异常处理
Java的异常
在计算机程序运行的过程中，总是会出现各种各样的错误。
有一些错误是用户造成的，比如，希望用户输入一个int类型的年龄，但是用户的输入是abc：
// 假设用户输入了abc：
String s = "abc";
int n = Integer.parseInt(s); // NumberFormatException!程序想要读写某个文件的内容，但是用户已经把它删除了：
// 用户删除了该文件：
String t = readFile("C:\\abc.txt"); // FileNotFoundException!Java内置了一套异常处理机制，总是使用异常来表示错误。
异常是一种class，因此它本身带有类型信息。异常可以在任何地方抛出，但只需要在上层捕获，这样就和方法调用分离了：
try {
String s = processFile(“C:\\test.txt”);
// ok:
} catch (FileNotFoundException e) {
// file not found:
} catch (SecurityException e) {
// no read permission:
} catch (IOException e) {
// io error:
} catch (Exception e) {
// other error:
}因为Java的异常是class，它的继承关系如下：
┌───────────┐
│ Object │
└───────────┘
▲
│
┌───────────┐
│ Throwable │
└───────────┘
▲
┌─────────┴─────────┐
│ │
┌───────────┐ ┌───────────┐
│ Error │ │ Exception │
└───────────┘ └───────────┘
▲ ▲
┌───────┘ ┌────┴──────────┐
│ │ │
┌─────────────────┐ ┌─────────────────┐┌───────────┐
│OutOfMemoryError │... │RuntimeException ││IOException│...
└─────────────────┘ └─────────────────┘└───────────┘
▲
┌───────────┴─────────────┐
│ │
┌─────────────────────┐ ┌─────────────────────────┐
│NullPointerException │ │IllegalArgumentException │...
└─────────────────────┘ └─────────────────────────┘从继承关系可知：Throwable是异常体系的根，它继承自Object。Throwable有两个体系：Error和Exception，Error表示严重的错误，程序对此一般无能为力，例如：
OutOfMemoryError：内存耗尽NoClassDefFoundError：无法加载某个ClassStackOverflowError：栈溢出
而Exception则是运行时的错误，它可以被捕获并处理。
某些异常是应用程序逻辑处理的一部分，应该捕获并处理。例如：
NumberFormatException：数值类型的格式错误FileNotFoundException：未找到文件SocketException：读取网络失败
还有一些异常是程序逻辑编写不对造成的，应该修复程序本身。例如：
NullPointerException：对某个null的对象调用方法或字段IndexOutOfBoundsException：数组索引越界
Exception又分为两大类：
RuntimeException以及它的子类；- 非
RuntimeException（包括IOException、ReflectiveOperationException等等）
Java规定：
- 必须捕获的异常，包括
Exception及其子类，但不包括RuntimeException及其子类，这种类型的异常称为Checked Exception。 - 不需要捕获的异常，包括
Error及其子类，RuntimeException及其子类。
捕获异常
捕获异常使用try...catch语句，把可能发生异常的代码放到try {...}中，然后使用catch捕获对应的Exception及其子类
public class Main {
public static void main(String[] args) {
byte[] bs = toGBK("中文");
System.out.println(Arrays.toString(bs));
}
static byte[] toGBK(String s) {
try {
// 用指定编码转换String为byte[]:
return s.getBytes("GBK");
} catch (UnsupportedEncodingException e) {
// 如果系统不支持GBK编码，会捕获到UnsupportedEncodingException:
System.out.println(e); // 打印异常信息
return s.getBytes(); // 尝试使用用默认编码
}
}
}
如果我们不捕获UnsupportedEncodingException，会出现编译失败的问题
编译器会报错，错误信息类似：unreported exception UnsupportedEncodingException; must be caught or declared to be thrown，并且准确地指出需要捕获的语句是return s.getBytes("GBK");。意思是说，像UnsupportedEncodingException这样的Checked Exception，必须被捕获。
这是因为String.getBytes(String)方法定义是：
public byte[] getBytes(String charsetName) throws UnsupportedEncodingException {
...
}在方法定义的时候，使用throws Xxx表示该方法可能抛出的异常类型。调用方在调用的时候，必须强制捕获这些异常，否则编译器会报错。
小结
Java使用异常来表示错误，并通过try ... catch捕获异常；
Java的异常是class，并且从Throwable继承；
Error是无需捕获的严重错误，Exception是应该捕获的可处理的错误；
RuntimeException无需强制捕获，非RuntimeException（Checked Exception）需强制捕获，或者用throws声明；
不推荐捕获了异常但不进行任何处理。
捕获异常
在Java中，凡是可能抛出异常的语句，都可以用try ... catch捕获。把可能发生异常的语句放在try { ... }中，然后使用catch捕获对应的Exception及其子类。
多catch语句
可以使用多个catch语句，每个catch分别捕获对应的Exception及其子类。JVM在捕获到异常后，会从上到下匹配catch语句，匹配到某个catch后，执行catch代码块，然后_不再_继续匹配。
简单地说就是：多个catch语句只有一个能被执行。例如：
public static void main(String[] args) {
try {
process1();
process2();
process3();
} catch (IOException e) {
System.out.println(e);
} catch (NumberFormatException e) {
System.out.println(e);
}
}存在多个catch的时候，catch的顺序非常重要：子类必须写在前面。例如：
public static void main(String[] args) {
try {
process1();
process2();
process3();
} catch (IOException e) {
System.out.println("IO error");
} catch (UnsupportedEncodingException e) { // 永远捕获不到
System.out.println("Bad encoding");
}
}对于上面的代码，UnsupportedEncodingException异常是永远捕获不到的，因为它是IOException的子类。当抛出UnsupportedEncodingException异常时，会被catch (IOException e) { ... }捕获并执行。
finally语句块保证有无错误都会执行。上述代码可以改写如下：
public static void main(String[] args) {
try {
process1();
process2();
process3();
} catch (UnsupportedEncodingException e) {
System.out.println("Bad encoding");
} catch (IOException e) {
System.out.println("IO error");
} finally {
System.out.println("END");
}
}抛出异常
异常的传播
当某个方法抛出了异常时，如果当前方法没有捕获异常，异常就会被抛到上层调用方法，直到遇到某个try ... catch被捕获为止：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
try {
process1();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
static void process1() {
process2();
}
static void process2() {
Integer.parseInt(null); // 会抛出NumberFormatException
}
}
通过printStackTrace()可以打印出方法的调用栈，类似：
java.lang.NumberFormatException: null
at java.base/java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:614)
at java.base/java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:770)
at Main.process2(Main.java:16)
at Main.process1(Main.java:12)
at Main.main(Main.java:5)printStackTrace()对于调试错误非常有用，上述信息表示：NumberFormatException是在java.lang.Integer.parseInt方法中被抛出的，从下往上看，调用层次依次是：
main()调用process1()；process1()调用process2()；process2()调用Integer.parseInt(String)；Integer.parseInt(String)调用Integer.parseInt(String, int)。
查看Integer.java源码可知，抛出异常的方法代码如下：
public static int parseInt(String s, int radix) throws NumberFormatException {
if (s == null) {
throw new NumberFormatException("null");
}
...
}并且，每层调用均给出了源代码的行号，可直接定位。
抛出异常
当发生错误时，例如，用户输入了非法的字符，我们就可以抛出异常。
如何抛出异常？参考Integer.parseInt()方法，抛出异常分两步：
- 创建某个
Exception的实例； - 用
throw语句抛出。
下面是一个例子：
void process2(String s) {
if (s==null) {
NullPointerException e = new NullPointerException();
throw e;
}
}实际上，绝大部分抛出异常的代码都会合并写成一行：
void process2(String s) {
if (s==null) {
throw new NullPointerException();
}
}如果一个方法捕获了某个异常后，又在catch子句中抛出新的异常，就相当于把抛出的异常类型“转换”了：
void process1(String s) {
try {
process2();
} catch (NullPointerException e) {
throw new IllegalArgumentException();
}
}
void process2(String s) {
if (s==null) {
throw new NullPointerException();
}
}自定义异常
Java标准库定义的常用异常包括：
Exception
│
├─ RuntimeException
│ │
│ ├─ NullPointerException
│ │
│ ├─ IndexOutOfBoundsException
│ │
│ ├─ SecurityException
│ │
│ └─ IllegalArgumentException
│ │
│ └─ NumberFormatException
│
├─ IOException
│ │
│ ├─ UnsupportedCharsetException
│ │
│ ├─ FileNotFoundException
│ │
│ └─ SocketException
│
├─ ParseException
│
├─ GeneralSecurityException
│
├─ SQLException
│
└─ TimeoutException当我们在代码中需要抛出异常时，尽量使用JDK已定义的异常类型。例如，参数检查不合法，应该抛出IllegalArgumentException：
static void process1(int age) {
if (age <= 0) {
throw new IllegalArgumentException();
}
}在一个大型项目中，可以自定义新的异常类型，但是，保持一个合理的异常继承体系是非常重要的。
一个常见的做法是自定义一个BaseException作为“根异常”，然后，派生出各种业务类型的异常。
BaseException需要从一个适合的Exception派生，通常建议从RuntimeException派生：
public class BaseException extends RuntimeException {
}其他业务类型的异常就可以从BaseException派生：
public class UserNotFoundException extends BaseException {
}
public class LoginFailedException extends BaseException {
}
...自定义的BaseException应该提供多个构造方法：
public class BaseException extends RuntimeException {
public BaseException() {
super();
}
public BaseException(String message, Throwable cause) {
super(message, cause);
}
public BaseException(String message) {
super(message);
}
public BaseException(Throwable cause) {
super(cause);
}
}上述构造方法实际上都是原样照抄RuntimeException。这样，抛出异常的时候，就可以选择合适的构造方法。通过IDE可以根据父类快速生成子类的构造方法。
小结
抛出异常时，尽量复用JDK已定义的异常类型；
自定义异常体系时，推荐从RuntimeException派生“根异常”，再派生出业务异常；
自定义异常时，应该提供多种构造方法。
NullPointerException
在所有的RuntimeException异常中，Java程序员最熟悉的恐怕就是NullPointerException了。
NullPointerException即空指针异常，俗称NPE。如果一个对象为null，调用其方法或访问其字段就会产生NullPointerException，这个异常通常是由JVM抛出的，例如：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
String s = null;
System.out.println(s.toLowerCase());
}
}指针这个概念实际上源自C语言，Java语言中并无指针。我们定义的变量实际上是引用，Null Pointer更确切地说是Null Reference，不过两者区别不大。
处理NullPointerException
如果遇到NullPointerException，我们应该如何处理？首先，必须明确，NullPointerException是一种代码逻辑错误，遇到NullPointerException，遵循原则是早暴露，早修复，严禁使用catch来隐藏这种编码错误：
// 错误示例: 捕获NullPointerException
try {
transferMoney(from, to, amount);
} catch (NullPointerException e) {
}好的编码习惯可以极大地降低NullPointerException的产生，例如：
成员变量在定义时初始化：
public class Person {
private String name = "";
}使用空字符串""而不是默认的null可避免很多NullPointerException，编写业务逻辑时，用空字符串""表示未填写比null安全得多。
返回空字符串""、空数组而不是null：
public String[] readLinesFromFile(String file) {
if (getFileSize(file) == 0) {
// 返回空数组而不是null:
return new String[0];
}
...
}这样可以使得调用方无需检查结果是否为null。
使用断言
断言（Assertion）是一种调试程序的方式。在Java中，使用assert关键字来实现断言。
我们先看一个例子：
public static void main(String[] args) {
double x = Math.abs(-123.45);
assert x >= 0;
System.out.println(x);
}语句assert x >= 0;即为断言，断言条件x >= 0预期为true。如果计算结果为false，则断言失败，抛出AssertionError。
使用assert语句时，还可以添加一个可选的断言消息：
assert x >= 0 : "x must >= 0";这样，断言失败的时候，AssertionError会带上消息x must >= 0，更加便于调试。
Java断言的特点是：断言失败时会抛出AssertionError，导致程序结束退出。因此，断言不能用于可恢复的程序错误，只应该用于开发和测试阶段。
对于可恢复的程序错误，不应该使用断言。例如：
void sort(int[] arr) {
assert arr != null;
}应该抛出异常并在上层捕获：
void sort(int[] arr) {
if (x == null) {
throw new IllegalArgumentException("array cannot be null");
}
}小结
断言是一种调试方式，断言失败会抛出AssertionError，只能在开发和测试阶段启用断言；
对可恢复的错误不能使用断言，而应该抛出异常；
断言很少被使用，更好的方法是编写单元测试。
使用JDK Logging
在编写程序的过程中，发现程序运行结果与预期不符，怎么办？当然是用System.out.println()打印出执行过程中的某些变量，观察每一步的结果与代码逻辑是否符合，然后有针对性地修改代码。
代码改好了怎么办？当然是删除没有用的System.out.println()语句了。
如果改代码又改出问题怎么办？再加上System.out.println()。
反复这么搞几次，很快大家就发现使用System.out.println()非常麻烦。
怎么办？
解决方法是使用日志。
那什么是日志？日志就是Logging，它的目的是为了取代System.out.println()。
输出日志，而不是用System.out.println()，有以下几个好处：
- 可以设置输出样式，避免自己每次都写
"ERROR: " + var； - 可以设置输出级别，禁止某些级别输出。例如，只输出错误日志；
- 可以被重定向到文件，这样可以在程序运行结束后查看日志；
- 可以按包名控制日志级别，只输出某些包打的日志；
- 可以……
因为Java标准库内置了日志包java.util.logging，我们可以直接用。先看一个简单的例子：
public class Hello {
public static void main(String[] args) {
Logger logger = Logger.getGlobal();
logger.info("start process...");
logger.warning("memory is running out...");
logger.fine("ignored.");
logger.severe("process will be terminated...");
}
}运行上述代码，得到类似如下的输出：
Mar 02, 2019 6:32:13 PM Hello main
INFO: start process...
Mar 02, 2019 6:32:13 PM Hello main
WARNING: memory is running out...
Mar 02, 2019 6:32:13 PM Hello main
SEVERE: process will be terminated...对比可见，使用日志最大的好处是，它自动打印了时间、调用类、调用方法等很多有用的信息。
再仔细观察发现，4条日志，只打印了3条，logger.fine()没有打印。这是因为，日志的输出可以设定级别。JDK的Logging定义了7个日志级别，从严重到普通：
- SEVERE
- WARNING
- INFO
- CONFIG
- FINE
- FINER
- FINEST
因为默认级别是INFO，因此，INFO级别以下的日志，不会被打印出来。使用日志级别的好处在于，调整级别，就可以屏蔽掉很多调试相关的日志输出。
使用Commons Logging
和Java标准库提供的日志不同，Commons Logging是一个第三方日志库，它是由Apache创建的日志模块。
Commons Logging的特色是，它可以挂接不同的日志系统，并通过配置文件指定挂接的日志系统。默认情况下，Commons Loggin自动搜索并使用Log4j（Log4j是另一个流行的日志系统），如果没有找到Log4j，再使用JDK Logging。
反射
什么是反射？
反射就是Reflection，Java的反射是指程序在运行期可以拿到一个对象的所有信息。
正常情况下，如果我们要调用一个对象的方法，或者访问一个对象的字段，通常会传入对象实例：
// Main.java
import com.itranswarp.learnjava.Person;
public class Main {
String getFullName(Person p) {
return p.getFirstName() + " " + p.getLastName();
}
}但是，如果不能获得Person类，只有一个Object实例，比如这样：
String getFullName(Object obj) {
return ???
}怎么办？有童鞋会说：强制转型啊！
String getFullName(Object obj) {
Person p = (Person) obj;
return p.getFirstName() + " " + p.getLastName();
}强制转型的时候，你会发现一个问题：编译上面的代码，仍然需要引用Person类。不然，去掉import语句，你看能不能编译通过？
所以，反射是为了解决在运行期，对某个实例一无所知的情况下，如何调用其方法。
Class类
JVM为每个加载的class及interface创建了对应的Class实例来保存class及interface的所有信息；
获取一个class对应的Class实例后，就可以获取该class的所有信息；
通过Class实例获取class信息的方法称为反射（Reflection）；
JVM总是动态加载class，可以在运行期根据条件来控制加载class。
访问字段
Java的反射API提供的Field类封装了字段的所有信息：
通过Class实例的方法可以获取Field实例：getField()，getFields()，getDeclaredField()，getDeclaredFields()；
通过Field实例可以获取字段信息：getName()，getType()，getModifiers()；
通过Field实例可以读取或设置某个对象的字段，如果存在访问限制，要首先调用setAccessible(true)来访问非public字段。
通过反射读写字段是一种非常规方法，它会破坏对象的封装。
调用方法
当我们获取到一个Method对象时，就可以对它进行调用。我们以下面的代码为例：
String s = "Hello world";
String r = s.substring(6); // "world"如果用反射来调用substring方法，需要以下代码：
// String对象:
String s = "Hello world";
// 获取String substring(int)方法，参数为int:
Method m = String.class.getMethod("substring", int.class);
// 在s对象上调用该方法并获取结果:
String r = (String) m.invoke(s, 6);
// 打印调用结果:
System.out.println(r);Java的反射API提供的Method对象封装了方法的所有信息：
通过Class实例的方法可以获取Method实例：getMethod()，getMethods()，getDeclaredMethod()，getDeclaredMethods()；
通过Method实例可以获取方法信息：getName()，getReturnType()，getParameterTypes()，getModifiers()；
通过Method实例可以调用某个对象的方法：Object invoke(Object instance, Object... parameters)；
通过设置setAccessible(true)来访问非public方法；
通过反射调用方法时，仍然遵循多态原则。
调用构造方法
我们通常使用new操作符创建新的实例：
Person p = new Person();如果通过反射来创建新的实例，可以调用Class提供的newInstance()方法：
Person p = Person.class.newInstance();Constructor对象封装了构造方法的所有信息；
通过Class实例的方法可以获取Constructor实例：getConstructor()，getConstructors()，getDeclaredConstructor()，getDeclaredConstructors()；
通过Constructor实例可以创建一个实例对象：newInstance(Object... parameters)； 通过设置setAccessible(true)来访问非public构造方法。
注解
使用注解
注解是放在Java源码的类、方法、字段、参数前的一种特殊“注释”：
// this is a component:
@Resource("hello")
public class Hello {
@Inject
int n;
@PostConstruct
public void hello(@Param String name) {
System.out.println(name);
}
@Override
public String toString() {
return "Hello";
}
}注释会被编译器直接忽略，注解则可以被编译器打包进入class文件，因此，注解是一种用作标注的“元数据”。
注解的作用
从JVM的角度看，注解本身对代码逻辑没有任何影响，如何使用注解完全由工具决定。
Java的注解可以分为三类：
第一类是由编译器使用的注解，例如：
@Override：让编译器检查该方法是否正确地实现了覆写；@SuppressWarnings：告诉编译器忽略此处代码产生的警告。
这类注解不会被编译进入.class文件，它们在编译后就被编译器扔掉了。
第二类是由工具处理.class文件使用的注解，比如有些工具会在加载class的时候，对class做动态修改，实现一些特殊的功能。这类注解会被编译进入.class文件，但加载结束后并不会存在于内存中。这类注解只被一些底层库使用，一般我们不必自己处理。
第三类是在程序运行期能够读取的注解，它们在加载后一直存在于JVM中，这也是最常用的注解。例如，一个配置了@PostConstruct的方法会在调用构造方法后自动被调用（这是Java代码读取该注解实现的功能，JVM并不会识别该注解）。
定义一个注解时，还可以定义配置参数。配置参数可以包括：
- 所有基本类型；
- String；
- 枚举类型；
- 基本类型、String、Class以及枚举的数组。
因为配置参数必须是常量，所以，上述限制保证了注解在定义时就已经确定了每个参数的值。
注解的配置参数可以有默认值，缺少某个配置参数时将使用默认值。
此外，大部分注解会有一个名为value的配置参数，对此参数赋值，可以只写常量，相当于省略了value参数。
如果只写注解，相当于全部使用默认值。
举个栗子，对以下代码：
public class Hello {
@Check(min=0, max=100, value=55)
public int n;
@Check(value=99)
public int p;
@Check(99) // @Check(value=99)
public int x;
@Check
public int y;
}@Check就是一个注解。第一个@Check(min=0, max=100, value=55)明确定义了三个参数，第二个@Check(value=99)只定义了一个value参数，它实际上和@Check(99)是完全一样的。最后一个@Check表示所有参数都使用默认值。
小结
注解（Annotation）是Java语言用于工具处理的标注：
注解可以配置参数，没有指定配置的参数使用默认值；
如果参数名称是value，且只有一个参数，那么可以省略参数名称。
定义注解
Java语言使用@interface语法来定义注解（Annotation），它的格式如下：
public @interface Report {
int type() default 0;
String level() default "info";
String value() default "";
}注解的参数类似无参数方法，可以用default设定一个默认值（强烈推荐）。最常用的参数应当命名为value。
元注解
元注解
有一些注解可以修饰其他注解，这些注解就称为元注解（meta annotation）。Java标准库已经定义了一些元注解，我们只需要使用元注解，通常不需要自己去编写元注解。
@Target
最常用的元注解是@Target。使用@Target可以定义Annotation能够被应用于源码的哪些位置：
- 类或接口：
ElementType.TYPE； - 字段：
ElementType.FIELD； - 方法：
ElementType.METHOD； - 构造方法：
ElementType.CONSTRUCTOR； - 方法参数：
ElementType.PARAMETER。
例如，定义注解@Report可用在方法上，我们必须添加一个@Target(ElementType.METHOD)：
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface Report {
int type() default 0;
String level() default "info";
String value() default "";
}定义注解@Report可用在方法或字段上，可以把@Target注解参数变为数组{ ElementType.METHOD, ElementType.FIELD }：
@Target({
ElementType.METHOD,
ElementType.FIELD
})
public @interface Report {
...
}实际上@Target定义的value是ElementType[]数组，只有一个元素时，可以省略数组的写法。
@Retention
另一个重要的元注解@Retention定义了Annotation的生命周期：
- 仅编译期：
RetentionPolicy.SOURCE； - 仅class文件：
RetentionPolicy.CLASS； - 运行期：
RetentionPolicy.RUNTIME。
如果@Retention不存在，则该Annotation默认为CLASS。因为通常我们自定义的Annotation都是RUNTIME，所以，务必要加上@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)这个元注解：
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Report {
int type() default 0;
String level() default "info";
String value() default "";
}@Repeatable
使用@Repeatable这个元注解可以定义Annotation是否可重复。这个注解应用不是特别广泛。
@Inherited
使用@Inherited定义子类是否可继承父类定义的Annotation。@Inherited仅针对@Target(ElementType.TYPE)类型的annotation有效，并且仅针对class的继承，对interface的继承无效：
@Inherited
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface Report {
int type() default 0;
String level() default "info";
String value() default "";
}在使用的时候，如果一个类用到了@Report：
@Report(type=1)
public class Person {
}则它的子类默认也定义了该注解：
public class Student extends Person {
}如何定义Annotation
我们总结一下定义Annotation的步骤：
第一步，用@interface定义注解：
public @interface Report {
}第二步，添加参数、默认值：
public @interface Report {
int type() default 0;
String level() default "info";
String value() default "";
}把最常用的参数定义为value()，推荐所有参数都尽量设置默认值。
第三步，用元注解配置注解：
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Report {
int type() default 0;
String level() default "info";
String value() default "";
}其中，必须设置@Target和@Retention，@Retention一般设置为RUNTIME，因为我们自定义的注解通常要求在运行期读取。一般情况下，不必写@Inherited和@Repeatable。
小结
Java使用@interface定义注解：
可定义多个参数和默认值，核心参数使用value名称；
必须设置@Target来指定Annotation可以应用的范围；
应当设置@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)便于运行期读取该Annotation。
处理注解
可以在运行期通过反射读取RUNTIME类型的注解，注意千万不要漏写@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)，否则运行期无法读取到该注解。
可以通过程序处理注解来实现相应的功能：
- 对JavaBean的属性值按规则进行检查；
- JUnit会自动运行
@Test标记的测试方法。
注解如何使用，完全由程序自己决定。例如，JUnit是一个测试框架，它会自动运行所有标记为@Test的方法。
我们来看一个@Range注解，我们希望用它来定义一个String字段的规则：字段长度满足@Range的参数定义：
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.FIELD)
public @interface Range {
int min() default 0;
int max() default 255;
}在某个JavaBean中，我们可以使用该注解：
public class Person {
@Range(min=1, max=20)
public String name;
@Range(max=10)
public String city;
}但是，定义了注解，本身对程序逻辑没有任何影响。我们必须自己编写代码来使用注解。这里，我们编写一个Person实例的检查方法，它可以检查Person实例的String字段长度是否满足@Range的定义：
void check(Person person) throws IllegalArgumentException, ReflectiveOperationException {
// 遍历所有Field:
for (Field field : person.getClass().getFields()) {
// 获取Field定义的@Range:
Range range = field.getAnnotation(Range.class);
// 如果@Range存在:
if (range != null) {
// 获取Field的值:
Object value = field.get(person);
// 如果值是String:
if (value instanceof String) {
String s = (String) value;
// 判断值是否满足@Range的min/max:
if (s.length() < range.min() || s.length() > range.max()) {
throw new IllegalArgumentException("Invalid field: " + field.getName());
}
}
}
}
}这样一来，我们通过@Range注解，配合check()方法，就可以完成Person实例的检查。注意检查逻辑完全是我们自己编写的，JVM不会自动给注解添加任何额外的逻辑。
泛型
泛型是一种“代码模板”，可以用一套代码套用各种类型。
什么是泛型
在讲解什么是泛型之前，我们先观察Java标准库提供的ArrayList，它可以看作“可变长度”的数组，因为用起来比数组更方便。
实际上ArrayList内部就是一个Object[]数组，配合存储一个当前分配的长度，就可以充当“可变数组”：
public class ArrayList {
private Object[] array;
private int size;
public void add(Object e) {...}
public void remove(int index) {...}
public Object get(int index) {...}
}如果用上述ArrayList存储String类型，会有这么几个缺点：
- 需要强制转型；
- 不方便，易出错。
例如，代码必须这么写：
ArrayList list = new ArrayList();
list.add("Hello");
// 获取到Object，必须强制转型为String:
String first = (String) list.get(0);很容易出现ClassCastException，因为容易“误转型”：
list.add(new Integer(123));
// ERROR: ClassCastException:
String second = (String) list.get(1);要解决上述问题，我们可以为String单独编写一种ArrayList：
public class StringArrayList {
private String[] array;
private int size;
public void add(String e) {...}
public void remove(int index) {...}
public String get(int index) {...}
}这样一来，存入的必须是String，取出的也一定是String，不需要强制转型，因为编译器会强制检查放入的类型：
StringArrayList list = new StringArrayList();
list.add("Hello");
String first = list.get(0);
// 编译错误: 不允许放入非String类型:
list.add(new Integer(123));问题暂时解决。
然而，新的问题是，如果要存储Integer，还需要为Integer单独编写一种ArrayList：
public class IntegerArrayList {
private Integer[] array;
private int size;
public void add(Integer e) {...}
public void remove(int index) {...}
public Integer get(int index) {...}
}实际上，还需要为其他所有class单独编写一种ArrayList：
- LongArrayList
- DoubleArrayList
- PersonArrayList
- ...
这是不可能的，JDK的class就有上千个，而且它还不知道其他人编写的class。
为了解决新的问题，我们必须把ArrayList变成一种模板：ArrayList，代码如下：
public class ArrayList {
private T[] array;
private int size;
public void add(T e) {...}
public void remove(int index) {...}
public T get(int index) {...}
} T可以是任何class。这样一来，我们就实现了：编写一次模版，可以创建任意类型的ArrayList：
// 创建可以存储String的ArrayList:
ArrayList strList = new ArrayList();
// 创建可以存储Float的ArrayList:
ArrayList floatList = new ArrayList();
// 创建可以存储Person的ArrayList:
ArrayList personList = new ArrayList(); 因此，泛型就是定义一种模板，例如ArrayList，然后在代码中为用到的类创建对应的ArrayList<类型>：
ArrayList strList = new ArrayList(); 由编译器针对类型作检查：
strList.add("hello"); // OK
String s = strList.get(0); // OK
strList.add(new Integer(123)); // compile error!
Integer n = strList.get(0); // compile error!这样一来，既实现了编写一次，万能匹配，又通过编译器保证了类型安全：这就是泛型。
向上转型
在Java标准库中的ArrayList实现了List接口，它可以向上转型为List：
public class ArrayList implements List {
...
}
List list = new ArrayList(); 即类型ArrayList可以向上转型为List。
要_特别注意_：不能把ArrayList向上转型为ArrayList或List。
这是为什么呢？假设ArrayList可以向上转型为ArrayList，观察一下代码：
// 创建ArrayList类型：
ArrayList integerList = new ArrayList();
// 添加一个Integer：
integerList.add(new Integer(123));
// “向上转型”为ArrayList：
ArrayList numberList = integerList;
// 添加一个Float，因为Float也是Number：
numberList.add(new Float(12.34));
// 从ArrayList获取索引为1的元素（即添加的Float）：
Integer n = integerList.get(1); // ClassCastException! 我们把一个ArrayList转型为ArrayList类型后，这个ArrayList就可以接受Float类型，因为Float是Number的子类。但是，ArrayList实际上和ArrayList是同一个对象，也就是ArrayList类型，它不可能接受Float类型， 所以在获取Integer的时候将产生ClassCastException。
实际上，编译器为了避免这种错误，根本就不允许把ArrayList转型为ArrayList。
ArrayList
小结
泛型就是编写模板代码来适应任意类型；
泛型的好处是使用时不必对类型进行强制转换，它通过编译器对类型进行检查；
注意泛型的继承关系：可以把ArrayList向上转型为List（T不能变！），但不能把ArrayList向上转型为ArrayList（T不能变成父类）。
使用泛型
使用ArrayList时，如果不定义泛型类型时，泛型类型实际上就是Object：
// 编译器警告:
List list = new ArrayList();
list.add("Hello");
list.add("World");
String first = (String) list.get(0);
String second = (String) list.get(1);此时，只能把Object使用，没有发挥泛型的优势。
当我们定义泛型类型List的泛型接口变为强类型List：
// 无编译器警告:
List list = new ArrayList();
list.add("Hello");
list.add("World");
// 无强制转型:
String first = list.get(0);
String second = list.get(1); 当我们定义泛型类型List的泛型接口变为强类型List：
List list = new ArrayList();
list.add(new Integer(123));
list.add(new Double(12.34));
Number first = list.get(0);
Number second = list.get(1); 编译器如果能自动推断出泛型类型，就可以省略后面的泛型类型。例如，对于下面的代码：
List list = new ArrayList(); 编译器看到泛型类型List就可以自动推断出后面的ArrayList的泛型类型必须是ArrayList，因此，可以把代码简写为：
// 可以省略后面的Number，编译器可以自动推断泛型类型：
List list = new ArrayList<>(); 泛型接口
除了ArrayList使用了泛型，还可以在接口中使用泛型。例如，Arrays.sort(Object[])可以对任意数组进行排序，但待排序的元素必须实现Comparable这个泛型接口：
public interface Comparable {
/**
* 返回负数: 当前实例比参数o小
* 返回0: 当前实例与参数o相等
* 返回正数: 当前实例比参数o大
*/
int compareTo(T o);
} 小结
使用泛型时，把泛型参数ArrayList，ArrayList等；
可以省略编译器能自动推断出的类型，例如：List；
不指定泛型参数类型时，编译器会给出警告，且只能将Object类型；
可以在接口中定义泛型类型，实现此接口的类必须实现正确的泛型类型。
编写泛型
编写泛型类比普通类要复杂。通常来说，泛型类一般用在集合类中，例如ArrayList，我们很少需要编写泛型类。
如果我们确实需要编写一个泛型类，那么，应该如何编写它？
可以按照以下步骤来编写一个泛型类。
首先，按照某种类型，例如：String，来编写类：
public class Pair {
private String first;
private String last;
public Pair(String first, String last) {
this.first = first;
this.last = last;
}
public String getFirst() {
return first;
}
public String getLast() {
return last;
}
}最后，把特定类型String替换为T，并申明
public class Pair {
private T first;
private T last;
public Pair(T first, T last) {
this.first = first;
this.last = last;
}
public T getFirst() {
return first;
}
public T getLast() {
return last;
}
} 熟练后即可直接从T开始编写。
静态方法
编写泛型类时，要特别注意，泛型类型
多个泛型类型
泛型还可以定义多种类型。例如，我们希望Pair不总是存储两个类型一样的对象，就可以使用类型
public class Pair {
private T first;
private K last;
public Pair(T first, K last) {
this.first = first;
this.last = last;
}
public T getFirst() { ... }
public K getLast() { ... }
} 使用的时候，需要指出两种类型：
Pair p = new Pair<>("test", 123); Java标准库的Map就是使用两种泛型类型的例子。它对Key使用一种类型，对Value使用另一种类型。
小结
编写泛型时，需要定义泛型类型
静态方法不能引用泛型类型
泛型可以同时定义多种类型，例如Map。
擦拭法
Java的泛型是由编译器在编译时实行的，编译器内部永远把所有类型T视为Object处理，但是，在需要转型的时候，编译器会根据T的类型自动为我们实行安全地强制转型。
了解了Java泛型的实现方式——擦拭法，我们就知道了Java泛型的局限：
局限一：int，因为实际类型是Object，Object类型无法持有基本类型：
Pair p = new Pair<>(1, 2); // compile error! 局限二：无法取得带泛型的Class。
小结
Java的泛型是采用擦拭法实现的；
擦拭法决定了泛型
- 不能是基本类型，例如：
int； - 不能获取带泛型类型的
Class，例如：Pair；.class - 不能判断带泛型类型的类型，例如：
x instanceof Pair； - 不能实例化
T类型，例如：new T()。
泛型方法要防止重复定义方法，例如：public boolean equals(T obj)；
子类可以获取父类的泛型类型
集合
集合类型是Java标准库中被使用最多的类型。
集合简介
什么是集合（Collection）？集合就是“由若干个确定的元素所构成的整体”。例如，5只小兔构成的集合。
在数学中，我们经常遇到集合的概念。例如：
有限集合：
- 一个班所有的同学构成的集合；
- 一个网站所有的商品构成的集合；
- ...
无限集合：
- 全体自然数集合：1，2，3，……
- 有理数集合；
- 实数集合；
- ...
为什么要在计算机中引入集合呢？这是为了便于处理一组类似的数据，例如：
- 计算所有同学的总成绩和平均成绩；
- 列举所有的商品名称和价格；
- ……
在Java中，如果一个Java对象可以在内部持有若干其他Java对象，并对外提供访问接口，我们把这种Java对象称为集合。很显然，Java的数组可以看作是一种集合：
String[] ss = new String[10]; // 可以持有10个String对象
ss[0] = "Hello"; // 可以放入String对象
String first = ss[0]; // 可以获取String对象既然Java提供了数组这种数据类型，可以充当集合，那么，我们为什么还需要其他集合类？这是因为数组有如下限制：
- 数组初始化后大小不可变；
- 数组只能按索引顺序存取。
因此，我们需要各种不同类型的集合类来处理不同的数据，例如：
- 可变大小的顺序链表；
- 保证无重复元素的集合；
- ...
Collection
Java标准库自带的java.util包提供了集合类：Collection，它是除Map外所有其他集合类的根接口。Java的java.util包主要提供了以下三种类型的集合：
List：一种有序列表的集合，例如，按索引排列的Student的List；Set：一种保证没有重复元素的集合，例如，所有无重复名称的Student的Set；Map：一种通过键值（key-value）查找的映射表集合，例如，根据Student的name查找对应Student的Map。
Java集合的设计有几个特点：一是实现了接口和实现类相分离，例如，有序表的接口是List，具体的实现类有ArrayList，LinkedList等，二是支持泛型，我们可以限制在一个集合中只能放入同一种数据类型的元素，例如：
List list = new ArrayList<>(); // 只能放入String类型 最后，Java访问集合总是通过统一的方式——迭代器（Iterator）来实现，它最明显的好处在于无需知道集合内部元素是按什么方式存储的。
由于Java的集合设计非常久远，中间经历过大规模改进，我们要注意到有一小部分集合类是遗留类，不应该继续使用：
Hashtable：一种线程安全的Map实现；Vector：一种线程安全的List实现；Stack：基于Vector实现的LIFO的栈。
还有一小部分接口是遗留接口，也不应该继续使用：
Enumeration：已被Iterator取代。
小结
Java的集合类定义在java.util包中，支持泛型，主要提供了3种集合类，包括List，Set和Map。Java集合使用统一的Iterator遍历，尽量不要使用遗留接口。
使用List
在集合类中，List是最基础的一种集合：它是一种有序列表。
List的行为和数组几乎完全相同：List内部按照放入元素的先后顺序存放，每个元素都可以通过索引确定自己的位置，List的索引和数组一样，从0开始。
数组和List类似，也是有序结构，如果我们使用数组，在添加和删除元素的时候，会非常不方便。例如，从一个已有的数组{'A', 'B', 'C', 'D', 'E'}中删除索引为2的元素：
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ A │ B │ C │ D │ E │ │
└───┴───┴───┴───┴───┴───┘
│ │
┌───┘ │
│ ┌───┘
│ │
▼ ▼
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ A │ B │ D │ E │ │ │
└───┴───┴───┴───┴───┴───┘这个“删除”操作实际上是把'C'后面的元素依次往前挪一个位置，而“添加”操作实际上是把指定位置以后的元素都依次向后挪一个位置，腾出来的位置给新加的元素。这两种操作，用数组实现非常麻烦。
因此，在实际应用中，需要增删元素的有序列表，我们使用最多的是ArrayList。实际上，ArrayList在内部使用了数组来存储所有元素。例如，一个ArrayList拥有5个元素，实际数组大小为6（即有一个空位）：
size=5
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ A │ B │ C │ D │ E │ │
└───┴───┴───┴───┴───┴───┘当添加一个元素并指定索引到ArrayList时，ArrayList自动移动需要移动的元素：
size=5
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ A │ B │ │ C │ D │ E │
└───┴───┴───┴───┴───┴───┘然后，往内部指定索引的数组位置添加一个元素，然后把size加1：
size=6
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ A │ B │ F │ C │ D │ E │
└───┴───┴───┴───┴───┴───┘继续添加元素，但是数组已满，没有空闲位置的时候，ArrayList先创建一个更大的新数组，然后把旧数组的所有元素复制到新数组，紧接着用新数组取代旧数组：
size=6
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ A │ B │ F │ C │ D │ E │ │ │ │ │ │ │
└───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┘现在，新数组就有了空位，可以继续添加一个元素到数组末尾，同时size加1：
size=7
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ A │ B │ F │ C │ D │ E │ G │ │ │ │ │ │
└───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┘可见，ArrayList把添加和删除的操作封装起来，让我们操作List类似于操作数组，却不用关心内部元素如何移动。
我们考察List接口，可以看到几个主要的接口方法：
- 在末尾添加一个元素：
boolean add(E e) - 在指定索引添加一个元素：
boolean add(int index, E e) - 删除指定索引的元素：
int remove(int index) - 删除某个元素：
int remove(Object e) - 获取指定索引的元素：
E get(int index) - 获取链表大小（包含元素的个数）：
int size()
但是，实现List接口并非只能通过数组（即ArrayList的实现方式）来实现，另一种LinkedList通过“链表”也实现了List接口。在LinkedList中，它的内部每个元素都指向下一个元素：
┌───┬───┐ ┌───┬───┐ ┌───┬───┐ ┌───┬───┐
HEAD ──>│ A │ ●─┼──>│ B │ ●─┼──>│ C │ ●─┼──>│ D │ │
└───┴───┘ └───┴───┘ └───┴───┘ └───┴───┘通常情况下，我们总是优先使用ArrayList。