java——补充基础知识（2）

注解：

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”。

3种：

被编译器识别的注解，如：@Override，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。

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。

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。这是Java代码读取该注解实现的功能，JVM并不会识别该注解

注解可以配置参数，没有指定配置的参数使用默认值；

配置参数可以包括：

  • 所有基本类型；
  • String；
  • 枚举类型；
  • 基本类型、String以及枚举的数组。

例：

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：用来注解注解的注解

@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。

@Target也可由数组组成，定义多个位置

@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。

@Repeatable

使用@Repeatable这个元注解可以定义Annotation是否可重复。用 得不多

@Inherited

使用@Inherited定义子类是否可继承父类定义的Annotation。如果用了其子类是自动默认定义了该注解

@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；

注解定义后也是一种class，所有的注解都继承自java.lang.annotation.Annotation，因此，读取注解，需要使用反射API。

判断某个注解是否存在于Class、Field、Method:

  • Class.isAnnotationPresent(Class)
  • Field.isAnnotationPresent(Class)
  • Method.isAnnotationPresent(Class)
  • Constructor.isAnnotationPresent(Class)

例：

// 判断@Report是否存在于Person类:
Person.class.isAnnotationPresent(Report.class);

使用反射API读取Annotation：

  • Class.getAnnotation(Class)
  • Field.getAnnotation(Class)
  • Method.getAnnotation(Class)
  • Constructor.getAnnotation(Class)

例：

// 获取Person定义的@Report注解:
Report report = Person.class.getAnnotation(Report.class);
int type = report.type();
String level = report.level();

读取方法、字段和构造方法的Annotation和Class类似。但要读取方法参数的Annotation就比较麻烦一点，因为方法参数本身可以看成一个数组，而每个参数又可以定义多个注解，所以，一次获取方法参数的所有注解就必须用一个二维数组来表示。例如，对于以下方法定义的注解：

public void hello(@NotNull @Range(max=5) String name, @NotNull String prefix) {
}

要读取方法参数的注解，我们先用反射获取Method实例，然后读取方法参数的所有注解：

// 获取Method实例:
Method m = ...
// 获取所有参数的Annotation:
Annotation[][] annos = m.getParameterAnnotations();
// 第一个参数（索引为0）的所有Annotation:
Annotation[] annosOfName = annos[0];
for (Annotation anno : annosOfName) {
    if (anno instanceof Range) { // @Range注解
        Range r = (Range) anno;
    }
    if (anno instanceof NotNull) { // @NotNull注解
        NotNull n = (NotNull) anno;
    }

泛型：

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”

如果用上述ArrayList存储String类型 需要强制转型；将Object强制转为String

为了解决新的问题，我们必须把ArrayList变成一种模板：ArrayList<T>，代码如下：

public class ArrayList<T> {
    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

注意： ArrayList<Integer>和ArrayList<Number>两者完全没有继承关系。可以把ArrayList<Integer>向上转型为List<Integer>（T不能变！），但不能把ArrayList<Integer>向上转型为ArrayList<Number>

泛型也可用于接口，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<T>这个泛型接口:

public interface Comparable<T> {
    /**
     * 返回-1: 当前实例比参数o小
     * 返回0: 当前实例与参数o相等
     * 返回1: 当前实例比参数o大
     */
    int compareTo(T o);
}

我们平时的String类可以直接使用这个排序方法，这是因为String本身已经实现了Comparable<String>接口，如果是自己定义的类，就要让这个类实现了Comparable<String>接口；

class Person implements Comparable<Person> {
    String name;
    int score;
    Person(String name, int score) {
        this.name = name;
        this.score = score;
    }
    public int compareTo(Person other) {
        return this.score-other.score;
    }
    public String toString() {
        return this.name + "," + this.score;
    }
}

在compareTo方法中可以自定义排序规则；

泛型编写：对编写类注入多种泛型类型：例：

public class Pair<T, K> {
    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<String, Integer> p = new Pair<>("test", 123);

Java标准库的Map<K, V>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。

Java的泛型是由编译器在编译时实行的，编译器内部其实把所有类型T视为Object处理，只不过在需要转型的时候，编译器会根据T的类型自动为我们实行安全地强制转型。因此Java的泛型是有局限性的：

局限一：<T>不能是基本类型，例如int，因为实际类型是Object，Object类型无法持有基本类型

局限二：无法取得带泛型的Class，因为T是Object，我们对Pair<String>和Pair<Integer>类型获取Class时，获取到的是同一个Class，也就是Pair类的Class。换句话说，所有泛型实例，无论T的类型是什么，getClass()返回同一个Class实例，因为编译后它们全部都是Pair<Object>。

局限三：不能实例化T类型的字段，如：

public class Pair<T> {
    private T first;
    private T last;
    public Pair() {
        // Compile error:
        first = new T();
        last = new T();
    }
}

这里的first = new T()和last = new T()在编译时其实是first = new Object();last = new Object();这显然是不对的，需通过反射改正为：

public class Pair<T> {
    private T first;
    private T last;
    public Pair(Class<T> clazz) {
        first = clazz.newInstance();
        last = clazz.newInstance();
    }
}

局限四：会造成不经意间的不恰当的覆写方法

如：

public class Pair<T> {
    public boolean equals(T t) {
        return this == t;
    }
}

这里定义的equals(T t)方法实际上会被擦拭成equals(Object t)，而这个方法是继承自Object的，编译器会阻止一个实际上会变成覆写的泛型方法定义。换个方法名就好

子类可以获取父类的泛型类型<T>。

我们无法获取Pair<T>的T类型，即给定一个变量Pair<Integer> p，无法从p中获取到Integer类型。

但是，在父类是泛型类型的情况下，编译器就必须把类型T（对IntPair来说，也就是Integer类型）保存到子类的class文件中，不然编译器就不知道IntPair只能存取Integer这种类型。这样，我们就可以获取父类的泛型类型了

上面就有提及Pair<Integer>和Pair<Number>两者完全没有继承关系，也不能向上转型；那如果指定传入的参数是ArrayList<Number>，那怎么才可以传入ArrayList<Integer>实例而不报错？

可以使用上界通配符 Pair<? extends Number>，即把泛型类型T的上界限定在Number了；

但是，<? extends Number>通配符的一个重要限制：方法参数签名setFirst(? extends Number)无法传递任何Number类型给setFirst(? extends Number)。

使用类似<? extends Number>通配符作为方法参数时表示：

  • 方法内部可以调用获取Number引用的方法，例如：Number n = obj.getFirst();；

  • 方法内部无法调用传入Number引用的方法（null除外），例如：obj.setFirst(Number n);。

即一句话总结：使用extends通配符表示可以读，不能写。

使用类似<T extends Number>定义泛型类时表示：

  • 泛型类型限定为Number以及Number的子类。

与<? extends Number>相反的 是<? super Integer>，方法参数接受所有泛型类型为Integer或Integer父类的Pair类型。

使用<? super Integer>通配符表示：

  • 允许调用set(? super Integer)方法传入Integer的引用；

  • 不允许调用get()方法获得Integer的引用。

唯一例外是可以获取Object的引用：Object o = p.getFirst()。

换句话说，使用<? super Integer>通配符作为方法参数，表示方法内部代码对于参数只能写，不能读。

无限定通配符

<?>通配符既没有extends，也没有super，因此：

  • 不允许调用set(T)方法并传入引用（null除外）；
  • 不允许调用T get()方法并获取T引用（只能获取Object引用）。

换句话说，既不能读，也不能写

<?>通配符有一个独特的特点，就是：Pair<?>是所有Pair<T>的超类,因此可以向上转型：

 Pair<Integer> p = new Pair<>(123, 456);
 Pair<?> p2 = p; // 安全地向上转型

我们可以声明带泛型的数组，但不能用new操作符创建带泛型的数组：

Pair<String>[] ps = null; // ok
Pair<String>[] ps = new Pair<String>[2]; // compile error!

必须通过强制转型实现带泛型的数组：

@SuppressWarnings("unchecked")
Pair<String>[] ps = (Pair<String>[]) new Pair[2];

部分反射API是泛型，例如：Class<T>，Constructor<T>；

可以声明带泛型的数组，但不能直接创建带泛型的数组，必须强制转型；

可以通过Array.newInstance(Class<T>, int)创建T[]数组，需要强制转型；

集合

java集合使用统一的Iterator遍历

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，对比ArrayList和LinkedList类：

 ArrayListLinkedList
获取指定元素 速度很快 需要从头开始查找元素
添加元素到末尾 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 少 较大

通常情况下，我们总是优先使用ArrayList。

使用Iterator遍历List代码如下：

for (Iterator<String> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {
            String s = it.next()};

使用for each循环本身也是使用了Iterator遍历

覆写equals：

  1. 先确定实例“相等”的逻辑，即哪些字段相等，就认为实例相等；
  2. 用instanceof判断传入的待比较的Object是不是当前类型，如果是，继续比较，否则，返回false；
  3. 对引用类型用Objects.equals()比较，对基本类型直接用==比较。

使用Objects.equals()比较两个引用类型是否相等的目的是省去了判断null的麻烦。两个引用类型都是null时它们也是相等的。

例：有一个People类：

public class Person {
    public String name;
    public int age;
}

覆写equals：

public boolean equals(Object o) {
    if (o instanceof Person) {
        Person p = (Person) o;
        return this.name.equals(p.name) && this.age == p.age;
    }
    return false;
}

Map<K, V>想查询某个key是否存在，可以调用boolean containsKey(K key)方法

重复放入key-value并不会有任何问题，但是一个key只能关联一个value。如果放入的key已经存在，put()方法会返回被删除的旧的value

在一个Map中，虽然key不能重复，但value是可以重复的

对Map来说，要遍历key可以使用for each循环遍历Map实例的keySet()方法返回的Set集合，它包含不重复的key的集合：再通过for (String key : map.keySet())进行遍历；

也可以遍历整个key-value，通过entrySet()返回集合，原理一样

 由于key是不重复的，所以如果key是一个对象，那也要保证该对象正确地覆写equals方法，要不然会出现内容相同但不是同个实例对象的key所取得的value是不同的；

key取value是通过hashCode（）取得正确的索引（int）后，再对应到正确的value的

编写hashCode()遵循的原则是：

equals()用到的用于比较的每一个字段，都必须在hashCode()中用于计算；equals()中没有使用到的字段，绝不可放在hashCode()中计算。例：

public class Person {
    String firstName;
    String lastName;
    int age;

    @Override
    int hashCode() {
        int h = 0;
        h = 31 * h + firstName.hashCode();
        h = 31 * h + lastName.hashCode();
        h = 31 * h + age;
        return h;
    }
}

这是通过空间换时间的方式；

默认的HashMap大小是16个，如果数组不够用就会自动扩容一倍，

由于扩容会导致重新分布已有的key-value，所以，频繁扩容对HashMap的性能影响很大。如果我们确定要使用一个容量为10000个key-value的HashMap，更好的方式是创建HashMap时就指定容量：

Map<String, Integer> map = new HashMap<>(10000);

虽然指定容量是10000，但HashMap内部的数组长度总是2n，因此，实际数组长度被初始化为比10000大的16384（2的14次方）。

如果不同key通过HashMap计算出来的key很不辛得相同，那也不会覆盖原有的value，因为储存的value是以List方式储存的，因此如果算出来的索引相同得越多，这个List就越长，Map的效率就越低；

如果作为key的对象是enum类型，那么，还可以使用Java集合库提供的一种EnumMap，它在内部以一个非常紧凑的数组存储value，并且根据enum类型的key直接定位到内部数组的索引，并不需要计算hashCode()，不但效率最高，而且没有额外的空间浪费。

还有一种Map，它在内部会对Key进行排序，这种Map就是SortedMap。注意到SortedMap是接口，它的实现类是TreeMap。使用TreeMap时，放入的Key必须实现Comparable接口。但并未覆写equals()和hashCode()，因为TreeMap不使用equals()和hashCode()。

TreeMap在比较两个Key是否相等时，依赖Key的compareTo()方法或者Comparator.compare()方法

Java集合库提供了一个Properties来表示一组“配置”

String f = "setting.properties";
Properties props = new Properties();
props.load(new java.io.FileInputStream(f));

String filepath = props.getProperty("last_open_file");
String interval = props.getProperty("auto_save_interval", "120");

可见，用Properties读取配置文件，一共有三步：

  1. 创建Properties实例；
  2. 调用load()读取文件；
  3. 调用getProperty()获取配置。

也可以从classpath读取.properties文件，因为load(InputStream)方法接收一个InputStream实例，表示一个字节流，它不一定是文件流，也可以是从jar包中读取的资源流：

Properties props = new Properties();
props.load(getClass().getResourceAsStream("/common/setting.properties"));

如果有多个.properties文件，可以反复调用load()读取，后读取的key-value会覆盖已读取的key-value;

如果通过setProperty()修改了Properties实例，可以把配置写入文件，以便下次启动时获得最新配置。写入配置文件使用store()方法:

Properties props = new Properties();
props.setProperty("url", "http://www.liaoxuefeng.com");
props.setProperty("language", "Java");
props.store(new FileOutputStream("C:\conf\setting.properties"), "这是写入的properties注释");

Set用于存储不重复的元素集合：

  • 放入HashSet的元素与作为HashMap的key要求相同；
  • 放入TreeSet的元素与作为TreeMap的Key要求相同；

利用Set可以去除重复元素；

遍历SortedSet按照元素的排序顺序遍历，也可以自定义排序算法。

队列（Queue）是一种经常使用的集合。Queue实际上是实现了一个先进先出（FIFO：First In First Out）的有序表。它和List的区别在于，List可以在任意位置添加和删除元素，而Queue只有两个操作：

  • 把元素添加到队列末尾；
  • 从队列头部取出元素。

在Java的标准库中，队列接口Queue定义了以下几个方法：

  • int size()：获取队列长度；
  • boolean add(E)/boolean offer(E)：添加元素到队尾；
  • E remove()/E poll()：获取队首元素并从队列中删除；
  • E element()/E peek()：获取队首元素但并不从队列中删除。

前者方法失败时会抛出异常，而后者方法会返回false；

不要把null添加到队列中，否则poll()方法返回null时，很难确定是取到了null元素还是队列为空。

我们还可以发现，LinkedList即实现了List接口，又实现了Queue接口，但是，在使用的时候，如果我们把它当作List，就获取List的引用，如果我们把它当作Queue，就获取Queue的引用：

// 这是一个List:
List<String> list = new LinkedList<>();
// 这是一个Queue:
Queue<String> queue = new LinkedList<>();

PriorityQueue实现了一个优先队列：从队首获取元素时，总是获取优先级最高的元素。

PriorityQueue默认按元素比较的顺序排序（必须实现Comparable接口），也可以通过Comparator自定义排序算法（元素就不必实现Comparable接口）。

Java集合提供了接口Deque来实现一个双端队列，它的功能是：

  • 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。

Deque接口实际上扩展自Queue，Queue提供的add()/offer()方法在Deque中也可以使用，但最好还是调用xxxFirst()/xxxLast()以便与Queue的方法区分开：

  • 将元素添加到队尾或队首：addLast()/offerLast()/addFirst()/offerFirst()；
  • 从队首／队尾获取元素并删除：removeFirst()/pollFirst()/removeLast()/pollLast()；
  • 从队首／队尾获取元素但不删除：getFirst()/peekFirst()/getLast()/peekLast()；

Stack只有入栈和出栈的操作：

  • 把元素压栈：push(E)；
  • 把栈顶的元素“弹出”：pop(E)；
  • 取栈顶元素但不弹出：peek(E)。

在Java中，我们用Deque可以实现Stack的功能：

  • 把元素压栈：push(E)/addFirst(E)；
  • 把栈顶的元素“弹出”：pop(E)/removeFirst()；
  • 取栈顶元素但不弹出：peek(E)/peekFirst()。

Stack在计算机中使用非常广泛，JVM在处理Java方法调用的时候就会通过栈这种数据结构维护方法调用的层次，方法调用栈有容量限制，嵌套调用过多会造成栈溢出，即引发StackOverflowError；

对于整数进行进制的转换也可以利用栈，10转16进制，如：33÷16=2...1；2÷16=0...2；这里的余数1、2会按顺序存在栈中，当商是0的时候结束运算，取出2、1，即后存的2先取，这里用到的就是栈；

  

迭代器：

for (Iterator<String> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {
     String s = it.next();
     System.out.println(s);
}

如果我们自己编写了一个集合类，想要使用for each循环，只需满足以下条件：

  • 集合类实现Iterable接口，该接口要求返回一个Iterator对象；
  • 用Iterator对象迭代集合内部数据。

Collecttions类：

Collections提供了一系列方法来创建空集合：

  • 创建空List：List<T> emptyList()
  • 创建空Map：Map<K, V> emptyMap()
  • 创建空Set：Set<T> emptySet()

要注意到返回的空集合是不可变集合，无法向其中添加或删除元素。

List<String> list2 = Collections.emptyList();

Collections提供了一系列方法来创建一个单元素集合：

  • 创建一个元素的List：List<T> singletonList(T o)
  • 创建一个元素的Map：Map<K, V> singletonMap(K key, V value)
  • 创建一个元素的Set：Set<T> singleton(T o)

要注意到返回的单元素集合也是不可变集合，无法向其中添加或删除元素。

List<String> list1 = List.of("apple");
List<String> list2 = Collections.singletonList("apple");

Collections可以对List进行排序。因为排序会直接修改List元素的位置，因此必须传入可变List：

Collections.sort(list);

可以随机打乱List内部元素的顺序：

Collections.shuffle(list);

把可变集合封装成不可变集合：

  • 封装成不可变List：List<T> unmodifiableList(List<? extends T> list)
  • 封装成不可变Set：Set<T> unmodifiableSet(Set<? extends T> set)
  • 封装成不可变Map：Map<K, V> unmodifiableMap(Map<? extends K, ? extends V> m)

这种封装实际上是通过创建一个代理对象，拦截掉所有修改方法实现的。

List<String> immutable = Collections.unmodifiableList(mutable);

然而，继续对原始的可变List进行增删是可以的，并且，会直接影响到封装后的“不可变”List：

mutable.add("orange");//原始的mutable数组

Collections还提供了一组方法，可以把线程不安全的集合变为线程安全的集合：

  • 变为线程安全的List：List<T> synchronizedList(List<T> list)
  • 变为线程安全的Set：Set<T> synchronizedSet(Set<T> s)
  • 变为线程安全的Map：Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m)

因为从Java 5开始，引入了更高效的并发集合类，所以上述这几个同步方法已经没有什么用了。

File对象有一个静态变量用于表示当前平台的系统分隔符：

System.out.println(File.separator); // 根据当前平台打印""或"/"

File对象有3种形式表示的路径，一种是getPath()，返回构造方法传入的路径，一种是getAbsolutePath()，返回绝对路径，一种是getCanonicalPath，它和绝对路径类似，但是返回的是规范路径。

规范路径就是把.和..转换成标准的绝对路径后的路径，如：

绝对路径可以表示成C:WindowsSystem32.. otepad.exe，规范路径就是C:Windows otepad.exe。

用File对象获取到一个文件时，还可以进一步判断文件的权限和大小：

  • boolean canRead()：是否可读；
  • boolean canWrite()：是否可写；
  • boolean canExecute()：是否可执行；
  • long length()：文件字节大小。

对目录而言，是否可执行表示能否列出它包含的文件和子目录。

构造一个File对象，即使传入的文件或目录不存在，代码也不会出错，因为构造一个File对象，并不会导致任何磁盘操作。只有当我们调用File对象的某些方法的时候，才真正进行磁盘操作。

当File对象表示一个文件时，可以通过createNewFile()创建一个新文件，用delete()删除该文件；

File对象提供了createTempFile()来创建一个临时文件，以及deleteOnExit()在JVM退出时自动删除该文件：

File f = File.createTempFile("tmp-", ".txt"); // 提供临时文件的前缀和后缀
        f.deleteOnExit(); // JVM退出时自动删除

和文件操作类似，File对象如果表示一个目录，可以通过以下方法创建和删除目录：

  • boolean mkdir()：创建当前File对象表示的目录；
  • boolean mkdirs()：创建当前File对象表示的目录，并在必要时将不存在的父目录也创建出来；
  • boolean delete()：删除当前File对象表示的目录，当前目录必须为空才能删除成功。

当File对象表示一个目录时，可以使用list()和listFiles()列出目录下的文件和子目录名；

InputStream并不是一个接口，而是一个抽象类，它是所有输入流的超类。这个抽象类定义的一个最重要的方法就是int read()，签名如下：

public abstract int read() throws IOException;

这个方法会读取输入流的下一个字节，并返回字节表示的int值（0~255）。如果已读到末尾，返回-1表示不能继续读取了。

如果读取过程中发生了IO错误，InputStream就没法正确地关闭，资源也就没法及时释放，因此，我们需要用try ... finally来保证InputStream在无论是否发生IO错误的时候都能够正确地关闭；

InputStream提供了两个重载方法来支持读取多个字节（缓冲）：

  • int read(byte[] b)：读取若干字节并填充到byte[]数组，返回读取的字节数
  • int read(byte[] b, int off, int len)：指定byte[]数组的偏移量和最大填充数

read()方法的返回值不再是字节的int值，而是返回实际读取了多少个字节。如果返回-1，表示没有更多的数据了。

和InputStream类似，OutputStream也是抽象类，它是所有输出流的超类。这个抽象类定义的一个最重要的方法就是void write(int b)，签名如下：

public abstract void write(int b) throws IOException;

这个方法会写入一个字节到输出流。要注意的是，虽然传入的是int参数，但只会写入一个字节，即只写入int最低8位表示字节的部分（相当于b & 0xff）。

OutputStream还提供了一个flush()方法，它的目的是将缓冲区的内容真正输出到目的地。

ava的IO标准库提供的InputStream根据来源可以包括：

  • FileInputStream：从文件读取数据，是最终数据源；
  • ServletInputStream：从HTTP请求读取数据，是最终数据源；
  • Socket.getInputStream()：从TCP连接读取数据，是最终数据源；
  • ....

为了给基础的InputStream附加各种功能，如果用继承的方式扩展方法所用到的子类就会越来越多，导致子类数量失控，因此JDK把InputStream分为两大类：

一类是直接提供数据的基础InputStream，例如：

  • FileInputStream
  • ByteArrayInputStream
  • ServletInputStream
  • ...

一类是提供额外附加功能的InputStream，例如：

  • BufferedInputStream
  • DigestInputStream
  • CipherInputStream
  • ...

可以基础的InputStream实例放入提供额外服务的InputStram对象中再实例化，如：

InputStream file = new FileInputStream("test.gz");
InputStream buffered = new BufferedInputStream(file);

上述这种通过一个“基础”组件再叠加各种“附加”功能组件的模式，称之为Filter模式（或者装饰器模式：Decorator）

接口的基础关系如下：

 因此我们如果要编写自己的服务类时需要继承FilterInputStream接口；

OutputStream也有着类似的关系接口图；

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中读取指定资源；

根据classpath读取资源时，需要检查返回的InputStream是否为null。

Reader是Java的IO库提供的另一个输入流接口。和InputStream的区别是，InputStream是一个字节流，即以byte为单位读取，而Reader是一个字符流，即以char为单位读取；

要避免乱码问题，我们需要在创建FileReader时指定编码：

Reader reader = new FileReader("src/readme.txt", StandardCharsets.UTF_8);

Reader本质上是一个基于InputStream的byte到char的转换器，如果我们查看FileReader的源码，它在内部实际上持有一个FileInputStream。

也可以通过：

try (Reader reader = new InputStreamReader(new FileInputStream("src/readme.txt"), "UTF-8")) {
    // TODO:
}

创造Reader类，其中InputStreamReader类其实就是把字节输入流转换为字符输入流的一个转换器；FileReader其实就是封装了这个过程而已；

Writer跟Reader在设计上理念基本是一致的，总结：

Writer定义了所有字符输出流的超类：

  • FileWriter实现了文件字符流输出；

  • 使用try (resource)保证Writer正确关闭。

  • Writer是基于OutputStream构造的，可以通过OutputStreamWriter将OutputStream转换为Writer，转换时需要指定编码

PrintStream和PrintWriter

PrintStream是一种FilterOutputStream，它在OutputStream的接口上，额外提供了一些写入各种数据类型的方法：

  • 写入int：print(int)
  • 写入boolean：print(boolean)
  • 写入String：print(String)
  • 写入Object：print(Object)

System.out是系统默认提供的PrintStream；

PrintStream是一种能接收各种数据类型的输出，打印数据时比较方便：

  • System.out是标准输出；
  • System.err是标准错误输出。

PrintWriter是基于Writer的输出。

自定义日期格式：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 获取当前时间:
        Date date = new Date();
        var sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        System.out.println(sdf.format(date));
    }
}

JUnit测试

例：

@Test
    void testFact() {
        assertEquals(1, Factorial.fact(1));}

assertEquals(expected, actual)是最常用的测试方法，它在Assertion类中定义。Assertion还定义了其他断言方法，例如：

  • assertTrue(): 期待结果为true
  • assertFalse(): 期待结果为false
  • assertNotNull(): 期待结果为非null
  • assertArrayEquals(): 期待结果为数组并与期望数组每个元素的值均相等
  • ...

在测试的时候，我们经常遇到一个对象需要初始化，如果有多个@Test的话每个都要实例化就很麻烦，JUnit测试可以通过@BeforeEach来初始化，通过@AfterEach来清理资源；

被标记为@BeforeEach和@AfterEach的方法，它们会在运行每个@Test方法前后自动运行。

还有一些资源初始化和清理可能更加繁琐，而且会耗费较长的时间，例如初始化数据库。JUnit还提供了@BeforeAll和@AfterAll，它们在运行所有@Test前后运行：

因为@BeforeAll和@AfterAll在所有@Test方法运行前后仅运行一次，因此，它们只能初始化静态变量，如：

public class DatabaseTest {
    static Database db;

    @BeforeAll
    public static void initDatabase() {
        db = createDb(...);
    }
    
    @AfterAll
    public static void dropDatabase() {
        ...
    }
}

注意到每次运行一个@Test方法前，JUnit首先创建一个XxxTest实例，因此，每个@Test方法内部的成员变量都是独立的，不能也无法把成员变量的状态从一个@Test方法带到另一个@Test方法。

异常测试：

源码如果想指定抛出某些异常：

 if (n < 0) {
            throw new IllegalArgumentException();
        }

在测试时可这样编写：

@Test
void testNegative() {
    assertThrows(IllegalArgumentException.class, () -> {
        Factorial.fact(-1);
    });
}

上述奇怪的->语法就是函数式接口的实现代码；当我们执行Factorial.fact(-1)时，必定抛出IllegalArgumentException。assertThrows()在捕获到指定异常时表示通过测试，未捕获到异常，或者捕获到的异常类型不对，均表示测试失败。

条件测试：在运行测试的时候，有些时候，我们需要排出某些@Test方法，不要让它运行，这时，我们就可以给它标记一个@Disabled，

万能的@EnableIf可以执行任意Java语句并根据返回的boolean决定是否执行测试；下面的代码演示了一个只能在星期日执行的测试：

@Test
@EnabledIf("java.time.LocalDate.now().getDayOfWeek()==java.time.DayOfWeek.SUNDAY")
void testOnlyOnSunday() {
    // TODO: this test is only run on Sunday
}

参数化测试：

JUnit提供了一个@ParameterizedTest注解，用来进行参数化测试，即通过一组参数进行重复的测试：

如果传入只有一种参数可用@ValueSource：

@ParameterizedTest
@ValueSource(ints = { 0, 1, 5, 100 })
void testAbs(int x) {
    assertEquals(x, Math.abs(x));
}

如果根据传入会导致不同的不同的传出，即Test需要接受两个参数，可以使用@CsvSource，它的每一个字符串表示一行，一行包含的若干参数：

@ParameterizedTest
@CsvSource({ "abc, Abc", "APPLE, Apple", "gooD, Good" })
void testCapitalize(String input, String result) {
    assertEquals(result, StringUtils.capitalize(input));
}

这里的input就是传入的参数，result就是通过capitalize方法运行后返回的值，判断是否一致；

如果有成百上千的测试输入，那么，直接写@CsvSource就很不方便。这个时候，我们可以把测试数据提到一个独立的CSV文件中，然后标注上@CsvFileSource：

@ParameterizedTest
@CsvFileSource(resources = { "/test-capitalize.csv" })
void testCapitalizeUsingCsvFile(String input, String result) {
    assertEquals(result, StringUtils.capitalize(input));
}

正则表达式在Java代码中也是一个字符串，因此如果正则表达式有特殊字符，那就需要用转义

如果正则表达式有特殊字符，那就需要用转义。例如，正则表达式a&c，其中&是用来匹配特殊字符&的，它能精确匹配字符串"a&c",如：

 String re2 = "a\&c"; // 对应的正则是a&c
 System.out.println("a&c".matches(re2));

最后的输出是true，因为字符串re2对应的正则是a&c，而再拿这个正则来匹配对应的就是a&c;

单个字符的匹配规则如下：

正则表达式规则可以匹配
A 指定字符 A
u548c 指定Unicode字符 和
. 任意字符 a，b，&，0
d 数字0~9 0~9
w 大小写字母，数字和下划线 a~z，A~Z，0~9，_
s 空格、Tab键 空格，Tab
D 非数字 a，A，&，_，……
W 非w &，@，中，……
S 非s a，A，&，_，……

多个字符的匹配规则如下：

正则表达式规则可以匹配
A* 任意个数字符 空，A，AA，AAA，……
A+ 至少1个字符 A，AA，AAA，……
A? 0个或1个字符 空，A
A{3} 指定个数字符 AAA
A{2,3} 指定范围个数字符 AA，AAA
A{2,} 至少n个字符 AA，AAA，AAAA，……
A{0,3} 最多n个字符 空，A，AA，AAA

分组匹配（提取表达式里的某一部分）：

java里预留了一个regex库，方便于我们在java里操作正则表达式，比较常用的就是 Pattern 和 Matcher ,pattern是一个编译好的正则表达式，而Mather是一个正则表达式适配器，Mather的功能很强大，所以我们一般用pattern 来获取一个Matcher对象，然后用Matcher来操作正则表达式，就可以直接从Matcher.group(index)返回子串.例：

Pattern p = Pattern.compile("(\d{3,4})\-(\d{7,8})");
        Matcher m = p.matcher("010-12345678");
        if (m.matches()) {
            String g1 = m.group(1)};//010

使用Matcher时，必须首先调用matches()判断是否匹配成功，匹配成功后，才能调用group()提取子串。

注意：当group传入0参数时，匹配到的就是整个正则表达式；

正则表达式默认使用贪婪匹配：任何一个规则，它总是尽可能多地向后匹配，

非贪婪匹配，尽可能少的匹配，给定一个匹配规则，加上?后就变成了非贪婪匹配，例：

(d??)(9*)，给定字符串“9999”，贪婪匹配的话会分组为“9999”和“”，非贪婪匹配的话是“”和“9999”；

搜索字符串：

 String s = "the quick brown fox jumps over the lazy dog.";
        Pattern p = Pattern.compile("\wo\w");
        Matcher m = p.matcher(s);
        while (m.find()) {
            String sub = s.substring(m.start(), m.end())};

反复调用find()方法，在整个串中搜索能匹配上\wo\w规则的子串；

替换字符串：可以直接调用String.replaceAll()

String s = "The     quick		 brown   fox  jumps   over the  lazy dog.";
        String r = s.replaceAll("\s+", " ");
        System.out.println(r); // "The quick brown fox jumps over the lazy dog."

反向引用：

 String s = "the quick brown fox jumps over the lazy dog.";
        String r = s.replaceAll("\s([a-z]{4})\s", " <b>$1</b> ");
        System.out.println(r);//the quick brown fox jumps <b>over</b> the <b>lazy</b> dog.

可以使用$1、$2来反向引用匹配到的子串；

编码：

URL编码和Base64编码都是编码算法，它们不是加密算法；

URL编码的目的是把任意文本数据编码为%前缀表示的文本，便于浏览器和服务器处理；

Base64编码的目的是把任意二进制数据编码为文本，但编码后数据量会增加1/3。

哈希算法最重要的特点就是：

  • 相同的输入一定得到相同的输出；
  • 不同的输入大概率得到不同的输出。

两个相同的字符串永远会计算出相同的hashCode，否则基于hashCode定位的HashMap就无法正常工作

对输入值转为哈希值：

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建一个MessageDigest实例:
        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
        // 反复调用update输入数据:
        md.update("HelloWorld".getBytes("UTF-8"));
        byte[] result = md.digest(); // 16 bytes: 68e109f0f40ca72a15e05cc22786f8e6
        System.out.println(new BigInteger(1, result).toString(16));
    }
}

Java标准库提供了一系列常用的哈希算法；

BouncyCastle是一个开源的第三方算法提供商；

BouncyCastle提供了很多Java标准库没有提供的哈希算法和加密算法；

使用第三方算法前需要通过Security.addProvider()注册。

和多线程相比，多进程的缺点在于：

  • 创建进程比创建线程开销大，尤其是在Windows系统上；
  • 进程间通信比线程间通信要慢，因为线程间通信就是读写同一个变量，速度很快。

而多进程的优点在于：

多进程稳定性比多线程高，因为在多进程的情况下，一个进程崩溃不会影响其他进程，而在多线程的情况下，任何一个线程崩溃会直接导致整个进程崩溃。

Java语言内置了多线程支持。当Java程序启动的时候，实际上是启动了一个JVM进程，然后，JVM启动主线程来执行main()方法。在main()方法中，我们又可以启动其他线程。

启动线程且定义方法的两种方法：

方法一：从Thread派生一个自定义类，然后覆写run()方法：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new MyThread();
        t.start(); // 启动新线程
    }
}

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("start new thread!");
    }
}

方法二：创建Thread实例时，传入一个Runnable实例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new MyRunnable());
        t.start(); // 启动新线程
    }
}

class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("start new thread!");
    }
}

直接调用run()方法，相当于调用了一个普通的Java方法，当前线程并没有任何改变，也不会启动新线程。必须调用Thread实例的start()方法才能启动新线程。

start()方法内部调用了一个private native void start0()方法，native修饰符表示这个方法是由JVM虚拟机内部的C代码实现的，不是由Java代码实现的。

可以对线程设定优先级，设定优先级的方法是：

Thread.setPriority(int n) // 1~10, 默认值5

优先级高的线程被操作系统调度的优先级较高，操作系统对高优先级线程可能调度更频繁，但我们决不能通过设置优先级来确保高优先级的线程一定会先执行。

在Java程序中，一个线程对象只能调用一次start()方法启动新线程，并在新线程中执行run()方法。一旦run()方法执行完毕，线程就结束了。因此，Java线程的状态有以下几种：

  • New：新创建的线程，尚未执行；
  • Runnable：运行中的线程，正在执行run()方法的Java代码；
  • Blocked：运行中的线程，因为某些操作被阻塞而挂起；
  • Waiting：运行中的线程，因为某些操作在等待中；
  • Timed Waiting：运行中的线程，因为执行sleep()方法正在计时等待；
  • Terminated：线程已终止，因为run()方法执行完毕。

当线程启动后，它可以在Runnable、Blocked、Waiting和Timed Waiting这几个状态之间切换，直到最后变成Terminated状态，线程终止。

线程终止的原因有：

  • 线程正常终止：run()方法执行到return语句返回；
  • 线程意外终止：run()方法因为未捕获的异常导致线程终止；
  • 对某个线程的Thread实例调用stop()方法强制终止（强烈不推荐使用）。

main线程在启动t线程后，可以通过t.join()等待t线程结束后再继续运行：

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            System.out.println("hello");
        });
        System.out.println("start");
        t.start();
        t.join();
        System.out.println("end");
    }
}

进程main会在线程t执行完再进行，也就是打印“end”必定在打印“hello”之后；

中断线程：

在其他线程中对目标线程调用interrupt()方法，目标线程需要反复检测自身状态是否是interrupted状态，如果是，就立刻结束运行。

如果处于join状态的线程被强制interrupt（）中断了，会抛出InterruptedException异常；

另一个常用的中断线程的方法是设置标志位。我们通常会用一个running标志位来标识线程是否应该继续运行，在外部线程中，通过把HelloThread.running置为false，就可以让线程结束:

public class Main {
    public static void main(String[] args)  throws InterruptedException {
        HelloThread t = new HelloThread();
        t.start();
        Thread.sleep(1);
        t.running = false; // 标志位置为false
    }
}

class HelloThread extends Thread {
    public volatile boolean running = true;
    public void run() {
        int n = 0;
        while (running) {
            n ++;
            System.out.println(n + " hello!");
        }
        System.out.println("end!");
    }
}

线程间共享变量需要使用volatile关键字标记，确保每个线程都能读取到更新后的变量值。

虚拟机变量在内存分配类似下图：

 当线程访问变量时，它会先获取一个副本，并保存在自己的工作内存中。如果线程修改了变量的值，虚拟机会在某个时刻把修改后的值回写到主内存，但这个时间是不确定的；

volatile关键字的目的是告诉虚拟机：

  • 每次访问变量时，总是获取主内存的最新值；
  • 每次修改变量后，立刻回写到主内存。

不过在x86的架构下，JVM回写主内存的速度非常快，但是，换成ARM的架构，就会有显著的延迟。

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。

如果存在一个定时触发的线程，无线循环，这时怎么才能让其结束，退出JVM呢？答案就是守护进程！！

在JVM中，所有非守护线程都执行完毕后，无论有没有守护线程，虚拟机都会自动退出。

因此，JVM退出时，不必关心守护线程是否已结束。

将线程标记为守护进程：

Thread t = new MyThread();
t.setDaemon(true);
t.start()

守护线程不能持有任何需要关闭的资源，例如打开文件等，因为虚拟机退出时，守护线程没有任何机会来关闭文件，这会导致数据丢失。

如果多个线程同时读写共享变量，会出现数据不一致的问题，

而synchronized保证了代码块在任意时刻最多只有一个线程能执行：

class Counter {
    public static final Object lock = new Object();
    public static int count = 0;
}

class AddThread extends Thread {
    public void run() {
        for (int i=0; i<10000; i++) {
            synchronized(Counter.lock) {
                Counter.count += 1;
            }
        }
    }
}

用Counter.lock实例作为锁，两个线程在执行各自的synchronized(Counter.lock) { ... }代码块时，必须先获得锁，才能进入代码块进行。执行结束后，在synchronized语句块结束会自动释放锁。

使用synchronized：

  1. 找出修改共享变量的线程代码块；
  2. 选择一个共享实例作为锁；
  3. 使用synchronized(lockObject) { ... }。

在使用synchronized的时候，不必担心抛出异常。因为无论是否有异常，都会在synchronized结束处正确释放锁；

锁的缺点是带来了性能下降。因为synchronized代码块无法并发执行。此外，加锁和解锁需要消耗一定的时间，所以，synchronized会降低程序的执行效率。

锁可以定义多个，但要注意有共享数据操作的线程要用同一个锁；

 然而如果每个共享数据就要创建一个锁的话，这样很容易造成代码逻辑混乱；我们可以通过synchronized(this)来锁住本身的这个类，也可直接用synchronized来直接修饰方法，这两种锁的写法是等价的：

public void add(int n) {
    synchronized(this) { // 锁住this
        count += n;
    } // 解锁
}
public synchronized void add(int n) { // 锁住this
    count += n;
} // 解锁

如果是锁住一个静态方法，那么其实锁的是由JVM自动创建的这个Class实例，因为对于static方法，是没有this实例的；

可重复锁：

public class Counter {
    private int count = 0;

    public synchronized void add(int n) {
        if (n < 0) {
            dec(-n);
        } else {
            count += n;
        }
    }

    public synchronized void dec(int n) {
        count += n;
    }
}

如上例子，add执行的时候会调用dec方法，这个时候add是已经拿到this锁了，而再调用的时候dec还会再得到this锁；

JVM允许同一个线程重复获取同一个锁，这种能被同一个线程反复获取的锁，就叫做可重入锁。

由于Java的线程锁是可重入锁，所以，获取锁的时候，不但要判断是否是第一次获取，还要记录这是第几次获取。每获取一次锁，记录+1，每退出synchronized块，记录-1，减到0的时候，才会真正释放锁。

死锁：线程1拿到锁A，在等锁B，线程2拿到锁B，在等锁A；这样这两个线程就会无休止地等下去，这就是死锁；死锁发生后，没有任何机制能解除死锁，只能强制结束JVM进程。

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