2021.06.28 - 悦读

二分查找的应用

例题

一

在这里插入图片描述

代码

// 寻找左侧边界的二分查找
int shipWithinDays(int[] weights, int D) {
	// 载重可能的最小值
    int left = getMax(weights);
	// 载重可能的最大值 + 1
    int right = getSum(weights) + 1;
    while (left < right) {
        int mid = left + (right - left) / 2;
        if (canFinish(weights, D, mid)) {
            right = mid;
        } else {
            left = mid + 1;
        }
    }
    return left;
}

// 如果载重为 cap，是否能在 D 天内运完货物？
boolean canFinish(int[] w, int D, int cap) {
    int i = 0;
    for (int day = 0; day < D; day++) {
        int maxCap = cap;
        while ((maxCap -= w[i]) >= 0) {
            i++;
            if (i == w.length)
                return true;
        }
    }
    return false;
}

二

在这里插入图片描述
解题思路

现在题目是固定了 m 的值，让我们确定一个最大子数组和；所谓反向思考就是说，我们可以反过来，限制一个最大子数组和 max，来反推最大子数组和为 max 时，至少可以将 nums 分割成几个子数组。

两个关键问题

1、对 max 变量的穷举是从 lo 到 hi 即从小到大的。

这是因为我们求的是「最大子数组和」的「最小值」，且 split 函数的返回值有单调性，所以从小到大遍历，第一个满足条件的值就是「最小值」。

2、函数返回的条件是 n <= m，而不是 n== m。按照之前的思路，应该 n == m 才对吧？

其实，split 函数采用了贪心的策略，计算的是 max 限制下至少能够将 nums 分割成几个子数组。

举个例子，输入 nums = [2,1,1],m = 3，显然分割方法只有一种，即每个元素都认为是一个子数组，最大子数组和为 2。

但是，我们的算法会在区间 [2,4] 穷举 max，当 max = 2 时，split 会算出 nums 至少可以被分割成 n = 2 个子数组 [2] 和 [1,1]。

当 max = 3 时算出n = 2，当 max = 4 时算出 n = 1，显然都是小于 m = 3的。

所以我们不能用 n == m 而必须用 n <= m 来找到答案，因为如果你能把 nums 分割成 2 个子数组（[2],[1,1]），那么肯定也可以分割成 3 个子数组（[2],[1],[1]）。

好了，现在 for 循环的暴力算法已经写完了，但是无法通过力扣的判题系统，会超时。

由于 split 是单调函数，且符合二分查找技巧进行优化的标志，所以可以试图改造成二分查找。

暴力法

/* 主函数，计算最大子数组和 */
int splitArray(int[] nums, int m) {
    int lo = getMax(nums), hi = getSum(nums);
    for (int max = lo; max <= hi; max++) {
        // 如果最大子数组和是 max，
        // 至少可以把 nums 分割成 n 个子数组
        int n = split(nums, max);
        // 为什么是 <= 不是 == ？
        if (n <= m) {
            return max;
        }
    }
    
    return -1;
}

/* 辅助函数，若限制最大子数组和为 max，
计算 nums 至少可以被分割成几个子数组 */
int split(int[] nums, int max) {
    // 至少可以分割的子数组数量
    int count = 1;
    // 记录每个子数组的元素和
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        if (sum + nums[i] > max) {
            // 如果当前子数组和大于 max 限制
            // 则这个子数组不能再添加元素了
            count++;
            sum = nums[i];
        } else {
            // 当前子数组和还没达到 max 限制
            // 还可以添加元素
            sum += nums[i];
        }
    }
    return count;
}

// 计算数组中的最大值
int getMax(int[] nums) {
    int res = 0;
    for (int n : nums)
        res = Math.max(n, res);
    return res;
}

// 计算数组元素和
int getSum(int[] nums) {
    int res = 0;
    for (int n : nums)
        res += n;
    return res;
}

二分查找法

int splitArray(int[] nums, int m) {
    // 一般搜索区间是左开右闭的，所以 hi 要额外加一
    int lo = getMax(nums), hi = getSum(nums) + 1;
    while (lo < hi) {
        int mid = lo + (hi - lo) / 2;
        // 根据分割子数组的个数收缩搜索区间
        int n = split(nums, mid);
        if (n == m) {
            // 收缩右边界，达到搜索左边界的目的
            hi = mid;
        } else if (n < m) {
            // 最大子数组和上限高了，减小一些
            hi = mid;
        } else if (n > m) {
            // 最大子数组和上限低了，增加一些
            lo = mid + 1;
        }
    }
    return lo;
}

int split(int[] nums, int max) {/* 见上文 */}
int getMax(int[] nums) {/* 见上文 */}
int getSum(int[] nums) {/* 见上文 */}

反射

功能
赋予了我们在运行时分析类以及执行类中方法的能力

场景

框架中也大量使用了动态代理，而动态代理的实现也依赖反射。
注解

优缺点
优点：可以让咱们的代码更加灵活、为各种框架提供开箱即用的功能提供了便利
缺点：让我们在运行时有了分析操作类的能力，这同样也增加了安全问题。

实战
获取 Class 对象的四种方式
1.知道具体类的情况下可以使用：

Class alunbarClass = TargetObject.class;

但是我们一般是不知道具体类的，基本都是通过遍历包下面的类来获取 Class 对象，通过此方式获取 Class 对象不会进行初始化

2.通过 Class.forName()传入类的路径获取：

Class alunbarClass1 = Class.forName("cn.javaguide.TargetObject");

3.通过对象实例instance.getClass()获取：

TargetObject o = new TargetObject();
Class alunbarClass2 = o.getClass();

4.通过类加载器xxxClassLoader.loadClass()传入类路径获取:

Class clazz = ClassLoader.loadClass("cn.javaguide.TargetObject");

通过类加载器获取 Class 对象不会进行初始化，意味着不进行包括初始化等一些列步骤，静态块和静态对象不会得到执行

基本操作
1.创建一个我们要使用反射操作的类 TargetObject。

package cn.javaguide;

public class TargetObject {
    private String value;

    public TargetObject() {
        value = "JavaGuide";
    }

    public void publicMethod(String s) {
        System.out.println("I love " + s);
    }

    private void privateMethod() {
        System.out.println("value is " + value);
    }
}

2.使用反射操作这个类的方法以及参数

package cn.javaguide;

import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InstantiationException, InvocationTargetException, NoSuchFieldException {
        /**
         * 获取TargetObject类的Class对象并且创建TargetObject类实例
         */
        Class<?> tagetClass = Class.forName("cn.javaguide.TargetObject");
        TargetObject targetObject = (TargetObject) tagetClass.newInstance();
        
        /**
         * 获取所有类中所有定义的方法
         */
        Method[] methods = tagetClass.getDeclaredMethods();
        for (Method method : methods) {
            System.out.println(method.getName());
        }
        
        /**
         * 获取指定方法并调用
         */
        Method publicMethod = tagetClass.getDeclaredMethod("publicMethod",
                String.class);

        publicMethod.invoke(targetObject, "JavaGuide");
        
        /**
         * 获取指定参数并对参数进行修改
         */
        Field field = tagetClass.getDeclaredField("value");
        //为了对类中的参数进行修改我们取消安全检查
        field.setAccessible(true);
        field.set(targetObject, "JavaGuide");
        /**
         * 调用 private 方法
         */
        Method privateMethod = tagetClass.getDeclaredMethod("privateMethod");
        //为了调用private方法我们取消安全检查
        privateMethod.setAccessible(true);
        privateMethod.invoke(targetObject);
    }
}

代理模式

静态代理

特点：

静态代理中，我们对目标对象的每个方法的增强都是手动完成的
静态代理在编译时就将接口、实现类、代理类这些都变成了一个个实际的 class 文件。

实现步骤

定义一个接口及其实现类；
创建一个代理类同样实现这个接口
将目标对象注入进代理类，然后在代理类的对应方法调用目标类中的对应方法。这样的话，我们就可以通过代理类屏蔽对目标对象的访问，并且可以在目标方法执行前后做一些自己想做的事情。

代码演示
1.定义发送短信的接口

public interface SmsService {
    String send(String message);
}

2.实现发送短信的接口

public class SmsServiceImpl implements SmsService {
    public String send(String message) {
        System.out.println("send message:" + message);
        return message;
    }
}

3.创建代理类并同样实现发送短信的接口

public class SmsProxy implements SmsService {

    private final SmsService smsService;

    public SmsProxy(SmsService smsService) {
        this.smsService = smsService;
    }

    @Override
    public String send(String message) {
        //调用方法之前，我们可以添加自己的操作
        System.out.println("before method send()");
        smsService.send(message);
        //调用方法之后，我们同样可以添加自己的操作
        System.out.println("after method send()");
        return null;
    }
}

4.实际使用

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        SmsService smsService = new SmsServiceImpl();
        SmsProxy smsProxy = new SmsProxy(smsService);
        smsProxy.send("java");
    }
}

运行上述代码之后，控制台打印出：

before method send()
send message:java
after method send()

动态代理（jdk）

介绍
在 Java 动态代理机制中 InvocationHandler 接口和 Proxy 类是核心。

Proxy 类中使用频率最高的方法是：newProxyInstance()，这个方法主要用来生成一个代理对象。

    public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
                                          Class<?>[] interfaces,
                                          InvocationHandler h)
        throws IllegalArgumentException
    {
        ......
    }

三个参数：

loader :类加载器，用于加载代理对象。
interfaces : 被代理类实现的一些接口；
h : 实现了 InvocationHandler 接口的对象；

当我们的动态代理对象调用一个方法时候，这个方法的调用就会被转发到实现InvocationHandler接口类的invoke方法来调用。

public interface InvocationHandler {

    /**
     * 当你使用代理对象调用方法的时候实际会调用到这个方法
     */
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
        throws Throwable;
}

三个参数：

proxy :动态生成的代理类
method : 与代理类对象调用的方法相对应
args : 当前 method 方法的参数

小结
通过Proxy 类的 newProxyInstance() 创建的代理对象在调用方法的时候，实际会调用到实现InvocationHandler 接口的类的 invoke()方法。

实现步骤

定义一个接口及其实现类；
自定义 InvocationHandler并重写invoke方法，在invoke方法中我们会调用原生方法（被代理类的方法）并自定义一些处理逻辑；
通过Proxy.newProxyInstance(ClassLoader loader,Class<?>[] interfaces,InvocationHandler h)方法创建代理对象；

代码演示
1.定义发送短信的接口

public interface SmsService {
    String send(String message);
}

2.实现发送短信的接口

public class SmsServiceImpl implements SmsService {
    public String send(String message) {
        System.out.println("send message:" + message);
        return message;
    }
}

3.定义一个 JDK 动态代理类

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;

/**
 * @author shuang.kou
 * @createTime 2020年05月11日 11:23:00
 */
public class DebugInvocationHandler implements InvocationHandler {
    /**
     * 代理类中的真实对象
     */
    private final Object target;

    public DebugInvocationHandler(Object target) {
        this.target = target;
    }


    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws InvocationTargetException, IllegalAccessException {
        //调用方法之前，我们可以添加自己的操作
        System.out.println("before method " + method.getName());
        Object result = method.invoke(target, args);
        //调用方法之后，我们同样可以添加自己的操作
        System.out.println("after method " + method.getName());
        return result;
    }
}

invoke() 方法: 当我们的动态代理对象调用原生方法的时候，最终实际上调用到的是invoke()方法，然后invoke()方法代替我们去调用了被代理对象的原生方法。

4.获取代理对象的工厂类

public class JdkProxyFactory {
    public static Object getProxy(Object target) {
        return Proxy.newProxyInstance(
                target.getClass().getClassLoader(), // 目标类的类加载
                target.getClass().getInterfaces(),  // 代理需要实现的接口，可指定多个
                new DebugInvocationHandler(target)   // 代理对象对应的自定义 InvocationHandler
        );
    }
}

getProxy()：主要通过Proxy.newProxyInstance（）方法获取某个类的代理对象

5.实际使用

SmsService smsService = (SmsService) JdkProxyFactory.getProxy(new SmsServiceImpl());
smsService.send("java");