Java 基础知识总结
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目录
- 流
- 异常
- 注解
- 安全性
- 类加载
- 关键字
- 初始化
- 多线程
- 线程池
- 内存模型
流
Java所有的流类位于java.io包中，都分别继承字以下四种抽象流类型。
| Type | 字节流 | 字符流 |
|---|---|---|
| 输入流 | InputStream | Reader |
| 输出流 | OutputStream | Writer |
继承自InputStream/OutputStream的流都是用于向程序中输入/输出数据，且数据的单位都是字节(byte=8bit)。
继承自Reader/Writer的流都是用于向程序中输入/输出数据，且数据的单位都是字符(2byte=16bit)。
异常
Java的异常(包括Exception和Error)分为：
可查的异常（checked exceptions）
除了RuntimeException及其子类以外，其他的Exception类及其子类都属于可查异常。这种异常的特点是Java编译器会检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常，要么用try-catch语句捕获它，要么用throws子句声明抛出它，否则编译不会通过。
不可查的异常（unchecked exceptions）
包括运行时异常（RuntimeException与其子类）和错误（Error）。
运行时异常和非运行时异常：
RuntimeException
NullPointerException(空指针异常)、IndexOutOfBoundsException(下标越界异常)等这些异常是不检查异常，程序中可以选择捕获处理，也可以不处理。这些异常一般是由程序逻辑错误引起的，程序应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生。运行时异常的特点是Java编译器不会检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常，即使没有用try-catch语句捕获它，也没有用throws子句声明抛出它，也会编译通过。
RuntimeException以外的Exception
从程序语法角度讲是必须进行处理的异常，如果不处理，程序就不能编译通过。如IOException、SQLException等以及用户自定义的Exception异常，一般情况下不自定义检查异常。
注解
Java SE5内置了三种标准注解：
@Override，表示当前的方法定义将覆盖超类中的方法。
@Deprecated，使用了注解为它的元素编译器将发出警告，因为注解@Deprecated是不赞成使用的代码，被弃用的代码。
@SuppressWarnings，关闭不当编译器警告信息。
Java还提供了4中注解，专门负责新注解的创建:
@Target：
表示该注解可以用于什么地方，可能的ElementType参数有：
CONSTRUCTOR：构造器的声明
FIELD：域声明（包括enum实例）
LOCAL_VARIABLE：局部变量声明
METHOD：方法声明
PACKAGE：包声明
PARAMETER：参数声明
TYPE：类、接口（包括注解类型）或enum声明
@Retention
表示需要在什么级别保存该注解信息。可选的RetentionPolicy参数包括：
SOURCE：注解将被编译器丢弃
CLASS：注解在class文件中可用，但会被VM丢弃
RUNTIME：VM将在运行期间保留注解，因此可以通过反射机制读取注解的信息
@Document
将注解包含在Javadoc中
@Inherited
允许子类继承父类中的注解
Example
定义注解：
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface UseCase {
public String id();
public String description() default "no description";
}
使用注解：
public class PasswordUtils {
@UseCase(id = 47, description = "Passwords must contain at least one numeric")
public boolean validatePassword(String password) {
return (password.matches("\\w*\\d\\w*"));
}
@UseCase(id = 48)
public String encryptPassword(String password) {
return new StringBuilder(password).reverse().toString();
}
}
解析注解：
public static void main(String[] args) {
List<Integer> useCases = new ArrayList<Integer>();
Collections.addAll(useCases, 47, 48, 49, 50);
trackUseCases(useCases, PasswordUtils.class);
}
public static void trackUseCases(List<Integer> useCases, Class<?> cl) {
for (Method m : cl.getDeclaredMethods()) {
UseCase uc = m.getAnnotation(UseCase.class);
if (uc != null) {
System.out.println("Found Use Case:" + uc.id() + " "
+ uc.description());
useCases.remove(new Integer(uc.id()));
}
}
for (int i : useCases) {
System.out.println("Warning: Missing use case-" + i);
}
}
// Found Use Case:47 Passwords must contain at least one numeric
// Found Use Case:48 no description
// Warning: Missing use case-49
// Warning: Missing use case-50
安全性
- 严格遵循面向对象的规范。这样封装了数据细节，只提供接口给用户。增加了数据级的安全性。
- 无指针运算。java中的操作，除了基本类型都是引用的操作。引用是不能进行增减运算，不能被直接赋予内存地址的，从而增加了内存级的安全性。
- 数组边界检查。这样就不会出现C/C++中的缓存溢出等安全漏洞。
- 强制类型转换。非同类型的对象之间不能进行转换，否则会抛出ClassCastException
- 语言对线程安全的支持。java从语言级支持线程。从而从语法和语言本身做了很多对线程的控制和支持。
- 垃圾回收。
- Exception。
类加载
原理
ClassLoader使用的是双亲委托模型来搜索类的，每个ClassLoader实例都有一个父类加载器的引用（不是继承的关系，是一个包含的关系），虚拟机内置的类加载器（Bootstrap ClassLoader）本身没有父类加载器，但可以用作其它ClassLoader实例的的父类加载器。
当一个ClassLoader实例需要加载某个类时，它会试图亲自搜索某个类之前，先把这个任务委托给它的父类加载器，这个过程是由上至下依次检查的，首先由最顶层的类加载器Bootstrap ClassLoader试图加载，如果没加载到，则把任务转交给Extension ClassLoader试图加载，如果也没加载到，则转交给App ClassLoader 进行加载，如果它也没有加载得到的话，则返回给委托的发起者，由它到指定的文件系统或网络等URL中加载该类。
如果它们都没有加载到这个类时，则抛出ClassNotFoundException异常。否则将这个找到的类生成一个类的定义，并将它加载到内存当中，最后返回这个类在内存中的Class实例对象。
JVM在判定两个class是否相同时，不仅要判断两个类名是否相同，而且要判断是否由同一个类加载器实例加载的。只有两者同时满足的情况下，JVM才认为这两个class是相同的。
加载器
BootStrap ClassLoader
启动类加载器，是Java类加载层次中最顶层的类加载器，负责加载JDK中的核心类库，如：rt.jar、resources.jar、charsets.jar等。
URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for (int i = 0; i < urls.length; i++) {
System.out.println(urls[i].toExternalForm());
}
// 也可以通过sun.boot.class.path获取
System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"))
Extension ClassLoader
扩展类加载器，负责加载Java的扩展类库，默认加载JAVA_HOME/jre/lib/ext/目下的所有jar。
App ClassLoader
系统类加载器，负责加载应用程序classpath目录下的所有jar和class文件
注意：
除了Java默认提供的三个ClassLoader之外，用户还可以根据需要定义自已的ClassLoader，而这些自定义的ClassLoader都必须继承自java.lang.ClassLoader类，也包括Java提供的另外二个ClassLoader（Extension ClassLoader和App ClassLoader）在内。Bootstrap ClassLoader不继承自ClassLoader，因为它不是一个普通的Java类，底层由C++编写，已嵌入到了JVM内核当中，当JVM启动后，Bootstrap ClassLoader也随着启动，负责加载完核心类库后，并构造Extension ClassLoader和App ClassLoader类加载器。
关键字
strictfp(strict float point)
strictfp 关键字可应用于类、接口或方法。使用strictfp关键字声明一个方法时，该方法中所有的float和double表达式都严格遵守FP-strict的限制,符合IEEE-754规范。当对一个类或接口使用strictfp关键字时，该类中的所有代码，包括嵌套类型中的初始设定值和代码，都将严格地进行计算。严格约束意味着所有表达式的结果都必须是 IEEE 754算法对操作数预期的结果，以单精度和双精度格式表示。
如果你想让你的浮点运算更加精确，而且不会因为不同的硬件平台所执行的结果不一致的话，可以用关键字strictfp。
transiant
变量修饰符，如果用transient声明一个实例变量，当对象存储时，它的值不需要维持。
Volatile
作为指令关键字，确保本条指令不会因编译器的优化而省略，修饰变量，保证变量每次都是从内存中重新读取。
final
- 修饰基础数据成员(as const)
- 修饰类或对象的引用
- 修饰方法的final(cannot overwrite)
- 修饰类或者参数
初始化
父静态->子静态
父变量->父初始化区->父构造
子变量->子初始化区->子构造
多线程
java多线程实现方式主要有三种：继承Thread类、实现Runnable接口、使用ExecutorService、Callable、Future实现有返回结果的多线程。其中前两种方式线程执行完后都没有返回值，只有最后一种是带返回值的。
线程池
concurrent下的线程池：
| 名称 | 功能 |
|---|---|
| ExecutorService | 真正的线程池接口 |
| ScheduledExecutorService | 能和Timer/TimerTask类似，解决那些需要任务重复执行的问题 |
| ThreadPoolExecutor | ExecutorService的默认实现 |
| ScheduledThreadPoolExecutor | 继承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口实现，周期性任务调度的类实现 |
Executors
newSingleThreadExecutor
创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。
newFixedThreadPool
创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。
newCachedThreadPool
创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，那么就会回收部分空闲（60秒不执行任务）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程大小。
newScheduledThreadPool
创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。
内存模型
Java内存模型规定，对于多个线程共享的变量，存储在主内存当中，每个线程都有自己独立的工作内存，线程只能访问自己的工作内存，不可以访问其它线程的 工作内存。工作内存中保存了主内存共享变量的副本，线程要操作这些共享变量，只能通过操作工作内存中的副本来实现，操作完毕之后再同步回到主内存当中。
如何保证多个线程操作主内存的数据完整性是一个难题，Java内存模型也规定了工作内存与主内存之间交互的协议，首先是定义了8种原子操作：
- lock:将主内存中的变量锁定，为一个线程所独占
- unclock:将lock加的锁定解除，此时其它的线程可以有机会访问此变量
- read:将主内存中的变量值读到工作内存当中
- load:将read读取的值保存到工作内存中的变量副本中。
- use:将值传递给线程的代码执行引擎
- assign:将执行引擎处理返回的值重新赋值给变量副本
- store:将变量副本的值存储到主内存中。
- write:将store存储的值写入到主内存的共享变量当中。
内存组成
堆(Heap)
运行时数据区域，所有类实例和数组的内存均从此处分配。Java虚拟机启动时创建。对象的堆内存由称为垃圾回收器 的自动内存管理系统回收。
- News Generation（Young Generation即图中的Eden + From Space + To Space）
- Eden 存放新生的对象
- Survivor Space 两个 存放每次垃圾回收后存活的对象
- Old Generation（Tenured Generation 即图中的Old Space） 主要存放应用程序中生命周期长的存活对象
非堆内存
JVM具有一个由所有线程共享的方法区。方法区属于非堆内存。它存储每个类结构，如运行时常数池、字段和方法数据，以及方法和构造方法的代码。它是在Java虚拟机启动时创建的。除了方法区外，Java虚拟机实现可能需要用于内部处理或优化的内存，这种内存也是非堆内存。例如，JIT编译器需要内存来存储从Java虚拟机代码转换而来的本机代码，从而获得高性能。
- Permanent Generation （图中的Permanent Space）存放JVM自己的反射对象，比如类对象和方法对象
- native heap
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