy, khi ta thay đổi giá trị của String Builder, ta không tạo ra một String Builder mới, mà chỉ thay đổi giá trị của String Builder đó.
StringBuilderstr=newStringBuilder("Hello");

str.append(" World"); // "Hello World"

str.deleteCharAt(0); // "ello World"

str.delete(0, 4); // " World"

str.insert(0, "Hello"); // "Hello World"

str.reverse(); // "dlroW olleH"
  • Để nhập vào String Builder từ bàn phím, ta sử dụng hàm nextLine() của Scanner như String
  • Vậy StringBuilder khác String ở chỗ nào
Stringstr="Hello";

str = str + " World";

  • Khi ta thực hiện phép cộng chuỗi, ta đang tạo ra một String mới, và tham chiếu đến nó. Vậy nên khi ta thực hiện phép cộng chuỗi nhiều lần, ta sẽ tạo ra rất nhiều String mới, và tham chiếu đến chúng. Điều này sẽ làm tốn rất nhiều bộ nhớ, và làm chậm chương trình.
  • Vì vậy, khi ta cần thay đổi giá trị của chuỗi nhiều lần, ta nên sử dụng StringBuilder, để tránh tạo ra quá nhiều String mới.
  • Bảng so sánh
StringStringBuilder
String là immutableStringBuilder là mutable
Khi thay đổi ít lần, String tốn ít bộ nhớ hơnKhi thay đổi ít lần, StringBuilder không được hết khả năng và tốn bộ nhớ nhiều hơn (lí do bên dưới)
Khi thay đổi nhiều lần, String tốn nhiều bộ nhớ hơn và thời gian hơnKhi thay đổi nhiều lần, StringBuilder tốn ít bộ nhớ hơn và thời gian hơn
inttotal=50000;
Strings=""; 
for (inti=0; i < total; i++) { s += String.valueOf(i); } 
// 4828msStringBuildersb=newStringBuilder(); 
for (inti=0; i < total; i++) { sb.append(String.valueOf(i)); } 
// 4ms
  • Lí do StringBuilder có thể động như vậy vì nó sử dụng cơ chế mảng động, tức là khi khai báo 1 String độ dài 10, thực chất Java dành ra nhiều ô nhớ hơn để khi thêm độ dài mới vào tốc độ sẽ nhanh hơn (do không phải di chuyển toàn bộ vùng nhớ sang phần khác). Trong khi đó, String thực chất là một mảng tĩnh, khi khai báo 1 String độ dài 10, Java chỉ dành ra đúng 10 ô nhớ, khi thêm độ dài mới vào, Java sẽ phải di chuyển toàn bộ vùng nhớ sang phần khác, điều này sẽ làm chậm tốc độ xử lí.
  • Tuy nhiên, do dùng ô nhớ ít hơn, String tốn ít bộ nhớ hơn StringBuilder. Vì vậy, khi ta cần thay đổi giá trị của chuỗi ít lần, ta nên sử dụng String, để tránh tốn bộ nhớ.

Kĩ thuật mảng động: Nhân đôi mảng

  • Hiểu đơn giản, mảng luôn được khởi tạo số lượng phần từ nhiều hơn thực tế, để khi thêm phần tử vào mảng, ta không cần phải di chuyển toàn bộ mảng sang phần khác.
  • Điều này thực chất đang hi sinh bộ nhớ nhiều hơn để có hiệu quả thời gian tốt hơn trong đa số trường hợp.
image 4 - quochung.cyou PTIT
image 5 - quochung.cyou PTIT

7. Inner class

Inner class là gì

  • Inner class là một class được khai báo bên trong một class khác. Inner class có thể được khai báo là static hoặc non-static. Inner class có thể truy cập tất cả các biến và phương thức của class bên ngoài nó.
classOuterClass {
  intx=5;

  classInnerClass {
    inty=10;
  }
}

Inner class static

  • Inner class static là một class được khai báo bên trong một class khác, và được khai báo là static. Inner class static có thể truy cập tất cả các biến và phương thức của class bên ngoài nó.
classOuterClass {
  intx=5;

  staticclassInnerClass {
    inty=10;
  }
}

Inner class non-static

  • Inner class non-static là một class được khai báo bên trong một class khác, và không được khai báo là static. Inner class non-static có thể truy cập tất cả các biến và phương thức của class bên ngoài nó.
classOuterClass {
  intx=5;

  classInnerClass {
    inty=10;
  }
}

Tại sao cần dùng Inner class

  • Inner class có thể được dùng để tạo ra một class chỉ được sử dụng bởi một class khác. Ví dụ, ta có một class Person, trong đó có một class Address. Class Address này chỉ được sử dụng bởi class Person, nên ta có thể tạo ra một inner class Address.
classPerson {
  String name;
  Address address;

  classAddress {
    String street;
    String city;
    String state;
  }
}

9. Sử dụng class từ file khác trong Java

  • từ việc import Scanner, import ArrayList, import String, … có thể import bất kì class nào trong Java, và sử dụng nó trong class của mình.
import java.util.Scanner;

classPerson {
  String name;
  int age;

  voidinput() {
    Scannersc=newScanner(System.in);
    name = sc.nextLine();
    age = sc.nextInt();
  }
}

  • Tuy nhiên, có thể tự tạo ra các class của riêng mình, và sử dụng nó trong class của mình. Ví dụ có các Class như QuanLySinhVien, SinhVien, MonHoc, … thì có thể tạo ra các file QuanLySinhVien.java, SinhVien.java, MonHoc.java, … và sử dụng chúng trong class của mình.
import java.util.Scanner;

classSinhVien {
  String name;
  int age;

  voidinput() {
    Scannersc=newScanner(System.in);
    name = sc.nextLine();
    age = sc.nextInt();
  }
}


classQuanLySinhVien {
  SinhVien[] danhSachSinhVien;

  voidinput() {
    Scannersc=newScanner(System.in);
    intn= sc.nextInt();
    danhSachSinhVien = newSinhVien[n];
    for (inti=0; i < n; i++) {
      danhSachSinhVien[i] = newSinhVien();
      danhSachSinhVien[i].input();
    }
  }
}

  • Lưu ý, trong 1 file thì chỉ có thể có 1 class public, và tên của class đó phải trùng với tên của file. Ví dụ, trong file QuanLySinhVien.java, ta chỉ có thể có 1 class public, và tên của class đó phải là QuanLySinhVien.
// QuanLySinhVien.java
public classQuanLySinhVien {
  ...
}


[Java Core] B1: Tại sao nên học Java, syntax cơ bản

This entry is part 1 of 8 in the series Java Core

Giới thiêu về Java

Ngôn ngữ lập trình Java được thiết kế để trở thành một ngôn ngữ không phụ thuộc vào nền tảng (machine-independent). Java có thể chạy trên bất kỳ nền tảng nào miễn là có máy ảo Java (Java Virtual Machine – JVM). Máy ảo Java là một chương trình có thể chạy trên nhiều nền tảng khác nhau mà không cần phải biên dịch lại. Máy ảo Java có thể chạy trên các máy tính, điện thoại, máy tính bảng, máy chủ, … Máy ảo Java có thể được cài đặt trên các hệ điều hành khác nhau như Windows, Linux, Mac OS, …

Java vừa đủ mạnh với nhiều thư viện, tính năng, bảo đảm các sự chặt chẽ, nhưng cũng đồng thời chạy rất nhanh. Java có thể được sử dụng để phát triển các ứng dụng desktop, web, mobile, game, … Java cũng là một trong những ngôn ngữ lập trình được sử dụng nhiều nhất hiện nay.

Điều cần nói

  • Q: Tại sao Java ra đời, tại sao cần hướng đối tượng chứ không code hết vào 1 file
  • A: Trước khi Java ra đời, các ngôn ngữ lập trình khác như C/C++ đã ra đời. Tuy nhiên, các ngôn ngữ này có một số hạn chế như sau:
    • Các ngôn ngữ này không thể chạy trên nhiều nền tảng khác nhau, mà phải biên dịch lại cho từng nền tảng khác nhau. Ví dụ như C++ trên Windows và C++ trên Linux là 2 ngôn ngữ khác nhau, nên phải biên dịch lại.
    • Các ngôn ngữ này không có khái niệm về hướng đối tượng, nên không thể phát triển các ứng dụng lớn, phức tạp.
    • Cơ chế hướng đối tượng của Java giúp chương trình trở thành các đối tượng làm việc với nhau, giúp cho việc phát triển các ứng dụng lớn, phức tạp trở nên dễ dàng hơn. (Sẽ nói sâu hơn vào phần sau)

Ba thành phần nền tảng Java không thể thiếu và cách chúng hoạt động cùng nhau trong các ứng dụng Java của bạn. Cụ thể:

  • JDK (Java Development Kit – Bộ công cụ phát triển Java)
  • JRE (Java Runtime Environment – Môi trường thực thi Java)
  • JVM (Java Virtual Machine – Máy ảo Java)
JDK JRE JVM - quochung.cyou PTIT

Cách Java thực hiện một đoạn code như sau:

  • Với các file code ví dụ là Party.java, nó sẽ được biên dịch bởi trình biên dịch javac trong JDK để tạo ra file Party.class chứa các bytecode.
  • Các file .class và các thư viện cần có cho Java sẽ được tổng hợp bởi JRE
  • Từ các đoạn mã máy trên, JRE sẽ đưa cho JVM để thực thi, và chạy một “máy ảo” độc lập để thực thi chương trình của chúng ta.

Điều đó nghĩa là, chương trình chúng ta đang chạy “tách biệt” với hệ thống (chạy trong JVM). Vậy nên với Java ta chỉ cần viết một lần, biên dịch một lần và nó có thể chạy ở mọi nền tảng mà JVM hỗ trợ. Khả năng đó được lý giải vì khác với các ngôn ngữ như C hay C++, Java được thiết kế theo nhiều lớp khác nhau để tách biệt giữa chương trình Java và hệ thống.

Java Virtual Machine (JVM)

Không như C/C++ khi mà code được biên dịch thì sẽ tạo thành các mã lệnh được làm cho riêng các vi xử lý khác nhau. Code java đầu tiên được biên dịch thành một dạng tổng quát – bytecode, là ngôn ngữ cho JVM chạy. Sau đó JVM mới chạy thành các ngôn ngữ máy cho nền tảng đó.

image 3 - quochung.cyou PTIT

Trình tự hoạt động:

  • Bạn tạo ra một đoạn code (source) với đuôi .java
  • javac compiler biến nó thành 1 file .class
  • File .class sẽ được đọc bởi JVM, và chuyển thành bytecode để chạy trên các nền tảng khác nhau.
image 2 - quochung.cyou PTIT

Điều cần nói

  • Tóm lại, Java sẽ không compile code ra thẳng mã máy, mà sẽ compile ra dạng .class đặc biệt, gọi là bytecode. Sau đó, JVM sẽ đọc bytecode này, và chuyển nó thành mã máy để chạy trên nền tảng đó.

Ưu điểm:

  • Khả năng độc lập với nền tảng, chỉ cần có JVM là được. Người dùng cuối, thiết bị cuối không cần cài cả bộ mingw như C++, họ chỉ cần JVM (là một phần nhỏ trong bộ JDK để lập trình), tức là bộ chỉ dùng để chạy thôi, và bộ thư viện này có sẵn trên hầu hết các thiết bị hiện nay.
  • Do chạy trên máy ảo, nên có tính bảo mật cao hơn, do mỗi chương trình là một máy ảo khác nhau

Nhược điểm:

  • Chậm hơn C++, vì phải chạy trên máy ảo. Code không được ra thẳng mã máy để chạy cho nhanh, và phải qua 1 tầng nữa để JVM biên dịch thành mã máy. Ví dụ: các thiết bị Android theo cơ chế này nên chúng thường mở ứng dụng chậm hơn IOS, và dùng tài nguyên nhiều hơn. Tuy nhiên những lần mở sau thì nhanh hơn, vì JVM đã biên dịch thành mã máy rồi, nên chỉ cần chạy mã máy thôi.
  • Có thể nói sâu hơn nếu muốn: JVM ngày xưa thì chỉ có cơ chế JIT (Just In Time – vừa đúng lúc), tức là khi nào cần mở ứng dụng thì nó mới biên dịch .class thành mã máy, khi biên dịch nó sẽ tự động tối ưu code, tối giản file, … để lần sau nhanh hơn. Sau này nó có thêm cơ chế AOT (Ahead Of Time – trước thời gian), tức là khi cài đặt ứng dụng, nó sẽ biên dịch luôn thành mã máy, để lần sau mở ứng dụng sẽ nhanh hơn. Tuy nhiên, cơ chế này sẽ làm tăng dung lượng file cài đặt, và cũng làm tăng thời gian cài đặt.

Cấu trúc chương trình Java

  • Trong file source code, chứa “class” (lớp)
  • Mỗi “class” chứa nhiều “method” (hàm) khác nhau.
  • Mỗi “method” chứa nhiều “statements” (dòng lệnh) khác nhau.

Ví dụ 1 file class:

image 1 - quochung.cyou PTIT
``` 

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

```
  • Khi một dự án Java chạy, JVM sẽ tìm class bạn để là class đầu tiên khởi chạy, rồi sau đó tìm đến method main để chạy.
image - quochung.cyou PTIT
public static void main(String[] args) {
   // đây là hàm đầu tiên được chạy
}

2. Bắt đầu với Java

2.0 Sắp xếp các element trong 1 chương trình Java

ElementMô tảBắt buộc cóĐể ở đâu
Packagepackage abc;KhôngĐầu file
Importimport abc;KhôngSau package
khai báo classpublic class abc {Sau import
khai báo biếnint a;KhôngBất cứ đâu
khai báo hàmpublic void abc() {KhôngBất cứ đâu

Package là gì:

  • Tưởng tượng package như cây thư mục thôi, nó giúp chúng ta phân loại các file code của chúng ta, để dễ quản lý hơn. Ví dụ như chúng ta có 1 project lớn, có 1000 file code, thì chúng ta sẽ phân chúng thành các package nhỏ, ví dụ như package com.company.project1com.company.project2, … để dễ quản lý hơn.
JVM
  • Giả dụ ta có cấu trúc thư mục như sau

anhclb
└── anhfirstmeet
    ├── 2020
    │   ├── QuocHung.png
    │   └── PMA.png
    └── 2021
    │   ├── QuocHung.png
    │   └── PMA.png

  • Thì chỉ cần nhìn vào đây, có 2 file ảnh QuocHung, nhưng người ta biết ngay là 2 file ảnh khác nhau, vì nó nằm trong 2 thư mục khác nhau. Tương tự, package cũng giúp chúng ta phân loại các file code của chúng ta, để dễ quản lý hơn.
  • Ví dụ package thư mục chuyên chứa các class xử lí tác vụ (như java.util), các thư mục chuyên chứa code xử lí thuật toán (như algorithm trong C++)

2.1. Nhập, xuất

Ví dụ đơn giản về nhật xuất trong Java:

import java.util.Scanner;

publicclassSayHelloExample {
    publicstaticvoidmain(String[] args) {
        Scannerscanner=newScanner(System.in);

        System.out.print("Enter your name: ");
        Stringname= scanner.nextLine();

        System.out.println("Hello " + name + "!");
    }
}

Để bắt đầu ta sẽ đến với các hàm xuất:

  • System.in.println() để in ra và xuống dòng
  • System.in.print() để in nội dung thông thường

Với việc nhập ta sẽ cần khai báo một đối tượng Scanner thuộc package java.util. Sau đó, ta có thể sử dụng các hàm .next().nextInt(),… để lấy dữ liệu theo dạng token hoặc .nextLine() để lấy cả dòng.

Bài tập

  • Cho số bộ test, mỗi bộ test nhập vào 2 số a, b. In ra a/b làm tròn đến 2 dấu phẩy thập phân theo format như sau:
  • Bo test 0001: 1/2 = 0.50
  • Bo test 0002: 1/3 = 0.33
  • Yêu cầu sử dụng printf

Điều cần nói

  • Một chương trình nhập xuất cơ bản như trên cho ta mường tượng về sự hướng đối tượng chặt chẽ của Java
  • Ví dụ trong C++, để nhập ta có cin, để xuất có cout, trong Python để xuất có printf, trong C cũng là printf, sao Java lại phải dài tận System.out.printf như vậy ?
  • Đó là vì trong Java, mọi thứ đều là đối tượng, nên để xuất ra màn hình, ta phải gọi đến hàm printf của đối tượng System.out. Đây là một trong những điểm khác biệt giữa Java và các ngôn ngữ khác. Điều này thể hiện sự tường minh tuyệt đối
  • Ví dụ trong C++ hay Python như trên, cái gì đang in ra ? Hàm in ra được gọi từ hư không, chẳng có gì khởi nguồn cả, còn Java thì không, ta phải gọi đến hàm printf của đối tượng System.out, nó là một đối tượng thực sự, nó có một hàm printf, và ta gọi đến hàm printf của nó. Điều này thể hiện sự tường minh tuyệt đối của Java, mọi thứ đều là đối tượng, không có gì hư không cả.
  • Rõ ràng, chương trình bắt đầu với đối tượng là class Example, sau đó nó tự động chạy hàm main và đang giao tiếp với các đối tượng khác, ở đây là Scanner để nhập vào, và System.out để xuất ra. Điều này thể hiện sự hướng đối tượng chặt chẽ của Java, mọi thứ đều là đối tượng, và chúng đang nói chuyện, giao tiếp với nhau.

2.2. Khai báo biến, câu lệnh rẽ nhánh, vòng lặp

2.2.1. Biến

  • Biến trong Java chia làm 3 loại
    • Local Variables
    • Instance Variables
    • Static Variables
  • Ngoài ra biến trong Java còn dùng để chứa 2 kiểu dữ liệu primitives và references
  • Local Variable là biến được khai báo trong một phương thức, constructor hoặc một khối lệnh. Biến này chỉ có giá trị trong phương thức, constructor hoặc khối lệnh đó. Khi phương thức, constructor hoặc khối lệnh kết thúc, biến này sẽ bị hủy. (Ví dụ trong hàm main ở trên, biến name là một local variable, và chỉ dùng được trong hàm main đó)
  • Instance Variable là biến được khai báo trong một class, nhưng bên ngoài các phương thức, constructor hoặc khối lệnh. Biến này có thể được truy cập bởi bất kỳ phương thức, constructor hoặc khối lệnh nào của class đó.

Ví dụ:

publicclassExample {
    public String name; // instance variablepublicvoidsayHello() {
        Stringmessage="Hello " + name; // local variable
        System.out.println(message);
    }
}

  • Static Variable là biến được khai báo trong một class, nhưng bên ngoài các phương thức, constructor hoặc khối lệnh. Biến này có thể được truy cập bởi bất kỳ phương thức, constructor hoặc khối lệnh nào của class đó. Tuy nhiên, biến này chỉ có một bản thể duy nhất, không phải mỗi đối tượng sẽ có một bản thể riêng.

Ví dụ:

publicclassExample {
    publicstaticintcount=0; // static variablepublicExample() {
        count++;
    }
}

  • Như trên, nếu không có static thì mỗi class example tạo ra nhiều object con thì count là khác nhau, còn hiện tại, count là độc nhất, gắn chặt với class Example, không phải với object con của nó.

2.2.2. Câu lệnh rẽ nhánh

  • Nhìn chung, câu lệnh rẽ nhánh trong Java cũng giống với C và C++
if (condition1) {
    //do something
} elseif (condition2) {
    
} else {
    
}

Câu hỏi

  • Q: Có dùng được kiểu while(1) trong Java như C++ không?
  • A: Không, trong Java thì boolean và integer là 2 kiểu dữ liệu khác nhau, không thể dùng chung được. Trong Java, để tạo vòng lặp vô hạn, ta sẽ dùng while(true) thay cho while(1).
  • Lí do cho điều này là vì trong C++, 0 là false, 1 là true, 2 cũng là true, nói chung số dương là true. Điều này làm rối loạn cho người mới lập trình, không đủ tường minh, nên trong Java, boolean và integer là 2 kiểu dữ liệu khác nhau, không thể dùng chung được.

Câu hỏi

  • Q: Liệu viết nhiều class có phải viết hàm main hết cho chúng không
  • A: Không, chỉ cần viết một class có hàm main là được. Các class khác có thể không có hàm main, hoặc có hàm main nhưng không được gọi đến. Class chính có hàm main sẽ khởi động lên ,rồi gọi vào các class khác.
  • Một comment bắt đầu bằng hai dấu gạch //
// đây là comment

2.2.3. Vòng lặp

Nhìn chung, vòng lặp trong Java cũng giống với C và C++

  • Câu lệnh lặp for
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    // thực hiện câu lệnh này 10 lần
}
  • Câu lệnh lặp while
while (true) {
    // thực hiện câu lệnh này mãi mãi
}
  • Câu lệnh lặp do-while
do {
    // thực hiện câu lệnh này ít nhất 1 lần
} while (true);

Lệnh lặp for gồm 3 phần trong ngoặc tròn:

  • Phần init dùng khởi tạo biến đếm
  • Phần condition chỉ định điều kiện lặp tiếp
  • Phần increment dùng tăng, giảm biến đếm, để tới lúc nào đó điều kiện trở thành false.

Java có một vòng lặp khác, gọi là foreach nhưng vẫn dùng từ khóa for, nhưng theo cú pháp khác.

int[] a = { 1, 2, 3 };
for (int e: a)

Các kiểu dữ liệu nguyên thủy

Kiểu dữ liệuKích thướcGiá trị tối thiểuGiá trị tối đaMô tả
byte1 byte-128127Lưu trữ các số nguyên có dấu
short2 bytes-32,76832,767Lưu trữ các số nguyên có dấu
int4 bytes-2,147,483,6482,147,483,647Lưu trữ các số nguyên có dấu
long8 bytes-9,223,372,036,854,775,8089,223,372,036,854,775,807Lưu trữ các số nguyên có dấu
float4 bytes1.40129846432481707e-453.40282346638528860e+38Lưu trữ các số thực
double8 bytes4.94065645841246544e-324d1.79769313486231570e+308dLưu trữ các số thực
boolean1 bittruefalseLưu trữ các giá trị logic
char2 bytes‘\u0000’ (or 0)‘\uffff’ (or 65,535 inclusive)Lưu trữ các ký tự/ chữ cái Unicode

Mảng trong Java

  • Mảng trong Java là một tập hợp các phần tử có cùng kiểu dữ liệu. Mảng trong Java có thể chứa các kiểu dữ liệu nguyên thủy như int, float, double, char, … hoặc các đối tượng như String, … Mảng trong Java có độ dài cố định, nghĩa là khi khai báo mảng, ta phải xác định được số lượng phần tử của mảng đó. Mảng trong Java có thể là mảng một chiều, mảng hai chiều, mảng ba chiều, … Mảng trong Java có thể được khai báo như sau:
// Khai báo mảng một chiềuint[] a = newint[10];

int[] b = {1, 2, 3, 4, 5};

// Khai báo mảng hai chiềuint[][] c = newint[10][10];

int[][] d = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}, {7, 8, 9}};

Điều cần nói

  • Một lần nữa ta thấy được sự chặt chẽ của Java. Ở đây, như ta nhớ, để khai báo 1 biến ta phải theo syntax sau:
  • <kiểu dữ liệu> <tên biến> = <giá trị>;
  • Vậy ở đây, int[], double[] coi cả cục này là kiểu dữ liệu “mảng” (array), và a, b là tên biến, và new int[10] là giá trị của biến đó. Vậy, ta có thể hiểu là a, b là 2 biến kiểu mảng, và giá trị của nó là 2 mảng có 10 phần tử, và các phần tử đó có kiểu int.
  • Điều này khác với C++, vì kiểu dữ liệu là kiểu dữ liệu, chứ không có chuyện trong kiểu dữ liệu lại có cả số lượng phần tử như c++

Trong C++ trông nó như sau:

int a[10];

Các phương thức so sánh

Phương thứcMô tả
<Nhỏ hơn
<=Nhỏ hơn hoặc bằng
>Lớn hơn
>=Lớn hơn hoặc bằng
==Bằng
!=Không bằng
&&
||Hoặc
!Phủ định
? :Toán tử 3 ngôi

Ôn lại cuối buổi

3. Tại sao Java lại ra đời, tại sao cần hướng đối tượng chứ không code hết vào 1 file

  • A: Trước khi Java ra đời, các ngôn ngữ lập trình khác như C/C++ đã ra đời. Tuy nhiên, các ngôn ngữ này có một số hạn chế như sau:
    • Các ngôn ngữ này không thể chạy trên nhiều nền tảng khác nhau, mà phải biên dịch lại cho từng nền tảng khác nhau. Ví dụ như C++ trên Windows và C++ trên Linux là 2 ngôn ngữ khác nhau, nên phải biên dịch lại.
    • Các ngôn ngữ này không có khái niệm về hướng đối tượng, nên không thể phát triển các ứng dụng lớn, phức tạp.
    • Cơ chế hướng đối tượng của Java giúp chương trình trở thành các đối tượng làm việc với nhau, giúp cho việc phát triển các ứng dụng lớn, phức tạp trở nên dễ dàng hơn. (Sẽ nói sâu hơn vào phần sau)
  • Ví dụ: thay vì code hết code vào 1 file HopThu, chuyên làm mọi việc xử lí email, … ta chia làm 3 class GuiThu, NhanThu, ThungRacThu, làm chỉ nhiệm vụ như tên của nó
  • Khi có lỗi xảy ra, ví dụ gửi thư, ta chỉ cần sửa class GuiThu, không cần sửa cả class NhanThu, ThungRacThu, … như vậy sẽ dễ dàng hơn rất nhiều. Giusp debug 1 luồng đơn giản hơn, dễ maintain, dễ scale hơn.
  • Nhược điểm là về lâu về lại, số lượng class sẽ tăng lên cao rất nhiều, và sẽ khó quản lý hơn.
  • Điều đó buộc chúng ta đặt tên file, đặt package sao cho chuẩn, cho tường minh là điều vô cùng quan trọng, để sau này dễ quản lý hơn.

4. Có thể có 2 hàm main trong 1 chương trình không

  • A: Có, nhưng khi chạy, JVM sẽ chỉ chạy hàm main đầu tiên, và bỏ qua các hàm main khác.

5. Tại sao cần chia JDK và JRE và JVM ra làm 3 phần

  • A: Để cho việc phát triển và chạy ứng dụng trở nên dễ dàng hơn. Ví dụ, khi ta phát triển ứng dụng, ta chỉ cần cài đặt JDK, và khi ta cần chạy ứng dụng, ta chỉ cần cài đặt JRE. Nếu ta cần chạy ứng dụng trên nhiều nền tảng khác nhau, ta chỉ cần cài đặt JVM cho từng nền tảng đó. Thiết bị cuối không cần cài toàn bộ thư viện để code, nó chỉ cần chạy thôi

6. Tại sao Java lại chạy trên máy ảo

  • A: Vì máy ảo có các tiện ích là:
    • Có thể chạy trên nhiều nền tảng khác nhau
    • Có thể chạy nhiều ứng dụng khác nhau cùng lúc

[Java Memory 1] Escaping References trong Java, Call-by-value và sử dụng Defensive copying. Biến trong Java lưu thế nào

This entry is part 1 of 2 in the series Java Memory

Mở đầu: Tại sao cần học quản lý bộ nhớ trong Java

  • Đã bao giờ bạn gặp phải những câu kiểu “Nháy nút refresh ở màn hình desktop máy tính cho máy chạy nhanh hơn”, hay khởi động lại điện thoại, máy tính, chạy lại ứng dụng, web để dùng mượt hơn chưa?
  • Nếu có, khả năng cao bạn đã gặp phải việc một ứng dụng đã không quản lý bộ nhớ tốt, điều này khiến cho bộ nhớ ngày càng sử dụng nhiều, và khi đầy thì ứng dụng bị lag. Việc ứng dụng bị lag có thể do nhiều vấn đề như, như mạng chậm, cơ sở dữ liệu, … nhưng việc bộ nhớ bị dùng full thường chiếm một phần khá lớn trong vấn đề này.
  • Hiểu được cách Java quản lý bộ nhớ là một điều thiết yếu để tối ưu hệ thống.

Kiểu dữ liệu nguyên thuỷ và object

  • Kiểu dữ liệu nguyên thuỷ trong Java có thể kể đến byte, short, int, long, char, ….
  • Trong Java, các đối tượng tạo từ các class như Integer, Double, Float, … Hay từ những class mà tự bạn tạo ra, thì chúng ta đang không thực sự lưu giá trị của nó, mà ta đang lưu “địa chỉ” đến giá trị thực sự của nó
image 33 - quochung.cyou PTIT
  • Hãy thử đi từ từ lại vấn đề này, khi ta sử dụng các kiểu biến nguyên thuỷ, ví dụ khai báo như sau
byte x = 7
image 34 - quochung.cyou PTIT
  • Thì trong Java, bản chất biến x này đang giữ giá trị thực sự, giá trị bit (00000111)
  • Còn một biến Object, hay biến địa chỉ thì chúng ta như đang lưu một “điều khiển”, một tham chiếu địa chỉ đến giá trị thực sự
Dog myDog = new Dog();
image 35 - quochung.cyou PTIT
image 36 - quochung.cyou PTIT
  • Okay, mong là bạn đã hơi mường tượng được điều gì đó, tiếp theo ta sẽ đến hai khái niệm là Stack và Heap
image 37 - quochung.cyou PTIT
  • Trong bộ nhớ Java, ta thường nhắc tới 2 nơi lưu chính đó là Stack và Heap. Toàn bộ Thread trong hệ thống sẽ có các stack khác nhau, tuy nhiên share chung 1 heap
  • Cơ bản ở reference bên trên, hay cách lưu tham chiếu, thì giá trị thực sẽ luôn nằm ở heap
  • Các biến nguyên thuỷ trong Java nếu được khai báo dưới dạng local variable (biến nằm trong các hàm, …) sẽ được lưu vào stack, còn các biến lưu dạng toàn cục của 1 class (instance variable) sẽ được lưu vào heap.
  • Tương tự, các biến tham chiếu (reference) cũng được lưu tương tự, nếu chúng là các local variable, các biến nằm trong 1 hàm main, 1 phương thức, … chúng sẽ được lưu trong stack. (Lưu cái con trỏ trong stack), còn nếu nó là biến toàn cục class (instance variable), nó sẽ nằm trong heap (vì hiện tại, nó đang được lưu trong 1 giá trị object thực sự khác, hay là heap)
image 38 - quochung.cyou PTIT

Java Pass-by-Value, Call-By-Value

  • Tiếp theo, ta sẽ đi đến khái niệm pass-by-value, hay call-by-value trong Java. Hiểu đơn giản, khi ta truyền các biến như 1 tham số trong 1 hàm, ta chỉ đang truyền một bản “copy” của đối tượng ban đầu đó.
image 39 - quochung.cyou PTIT
  • Ví dụ như đoạn code sau, đoạn code sẽ vẫn in ra 5, giá trị ban đầu của a, vì khi ta truyền vào hàm kia, ta chỉ đang truyền một bản sao của biến a, có giá trị là 5, chứ không thực sự truyền a, nên a ở hàm main sẽ không bị thay đổi.
  • Tuy nhiên, ta lại sẽ có một vấn đề thường hay mắc lầm khác, Hãy thử xem đoạn code sau:
image 41 - quochung.cyou PTIT

  • Đầu tiên ta có một object John, với tuổi là 20, và tên là John
  • Sau đó ta chạy hàm change, nơi mà ta sẽ cập nhậtbiến tuổi truyền vào thành 90, còn tên của person truyền vào thành Michael
  • Bạn sẽ nghĩ là, okay, giờ ta đang truyền một bản sao thôi đúng không? Vậy thì tuổi vẫn giữ là 20, còn tên vẫn giữ là John
  • Nhưng kết quả thật bất ngờ, tuổi thì đúng là không thay đổi 20, nhưng tên thì cập nhật thành Michael. Tại sao lại như vậy?
image 42 - quochung.cyou PTIT
  • Ta hãy quay trở lại khái niệm vừa nhắc tới
  • Khi ta truyền một biến nguyên thuỷ, hay trong trường hợp trên là age, ta đang như tạo một bản sao của một tờ giấy bình thường, tờ giấy đó ghi số là 20, ta đưa cho người khác. Họ sửa chúng thành 90, 100 hay gì đi chăng nữa, thì tờ giấy ban đầu của ta vẫn là 20
  • Tuy nhiên, khi ta truyền một biến reference (tham chiếu) của Object person, ta đang truyền bản sao của “tham chiếu” của nó. Hay đơn giản là, ta đang tạo ra bản sao của một cái điều khiển, vậy thì cái điều khiển bản sao này khi đưa cho người khác, vẫn sẽ bật tắt được tivi ban đầu của mình.
image 43 - quochung.cyou PTIT

Escaping References

  • Ta sẽ đi sang vấn đề. Vậy thì điều này có thể ảnh hưởng điều gì?
  • Một trong bốn tính chất của OOP, Encapsulation – tính đóng gói, trong đó có thể kể đến việc, ta sẽ cho toàn bộ biến trong class thành private, ẩn chúng với bên ngoài, với class khác. Để thay đổi, hay tương tác với chúng, ta chỉ tương tác qua các phương thức public mà ta cài đặt. (Ví dụ như Getter, Setter)
  • Bạn có thể đọc thêm bài này để hiểu thêm: http://quochung.cyou/tai-sao-can-viet-getter-setter-cho-cac-class/
image 44 - quochung.cyou PTIT
  • Tuy nhiên ta đi đến một vấn đề mới. Vì vấn đề truyền tham chiếu, truyền điều khiển thay đổi phần gốc như trên, thì với một ví dụ như trên, ta đang để private Name của Person, tuy nhiên khi gán nó cho một biến ngoài sb bằng getter, rồi thay đổi nó, thì nó cũng thay đổi giá trị được giấu bên trong class gốc.
  • Điều này phá huỷ việc đóng gói của chúng ta, do ta bằng 1 cách nào đó, đã thay đổi được giá trị private, mà không cần đi qua các phương thức setter hay các phương thức cho phép thay đổi của class.
image 45 - quochung.cyou PTIT

Kĩ thuật defensive copying

  • Lúc này, có một solution được biết đến với tên defensive copying
  • Ta sẽ không muốn lưu một bản tham chiếu đến một cái điều khiển, nơi mà ta có thể thay đổi giá trị đang được ẩn. Mà các phương thức lấy các tham chiếu này ra, ta sẽ tạo hẳn 1 object mới, một bản sao chỉ copy giá trị của biến gốc, chứ không copy điều khiển đến biến gốc.
image 46 - quochung.cyou PTIT
  • Như ví dụ trên, ở hàm Getter, ta chỉ trả về một biến String Builder mới, chứa dữ liệu của name, nhưng không có khả năng thay đổi name gốc
image 47 - quochung.cyou PTIT
  • Vấn đề đã được giải quyết !

7 plugin cho InteliJ IDEA để tăng hiệu suất làm việc của bạn

Json2Pojo

image 13 - quochung.cyou PTIT
  • Đây là một plugin hỗ trợ tạo 1 class Java đơn giản (POJO – Plain Old Java Object) từ JSON. Khi cài đặt, chỉ cần chuột phải vào 1 package, New -> Generate POJOS from JSON, và chọn tên class

Jump to Line

image 14 - quochung.cyou PTIT
  • Cho phép bạn nhảy đến bất kì dòng code nào khi đang ở chế độ debug. Hiểu đơn giản, bạn có thể nhảy để chạy luôn một đoạn code mà không cần chạy các code trước đó

SonarLint

image 15 - quochung.cyou PTIT
  • Một plugin cực kì mạnh giúp bạn tìm và sửa bug, ngoài ra nó cũng có thể detect các vấn đề bảo mật, các đoạn code không clean, … khi bạn đang viết
  • SonarLint hỗ trợ nhiều ngôn ngữ giúp lập trình viên viết code clean hơn và nhanh hơn

JPA Buddy

image 16 - quochung.cyou PTIT
  • Một bộ công cụ giúp bạn làm việc với JPA dễ dàng hơn, có giao diện và khả năng sinh code để làm việc với các thư viện nổi tiếng như HIbernate, Mapstruct, Lombok, …

Maven Helper

image 17 - quochung.cyou PTIT
  • Giúp bạn kiểm tra và tìm các dependency có vấn đề với nhau trong maven.

GenerateAllSetter

image 18 - quochung.cyou PTIT
image 19 - quochung.cyou PTIT
image 20 - quochung.cyou PTIT
  • Giúp bạn nhanh chóng sinh hàm setter nhanh với giá mặc định

CodeGlance

image 21 - quochung.cyou PTIT
  • Giúp bạn có một cái nhìn tổng quan về file code hiện tại, dễ dàng di chuyển đến các mục code bạn đang cần tìm

3 cách thực hiện Dependency Injection (DI) và vấn đề với @Autowired trong Spring

Lời mở đầu

Khi code các ứng dụng backend bằng Java với Spring Framework, khả năng cao là bạn đã gặp qua một đoạn code sử dụng @Autowired. Tuy nhiên, nếu bạn sử dụng một số phần mềm lint để kiểm tra code, bạn có thể thấy các phần mềm sẽ cảnh báo @Autowired is deprecated (Autowired không được khuyến khích sử dụng nữa, cách làm không tốt)

image - quochung.cyou PTIT
  • Nhìn sơ qua thì đây có vẻ là một cách đơn giản và nhanh gọn để thực hiện DI qua Spring. Chỉ cần khai báo các dependency rồi thêm một annotation (@Autowired), các phần liên kết sẽ được Spring xử lí
  • Tuy nhiên, cách làm phổ biến này lại có thể dẫn đến nhiều vấn đề về sau này. Hãy thử xem qua các thủ pháp DI được sử dụng qua Spring Framework và các ưu nhược điểm của chúng

3 cách thực hiện Dependency Injection trong Spring Framework

Field Injection

  • Field Injection chính là tên gọi của cách inject dependency khi ta khai báo bằng @Autowired
  • Về cơ bản khi khai báo annotation này trên 1 field, method, constructor. Spring sẽ tự tìm dependency phù hợp và kết nối chúng với nhau.
  • @Autowired về mặc định không sai, tuy nhiên nếu sử dụng không hợp lí chúng có thể gây ra một số vấn đề về sau.
  • Ví dụ với một code như sau:
image 1 - quochung.cyou PTIT
  • Khai báo một Multiplier trong Calculator nhanh chóng bằng @Autowired sẽ không báo lỗi gì khi compile, về cách hoạt động, khi chạy chương trình, Spring sẽ tự tìm kiếm dependency và kết nối chúng với nhau
  • Tuy nhiên, vì chúng tự động, nên ta thiếu kiểm soát hơn phần này. Tức là lúc này ta không có cách nào để thêm thủ công dependency nữa cho các hoàn cảnh khác ngoài lúc chạy ứng dụng (VD khi chạy test)
image 2 - quochung.cyou PTIT
  • Ví dụ như code trên sẽ không báo lỗi, tuy nhiên khi chạy test thì chúng có thể throw NullPointer
  • Lí do là ở file test trên thì chúng ta đang không có chỗ nào liên kết với Spring cả, vì vậy Spring sẽ không quản lý các bean mà ta đã tạo (Khai báo @Component ở các class kia) nên chúng sẽ không nối vào nhau được -> Ta sẽ bị null pointer vì Multiplier không được khởi tạo lên
  • Để xử lý vấn đề này, thì nếu sử dụng 2 thủ pháp DI bên dưới (Constructor Injection và Setter Injection) , ta có thể có nhiều khả năng kiểm soát hơn và thêm dependency một cách thủ công mà không qua Spring, tạo nhiều khả năng hơn cho việc test
  • Hoặc, ta có thể khai báo @SpringBootTest để Spring quản lý file test này và tự động thực hiện việc gắn các bean mà không cần gắn chay
image 20 - quochung.cyou PTIT

Setter Injection

image 3 - quochung.cyou PTIT
  • Cách làm trên như tên của nó, ta sẽ set một dependency của class lớn hơn ở thời điểm runtime
  • Cách làm này cho phép ta dễ dàng thay đổi dependency của một class trong runtime, ví dụ như đổi 1 repo khác 1 service nào đó, …
  • Tuy nhiên, ngoài ưu điểm là sự flexible khi set ở runtime, thì nó cũng đi cùng vài nhược điểm khác
  • Do được set trong runtime, ta đôi khi có thể gặp phải NullPointer khi dependency chưa được khởi tạo, là null, … (vì lúc này chúng là optional, không bắt buộc với class nữa)
  • Do nó lỏng lẻo hơn nên lúc này với các method trong class gọi đến dependency, ta không được đảm bảo là dependency đã được set, hoặc ta lại phải thêm code để kiểm tra là có dependency chưa, 1 là thêm code, 2 là dẫn tới nullpointer
image 21 - quochung.cyou PTIT
  • Với cách làm như thế này, ta có thể không cần Spring quản lý các bean mà có thể test chay hơn, có nhiều quyền kiểm soát hơn vào việc quản lý các dependency

Constructor Injection

image 4 - quochung.cyou PTIT
  • Như tên của thủ pháp, ta sẽ thêm dependency cho 1 class ngay tại thời điểm khởi tạo class cha
  • Ở file test trên, mình đang sử dụng mock để dựng class multiplier lên theo kèm để gắn vào Calculator qua constructor
  • Việc này đảm bảo 1 class luôn có đủ dependency để khởi tạo (tuỳ theo cách custom constructor)
  • Hoặc mình hoàn toàn có thể làm như thế này
image 22 - quochung.cyou PTIT
  • (Việc sử dụng mock cho phép nhiều khả năng khác trong test hơn, ví dụ mình có thể kiểm tra xem một hàm trong class đó được gọi bao nhiêu lần, … , chúng được quản lý theo dạng Proxy Design Pattern, mình sẽ nói ở bài viết khác)

Bạn có thể đọc thêm bài viết này về một số khái niệm trong Spring như IoC, Bean, …

Tham khảo:

[Phần 1] Sự phát triển của các mô hình hệ thống Backend (N-layered, DDD, Hexagon, Onion, Clean Architecture)

Chương 1: Nơi mọi thứ bắt đầu

Vào những ngày đầu tiên thuở sơ khai, chưa có một “mô hình hệ thống” hay “architecture” nào tồn tại cả. Giang hồ lúc này mạnh ai nấy làm, bạn chỉ cần biết GoF Pattern thì có thể tự xưng bá một phương, là một “architect”, một lập trình viên dày dặn trong nghề.

Thời gian thắm thoắt thoi đưa, từ những cái máy tính to bằng cả cái phòng, từ những chiếc ổ cứng dày cộp chỉ chứa vài MB, công nghệ ngày càng phát triển, máy tính dần thu gọn hơn, ngày càng mạnh mẽ hơn, tiếp cận đến nhiều người hơn. Lúc này, yêu cầu của người dùng ngày càng tăng chóng mặt, khiến cho độ phức tạp của các phần mềm gia tăng.

Thứ đầu tiên những cao thủ trong ngành tạo ra là (Tách UI ra khỏi các logic bussiness), từ hình thái này, các mô hình MVC đầu tiên đã được ra đời:

image - quochung.cyou PTIT

Hiểu một cách đơn giản, hãy nghĩ đến ứng dụng Facebook và website Facebook. Liệu các câu lệnh như: lấy dữ liệu các bài viết người dùng mới nhất, lấy dữ liệu của 1 trang profile có khác biệt về mặt logic khi ở trên điện thoại hay trên web? Câu trả lời là không, điểm duy nhất khác biệt chỉ là UI hay View (phần hiển thị với người dùng)

Việc tách biệt UI ra khỏi Logic giúp ứng dụng modun hoá hơn, ta có thể dùng chung 1 logic, và khi cần hiển thị trên 1 sản phẩm khác: web, điện thoại, màn hình tivi, màn hình ô tô, … , ta chỉ cần nối phần UI của thiết bị đó với các logic đã chìa ra là được.

Nghe có vẻ như vấn đề đã được giảm bớt 1 chút. Nhưng chưa phải là tất cả, lúc này View có thể chỉ là vài tấm ảnh, một cái nút, Controller sẽ là người ở giữa trung chuyển các câu lệnh, và phần lớn logic bị dồn xuống Model, nơi thường xuyên phải lưu dữ liệu vào database, file, … hay nhìn chung là trực tiếp vào các “đối tượng” của chúng ta.

Chương 2: 2002 – N-Layered (Cấu trúc xếp chồng N tầng)

Một mô hình “lí tưởng” không tồn tại, cũng như mọi thứ, chúng đều là thành quả của nhiều lần thử nghiệm, và được rút kinh nghiệm rất nhiều lần.

Một lập trình viên đã tiên phong trong việc tạo ra một mô hình hệ thống, góp phần ảnh hưởng lớn đến rất nhiều thế hệ lập trình viên sau này tên là Martin Fowler.

image 1 - quochung.cyou PTIT

Ông đã cho ra đời cuốn “Patterns of Enterprise Application Architecture” (Cách thực hiện một mô hình ứng dụng phục vụ cho doanh nghiệp), nơi mà ông đã nói về cấu trúc N-Layered

1 pd5bfxtxV9AK0 QlIOK6Vw - quochung.cyou PTIT

Ý tưởng khá đơn giản, ta sẽ phân loại và nhóm các phần code liên quan đến nhau lại thành “1 tầng”, khi đó ta sẽ có nhiều tầng xếp chồng lên nhau.

Tuy nhiên, Fowler cũng biết việc không nhất quán sẽ xảy ra nếu cứ mỗi ông lập trình viên lại xếp các tầng một cách vô tổ chức, ông đã thêm một số “quy tắc” nhỏ góp phần đồng bộ:

  • Bạn có thể đặt tên một layer – tầng là gì cũng được
  • Bạn có thể có bao nhiêu layer tuỳ thích
  • Bạn có thể thêm một layer ở giữa các layer thường có
  • Bạn có thể có nhiều thành phần trong 1 layer
  • Quan trọng là: cần có một hệ thống cấp bậc rõ ràng giữa các layer, chúng nên gọi đến nhau theo từng cấp một.
1 0Kq2jEHDWcfdeorqKPdYFQ - quochung.cyou PTIT

Điều này đã giúp các ứng dụng giảm bớt các code trùng lặp, và cũng làm cho code có một cấu trúc rõ ràng.

Thông thường đa số ứng dụng chỉ cần 3 tầng là đã có thể phục vụ các nhu cầu cơ bản

image 4 - quochung.cyou PTIT
  • User Interface (UI) — chịu trách nhiệm tương tác với người dùng (giao diện)
  • Business logic layer (BLL)— Xử lí các logic chính của hệ thống
  • Data Access layer (DAL) — Là tầng giao tiếp với dữ liệu như database, …
image 5 - quochung.cyou PTIT
  • Bạn có thể thấy trong các video hướng dẫn làm các dự án backend bằng Spring Boot, người ta thường có một 1 tầng Service (Bussiness), sau đó mới gọi xuống tầng Repository (Data Access), nơi mà giao tiếp trực tiếp với database.
  • Các tầng sẽ gọi đến nhau qua các interface, ví dụ: có một interface là OrderRepository phục vụ lấy dữ liệu từ db. Lúc này, tầng bussiness chỉ cần quan tâm sẽ thực hiện các giao thức lấy dữ liệu của interface này, còn logic thực sự ở tầng data access sẽ được ta viết từ các class implement interface trên.
  • => Ví dụ: ta có 1 interface OrderRepository. ta có 2 class khác implement interface trên là OrderRepositoryImplMongo, OrderRepositoryImplMySQL. Do cả 2 cùng implement orderrepo, nên từ bussiness ta có thể dễ dàng lắp một class khác cho 1 database khác, thuận tiện cho việc xử lí. (Bạn có thể đọc thêm Dependency Injection)
image 6 - quochung.cyou PTIT

Chương 3: 2003 – Domain Driven Design (DDD)

Tưởng chừng N-Layered đã có thể xử lí được các vấn đề hiện tại, tên tuổi của Fowler sẽ được ghi tên vào sử sách. Nhưng vào năm 2003, một anh tài trong giang hồ, một lập trình 46 tuổi đến từ Boston, Eric Evans đã công bố một cuốn sách “Domain-Driven Design: Tackling Complexity in the Heart of Software” (Domain Driven Design: Xử lí sự phức tạp cốt lõi của phần mềm). Cuốn sách đã khiến 1 anh chàng Martin nào đó trên thế giới phải cất poster và khóc.

image 7 - quochung.cyou PTIT

Nhìn chung thì Evans vẫn đồng ý với đa số các ý tưởng của N-Layered, đó là sự kế thừa của hệ thống chỉ nên đi theo 1 hướng (các tầng gọi nhau lần lượt từ trên xuống dưới).

Tuy nhiên ông cho rằng, cũng không tệ lắm nếu một module bậc thấp (tầng bên dưới) có thể gọi lên module bậc cao ở tầng cao hơn. Miễn là nó không phá vỡ hướng đi kế thừa của hệ thống (dependency direction). Điều này có thể làm được bằng callback, hoặc một số design pattern như observer, ….

Ông cũng cho rằng, các Controller thường bị lắp quá nhiều logic, nên ông đã chuyển chúng sang 1 layer khác tên là Application. Ông cũng cho rằng tầng Bussiness logic nên được chú trọng nhiều hơn là tầng database (data access). Nhưng nhìn chung cấu trúc cũng không thay đổi nhiều lắm.

image 8 - quochung.cyou PTIT

Ở cấu trúc của ông, một hệ thống được quy định như sau:

  • Presentation Layer — tầng “trình bày”, tương tác với bên ngoài.
  • Application Layer — Nhận và điều phối các yêu cầu, sau đó chuyển qua tầng Domain.
  • Domain Layer — Chứa các chức năng chính của hệ thống.
  • Infrastructure Layer — Xử lí dữ liệu (tương tự tầng data access)

Bạn có thể thấy ông đã đổi tên một số tầng tưởng chừng như có chung mục đích, nhưng chúng có nguyên do của nó. User Interface thường có ý nghĩa là bạn có một user người dùng nào đó, nhưng không phải lúc nào cũng vậy. Đôi khi ta có một GUI (Graphical User Interface – Giao diện người dùng) cho users, nhưng cũng có thể là 1 CLI (Command Line Interface – Giao diện cmd) cho lập trình viên, hay có thể là API (Application Programming Interface) cho các ứng dụng khác gọi vào. Tầng Presentation thì sẽ “Generic” , chung chung hơn, bao quát hơn.

Business logic thì nghe có vẻ hơi trừu tượng cho đội lập trình viên, vì chúng ta thường không thiên về mảng kinh tế, vì vậy ông đã tạo ra 1 tên mới “Domain – miền”

Ở tầng dưới cùng, đôi lúc, ta không chỉ lưu dữ liệu vào ram, vào database hay đâu đó. Mà có thể ta muốn nó sẽ gọi đến chỗ khác, kiểu gửi 1 email, 1 tin nhắn zalo, … nên chúng được gộp chung thành tầng Infrastructure (Hạ tầng).

Nhìn chung là thế, một số sự thay đổi tên, thêm 1 layer mới, có một số phần khác đã được thêm vào tầng Domain. Và đó là DDD – Domain Driven Design.


Tham khảo:

Tìm hiểu Consistent hashing (Ánh xạ nhất quán) – Xử lí dữ liệu phân tán

image 60 - quochung.cyou PTIT
  • Consistent hashing (Ánh xạ nhất quán) thường được sử dụng trong các hệ thống phân tán.
  • Trước tiên, để giải thích một số term, thuật ngữ mà các bạn còn có thể confuse, chúng ta sẽ đi từng phần một

Hệ thống phân tán

image 61 - quochung.cyou PTIT
  • Hiểu đơn giản, tưởng tượng việc bạn truy cập đến server như vào 1 cửa hàng mua đồ vậy. Nếu một ngày bình thường, bạn gọi món, đồ ăn đến rất nhanh, đơn giản, phục vụ tốt. Nhưng vào giờ cao điểm, khi chỉ có 1 phục vụ quán, quá nhiều người gọi làm phục vụ quán không đỡ kịp, cửa hàng quá tải và ai cũng có đồ ăn rất chậm.
  • => Để xử lí có nhiều cách, nhưng dễ dàng nhất, chỉ cần tuyển thêm nhiều phục vụ hơn thôi? Quy chiếu về server, ta chỉ cần có nhiều server con khác nhau, và chia nhỏ các yêu cầu của khách hàng đến các server một cách đồng đều, hay chia nhỏ các database, …. Lúc đó, ta có hệ thống phân tán.

Ánh xạ là gì? Tại sao cần ánh xạ (hashing) ?

  • Lúc này ta có một bài toán cần giải quyết, làm sao để chia các yêu cầu của khách hàng vào các server khác nhau, sao cho nó đồng đều? Không được có server làm quá nhiều việc, server làm quá ít việc, ta mong muốn có mọi server đều xử lí đều nhất có thể.
  • Một cách làm phổ biến và dễ hiểu là Round-robin, hay ánh xạ theo phần dư
ServerIndex = hash_function(key) % N
  • Tức là ta sẽ đánh số các request theo thứ tự bằng cách chia dư. Ví dụ ta có 5 server, thì chia dư số thứ tự cho 5
image 62 - quochung.cyou PTIT
  • Ánh xạ chia dư cho 4 server như vậy thì request thứ 1 và 5 sẽ vào ô 1, sau đó là request 0,2 , rồi request 7,6 , …
  • Nghe thì có vẻ rất lí tưởng, request sẽ được chia đều cho các server. Nhưng đó là trường hợp số lượng server không đổi trong “thế giới lí tưởng”. Cuộc sống thực tế thì không đẹp như vậy, chúng ta dễ dàng gặp phải trường hợp sếp bỗng muốn đang từ 4 server, scale lên 15 server. Hay 4 server giảm xuống còn 2 server. Hay 10 server một ngày bỗng chết, mất điện server 1,5,6.
image 63 - quochung.cyou PTIT
  • Lúc này ta cần bê tập dữ liệu từ server sai số thứ tự, rồi đánh số lại theo số lượng server mới. Lúc này rất dễ xảy ra trường hợp server thì bị quá tải, server thì lại rảnh không.
  • Đánh giá vấn đề: Việc chuyển dữ liệu từ những server hỏng, hoặc chuyển ra server mới khi scaleup/down là thiết yếu. Nhưng ta cần một phương pháp để số lượng phần tử cần di chuyển ít nhất có thể

Consistent hashing (Ánh xạ nhất quán)

Định nghĩa

“Consistent hashing is a special kind of hashing technique such that when a hash table is resized, only n/m keys need to be remapped on average where n is the number of keys and m is the number of slots. In contrast, in most traditional hash tables, a change in the number of array slots causes nearly all keys to be remapped because the mapping between the keys and the slots is defined by a modular operation.”

Ánh xạ nhất quán là một kĩ thuật ánh xạ để khi mà bảng ánh xạ thay đổi số lượng, chỉ có n/m từ khoá sẽ cần phải đánh số lại trung bình. Với n là số lượng dữ liệu (trong ví dụ trên là request), và m là số slot (ví dụ trên là server). Điều này tốt hơn ánh xạ chia dư khi mà gần như toàn bộ dữ liệu phải đánh lại hết vì tất cả số dư thường sẽ thay đổi khi m thay đổi.

Một số từ khoá

image 64 - quochung.cyou PTIT
  • Gọi f() là hàm băm, phương trình sẽ cho ra một mã gì đó khi ta truyền vào 1 giá trị. Mỗi phương trình thì luôn có vùng giá trị đầu ra (hash space) nhất định. Ví dụ: chia dư cho m thì vùng giá trị là từ 0 -> m-1. hay SHA-1 thì là từ 0 -> 2^160-1. Ta sẽ có (hash ring) vòng băm tương ứng

Các bước

  • Tiến hành hash các server của chúng ta thành một số nguyên trong hash ring được định nghĩa trước. Khoảng số này tuỳ vào người thiết kế hệ thống tự cân nhắc số lượng server tối đa mà hệ thống sẽ lên.
  • Sau khi có danh sách mapping giữa các node, ta sẽ tiến hành mapping key của data tới các node bằng cách
    • hash giá trị của key thành một số nguyên
    • Di chuyển nó liên tục trong vòng tròn số nguyên (hash ring) đã được tạo theo kim đồng hồ cho tới khi nó quay lại hash key của node đầu tiên nó gặp (đi 1 vòng). Ghi dữ liệu
  • Để dễ hình dung hơn, hãy xem hình ảnh sau
image 66 - quochung.cyou PTIT
  • Để quyết định request nào sẽ được phân bổ vào node nào. Thì ví dụ request có mã là 1000, nó sẽ cứ đi trên vòng tròn bảng giá trị trên và tìm node đầu tiên có mã lớn hơn 1000. nếu nó là lớn nhất rồi thì nó sẽ vòng lại node đầu tiên.
  • Ngoài ra, ví dụ trên hình ảnh trên, ta chỉ có node 1-5, nhưng ta sẽ tạo các “virtual node”, hay node ảo để băm cái vòng của chúng ta nhỏ hơn nữa, và các khoảng của node ảo sẽ quy định nó vào node thật sự nào.
  • Bằng một cách nói nào đó, mỗi server sẽ xử lí một “cung” trên đường tròn

Consistent hashing xử lí vấn đề scale như thế nào

  • Ta sẽ quay lại vấn đề, khi một node nào đó bị sập. Thì consistent hashing sẽ giải quyết bài toán đó như thế nào?
  • Solution nghe ra lại rất đơn giản, lúc này thì các khoảng vòng cung sẽ được kéo rộng ra, các request sẽ tự đi tìm đến vị trí note tiếp theo
image 67 - quochung.cyou PTIT
  • Rõ ràng, ta thấy lúc này chỉ những request ở vòng cung phía trước sẽ cần thay đổi mapping lại. Còn theo cách chia modulo, thì do số dư thường sẽ thay đổi gần như toàn bộ các số, ta sẽ phải di chuyển rất nhiều keys (Request)

Triển khai thuật toán

  • Cùng nhìn lại, chúng ta cần những gì để triển khai thuật toán này?
    • Ta cần một mảng ánh xạ quy đổi ra các node trên hash ring (vòng giá trị)
    • Một map để phân bổ request nào vào node nào
  • Như vạy, để phân bổ request vào các node, ta cần một cơ chế dạng
    • Một cách tìm kiếm nhanh node đầu tiên có giá trị lớn hơn mã của request hiện tại. Do mã của node được trải phẳng trên một khoảng tịnh tiến, dễ dàng, ta có thể triển khai tìm kiếm nhị phân để tìm node đầu tiên có mã lớn hơn bằng mã của request (Lower_bound)
    • Từ mã của node, tìm ra node thực sự để điều hướng
  • Thay đổi khi hash ring thay đổi
    • Để xác định những request nào cần di chuyển, có cách khá đơn giản là ta sẽ lặp và kiểm tra toàn bộ request, sau đó xác định cái nào bị sai để chuyển nó sang node tiếp theo trên vòng. Nhưng cách này rõ ràng là cách “naive method”.
    • Để có thể triển khai với thời gian tối ưu hơn, ta có thể sử dụng một cấu trúc dữ liệu để xác định “khoảng ảnh hưởng”, nơi mà các key cần remap lại
    • Một lần nữa, ta có thể triển khai tìm kiếm nhị phân, bằng cách từ node bị xoá đi, ta dùng mã đó và quay ngược lại, sau đó tìm ra các điểm bị sai và cập nhật chúng cho đến khi đến 1 mã node hash khác.

Các câu hỏi thêm

  • Q: Khi nào nên sử dụng kỹ thuật consistent hashing này ?
  • A: Thông thường, ta sẽ sử dụng nó cho các hệ thống phân tán, nơi mà request thực sự đủ nhiều, và ta có nhiều server cần scaling và cần áp dụng để phân bổ request một cách đều. Amazon Dynamo cũng triển khai kĩ thuật này. Tuy nhiên, với các hệ thống nhỏ hơn, có thể dùng cách ánh xạ chia dư truyền thống, vì việc sử dụng hashing khó hơn cũng đi kèm độ phức tạp của hệ thống tăng lên và khó bảo trì.

  • Q: Tại sao lại gọi là consistent trong consistent hashing (nhất quán)
  • A: Vì khi có sự thay đổi về lượng server, ta không cần hashing lại toàn bộ các key

Tham khảo: