Java 开发必备基础知识

Java 开发中最基本的,在于对数据结构,JDK 常用类、方法,常用工具包的使用。

让我们用优雅的代码写出可靠的程序吧!

Integer

自动装箱和拆箱

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Integer i = 100;
// 编译后
Integer i = Integer.valueOf(100);

// JDK 源码:
public static Integer valueOf(int i) {
assert IntegerCache.high >= 127;
if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
return new Integer(i);
}

缓存

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// 缓存
Integer i = 100;
Integer j = 100;
System.out.println(i == j); // 执行结果?

// JDK 源码
private static class IntegerCache {
static final int low = -128;
static final int high;
static final Integer cache[];

static {
// 初始化 cache。
}

private IntegerCache() {}
}

线程不安全

Integer 非线程安全,例如 i + +,i - -,多线程访问无法保证一致性。

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Integer i = new Integer(0);

public void test() {
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < 10; j++) {
i++;
System.out.println(i);
try {
Thread.sleep(10 * j);
} catch (Exception e) {
}
}
}
});
t1.start();

Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < 10; j++) {
i--;
System.out.println(i);
try {
Thread.sleep(10 * j);
} catch (Exception e) {
}
}
}
});
t2.start();
}

AtomicInteger

java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger,一个提供原子操作的 Integer 类。内部通过 volatile 实现多线程可见性。使用原生 Unsafe 类实现同步修改

Unsafe.compareAndSwapInt:比较 obj 的 offset 处内存位置中的值和期望的值,如果相同则更新,并返回 TRUE。

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// AtomicInteger
public final int get(); // 获取当前的值
public final int getAndSet(int newValue); // 取当前的值,并设置新的值
public final int getAndIncrement(); // 获取当前的值,并自增
public final int getAndDecrement(); // 获取当前的值,并自减
public final int getAndAdd(int delta); // 获取当前的值,并加上预期的值

AtomicInteger i = new AtomicInteger(0);
public void test() {
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < 10; j++) {
i.getAndIncrement();
System.out.println(i);
try {
Thread.sleep(10 * j);
} catch (Exception e) {
}
}
}
});
t1.start();

Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < 10; j++) {
i.getAndDecrement();
System.out.println(i);
try {
Thread.sleep(10 * j);
} catch (Exception e) {
}
}
}
});
t2.start();
}

当我们使用 VO 或 Form 封装前端传入的参数时,数值型参数我们是定义成 int 还是 Integer?

String

不可变性

一个字符串常量只有一个拷贝,具有不可变性,内容存放常量池。

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String str0 = "123";
String str1 = "123";
String str2 = "12" + "3"; // 编译后 "123"

static final String str = "3";
String str3 = "12" + str; // 编译后 "123"

System.out.println(str0 == str1); // 结果?
System.out.println(str1 == str2); // 结果?

String str3 = new String("123");
String str4 = new String("123");
System.out.println(str3 == str4); // 结果?

常用方法

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public int compareToIgnoreCase(String str); // 比较(忽略大小写)
public boolean startsWith(String prefix); // 传入的是
public boolean matches(String regex); // 正则匹配。
public static String format(String format, Object... args); // 格式化。
public String[] split(String regex); // 注意是正则表达式。

StringBuffer&StringBuilder

StringBuilder 线程不安全,StringBuffer 线程安全(synchronized)。定义常量时,使用 String。速度快。

StringUtils

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>>> org.apache.commons.lang.StringUtils
public static boolean isEmpty(String str); // 判断是否为空串。
public static boolean isBlank(String str); // 判断是否为空白串。
public static boolean contains(String str, String searchStr); // 包含

public static String join(Object[] array, String separator); // 字符串拼接。
StringUtils.join(["a", "b", "c"], "-") = "a-b-c"

public static String rightPad(String str, int size, char padChar); // 右边补齐
StringUtils.rightPad("bat", 5, 'z') = "batzz"

public static boolean isAlpha(String str); // 是否全字母。
public static boolean isAlphanumeric(String str); // 是否只包含字母和数字。

public static String abbreviate(String str, int maxWidth); // 过长省略。
StringUtils.abbreviate("abcdefg", 6) = "abc..."

>>> org.springframework.util.StringUtils
public static String getFilename(String path); // 获取文件名,不包含路径。
public static String getFilenameExtension(String path); // 获取文件后缀名。

>>> org.apache.commons.lang.builder.ToStringBuilder
public static String reflectionToString(Object object, ToStringStyle style); // 打印对象属性。

Array

初始化

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// 初始化
String[] arr1 = new String[6];
String[] arr2 = {"a", "b", "c", "d", "e"};
String[] arr3 = new String[]{"a", "b", "c", "d", "e"};

相关常用类

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>>> java.util.Arrays
public static void sort(Object[] a); // 排序
public static int binarySearch(Object[] a, Object key); // 二分法查找,前提数组是有序的。
public static <T> List<T> asList(T... a); // 转成 List。
public static String toString(Object[] a); // 拼装元素,可用作打印。

>>> org.apache.commons.lang.ArrayUtils
public static void reverse(Object array[]); // 元素翻转。
public static Object[] addAll(Object array1[], Object array2[]); // 两个数组拼接。
public static boolean contains(Object array[], Object objectToFind); // 包含某个元素。
public static int indexOf(Object array[], Object objectToFind); // 查找元素位置。
public static Object[] remove(Object array[], int index); // 移除第几个元素。

List

面向接口编程

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// 调用方不需要知道 List 的实现。
List<Object> lst = new ArrayList<Object>();

ArrayList

增长机制,源码。特性:插入慢(当数据到一定量时),遍历速度快。

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// JDK 源码
private transient Object[] elementData; // 内部维护一个数组。

public ArrayList() { // 初始化长度 10
this(10);
}

public ArrayList(int initialCapacity) { // 指定初始化大小。
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity:"+initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
}

public boolean add(E e) {
ensureCapacity(size + 1); // 扩展长度。
elementData[size++] = e;
return true;
}

public void ensureCapacity(int minCapacity) { // 扩展长度。
modCount++;
int oldCapacity = elementData.length;
if (minCapacity > oldCapacity) {
Object oldData[] = elementData;
int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1; // 按 1.5 倍增长。
if (newCapacity < minCapacity)
newCapacity = minCapacity;
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); // 数组拷贝,耗性能。
}
}

public E get(int index) { // 直接通过下标返回数组元素。
RangeCheck(index);
return (E) elementData[index];
}

LinkedList

源码。特性:插入速度快,遍历速度慢。

LinkedList

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// JDK 源码
private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null); // 起始节点。

private static class Entry<E> { // 每个节点元素。
E element;
Entry<E> next;
Entry<E> previous;
...
}

public boolean add(E e) { // 增加元素。
addBefore(e, header);
return true;
}

private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) { // 新增节点,修改引用即可。
Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);
newEntry.previous.next = newEntry;
newEntry.next.previous = newEntry;
size++;
modCount++;
return newEntry;
}

public E get(int index) { // 查找元素。
return entry(index).element;
}

private Entry<E> entry(int index) { // 依次遍历,性能差。
if (index < 0 || index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException("Index:"+index+", Size:"+size);
Entry<E> e = header;
if (index < (size >> 1)) {
for (int i = 0; i <= index; i++)
e = e.next;
} else {
for (int i = size; i > index; i--)
e = e.previous;
}
return e;
}

两者比较

链表插入数据速度快的说法是相对的,在数据量很小的时候,ArrayList 的插入速度不仅不比 LinkedList 慢,而且还快很多。只有当数据量达到一定量,这个特性才会体现出来,使用时根据场景选择。

集合工具类

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>>> java.util.Collections
public static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List<T> list); // 排序。
public static <T> void sort(List<T> list, Comparator<? super T> c);
public static <T> boolean addAll(Collection<? super T> c, T... elements); // 添加多个元素。

>>> org.apache.commons.collections.CollectionUtils
public static boolean isEmpty(Collection coll); // 是否为空。
public static Collection removeAll(Collection collection, Collection remove); // 移除。
public static Collection union(Collection a, Collection b); // 并集。
public static Collection intersection(Collection a, Collection b); // 交集。
public static Collection disjunction(Collection a, Collection b); // 交集的补集。
public static Collection subtract(Collection a, Collection b); // 集合相减。

>>> com.google.common.collect.Lists
List<String> lst = new ArrayList<String>(); // 这样初始化代码多,麻烦。
lst.add("a");
lst.add("b");
lst.add("c");

Lists.newArrayList("a", "b", "c"); // 简单明了。
Lists.newArrayListWithCapacity(3);
Lists.newLinkedList();

CopyOnWriteArrayList

可并发的 ArrayList,读写分离。

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List<String> lst = new ArrayList<String>();
lst.add("a");
lst.add("b");
lst.add("c");

for (Iterator<String> itor = lst.iterator(); itor.hasNext();) { // 有问题,ConcurrentModificationException
if ("b".equals(itor.next())) {
lst.remove(itor.next());
}
}

for (Iterator<String> itor = lst.iterator(); itor.hasNext();) { // 使用 Iterator.remove
if ("a".equals(itor.next())) {
// lst.remove(itor.next());
itor.remove();
}
}

List<String> lst = new CopyOnWriteArrayList<String>(); // 定义 CopyOnWriteArrayList

Map

  • Map 作为最基本的数据结果,在代码中出现频率非常大。Java JDK、C++ STL 都对其有很好的支持。
  • HashMap、Hashtable 内部维护了一个 Entry 数组。不同的是 Hashtable 对操作的方法都使用了 synchronized 确保线程安全。
  • HashTable 中 hash 数组默认大小是 11,增加的方式是 old * 2 + 1。HashMap 中 hash 数组的默认大小是 16,而且一定是 2 的指数。
  • 加载因子:Hash 表中元素的填满的程度。加载因子越大,填满的元素越多,空间利用率高,Hash 冲突的机会大。加载因子越小,填满的元素越少,冲突的机会减小,空间浪费多了。冲突的机会越大,则查找的成本越高。反之,查找的成本越小。

HashMap 数据结构

HashMap 源码

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/**
* Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the default initial capacity
* (16) and the default load factor (0.75).
*/
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
init();
}

public V put(K key, V value) { // 添加
if (key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key.hashCode()); // 计算 Hash 对应的表索引。
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { // 替换相同的 Key 元素。
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}

modCount++;
addEntry(hash, key, value, i); //
return null;
}

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { // 添加新元素到链表头。
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
if (size++ >= threshold)
resize(2 * table.length); // 扩容,会重新调整 Hash 数组,代价较高。
}

public V get(Object key) { // 查找。
if (key == null)
return getForNullKey();
int hash = hash(key.hashCode()); // 计算 Hash 对应的表索引。
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
return e.value;
}
return null;
}

Map<String, String> map = new HashMap<String, String>(4); // 这样写会扩容吗?
map.put("1", "1");
map.put("2", "2");
map.put("3", "3");
map.put("4", "4");
Map<String, String> map = new HashMap<String, String>(4, 1);

TreeMap

内部通过红黑树保证取出来的是排序后的键值对。插入、删除需要维护平衡会牺牲一些效率。但如果要按自然顺序或自定义顺序遍历键,那么 TreeMap 会更好。

参考:Comparable,Comparator。TreeMap 详解

TreeSet

内部通过 TreeMap 实现。TreeSet 元素实现 Comparable 接口或自定义比较器。

ConcurrentHashMap

HashMap 效率高线程不安全,Hashtable 线程安全但效率不高。ConcurrentHashMap 折中办法。

Guava 增强的集合

Multiset

可重复的 Set。HashMultiset,内部 HashMap 实现。

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List<Integer> lst = Lists.newArrayList(1, 2, 3, 4, 2, 3);

// 一般写法
Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();
for (Integer i : lst) {
Integer count = map.get(i);
if (count == null) {
map.put(i, 1);
} else {
map.put(i, count + 1);
}
}
System.out.println(map.get(2)); // 结果:2

// Guava 写法
Multiset<Integer> set = HashMultiset.create();
set.addAll(lst);
int count = set.count(2); // 结果:2
System.out.println(Arrays.toString(set.toArray())); // 结果为排序后的:[1, 2, 2, 3, 3, 4]

BiMap

一个双向映射的 Map,强制 Value 唯一性。

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BiMap<String, String> map = HashBiMap.create();
map.put("M", "1");
map.put("F", "2");
map.put("F", "1"); // 报错:value already present.
map.forcePut("F", "3"); // 忽略校验 Put
System.out.println(map.get("F")); // 3
System.out.println(map.inverse().get("1")); // M

Multimap

一个 Key 对应多个 Value,比 Map<String, List> 更优雅的写法。

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Map<String, List<Integer>> map = new HashMap<String, List<Integer>>(); // 一般写法。

Multimap<String, Integer> multimap = ArrayListMultimap.create(); // Guava 写法。
for (int i = 0; i < 10; i++) {
multimap.put((i % 2 == 0) ? "m" : "n", i);
}
System.out.println("size:" + multimap.size()); // size: 10
System.out.println("keys:" + multimap.keys()); // keys: [n x 5, m x 5]
System.out.println(multimap.get("m").toString()); // [0, 2, 4, 6, 8]
System.out.println(multimap.get("n").toString()); // [1, 3, 5, 7, 9]
System.out.println(multimap.containsValue(10)); // FALSE,是否存在指定的 Value

反射

Java 反射机制主要提供了以下功能:

  1. 在运行时判断任意一个对象所属的类;
  2. 在运行时构造任意一个类的对象;
  3. 在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法;
  4. 在运行时调用任意一个对象的方法;
  5. 生成动态代理。
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class User {
private String name;
public Integer age;
private String getName() {
return name;
}
public Integer getAge() {
return age;
}
public static void Test() {
System.out.println("Test");
}
}

Class clazz = User.class;
User user = (User)clazz.newInstance();
user.age = 10;

clazz.getSimpleName(); // User
clazz.getName(); // 包名 +User
clazz.getPackage();


Field[] fields = clazz.getDeclaredFields(); // 声明的所有属性。[name, age]
Field[] fields = clazz.getFields(); // 可访问的。[age]

Object value = clazz.getField("age").get(user); // 10

Method[] methods = clazz.getDeclaredMethods(); // 声明的所有方法。[getAge, getName]
Method[] methods = clazz.getMethods(); // 可访问的。[getAge, equals, toString, hashCode...]

Object result = clazz.getMethod("getAge").invoke(user); // 10
clazz.getMethod("Test").invoke(null); // 调用静态方法

PropertyDescriptor pd = new PropertyDescriptor("name", clazz);
pd.getReadMethod().getName();

Bean 属性复制

常用的有 Commons 的 BeanUtils 和 PropertyUtils,Spring 的 BeanUtils。

Commons 的 BeanUtils.copyProperties()会对类型转换,如:Integer 默认 0。Spring 的 BeanUtils.copyProperties()不会。

Commons 的 PropertyUtils.copyProperties()对属性的类型强校验。

类型转换:org.apache.commons.beanutils.converters

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public class User1 {
private Integer age;
private Integer name;

// getter setter ...
}

public class User2 {
private Integer age;
private String name;

// getter setter ...
}

User1 u1 = new User1();
User2 u2 = new User2();
org.apache.commons.beanutils.BeanUtils.copyProperties(u2, u1); // u2.getAge() == 0
org.springframework.beans.BeanUtils.copyProperties(u1, u2); // u2.getAge() == null
org.apache.commons.beanutils.PropertyUtils.copyProperties(u2, u1); // u2.getAge() == null

User1 u1 = new User1();
u1.setName(123);
User2 u2 = new User2();
org.apache.commons.beanutils.BeanUtils.copyProperties(u2, u1); // u2.getName() == "123"
// Converting 'Integer' value '123' to type 'String'
org.springframework.beans.BeanUtils.copyProperties(u1, u2); // u2.getName() == null
org.apache.commons.beanutils.PropertyUtils.copyProperties(u2, u1); // u2.getName() 报错