Java高级教程

2023-11-10

Java高级教程

Java11文档

Java数据结构

Java工具包提供了强大的数据结构。在Java中的数据结构主要包括以下几种接口和类:

  • 枚举(Enumeration)
  • 位集合(BitSet)
  • 向量(Vector)
  • 栈(Stack)
  • 字典(Dictionary)
  • 哈希表(Hashtable)
  • 属性(Properties)

Java ArrayList

ArrayList 类是一个可以动态修改的数组,与普通数组的区别就是它是没有固定大小的限制,我们可以添加或删除元素。
ArrayList 类位于 java.util 包中,使用前需要引入它,语法格式如下:

import java.util.ArrayList; // 引入 ArrayList 类
ArrayList objectName =new ArrayList<>();  // 初始化

参考文档

Java LinkedList

链表(Linked list)是一种常见的基础数据结构,是一种线性表,但是并不会按线性的顺序存储数据,而是在每一个节点里存到下一个节点的地址。

链表可分为单向链表和双向链表。

一个单向链表包含两个值: 当前节点的值和一个指向下一个节点的链接。

在这里插入图片描述

一个双向链表有三个整数值: 数值、向后的节点链接、向前的节点链接。

在这里插入图片描述

Java LinkedList(链表) 类似于 ArrayList,是一种常用的数据容器。

与 ArrayList 相比,LinkedList 的增加和删除对操作效率更高,而查找和修改的操作效率较低。

以下情况使用 ArrayList :

  • 频繁访问列表中的某一个元素。
  • 只需要在列表末尾进行添加和删除元素操作。

以下情况使用 LinkedList :

  • 你需要通过循环迭代来访问列表中的某些元素。
  • 需要频繁的在列表开头、中间、末尾等位置进行添加和删除元素操作。

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Java HashSet

  • HashSet 基于 HashMap 来实现的,是一个不允许有重复元素的集合。
  • HashSet 允许有 null 值。
  • HashSet 是无序的,即不会记录插入的顺序。
  • HashSet 不是线程安全的, 如果多个线程尝试同时修改 HashSet,则最终结果是不确定的。 您必须在多线程访问时显式同步对 HashSet 的并发访问。
  • HashSet 实现了 Set 接口。

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Java HashMap

  • HashMap 是一个散列表,它存储的内容是键值对(key-value)映射。
  • HashMap 实现了 Map 接口,根据键的 HashCode 值存储数据,具有很快的访问速度,最多允许一条记录的键为 null,不支持线程同步。
  • HashMap 是无序的,即不会记录插入的顺序。
  • HashMap 继承于AbstractMap,实现了 Map、Cloneable、java.io.Serializable 接口。

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Java Iterator(迭代器)

  • Java Iterator(迭代器)不是一个集合,它是一种用于访问集合的方法,可用于迭代 ArrayList 和 HashSet 等集合。
  • Iterator 是 Java 迭代器最简单的实现,ListIterator 是 Collection API 中的接口, 它扩展了 Iterator 接口。
  • 迭代器 it 的两个基本操作是 next 、hasNext 和 remove。
  • 调用 it.next() 会返回迭代器的下一个元素,并且更新迭代器的状态。
  • 调用 it.hasNext() 用于检测集合中是否还有元素。
  • 调用 it.remove() 将迭代器返回的元素删除。
  • Iterator 类位于 java.util 包中,使用前需要引入它,语法格式如下:

import java.util.Iterator; // 引入 Iterator 类

Java Object 类

Java Object 类是所有类的父类,也就是说 Java 的所有类都继承了 Object,子类可以使用 Object 的所有方法。
参考文档

Java 泛型

Java 泛型(generics)是 JDK 5 中引入的一个新特性, 泛型提供了编译时类型安全检测机制,该机制允许程序员在编译时检测到非法的类型。
泛型的本质是参数化类型,也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。

假定我们有这样一个需求:写一个排序方法,能够对整型数组、字符串数组甚至其他任何类型的数组进行排序,该如何实现?

答案是可以使用 Java 泛型。

使用 Java 泛型的概念,我们可以写一个泛型方法来对一个对象数组排序。然后,调用该泛型方法来对整型数组、浮点数数组、字符串数组等进行排序。

泛型方法
你可以写一个泛型方法,该方法在调用时可以接收不同类型的参数。根据传递给泛型方法的参数类型,编译器适当地处理每一个方法调用。
下面是定义泛型方法的规则:

  • 所有泛型方法声明都有一个类型参数声明部分(由尖括号分隔),该类型参数声明部分在方法返回类型之前(在下面例子中的)。
  • 每一个类型参数声明部分包含一个或多个类型参数,参数间用逗号隔开。一个泛型参数,也被称为一个类型变量,是用于指定一个泛型类型名称的标识符。
  • 类型参数能被用来声明返回值类型,并且能作为泛型方法得到的实际参数类型的占位符。
  • 泛型方法体的声明和其他方法一样。注意类型参数只能代表引用型类型,不能是原始类型(像int,double,char的等)。

泛型类

  • 泛型类的声明和非泛型类的声明类似,除了在类名后面添加了类型参数声明部分。
    和泛型方法一样,泛型类的类型参数声明部分也包含一个或多个类型参数,参数间用逗号隔开。一个泛型参数,也被称为一个类型变量,是用于指定一个泛型类型名称的标识符。因为他们接受一个或多个参数,这些类被称为参数化的类或参数化的类型。
    类型通配符
  1. 类型通配符一般是使用?代替具体的类型参数。例如 List<?> 在逻辑上是List,List 等所有List<具体类型实参>的父类
  2. 类型通配符上限通过形如List来定义,如此定义就是通配符泛型值接受Number及其下层子类类型。
  3. 类型通配符下限通过形如 List<? super Number>来定义,表示类型只能接受Number及其三层父类类型,如 Object 类型的实例。

Java序列化

Employee.java

public class Employee implements java.io.Serializable
{
   public String name;
   public String address;
   public transient int SSN;
   public int number;
   public void mailCheck()
   {
      System.out.println("Mailing a check to " + name
                           + " " + address);
   }
}

序列化一个对象SerializeDemo.java

import java.io.*;
 
public class SerializeDemo
{
   public static void main(String [] args)
   {
      Employee e = new Employee();
      e.name = "Reyan Ali";
      e.address = "Phokka Kuan, Ambehta Peer";
      e.SSN = 11122333;
      e.number = 101;
      try
      {
         FileOutputStream fileOut =
         new FileOutputStream("/tmp/employee.ser");
         ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(fileOut);
         out.writeObject(e);
         out.close();
         fileOut.close();
         System.out.printf("Serialized data is saved in /tmp/employee.ser");
      }catch(IOException i)
      {
          i.printStackTrace();
      }
   }
}

下面的 DeserializeDemo 程序实例了反序列化,/tmp/employee.ser 存储了 Employee 对象。

import java.io.*;
 
public class DeserializeDemo
{
   public static void main(String [] args)
   {
      Employee e = null;
      try
      {
         FileInputStream fileIn = new FileInputStream("/tmp/employee.ser");
         ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(fileIn);
         e = (Employee) in.readObject();
         in.close();
         fileIn.close();
      }catch(IOException i)
      {
         i.printStackTrace();
         return;
      }catch(ClassNotFoundException c)
      {
         System.out.println("Employee class not found");
         c.printStackTrace();
         return;
      }
      System.out.println("Deserialized Employee...");
      System.out.println("Name: " + e.name);
      System.out.println("Address: " + e.address);
      System.out.println("SSN: " + e.SSN);
      System.out.println("Number: " + e.number);
    }
}

Java网络编程

网络编程是指编写运行在多个设备(计算机)的程序,这些设备都通过网络连接起来。
java.net 包中 J2SE 的 API 包含有类和接口,它们提供低层次的通信细节。你可以直接使用这些类和接口,来专注于解决问题,而不用关注通信细节。
java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持:
TCP:TCP 是传输控制协议的缩写,它保障了两个应用程序之间的可靠通信。通常用于互联网协议,被称 TCP / IP。
UDP:UDP 是用户数据报协议的缩写,一个无连接的协议。提供了应用程序之间要发送的数据的数据包。
本教程主要讲解以下两个主题。
Socket 编程:这是使用最广泛的网络概念,它已被解释地非常详细。
URL 处理:这部分会在另外的篇幅里讲,点击这里更详细地了解在 Java 语言中的 URL 处理。
Socket 编程
套接字使用TCP提供了两台计算机之间的通信机制。 客户端程序创建一个套接字,并尝试连接服务器的套接字。
当连接建立时,服务器会创建一个 Socket 对象。客户端和服务器现在可以通过对 Socket 对象的写入和读取来进行通信。
java.net.Socket 类代表一个套接字,并且 java.net.ServerSocket 类为服务器程序提供了一种来监听客户端,并与他们建立连接的机制。
以下步骤在两台计算机之间使用套接字建立TCP连接时会出现:

  • 服务器实例化一个 ServerSocket 对象,表示通过服务器上的端口通信。
  • 服务器调用 ServerSocket 类的 accept() 方法,该方法将一直等待,直到客户端连接到服务器上给定的端口。
  • 服务器正在等待时,一个客户端实例化一个 Socket 对象,指定服务器名称和端口号来请求连接。
  • Socket 类的构造函数试图将客户端连接到指定的服务器和端口号。如果通信被建立,则在客户端创建一个 Socket 对象能够与服务器进行通信。
  • 在服务器端,accept() 方法返回服务器上一个新的 socket 引用,该 socket 连接到客户端的 socket。
  • 连接建立后,通过使用 I/O 流在进行通信,每一个socket都有一个输出流和一个输入流,客户端的输出流连接到服务器端的输入流,而客户端的输入流连接到服务器端的输出流。

TCP 是一个双向的通信协议,因此数据可以通过两个数据流在同一时间发送.以下是一些类提供的一套完整的有用的方法来实现 socket。

Java发送邮件

使用Java应用程序发送 E-mail 十分简单,但是首先你应该在你的机器上安装 JavaMail API 和Java Activation Framework (JAF) 。

您可以从 Java 网站下载最新版本的 JavaMail,打开网页右侧有个 Downloads 链接,点击它下载。
您可以从 Java 网站下载最新版本的 JAF。
下载并解压缩这些文件,在新创建的顶层目录中,您会发现这两个应用程序的一些 jar 文件。您需要把 mail.jar 和 activation.jar 文件添加到您的 CLASSPATH 中。

Java多线程编程

Java 给多线程编程提供了内置的支持。 一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流,一个进程中可以并发多个线程,每条线程并行执行不同的任务。
多线程是多任务的一种特别的形式,但多线程使用了更小的资源开销。
这里定义和线程相关的另一个术语 - 进程:一个进程包括由操作系统分配的内存空间,包含一个或多个线程。一个线程不能独立的存在,它必须是进程的一部分。一个进程一直运行,直到所有的非守护线程都结束运行后才能结束。
多线程能满足程序员编写高效率的程序来达到充分利用 CPU 的目的。
一个线程的声明周期
线程是一个动态执行的过程,它也有一个从产生到死亡的过程。
下图显示了一个线程完整的生命周期
线程的生命周期
新建状态:
使用 new 关键字和 Thread 类或其子类建立一个线程对象后,该线程对象就处于新建状态。它保持这个状态直到程序 start() 这个线程。
就绪状态:
当线程对象调用了start()方法之后,该线程就进入就绪状态。就绪状态的线程处于就绪队列中,要等待JVM里线程调度器的调度。
运行状态:
如果就绪状态的线程获取 CPU 资源,就可以执行 run(),此时线程便处于运行状态。处于运行状态的线程最为复杂,它可以变为阻塞状态、就绪状态和死亡状态。
阻塞状态:
如果一个线程执行了sleep(睡眠)、suspend(挂起)等方法,失去所占用资源之后,该线程就从运行状态进入阻塞状态。在睡眠时间已到或获得设备资源后可以重新进入就绪状态。可以分为三种:
等待阻塞:运行状态中的线程执行 wait() 方法,使线程进入到等待阻塞状态。
同步阻塞:线程在获取 synchronized 同步锁失败(因为同步锁被其他线程占用)。
其他阻塞:通过调用线程的 sleep() 或 join() 发出了 I/O 请求时,线程就会进入到阻塞状态。当sleep() 状态超时,join() 等待线程终止或超时,或者 I/O 处理完毕,线程重新转入就绪状态。
死亡状态:
一个运行状态的线程完成任务或者其他终止条件发生时,该线程就切换到终止状态。
线程的优先级
每一个 Java 线程都有一个优先级,这样有助于操作系统确定线程的调度顺序。
Java 线程的优先级是一个整数,其取值范围是 1 (Thread.MIN_PRIORITY ) - 10 (Thread.MAX_PRIORITY )。
默认情况下,每一个线程都会分配一个优先级 NORM_PRIORITY(5)。
具有较高优先级的线程对程序更重要,并且应该在低优先级的线程之前分配处理器资源。但是,线程优先级不能保证线程执行的顺序,而且非常依赖于平台。
创建一个线程
Java 提供了三种创建线程的方法:
通过实现 Runnable 接口;
通过继承 Thread 类本身;
通过 Callable 和 Future 创建线程。
创建线程的三种方式的对比

  1. 采用实现 Runnable、Callable 接口的方式创建多线程时,线程类只是实现了 Runnable 接口或 Callable 接口,还可以继承其他类。
  2. 使用继承 Thread 类的方式创建多线程时,编写简单,如果需要访问当前线程,则无需使用 Thread.currentThread() 方法,直接使用 this 即可获得当前线程。
    线程的几个主要概念
    在多线程编程时,你需要了解以下几个概念:
  • 线程同步
  • 线程间通信
  • 线程死锁
  • 线程控制:挂起、停止和恢复
    多线程的使用
    有效利用多线程的关键是理解程序是并发执行而不是串行执行的。例如:程序中有两个子系统需要并发执行,这时候就需要利用多线程编程。
    通过对多线程的使用,可以编写出非常高效的程序。不过请注意,如果你创建太多的线程,程序执行的效率实际上是降低了,而不是提升了。
    请记住,上下文的切换开销也很重要,如果你创建了太多的线程,CPU 花费在上下文的切换的时间将多于执行程序的时间!

Java 文档注释

Java 8 新特性

Java8 新增了非常多的特性,我们主要讨论以下几个:

  • Lambda 表达式 − Lambda 允许把函数作为一个方法的参数(函数作为参数传递到方法中)。
  • 方法引用 − 方法引用提供了非常有用的语法,可以直接引用已有Java类或对象(实例)的方法或构造器。与lambda联合使用,方法引用可以使语言的构造更紧凑简洁,减少冗余代码。
  • 默认方法 − 默认方法就是一个在接口里面有了一个实现的方法。
  • 新工具 − 新的编译工具,如:Nashorn引擎 jjs、 类依赖分析器jdeps。
  • Stream API −新添加的Stream API(java.util.stream) 把真正的函数式编程风格引入到Java中。
  • Date Time API − 加强对日期与时间的处理。
  • Optional 类 − Optional 类已经成为 Java 8 类库的一部分,用来解决空指针异常。
  • Nashorn, JavaScript 引擎 − Java 8提供了一个新的Nashorn javascript引擎,它允许我们在JVM上运行特定的javascript应用。

Java MySQL 连接

Java 9 新特性

  • 模块系统:模块是一个包的容器,Java 9 最大的变化之一是引入了模块系统(Jigsaw 项目)。
  • REPL (JShell):交互式编程环境。
  • HTTP 2 客户端:HTTP/2标准是HTTP协议的最新版本,新的 HTTPClient -API 支持 WebSocket 和 HTTP2 流以及服务器推送特性。
  • 改进的 Javadoc:Javadoc 现在支持在 API 文档中的进行搜索。另外,Javadoc 的输出现在符合兼容 HTML5 标准。
  • 多版本兼容 JAR 包:多版本兼容 JAR 功能能让你创建仅在特定版本的 Java 环境中运行库程序时选择使用的 class 版本。
  • 集合工厂方法:List,Set 和 Map 接口中,新的静态工厂方法可以创建这些集合的不可变实例。
  • 私有接口方法:在接口中使用private私有方法。我们可以使用 private 访问修饰符在接口中编写私有方法。
  • 进程 API: 改进的 API 来控制和管理操作系统进程。引进 java.lang.ProcessHandle 及其嵌套接口 Info 来让开发者逃离时常因为要获取一个本地进程的 PID 而不得不使用本地代码的窘境。
  • 改进的 Stream API:改进的 Stream API 添加了一些便利的方法,使流处理更容易,并使用收集器编写复杂的查询。
  • 改进 try-with-resources:如果你已经有一个资源是 final 或等效于 final 变量,您可以在 try-with-resources 语句中使用该变量,而无需在 try-with-resources 语句中声明一个新变量。
  • 改进的弃用注解 @Deprecated:注解 @Deprecated 可以标记 Java API 状态,可以表示被标记的 API 将会被移除,或者已经破坏。
    改进钻石操作符(Diamond Operator) :匿名类可以使用钻石操作符(Diamond Operator)。
  • 改进 Optional 类:java.util.Optional 添加了很多新的有用方法,Optional 可以直接转为 stream。
  • 多分辨率图像 API:定义多分辨率图像API,开发者可以很容易的操作和展示不同分辨率的图像了。
  • 改进的 CompletableFuture API : CompletableFuture 类的异步机制可以在 ProcessHandle.onExit 方法退出时执行操作。
  • 轻量级的 JSON API:内置了一个轻量级的JSON API
  • 响应式流(Reactive Streams) API: Java 9中引入了新的响应式流 API 来支持 Java 9 中的响应式编程。
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