廖雪峰java基础课程笔记

廖雪峰java基础课程笔记_第1张图片
JAVA.jpg

代码地址:https://github.com/jiaoqiyuan/liaoxuefeng_javase
代码基于 JDK8 编写。
笔记配合代码一起看,实际运行一下效果会更好。

java面向对象编程

数据封装

构造方法

  • 实例创建时调用构造方法
  • 构造方法用于初始化实例
  • 没有定义构造方法时,编译器会自动创建默认构造方法
  • 可以定义多个构造方法,编译器自动根据参数判断

方法重载

  • 重载方法应该完成相同的功能,参考String的indexOf()
  • 重载方法主要依靠参数类型和树龄区分
  • 不要去交换参数顺序
  • 重载方法返回值类型应该相同

继承和多态

继承

  • 继承是面向对象变成的一种代码复用方式
  • java只允许单继承
  • protected允许子类访问弗雷的字段和方法
  • 子类构造方法可以通过super()调用父类的构造方法
  • 可以安全地向上转型为更抽象的类型
  • 可以强制向下转型,最好借助instanceof判断
  • 子类和父类的关系时is, has关系不能用继承

多态

  • 子类可以覆写父类的方法(override)
  • 覆写在子类中改变了父类方法的行为
  • 多态:java的方法调用总是作用于对象的世纪类型
  • final修饰的方法可以阻止被覆写
  • final修饰的class可以阻止被继承
  • final修饰的field必须在创建对象时初始化

抽象类和接口

抽象方法

  • 抽象方法定义了子类必须实现的接口规范
  • 定义了抽象方法的类就是抽象类
  • 从抽象类继承的子类必须实现抽象方法
  • 如果不实现抽象方法,则该子类仍是一个抽象类
  • 抽象方法不能实例化(My add)

接口

  • 如果一个抽象类没有字段,所有方法都是抽象方法,就可以吧该抽象类改为接口(interface)
  • 接口定义的方法默认是public abstract(不需要写)
  • 一个类可以实现多个interface
abstra class interface
继承 只能extends一个clas 可以implements多个interface
字段 可以定义实例字段 不能定义实例字段
抽象方法 可以定义抽象方法 可以定义抽象方法
非抽象方法 可以定义非抽象方法 可以定义default方法
  • 一个interface可以继承自另一个interface

  • interface继承自interface使用extends

  • 接口继承接口相当于扩展了接口的方法

  • 接口类定义了纯抽象方法

  • 类可以实现多个接口

  • 接口也是数据类型,适用于向上转型和向下转型

  • 接口不能定义实例字段

  • 接口可以定义default方法(JDK >= 1.8)

包和classpath

静态字段和方法

用static修饰的字段为静态字段

  • 普通字段在每个实例中都有自己的一个独立空间
  • 静态字段只有一个共享空间,所有实例都共享该字段

用static修饰的方法成为静态方法

  • 调用实例方法必须通过实例变量
  • 调用静态方法不需要实例变量
  • 静态方法不能访问this变量(this变量是实例化后实例的别名,静态方法存在于实例化之前,所以不能使用this)
  • 静态方法不能访问实例字段(同样的道理)
  • 静态方法可以访问静态字段

静态方法通常用于工具类

  • Arrays.sort()
  • Math.random()

静态方法通常用于辅助方法

Java程序入口函数main()也是静态方法

  • 静态字段属于所有实例"共享"的字段,实际上是属于class的字段
  • 调用静态方法不需要实例,因此无法访问this(可能是相反的原因)
  • 静态方法可以访问静态字段和其他静态方法
  • 静态方法常用语工具类和辅助工具

作用域

  • 如果不确定是否需要public,就不声明public,即尽可能少地暴露对外方法,从private改为public很容易,但是从public改为private很容易出错。
  • 尽可能把局部变量的作用域缩小
  • 尽可能延后声明局部变量
  • final与访问权限不冲突
  • final修饰class可以阻止被继承
  • final修饰方法阻止被覆写
  • final修饰field可以阻止被重新赋值
  • final修饰局部变量可以阻止被重新赋值

  • java内建访问权限有public、protected、private和package
  • java在方法内部定义的变量是局部变量
  • 局部变量作用域从声明开始到块结束
  • final修饰符不是访问权限,可以同访问权限一起使用
  • 一个java文件只能包含一个public class, 但是可以包含多个非public class

classpath & jar

  • classpath是一个环境变量
  • classpath指示JVM如何搜索class
  • classpath设置的搜索路径与操作系统相关

classpath设定方法:

  • 直接在系统环境中设置classpath环境变量(不推荐)
  • 在启动JVM时设置classpath变量(推荐)
    1. java -classpath /usr/share com.feiyangedu.Hello
    2. java -cp /usr/share com.feiyangedu.Hello
  • 没有设置环境变量也没有指定-cp参数时,默认classpath为.,即当前目录
  • eclipse中运行java程序默认传入的cp参数是当前工程的bin目录和引入的jar

jar包

  • jar包相当于目录
  • 包含若干class文件
  • 使用jar包可以避免大量的目录和class文件
  • META-INF/MANIFEST.MF可以提供jar包信息,如Main-Class
  • 不需要在classpath中引入包含java核心类的rt.jar

java核心类

字符串和编码

String特点:

  • 内容不可变
  • 可以直接使用"……"
  • equals(Object)
  • boolean contains(CharSequence)
  • trim(),移除首位空字符(空格、\t、\r、\n),trim不改变字符串的内容,而是返回新的字符串
  • subString()

  • 字符串操作不改变原来字符串内容,而是返回新的字符串
  • 常用字符串操作:提取字串、查找、替换、大小写转换等
  • 字符串和byte[]转换时需要注意编码,建议使用UTF-8编码

StringBuilder

  • StringBuilder可以高效拼接字符串
  • StringBuilder是可变对象,会预先分配缓冲区。
  • 可以进行链式操作,实现链式操作的关键是返回实例本身。

StringBuffer

  • StringBuffer是StringBuilder的线程安全版本,接口与StringBuilder完全相同
  • 没有必要使用StringBuffer

包装类型

java数据类型:

  • 基本类型:int,boolean, float……
  • 引用类型:所有class类型

基本类型不可以当作一个对象,要想以对象访问,就需要包装类型
JDK为每种类型都创建类对应的包装类型

基本类型 对应的引用类型
boolean Boolean
byte Byte
short Short
int Integer
long Long
float Float
double Double
char Character

例如:

Integer n = new Integer(99);
int i = n.intValue();
int i = 100;

Integer n1 = new Integer(i);
Integer n2 = Integer.valueOf(i);
Integer n3 = Integer.valueOf("100");

int x1 = n1.intValue();
int x2 = Integer.parseInt("100");
String s = n1.toString();

//注意这个getInteger,并不是从字符串中获取整数,而是从系统环境变量中获取相应的值
Integer prop = Integer.getInteger("cpus");

  • 编译器可以自动在int和Integer之间转型:
    • 自动装箱(auto boxing):int -> Integer
    • 自动拆箱(auto unboxing):Integer -> int
  • 自动装箱和自动拆箱只发生在编译阶段
  • 装箱和拆箱会影响执行效率
  • 编译后的class代码是严格区分基本类型和引用类型的
  • Integer -> int 执行时可能会报错(如果实例对象为null,则拆箱失败:NullPointException)
  • java包装类型定义了一些有用的静态变量
  • java包装类型全部继承自Number这个类

  • JDK的包装类型可以把基本类型包装成class
  • 自动装箱和拆箱是编译器完成的(JDK >= 1.5)
  • 装箱和拆箱会影响执行效率
  • 注意拆箱可能发生NullPointException

JavaBean

  • JavaBean是一种符合命名规范的class
  • JavaBean通过getter/setter来定义属性
  • 属性是一种通用的叫法,并非Java语法规定
  • 可以利用IDE快速生成getter和setter
  • 使用Introspector.getBeanInfo获取属性列表

枚举类

  • enum可以定义常亮类型,它被编译器编译为:final class Xxx extends Enum {...}
  • name()获取常量定义的字符串,注意不要使用toString()(toString方法可能被覆写)
  • ordinal()返回常量定义的顺序(无实质意义)
  • 可以为enum类编写构造方法、字段和方法
  • 构造方法声明为private(不声明也可以JDK10)

常用工具类

Math

Math提供了数学计算的静态方法
  • abs / min / max

  • pow / sqrt / exp / log / log10

  • sin / cos / tan / asin / acos ...

  • 常量

    • PI = 3.14159...
    • E = 2.71828...
  • Math.random()方法生成一个随机数:

    • 0 <= Math.random() < 1
    • 可用于生成某个区间的随机数
long MIN = 1000;
long MAX = 9000;
double x2 = Math.random() * (MAX - MIN) + MIN;
double r = (long) x2;

Random

Random用来创建伪随机数
  • nextInt / nextLong / nextFloat...
  • nextInt(N)生成不大于N的随机数
  • 什么是伪随机数?
    • 给定种子后伪随机数算法会生成完全相同的序列
    • 不给定种子时Random使用系统当前时间戳作为种子

SecureRandom

SecureRandom用于创建安全的随机数,缺点是比较慢

BigInteger

BigInteger用任意多个int[]来表示非常大的整数。

BigDecimnal

BigDecimal表示任意精度的浮点数。
BigInteger和BigDecimnal多用于财务计算中。

Java异常处理

错误处理

Java的异常

  • 计算机运行过程中错误是不可避免的

Java异常体系:

  • Java规定必须捕获的异常是Exception及其子类,但不包括RuntimeException及其子类
  • Java使用异常来表示错误,通过try{...} catch {...}捕获异常
  • Java的异常是class,并且从Throwable集成
  • 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(CheckedException)需要强制捕获,或者用throws声明。

断言和日志

断言

  • 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动断言
  • 对可恢复的错误不能使用断言,而应该抛出异常
  • 断言很好被使用,更好的方法是编写单元测试。

Logging

  • 日志是为了替代System.out.println(),可以定义格式,重定向到文件。
  • 日志可以存档,便于问题追踪
  • 日志可以按级别分类,便于打开和关闭某些级别
  • 可以根据配置文件调整日志,无需修改代码
  • JDK提供了Logging:java.util.logging

Commons Logging

  • Commons Logging定义了6个日志级别:

    • FATAL
    • ERROR
    • WARNING
    • INFO <---------------默认级别
    • DEBUG
    • TRACE
  • Commons Logging 是使用最广泛的日志模块

  • Commons Logging 的API非常简单

  • Commons Logging 可以自动使用其他日志模块

Log4j

  • 目前最流行的日志框架:
    • 1.x: Log4j
    • 2.x: Log4j2
  • 始终使用Commons Logging接口来写入日志
  • 开发阶段无需引入Log4j
  • 使用Log4j只需要把正确的配置文件和相关的jar包放入classpath
  • 使用配置文件可以灵活修改日志,无需修改代码
  • 如果要更换Log4j,只需要移除log4j.xml和相关jar包
  • 只有扩展log4j时,才需要引入Log4j的接口

Java反射与泛型

反射

Class类

  • JVM为每个class创建对应的Class实例来保存class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控制加载class

访问字段

  • Field字段封装了字段的所有信息
  • 通过Class实例的方法可以获取Filed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: get(Object name) / set(Object instance, Object fieldValue)
  • 通过设置setAccessible(true)来访问非public字段,但是注意:setAccessible(true)可能会失败,如果jvm定义来SecurityManager,并且SecurityManager的规则阻止对该Field设置accessible,就会导致失败

调用方法

  • 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 / getDeclaredMehtods
  • 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

调用构造方法

  • Constructor对象封装来构造函数的所有信息
  • 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

获取继承关系

  • 通过Class对象获取继承关系:
    • getSuperclass()
    • getInterfaces()
  • 通过Class对象的isAssignableFrom()方法可以判断一个向上转型是否正确。

泛型

什么是泛型

  • 泛型就是编写模板代码来适应任意类型
  • 不必对类型进行强制转换
  • 编译器将对类型进行检查
  • 注意泛型的继承关系:
    • 可以把ArrayList向上转型为list(T不能变)
    • 不能把ArrayList向上转型为ArrayList

使用泛型

  • 使用泛型时,把泛型参数替换为需要的class类型:List list = new ArrayList()
  • 可以省略编译器能自动推断出的类型:List list = new ArrayList<>()
  • 不指定泛型参数类型时,编译器会给出警告,且只能将视为Object类型

编写泛型

  • 编写泛型事,需要定义泛型类型
public class Pair {...}
  • 静态方法不能引用泛型类型,必须定义其他类型来实现“泛型”
public static  Pair create(K first, K last) {...}
  • 泛型可以同事定义多种类型
public class Pair {...}

擦拭法

  • Java的范型采用擦拭法实现
  • 擦拭法决定来范型:
    • 不能是基本类型,例如int
    • 不能获取带范型类型的Class,如:Pair.class
    • 不能判断带范型类型的类型, 如:x instanceof Pair
    • 不能实例化T类型,如:new T()
    • 范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范型类型

Java类型与反射

  • 部分反射API是范型:
    • Class
    • Constructor
  • 可以声明带泛型的数组,但是不能直接创建带泛型的数组,必须潜质转型
  • 可以通过Array.newInstance(Class, int)创建T[]数组,需要强制转型

Java集合

Java集合简介

Java集合简介

  • java集合定义在java.util包中
  • 常用的集合类包括List、Set、Map等
  • Java集合使用统一的Iterator遍历集合
  • 尽量不要使用遗留接口

List

使用List

  • ArrayList VS LinkedList:
ArrayList LinkedList
获取指定元素 速度很快 需要从头开始查找元素
添加删除元素 速度很快 速度很快
在指定位置添加/删除 需要移动元素 不需要移动元素
内存占用 较大

list的特点

  • 按照索引顺序访问的长度可变的链表
  • 优先使用ArrayList而不是LinkedList
  • 可以直接使用for……each遍历
  • 可以和Array相互转换

编写equals方法

如果在List中查找元素:

  • List的实现类通过元素的equals方法比较两个元素
  • 放入的元素必须正确覆写equlals方法, JDK提供类的String,Integer等已经覆写类eauqls方法
  • 编写equals方法可借助Object.equals()判断

如果不在List中查找元素:

  • 不必覆写equals方法

Map

使用Map集合

  • Map是一种映射表,可以通过Key快速查找Value
  • 可以通过for……each遍历KeySet()
  • 可以通过for……each遍历entryset()
  • 需要对Key排序时使用TreeMap
  • 通常使用HashMap

编写eauals和hashCode方法

  • 作为Key的对象必须正确覆写equals和hashCode
  • 一个类如果覆写类equals,就必须覆写hashCode
  • hashCode可以通过Objects.hashCode()辅助实现

Set集合

使用Set

  • Set用于存储不重复的元素集合
  • 放入set的元素与作为Map的Key的要求相同,正确实现equals方法和hashCode方法。
  • 利用set可以取出重复元素
  • 遍历SortedSet按照元素的排序顺序遍历,也可以自定义排序算法。

Queue

使用Queue

  • Queue是一个先进先出的队列
  • LinkedList实现了Queue接口
  • 获取队列长度:size()
  • 添加元素到队列:boolean add(E e) / boolean offer(E e)
  • 获取队列头部元素病删除: E remove() / E poll()
  • 获取队列头部元素但不删除:E element() / E peek()
    操作队列时都提供了两种方法的原因是,获取失败时:
throw Exception 返回false或null
添加元素到队列 add(E e) boolean offer(E e)
取队首元素并删除 E remove() E poll()
取队首元素但不删除 E element() E peek()

-避免把null添加到队列

使用PriorityQueue

  • PriorityQueue的出队顺序与元素的优先级相关:remove()/poll()总是取优先级最高的元素
  • PriorityQueue具有Queue的接口:操作与Queue相同(参考上面的使用Queue
  • PriorityQueue实现一个优先队列
  • 从队首后去元素时,总是获取优先级最高的元素
  • 默认按元素比较的顺序排序(必须实现Comparable接口)
  • 可以通过Comparator自定义排序算法(不必实现Comparable接口)

使用Deque

  • Deque实现了一个双端队列(Double Ended Queue):既可以添加到队尾,也可以添加到队首;既可以从队首获取,又可以从队尾获取
Queue Deque
添加元素到队尾 add(E e)/offer(E e) addLast(E e)/offerLast(E e)
取队首元素并删除 E remove()/E poll() E removeFirst()/E pollFirst()
取队首元素但不删除 E element()/E peek() E getFirst()/E peekFirst()

Deque特有方法:

Queue
添加元素到队首 addFirst(E e)/offerFirst(E e)
取队尾元素并删除 E removeLast()/E pollLast()
取队尾元素但不删除 E getLast()/E peekLast()

Stack

使用Stack

  • 栈是一种后进先出的数据结构。
  • 使用Deque实现Stack的功能
  • 操作栈的元素的方法:
    • push(E e):压栈
    • pop():出栈
    • peek():取出栈顶元素但不出栈
  • Java使用Deque实现栈的功能,注意只调用push/pop/peek,避免使用Deque的其他方法
  • 不要使用遗留类Stack

最佳实践

Iterator迭代模式

  • Java的集合类可以实现for……each循环:List、Set、Queue、Deque。
  • 如何让自己编写的集合类使用for……each循环:
    • 实现Iterable接口
    • 返回Iterator对象
    • 用Iterator对象迭代
  • 使用Iterator的好处:
    • 对任何集合都采用同一种访问模型
    • 调用者对集合内部结构一无所知
    • 集合返回的Iterator对象知道如何迭代
    • Iterator是一种抽象的数据访问模型

使用Collections

  • Collections是JDK提供的工具类:
    • 创建空集合

      • List emptyList()
      • Map(K, V) emptyMap()
      • Set emptySet()
    • 对List排序(必须传入可变List)

      • void sort(List list)
      • void sort(List list, Comparator c)
    • 随机重置List元素

      • void shuffle(List list)
    • 创建单元素集合

      • Set singleton(T o)
      • List singletonList(T o)
      • Map singletonMap(K key, V value)
    • 创建不可变集合

      • List unmodifiableList(List list)
      • Set unmodifiableSet(Set set)
      • Map unmodifiableMap(Map m)
    • 排序/洗牌

    • ……

Java IO编程

IO基础

IO简介

  • IO指输入输出:
    • 输入是指从外部读数据到内存,例如,读文件,从网络读取数据等。
    • 输出是把数据从内存输出到外部,比如写文件,输出到网络
  • IO流是一种顺序读写数据的模式
    • 单向流动
    • 以byte为最小单位(字节流)
  • 如果字符不是单字节表示的ASCII:
    • Java提供了Reader/Writer表示字符流
    • 字符流传输的最小数据单位是char
    • 字符流输出的byte取决于编码方式
    • Reader/Writer本质上是一个能自动编解码的InputStream/OutputStream
  • 同步IO
    • 读写IO时代码等待数据返回后才继续执行后续的代码
    • 代码编写简单,CPU执行效率地
  • 异步IO
    • 读写IO时仅发出请求,然后立刻执行后续代码
    • 代码编写复杂,CPU执行效率高
  • JDK提供的java.io是同步IO
  • JDK提供的java.nio是异步IO
抽象类 InputStream OutputStream Reader Writer
实现类 FileInputStream FileOutputStream FileReader FileWriter
  • Java的IO流的接口和实现是分离的:
    • 字节流接口:InputStream / OutputStream
    • 字符流接口:Reader/ Writer

File对象

  • java.io.File表示文件系统一个文件或者目录
  • 创建File对象本身不涉及IO操作
  • 获取路径/绝对路径/规范路径:getPath() / getAbsolutePath() / getCanonicalPath()
  • 可以获取目录的文件和子目录
  • 通过File对象可以创建或删除文件和目录

InputStream

  • java.io.InputStream是所有输入流的超类
    • abstract int read():读取下一个字节,并返回字节(0-255),如果读到末尾,返回-1
    • int read(byte[] b):读取若干字节病填充到byte[]数组,返回读取的字节数
    • int read(byte[] , int off, int len):指定byte[]数组的偏移量和最大填充数
    • void close():关闭输入流
  • InputStream定义了所有输入流的超类
  • FileInputStream实现了文件流输入
  • ByteArrayInputStream在内存中模拟一个字节流输入
  • 使用try(resource)保证InputStream正确关闭

OutputStream

  • java.io.OutputStream是所有输出流的超类
    • abstract write(int b):吸入一个字节
    • void write(byte[] b):写入byte[]数组的所有字节
    • void write(byte[] b, int off, int len):写入byte[]数组指定范围的字节
    • void close():关闭输出流
    • void flush():将缓冲区内容输出(像磁盘网络设备并不是输出一个字节就立即写入,而是先把输出的字节放到内存的缓冲区中,等待缓冲区满后再一次性写入设备)
  • OutputStream定义了所有输出流的超类
  • FileOutputStream实现了文件流输出
  • ByteArrayOutputStream在内存中模拟一个字节流输出
  • 使用try(resource)保证OutputStream正确关闭

Filter模式

  • JDK提供的InputStream包括:
    • FileOutputStream:从文件中读取数据
    • ServletInputStream:从HTTP请求读取数据
    • Socket.getInputStream:从TCP连接读取数据
    • ……
  • Java IO使用Filter模式为InputStream和OutputStream增加功能
  • 可以把一个InputStream和任意FilterInputStream组合
  • 可以把一个OutputStream和任意的FilterOutputStream组合
  • Filter模式可以在运行期间动态增加功能(又称Decorator模式)

操作Zip

  • ZipInputStream是一种FilterInputStream:
    • JarInputStream --> ZipInputStream --> InflaterInputStream --> FilterInputStream --> InputStream
    • 可以直接读取Zip的内容
  • ZipOutputStream是一种OutputStream:可以直接写入Zip文件内容
  • ZipInputStream和ZipOutputStream都是FilterInputStream和FilterOutputStream
  • 配合FileInputStream和FileOutputStream就可以读写Zip文件

classpath资源

  • Java存放.class或jar包的目录也可以包含任意其他类型的文件
  • 从classpath读取文件可以避免不同环境下文件路径不一致的问题
  • 把资源存储在classpath中可以避免文件路径依赖
  • Class对象的GetResourceAsStream()可以从classpath读取资源
  • 需要检查返回的InputStream是否为null

序列化

  • 序列化是指把一个java对象边城二进制内容(byte[])
    • 序列化后可以把byte[]保存到文件中
    • 序列化后可以把byte[]通过网络传输
  • 一个Java要能序列化,必须实现Serializable接口:
    • Serializable接口没有定义任何方法
    • 空接口被称为“标记接口”(Marker Interface)
  • 反序列化是指一个二进制内容(byte[])变成Java对象
    • 反序列化后可以从文件读取byte[]并变为Java对象
    • 反序列化后可以从网络读取byte[]并变为Java对象
    • 反序列化时不调用构造方法
  • 可设置serialVersionUID作为版本号(非必须)
  • Java序列化机制仅适用于Java,如果需要与其他语言交换数据,必须使用通用的序列化方法,比如JSON

Reader

java.io.Reader和java.io.InputStream的区别:

InputStream Reader
字节流,以byte为单位 字符流,以char为单位
读取字节(-1,0-255):int read() 读取字符(-1, 0-65535):int read()
读到字节数组:int read(byte[] b) 读到字符数组:int read(char[] c)
int read(byte[] b, int offset, int len) int read(char[] c, int offset, int len)
  • java.io.Reader是所有字符输入流的超类:
    • int read():读取一个字符,并返回字符(0-65535),如果已读到末尾,返回-1
    • int read(char[] c):读取若干字符并填充到char[]数组,返回读取的字符数
    • int read(char[] c, int off, int len):指定char[]数组的偏移量和最大填充数
    • void close():关闭Reader
  • Reader定义了所有字符输入流的超类
  • FileReader实现了文件字符流输入
  • CharArrayReader在内存中模拟一个字符流输入
  • Reader是给予InputStream构造的
  • FileReader使用系统默认编码,无法指定编码
  • 可以通过InputStreamReader指定编码
  • 使用try(resource)保证Reader正确关闭

Writer

java.io.Writer和java.io.OutputStream的区别:

OutputStream Writer
字节流,以byte为单位 字符流,以char为单位
写入字节(0-255):void write(int b) 写入字符(0-65535):int write()
写入字节数组:int write(byte[] b) 写入字符数组:int write(char[] c)
int write(byte[] b, int offset, int len) int write(char[] c, int offset, int len)
void write(String s)
  • java.io.Writer是所有字符输入流的超类:
    • int write(int c):写入一个字符(0-65535)
    • int write(char[] c):写入若干字符数组的所有字符
    • int write(char[] c, int off, int len):写入数组指定范围的字符
    • void write(String s):写入String表示的所有字符
  • FileWriter实现了文件字符流输出
  • CharArrayWriter在内存模拟一个字符流输出
  • Writer基于OutputStream构造
  • FileWriter使用系统默认编码,无法指定编码,可以通过OutputStreamWriter指定编码
  • 使用try(resource)保证Writer正确关闭

Java处理日期和时间

概念

概念

  • 理解日期、时间和时刻
  • 理解时区的概念
  • 理解夏令时,同一地区使用GMT/UTC和城市表示的时区可能导致时间不同
    • GTM-05:00
    • America/New_York
  • 理解locale用来针对当地用户习惯格式化日期、时间、数字、货币等。

java.util.Date

java.util.date的问题:

  • 不能转换时区
  • 日志和时间的加减不方便
  • 两个日期相差多少天不好计算
  • 计算某个月第一个星期一不方便
  • ……

总结

  • 理解epoch time
  • Java有两套日期和时间的API
    • java.util.Date/Calendar
    • java.time
  • 正确使用java.util.Date
    • Date和long的转换
    • Date和String的转换:SimpleDateFormat

Calendar

  • Calendar和Date、long可以相互转换
  • Calendar可以用set/get设置和获取指定字段
  • Calendar可以实现:
    • 设置特定的日期和时间
    • 设置时区并获得转换后的时间
    • 加减日期和时间
  • TimeZone表示时区,getAvailableDs()可以美剧所有有效的时区ID

java.time的API

LocalDateTime

  • LocalDateTime无法与long进行转换
    • 因为LocalDateTime没有时区,无法确定某一时刻
    • ZonedDateTime有时区,可以与Long进行转换
      LocalDate、LocalTime、LocalDateTime
  • 不变类
  • 默认按照ISO 8601标准格式化和解析
  • 使用DateTimeFormatter自定义格式化和解析
  • 使用plusDays()/minusHours()等方法对日期和时间进行加减,返回新对象
  • 使用withDayOfMonth()/with()等方法调整日期和时间,返回新对象
  • 使用isBefore()/isAfter()/equals()判断日期和时间的先后

ZonedDateTime

ZonedDateTime = LocalDateTime + Zoneld

  • ZonedDateTime:带时区的日期和时间
  • Zoneld:新的时区对象(取代旧的java.util.TimeZone)
  • Instant:时刻对象(epoch seconds)

Java处理日期和时间

最佳实践,java处理日期和时间

数据库 对应Java类(旧) 对应Java类(新)
DATETIME java.util.Date LocalDateTime
Date java.sql.Date LocalDate
TIME java.sql.Time LocalTime
TIMESTAMP java.sql.Timestamp LocalDateTime
  • 尽量使用java.time提供的API处理日期和时间
  • 存储到数据库:
    • 日期:LocalDate -> DATE
    • 时间:LocalTime -> TIME
    • 日期 + 时间: LocalDateTime -> DATETIME
    • 时刻:long -> BIGINT
  • 显示日期和时间:long -> String
  • 让JDK处理时区
  • 不要手动调整时差
String epochToString(long epoch, Local lo, String zoneId) {
    Instant ins = Instant.ofEpochMilli(epoch);
    DateTimeFormatter f = DateTimeFormatter.ofLocalizedDateTime(FormatStyle.MEDIUM, FormatStyle.SHORT);
    return f.withLocale(lo).format(ZonedDateTime.ofInstant(ins, ZoneId.of(zoneId)));
}

输入:
epoch = 1480468500000L
Locale.CHINA, "Asia/Shanghai"
Locale.US, "America/New_York"

输出:
2016-11-30 上午9:15
Nov 29, 2016 8:15 PM

JUnit单元测试

JUnit简介

JUnit Test

  • 什么是单元测试?

    • 单元测试是针对最小的功能单元编写测试代码
    • Java程序最小功能单元是方法
    • 单元测试就是针对单个Java方法的测试
  • 测试驱动开发(TDD):

    • 编写接口 -> 编写测试 -> 编写实现 <-N-> 运行测试 -Y-> 任务完成
  • 单元测试的好处

    • 确保单个方法运行正常
    • 如果修改了方法代码,只需要确保其对应的单元测试通过
    • 测试代码本身就可以作为示例代码
    • 可以自动化运行所有测试病获得测试报告
  • JUnit是一个开源的Java语言的单元测试框架

    • 专门针对Java语言设计,使用最广泛
    • JUnit是事实上的标准单元测试框架
    • JUnit使用断言(Assertion)测试期望结果
    • 可以方便地组织和运行测试
    • 可以方便地查看测试结果
    • 常用IDE都集成了JUnit
    • 可以方便地集成到Maven
  • JUnit设计:

    • TestCase: 一个TestCase便是一个测试
    • TestSuite: 一个TestSuite包含一组TestCase,表示一组测试
    • TestFixture: 一个TestFixture表示一个测试环境
    • TestResult: 用于收集测试结果
    • TestRunner: 用于运行测试
    • TestListener: 用于监听测试过程, 收集测试数据
    • Assert: 用于断言测试结果是否正确
  • JUnit目前的版本 3.x/4.x/5.x

版本 JUnit 3.x JUnit 4 JUnit 5
JDK JDK < 1.5 JDK >= 1.5 JDK >= 1.8
class class MyTest extends TestCase{} class MyTest{} class MyTest{}
method public testAbc(){} @Test public abc(){} @Test public abc(){}
  • 使用Assert断言:
    • 断言相等:assertEquals(100, x)
    • 断言数组相等:assertArrayEquals({1,2,3}, x)
    • 断言浮点数相等:assertEquals(4.2353, x, 0.0001)
    • 断言为null:assertNull(x)
    • 断言为true/false:assertTrue(x>0) assertFalse(x<0)
    • 其他:assertNotEquals/assertNotNull
  • 一个TestCase包含一组相关的测试方法
  • 使用Assert断言测试结果(注意指定浮点数assertEquals要指定delta)
  • 每个测试方法必须完全独立
  • 测试代码必须非常简单
  • 不能为测试代码再编写测试
  • 测试需要覆盖各种输入条件,特别是边界条件

使用JUnit

使用Before和After

  • 理解JUnit执行测试生命周期
  • @Before用于初始化测试对象,测试对象以实例变量存放
  • @After用于清理@Before创建的对象
  • @BeforeClass用于初始化耗时资源,以静态变量存放
  • @AfterClass用于清理@BeforeClass创建的资源

异常测试

  • 测试异常可以使用@Test(excepted = Exception.class)
  • 对可能发生的每种类型的异常进行测试

参数化测试

超时测试

  • @Test(timeout=1000)可以设置超时
  • timeout单位是毫秒
  • 超时测试不能取代性能测试和压力测试

Java正则表达式

正则表达式入门

正则表达式简介

  • 正则表达式是一个字符串
  • 正则表达式用字符串描述一个匹配规则
  • 使用正则表达式可以快速判断给定的字符串是否符合匹配规则
  • Java内建正则表达式引擎是java.util.regex

匹配规则

正则表达式匹配规则:

正则表达式 规则 可以匹配
A 指定字符 A
\u548c 指定Unicode字符
. 任意字符 a, b, &, 0
\d 0-9 0, 1, 2, ..., 9
\w a-z, A-Z, 0-9, _ a, A, 0, _, ...
\s 空格,Tab键 ' ', ' '
\D 非数字 a, A, &, _, ...
\W 非\w &, @, 中, ...
\S 非\s a, A, @, _, ...
AB* 匹配任意个数字符 A,AB, ABB, ABBB, ...
AB+ 至少一个字符 AB, ABB, ABBB, ...
AB? 0个或1个字符 A,AB
AB{3} 指定个数字符 ABBB
AB{1, 3} 指定范围个数字符 AB, ABB, ABBB
AB{2, } 至少n个字符 ABB, ABBB, ...
AB{0, 3} 最多n个字符 A, AB, ABB, ABBB

正则表达式进阶

复杂正则表达式

复杂规则:

正则表达式 规则 可以匹配
^ 开头 字符串开头
$ 结尾 字符串结束
[ABC] [...] 内任意字符 A, B, C
[A-F0-9xy] 指定范围的字符 A, ..., F, 0, ..., 9, x, y
[^A-F] 指定范围外的任意字符 非A, ..., F
AB|CD AB或CD AB, CD
AB|CD|EFG AB或CD或EFG AB, CD, EFG

分组匹配

  • 使用'()'可以分组匹配,比如"(\d{4})-(\d{1,2})-(\d{1,2})"
  • 反复使用一个正则表达式字符串匹配效率比较低,可以把正则表达式字符串编译为Pattern对象
  • 使用Matcher.group(n)可以快速提取子串
    • group(0)表示匹配整个字符串
    • group(1)表示匹配第一个字符串
    • group(2)表示匹配第二个字符串

非贪婪匹配

^(\d+)(0*)$

期望结果:

input \d+ 0*
123000 "123" "000"
10100 "101" "00"
1001 "1001" ""

实际结果:

input \d+ 0*
123000 "123000" ""
10100 "10100" ""
1001 "1001" ""

因为正则表达式默认使用贪婪匹配,会尽可能多地向后匹配,使用?实现费贪婪匹配,^(\d+?)(0*)$

^(\d+??)(9*)$ :第一个?表示匹配0个或1个9,第二个?表示费贪婪匹配,所以会尽可能少地匹配9。
如果待匹配字符串是'9999',则匹配0个9

搜索和替换

  • 使用正则表达式分割字符串:

      String[] String.split(String regex)
    
"a b c".split("\\s")    //{"a", "b", "c"}
"a b  c".split("\\s")    //{"a", "b", "", "c"}
"a b  c".split("\\s+")    //{"a", "b", "c"}
"a, b ;; c".split("[\\,\\;\\s]+")    //{"a", "b", "c"}
  • 使用正则表达式搜索字符串:

      Matcher.find()
    
  • 使用正则表达式替换字符串
    String.replaceAll()

Java加密与安全

数据安全简介

加密与安全

  • 数据安全的方式

    • 防窃听
    • 防篡改
    • 防伪造
  • 古代加密方式:

    • 移位密码: HELLO -> IFMMP
    • 替代密码: HELLO -> p12,5,3
  • 设计一个安全的加密算法非常困难

  • 验证一个加密算法是否安全更加困难

  • 当前被认为安全的加密算法仅仅是迄今为止尚未被攻破

  • 不要自己设计加密算法

  • 不要自己实现加密算法

  • 不要自己修改已有的加密算法
    (可能是认为我们自己设计或修改的不够好吧)

编码算法

URL编码

  • URL编码是编码算法,不是加密算法
  • URL编码的目的是把任意文本数据编码为%为前缀表示的文本,编码后的文本仅包含A-Z, a-z, 0-9, -_.*, %,
    便于浏览器和服务器处理

Base64

  • 是一种把二进制数据用文本表示的编码算法
  • 使用Base64的目的是什么?
    • 一种用文本(A-Z, a-z, 0-9, +/=)表示二进制内容的方式
    • 适用于文本协议
    • 效率下降
    • 应用
      • 电子邮件协议
  • Base64是一种编码算法,不是加密算法
  • Base64编码的目的是把任意二进制数据编码为文本(长度增加1/3)
  • 其他编码:Base32, Base48, Base58

摘要算法

MD5

  • 摘要算法(哈希算法/Hash/Digest/数字指纹)
    • 计算任意长度数据的摘要(固定长度)
    • 相同的输入数据始终得到相同的输出
    • 不同的输入数据尽量得到不同的输出
  • 目的:
    • 验证原始数据是否被篡改
  • MD5是一种常用的哈希算法,输出128bits / 16bytes
  • 常用于验证数据的完整性
  • 用于存储口令时需要考虑彩虹表攻击

SHA-1

SHA-1算法:

  • 一种哈希算法
  • 输出160 bits / 20 bytes
  • 美国国家安全局开发
  • SHA-0 / SHA-1 / SHA-256 / SHA-512
  • SHA-1算法是比MD5更加安全的哈希算法

BouncyCastle

  • 第三方提供的一组加密/哈希算法
  • 提供JDK没有提供的算法
    • RipeMDL60哈希算法
  • 使用第三方算法前需要通过Security.addProvider()注册

Hmac

  • Hmac:Hash-based Message Authentication Code
    • 基于密钥的消息认证码算法
    • 更安全的消息摘要算法
  • Hmac是把Key混入摘要的算法
  • 可以配合MD5、SHA-1等摘要算法
  • 摘要长度和原摘要长度算法相同

加密算法

对称加密算法

  • 对称加密算法使用同一个密钥进行加密和解密
  • 常用算法:DES/AES/IDEA等
  • 密钥长度由算法设计决定,AES的密钥长度是128/192/256
  • 使用256位加密需要修改JDK的policy文件
  • 使用对称加密算法需要指定:算法名称/工作模式/填充模式

口令加密

PBE:Password Based Encryption

  • 由用户输入口令,采用随机数杂凑计算出密钥再进行加密
  • Password:用户口令,例如"hello123"
  • Salt:随机生成的byte[]
  • key:generate(byte[] salt, String password)
  • PBE算法通过用户口令和随机salt计算key然后加密
  • key通过口令和随机salt计算得出,提高了安全性
  • PBE算法内部使用的仍然是标准对称加密算法(例如AES)

密钥交换算法

  • DH算法是一种密钥交换协议,通信双方通过不安全的信道协商密钥,然后进行对称加密传输
  • DH算法没有解决中间人攻击

非对称加密算法

  • 优点

    • 对称加密需要协商密钥,而非对称加密可以安全地公开各自的公钥
    • N个人之间的通信
      • 使用非对称加密只需要N个密钥对, 每个人只管理自己的密钥对
      • 使用对称加密需要N*(N-1)/2个密钥, 每个人需要管理N-1个密钥
  • 缺点:

    • 运算速度慢
    • 只使用非对称加密不能防止中间人攻击
  • 非对称加密就是加密和解密使用的不是相同的密钥

  • 只有一个公钥/私钥对才能正常加密/解密

  • 只使用非对称加密算法不能防止中间人攻击

签名算法

RSA签名算法

  • 数字签名就是用发送方的私钥对原始数据进行签名
  • 只有用发送方公钥才能通过签名验证
    • 防止伪造发送方
    • 防止抵赖发送过信息
    • 防止信息在传输过程中被修改
  • 常用算法:MD5withRSA/SH1withRSA/SHA256withRSA

数字证书

  • 数字证书就是集合了多种密码学算法,用于实现数据加解密、身份认证、签名等多种功能的一种网络安全标准
  • 数字整数采用链式签名管理,顶级CA整数已内置在操作系统中
  • 常用算法:MD5/SHA1/SHA256/RSA/DSA

Java多线程编程

线程的概念

多线程编程

进程和线程的关系

  • 一个进程可以包含一个或多个线程(至少一个线程)
  • 线程是操作系统调度的最小人物单位
  • 如何调度线程完全有操作系统决定

实现多任务的方法:

  • 多进程模式(每个进程只有一个线程)
  • 多线程模式(一个进程有多个线程)
  • 多进程+多线程模式(复杂度最高)

多进程 VS 多线程

  • 创建进程比创建线程开销大
  • 进程间通信比线程见通信慢
  • 多进程稳定性比多线程高

Java语言内置多线程支持:

  • 一个Java程序实际上是一个JVM进程
  • JVM用一个主线程来执行main()方法
  • 在main()方法中又可以启动多个线程

多线程编程的特点:

  • 多线程需要读写共享数据
  • 多线程经常需要同步
  • 多线程编程的复杂度高,调试更困难

Java多线程编程的特点:

  • 多线程模型是Java编程最基本的并发模型
  • 网络、数据库、Web等都依赖多线程模型
  • 必须掌握Java多线程编程才能继续深入学习

创建Java多线程

java语言内置多线程支持:

  • 一个java程序实际上是一个JVM进程
  • JVM用一个主线程来执行main()方法
  • 在main()方法中又可以启动多个线程

创建一个线程对象,并启动一个线程

Thread t = new Thread();
t.start();
  • Java用Thread对象表示一个线程,通过调用start()启动一个线程
  • 一个线程对象只能调用一次start()
  • 线程的执行代码是run()方法
  • 线程调度由操作系统决定,程序本身无法决定
  • Thread.sleep()可以把当前线程暂停一段时间

线程的状态

  • 线程的状态
    • New
    • Runnable
    • Blocked
    • Waiting
    • Timed Waiting
    • Terminated
  • 线程终止的原因:
    • run()方法执行到return语句返回(线程正常终止)
    • 因为未捕获异常导致的终止(线程意外终止)
    • 对某个线程对Thread实例调用stop()方法强制终止(不推荐)
  • 一个线程可以等待另一个线程直到运行结束(join)
  • 通过对另一线程对象调用join()放回可以等待其执行结束
  • 可以指定等待时间,超过等待时间线程任然没有结束就不睬等待
  • 对已经运行结束的线程调用join()方法会立刻返回

中断线程

  • 调用interrupted()方法可以中断一个线程
  • 通过检测isInterrupted()标志获取当前线程是否已经中断
  • 如果线程处于等待状态,该线程会捕获InterruptedException
  • isInterrupted()为true或这捕获来InterruptedException都应该立刻结束
  • 通过标志位判断需要争取使用volatile关键字
  • volatile关键字解决了共享变量在线程间的可见性问题

守护线程

  • Java程序入口就是由JVM启动main线程
    • main线程又可以启动其他线程
    • 当所有线程都运行结束时,JVM退出,进程结束
  • 守护线程是为其他线程服务的线程
  • 所有非守护线程都执行完毕后,虚拟机退出
  • 守护线程不能持有资源(如打开文件等)

线程同步

  • 对共享变量进行写入时,必须保证是原子操作

  • 原子操作是指不能被中断的一个或一系列操作

  • synchronized会导致性能下降的问题

  • 多线程同时修改变量,会造成逻辑错误

    • 需要使用synchronized同步
    • 同步的本质就是给指定对象加锁
    • 注意加锁对象必须是同一个实例
  • 对JVM定义的单个原子操作不需要同步

synchronized方法

  • 添加synchronized块时:
    • 锁住哪个对象?
    • 数据封装,把同步逻辑封装到持有数据的实例中
  • 线程安全的类:
    • 不变类:String,Integer,LocalDat
    • 没有成员变量的类,Math
    • 正确使用了synchronized的类:StringBuffer
  • 非线程安全的类:
    • 不能在多线程中共享实例并修改:ArrayList
    • 可以在多想城中以只读方式共享
  • 使用synchronized修饰方法可以把整个方法变为同步代码块
  • synchronized方法加锁对象是this
  • 通过合理的设计和数据封装可以让一个类变为线程安全
  • 一个类没有特殊说明默认不是线程安全
  • 多线程能否某个非线程安全的实例,需要具体问题具体分析

死锁

  • 死锁形成的条件
    • 两个线程各自持有不同的所
    • 两个线程各自试图获取对方已持有的锁
    • 双方无限等待下去:导致死锁
  • 死锁发生后:
    • 没有任何机制能够解除死锁
    • 只能强制结束JVM进程
  • 如何避免死锁
    • 线程获取锁的顺序要完全一致

wait和notify

  • wait/notify用于多线程协调运行
  • 多线程协调运行:当条件不满足时,线程进入等待状态
  • 在synchronized内部可以调用wait使线程进入等待状态
  • 必须在已获得的锁对象上调用wait方法
  • 在synchronized内部可以调用notify和notifyAll方法唤醒其他等待线程
  • 必须在已获得的锁上调用notify和notifyAll方法

高级concurrent包

ReentrantLock

  • ReentrantLock可以替代synchronized
  • ReentrantLock获取锁更安全
  • 必须使用try……finally保证正确获取和释放锁

ReadWriteLOck

  • 使用ReadWriteLock可以解决:
    • 只允许一个线程写入(其他线程既不能写入也不能读取)
    • 没有写入时,多个线程允许同时读(提高性能)
  • ReadWriteLock适用条件:
    • 同一个实例,有大量线程读取,仅有少量线程修改
  • 使用ReadWriteLock可以提高读取效率

Condition

  • Condition.await / signal / signalAll 原理和wait / notify / notifyAll 一致
  • await会释放当前锁, 进入等待状态
  • signal会唤醒某个等待的线程
  • signalAll会唤醒所有等待线程
  • 唤醒线程从await返回后需要重新获得锁

Concurrent集合

  • java.util.concurrent提供了线程安全的Blocking集合:

| Interface | Non-thread safe | Thread safe |
| :---: | :---: | :--- : |
| List | ArrayList | CopyOnWriteArrayList |
| Map | HashMap | ConcurrentHashMap |
| Set | HashSet, TreeSet | CopyOnWriteArraySet |
| Queue | ArrayDeque, LinkedList | ArrayBlockingQueue, LinkedBlockingQueue |
| Deque | ArrayDeque, LinkedList | LinkedBlockingDeque |

  • java.util.Collections工具类还提供了旧的线程安全集合转换器
Map unsafeMap = new HashMap();
Map threadSafeMap = Collections.synchronizedMap(unsafeMap);
  • 使用java.util.concurrent提供的Blocking集合可以简化多线程编程
    • 多线程同时访问Blocking集合是安全的
    • 尽量使用JDK提供的concurrent集合,避免自己编写同步代码

Atomic

  • java.util.concurrent.atomic提供了一组原子类型操作:
  • atomic类可以实现无锁的线程安全访问
  • 使用java.util.concurrent.atomic可以简化多线程编程
    • AtomicInteger / AtomicLong / AtomicIntegerArray等
    • 原子操作实现了无锁的线程安全
    • 适用于计数器,累加器等

ExecutorService

  • java语言内置多线程支持:
    • 创建线程需要操作系统资源(线程资源,栈空间……)
    • 频繁创建和销毁线程需要消耗大量时间
  • 线程池
    • 线程池维护若干个线程,处于等待状态,可以高效执行大量小任务
    • 如果有新任务,就分配一个空闲线程执行
    • 如果所有线程都处于忙碌状态,新任务就放入队列等待
  • JDK提供了ExecutorService接口表示线程池,提供线程池功能:
    • FixedThreadPool:线程数固定
    • CachedThreadPool:线程数根据任务动态调整
    • SingleThreadExecutor:仅单线程执行
  • ScheduledThreadPool,提供了静态方法创建不同类型的ExecutorService:
    • 一个任务可以定期反复执行
    • Fixed Rate
    • Fixed Delay
  • java.util.Timer也是定时器
    • 一个Timer对应一个Thread
    • 必须在主线程结束时调用Timer.cancel()
  • 必须调用shutdown()关闭ExecutorService

Future

  • 提交Callable任务,可以获得一个Future对象
  • 可以用Future在将来某个时刻获取结果

CompletableFuture

  • 优点:
    • 异步任务结束时,会自动调用某个对象的方法
    • 异步任务出错时,会自动调用某个对象的方法
    • 主线程设置好回调后,不用关心异步任务的执行
  • CompletableFuture对象可以指定异步处理流程
    • thenAccept()处理正常结果
    • exceptional()处理异常结果
    • thenApplyAsync()用于串行化另一CompletableFuture
    • anyOf / allOf用于并行化两个CompletableFuture

Fork / Join

  • Fork/Join是一种基于"分治"的算法:
    • 分解任务 + 合并结果
  • ForkJoinPool线程池可以把一个大任务分拆成小任务并行执行
  • 任务类必须继承自RecursiveTask / RecursiveAction
  • 使用Fork/Join模式可以进行并行计算提高效率

线程工具类

ThreadLocal

  • 如何在一个线程内传递状态?
    • ThreadLocal可以在一个线程中传递同一个对象
  • ThreadLocal表示线程的"局部变量",它确保每个线程的ThreadLocal变量都是各自独立的
  • ThreadLocal适合在一个线程的处理流程中保持上下文(避免了同一个参数在所有方法中传递)
  • 使用ThreadLocal要用try……finally结构

Java网络编程

Socket编程

网络编程概念

计算机网络基本概念

  • 互联网:网络的网络
  • IP地址:计算机在网络中的标示
  • 网关:负责链接多个网络
  • 协议:TCP/IP协议
  • TCP协议:面向连接,可靠传输

TCP编程

TCP编程模型

  • 客户端使用Socket(InetAddress, port)打开Sockt
  • 服务端使用ServerSocket监听端口
  • 服务端用accept接收连接并返回Socket
  • 双方通过Socket打开InputStream/OutputStream读写数据
  • flush()用于强制输出缓冲区

TCP多线程编程

  • 服务器端使用无限循环
  • 每次accept返回后,创建新的线程来处理客户端请求
  • 每个客户端请求对应一个服务线程
  • 使用线程池可以提高运行效率
    TCP多线程编程模型
  • 服务器端使用无限循环
  • 每次accept返回后,创建行的县城来处理客户端请求
  • 每个客户端请求对应一个服务线程
  • 使用线程池可以提高运行效率

UDP编程

UDP编程模型

  • 客户端使用DatagramSocket.connect()指定远程地址和端口
  • 服务端用DatagramSocket(port)监听端口
  • 双方通过receive/send读写数据
  • 没有IO流接口

Email编程

发送Email

SMTP协议

  • Simple Mail Transport Protocol
  • 标准端口25
  • 加密端口465 / 587

如何发送Email

  • 使用JavaMail API
  • 无需关心SMTP协议原理

接受Email

HTTP协议

  • HTTP协议是一个给予TCP的请求/响应协议
  • 广泛应用于浏览器、手机APP与服务器的数据交互
  • Java提供了HttpURLConnection实现HTTP客户端

RMI远程调用

-目的是把一个接口暴露给远程

  • RMI远程调用是针对Java怨言的一种远程调用
  • 远程接口必须继承自Remote
  • 远程方法必须抛出RemoteException
  • 客户端调用RMI方法和调用本地方法类似
  • RMI方法调用被自动通过网络传输到服务端
  • 服务端通过自动生成的stub类接收远程调用请求。

Java操作XML和JSON

XML

XML介绍

  • XML是可扩展标记语言的缩写
  • 纯文本数据
  • 用于表示复杂的结构化数据
  • 用于数据的存储和传输
  • 数据庞大,格式复杂

DOM

  • Java DOM API将XML解析为DOM
  • 可在内存中完整表示XML数据结构
  • 缺点是解析速度慢,内存占用大

SAX

  • 一种流式解析XML的API
  • 通过事件触发,速度快
  • 调用方通过回调方法获得数据

第三方XML库

  • 开源的Jackson
  • 使用Jackson可以快速在XML和JavaBean之间互相转换
  • 可以使用Annotation定制序列化和反序列化

JSON

JSON介绍

  • JSON只允许UTF-8编码
  • 必须使用双引号
  • 特殊字符用\转义
  • 适合表示层次结构
  • 结构简单,仅支持集中类型
    • {...}键值对
    • [...]数组
    • String字符串
    • Number数值
    • Boolean布尔值
    • null空值
  • 常用第三方库
    • Jackson
    • gson
    • fastjson
    • ...
  • Json是轻量级的数据表示方式
    • 格式简单
    • 解析速度快
    • 适合Web应用

处理JSON

  • Jackson提供了读写JSON的API
    • 实现JSON和JavaBean的互相转换
    • 可使用Annotation定制序列化和反序列化

JDBC编程

关系数据库基础

关系数据库简介

  • 关系数据库是目前使用最广泛的数据库
  • 建立在关系模型上
  • 基本结构是表
  • 主键用于唯一标识记录
  • 外键用于引用其他表的主键数据
  • 通过外键关联实现一对多/一对一/多对多关系

安装MySQL

SQL入门

SQL简介

  • SQL是结构化查询语言
  • 针对关系型数据库设计
  • 各种数据库基本一致
  • 允许用户通过SQL查询数据而不必关心数据库底层存储结构
  • 可以和各种编程语言继承实现访问数据库的功能
  • 关键字不区分大小写

INSERT语句

  • INSERT语句可以向指定表插入一条记录
INSERT INTO 表名 (字段1, 字段2, ...) VALUES (数据1, 数据2, 数据3, ...)

SELECT

  • 可以指定查询的列
  • 可以通过WHERE条件筛选符合条件的行
  • 可以使用聚合查询
  • 可以多表联合查询
  • 查询结果仍然是一个关系表

UPDATE语句

  • 可以设置某些列的值
  • 可以通过WHERE条件筛选符合条件的行
  • 执行结果为符合更新条件的行数

DELETE语句

  • 可以删除指定的行
  • 可以通过WHERE条件筛选符合条件的行
  • 执行结果为删除的行数

JDBC接口

JDBC简介

  • JDBC:Java DataBase Connectivity

  • Java程序访问数据库的标准接口

  • Java App -> JDBC Interface -> JDBC Driver -> Database

  • Java App -> JDBC Interface -> MySQL Driver -> MySQL Server

  • 使用JDBC的好处

    • 各个数据库厂商使用相同的接口,Java代码不需要针对不同的数据库开发
    • Java程序编译期仅以来java.sql.*,不依赖具体数据库的jar包
    • 可以随时替换底层数据库,访问数据库的Java代码不变
  • JDK提供JDBC接口,数据库厂商提供JDBC驱动(JDBC实现)

  • Connection代表一个JDBC连接

JDBC查询

  • 始终建议使用PreparedStatement:
  • 查询结果是ResultSet

JDBC更新

  • 使用PreparedStatement的executeUpdate()进行更新
  • 更新操作包括UPDATE、INSERT和DELETE语句
  • 更新结果是int

数据库事物 Transaction

  • 数据库事物:
    • 若干个SQL语句构成的一个操作序列
    • 要么全部执行成功
    • 要么全部不执行
  • 数据库事物具有ACID特性
    • Atomicity:原子性
    • Consistency:一致性
    • Isolation:隔离性
    • Durability:持久性
  • 事物隔离级别
    • 脏读:Dirty Read
    • 非重复读:Non repeatable Read
    • 幻读:Phantom Read
  • JDBC提供了对事物的支持

JDBC连接池

  • JDBC连接池接口:javax.sql.DataSource
  • JDBC连接池实现:
    • HikariCP
    • C3P0
    • BoneCP
    • Druid
  • 可以复用Connection,避免反复创建新连接,提高运行效率
  • 可以配置连接池的详细参数

Java函数式编程

Lambda表达式

Lambda基础

  • 函数式编程(Functional Programming):

    • 把函数作为基本运算单元
    • 函数可以作为变量
    • 函数可以接收函数
    • 函数可以返回函数
  • Lambda表达式:

    • 简化语法
    • JDK >= 1.8
    • 类型自动推断:
      • Comparator接口
      • 传入String,String
      • 返回int
  • Java单方法接口

    • Comparator
    • Runnable
    • Callable
  • 只定义单个抽象方法的接口可以被标注为@Functinalinterface

  • 但抽象方法接口被称为函数式接口

Method Reference

  • 方法引用:如果某个方法签名和接口恰好一致:可以直接传入方法引用(String::compareTo)
  • Functional Interface 可以传入:
    • 接口的实现类(比较繁琐)
    • Lambda表达式
    • 符合方法签名的静态方法
    • 符合方法签名的实例方法(实例类型被看做第一个参数类型)
    • 符合方法签名的构造方法(实例类型被看做返回类型)

Stream

Stream简介

  • java8引入Stream,在java.util.stream
  • 不同于java.io的InputStream / OutputStream:
java.io java.util.stream
存储 顺序读写的byte / char 顺序输出的任意Java对象
用途 序列化至文件 / 网络 内存计算 / 业务逻辑
  • 不同于java.util.List:
java.util.List java.util.stream
元素 已分配并存储在内存 未分配,实时计算
用途 操作一组已存在的Java对象 惰性计算
  • stream特点:
    • 可以“存储”有限个或无限个元素
    • 可以转换为另一个Stream
    • 计算通常发生在最后结果的获取(惰性计算)

创建Stream

  • 创建Stream:
Stream s = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5);
Stream s = Arrays.stream(theArray);
Stream s = aList.stream();
Stream s = Stream.generate(Supplier s);
try(Stream lines = Files.lines(Paths.get("/path/to/access.log"))){
    ...
}
Files的lines也可以创建一个Stream
  • 基本类型的Stream有IntStream / LongStream / DoubleStream

Stream.map

  • Stream.map是Stream的转换方法,把一个Stream转化成另一个Stream
  • map()方法将一个Stream的每个元素映射成另一个元素并生成一个新的Stream
  • 可以将一种元素类型转换成另一种元素类型

Stream.filter()

  • filter()方法用于将一个Stream的每个元素进行测试,通过测试的元素被过滤后生成一个新的Stream
  • 用于排除不满足条件的元素

reduce

  • Stream.reduce()是一个Stream的聚合方法,把一个Stream的所有元素聚合成一个结果
  • 将一个Stream的每个元素依次作用于BFunction,并将结果合并
  • reduce是聚合方法,聚合方法会立刻对Stream进行运算

其他操作

  • 排序:
Stream sorted()  //按元素默认大小进行排序(必须实现Comparable接口)
Stream sorted(Comparable cp)  //按指定Comparable比较的结果排序
  • 去除重复元素
Stream distinct()    //返回去除重复元素的新Stream
// [1, 2, 3, 4, 5, 4, 3] -> [1, 2, 3, 4, 5]
  • 截取
Stream limit(long)   //截取当前Stream的最多n个元素
Stream skip(long)    //跳过当前Stream的前N个元素
  • 将两个Stream合并成一个
Stream s = Stream.concat(
    Stream.of(1, 2, 3)
    Stream.of(4, 5, 6)
);
// 1, 2, 3, 4, 5, 6
  • flatMap:把元素映射为Stream然后合并成一个新的Stream:
Stream> s = Stream.of)
    Arrays.asList(1, 2, 3),
    Arrays.asList(4, 5, 6),
    Arrays.asList(7, 8, 9));

// 转换为Stream
Stream i = s.flatMap(list -> list.stream())

| 1 2 3 | 4 5 6 | 7 8 9
|:---:| :--- : | :---:
| | flatMap |
| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 |

  • 把一个Stream转换为可以并行处理的Stream:
Stream s = ...
String[] result = s.parallel()  // 贬称一个可以并行处理的Stream
                    .sorted()   // 可以进行并行排序
                    .toArray(String[]::new);
  • 聚合方法
Optional reduce(BinaryOperator bo)
long count()    //元素个数

T max(Comparator cp)     //找最大元素
T min(Comparator cp)     //找最小元素

// 针对IntStream / LongStream / DoubleStream
sum()   //求和
average()   //求平均数

  • 测试Stream的元素是否满足一定的条件
boolean allMatch(Predicate)  //所有元素均满足条件?
boolean anyMatch(Predicate)  //至少有一个元素满足测试条件?
  • 循环处理Stream的每个元素
void forEach(Consumer action)

//示例
Stream s = ...
s.forEach(str -> {
    System.out.println("Hello, " + str);
});
  • 把Stream转化成其他类型
Object[] toArray()  //转换为Object数组
A[] toArray(IntFunction)    //转换为A[]数组
 R collect(Collector collector)  //转换为List/Set等集合类型

//示例
Stream s = ...
String[] arr = s.toArray(String[]::new) //转换为String数组
List list = s.collect(Collectors.toList)    //转换为List

结束

继续努力!

2018.08.28 北京 晴

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