学习-Java核心技术卷I-7~12章

2022年03月20日

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7. 异常、断言和日志

7.1 处理错误

异常分类
声明检查型异常
如何抛出异常
创建异常类

7.2 捕获异常

捕获异常
捕获多个异常
再次抛出异常与异常链
finally 子句
try-with-Resources 语句
```
try (Resource res = ...) {
    work with res
}
```
try 块退出时，会自动调用 res.close()
还可以指定多个资源
try-with-resource 语句自身也可以有 catch 子句，甚至还可以有一个 finally 子句。这些子句会在关闭资源之后执行。
分析堆栈轨迹元素

7.3 使用异常的技巧

异常处理不能代替简单的测试
不要过分的细化异常
充分利用异常层次结构
不要压制异常
在检测错误时，“苛刻”要比放任更好
不要羞于传递异常

7.4 使用断言

断言的概念
断言机制允许在测试期间向代码中插入一些检查，而在生产代码中会自动删除这些检查。
```
assert condition;
assert condition : expression;
```
上述这两个语句都会计算条件，如果结果为 false，则抛出一个 AssertionError 异常。在第二个语句中，表达式将传入 AssertionError 对象的构造器，并转换成一个消息字符串。
启用和禁用断言
- 可以在运行程序时用 -enableassertions 或 -ea 选项启用断言。
- 可以在某个类或整个包中启用断言
```
java -ea:MyClass -ea:com.mycompany.mylib MyApp
```
- 可以用选项 -disableassertions 或 -da 在某个特定类和包中禁用断言。有些类不是由类加载器加载，而是直接由虚拟机加载的。可以使用这些开关有选择的启用或禁用那些类中的断言。
- 不必重新编译程序来启用或禁用断言。启用或禁用断言是类加载器的功能。
使用断言完成参数检查
when?
- 断言失败是致命的、不可恢复的错误
- 断言检查只是在开发和测试阶段打开
使用断言提供假设文档

7.5 日志

日志 API 优点
- 可以很容易的取消全部日志记录，或者仅仅取消某个级别以下的日志，而且可以很容易的再次打开日志开关
- 可以很简单的禁止日志记录，因此，将这些日志代码留在程序中的开销很小
- 日志记录可以被定向到不同的处理器，如在控制台显示、写至文件，等等
- 日志记录器和处理器都可以对记录进行过滤。过滤器可以根据过滤器实现器指定的标准丢弃那些无用的记录项
- 日志记录可以采用不同的方式格式化
- 应用程序可以使用多个日志记录器，他们使用与包名类似的有层次结构的名字
- 日志系统的配置由配置文件控制

基本日志

// 使用全局日志记录器
Logger.getGlobal().info("File->Open menu item selected");
// 取消所有日志
Logger.getGlobal().setLevel(Level.OFF);

高级日志

// 创建或获取日志记录器
private static final Logger myLogger = Logger.getLogger("com.mycompany.myapp");

7个日志级别

SEVERE
WARNING
INFO
CONFIG
FINE
FINER
FINEST

修改日志管理器配置
conf/logging.properties
本地化
处理器
在默认情况下，日志记录器将记录发送到 ConsoleHandler，并由它输出到 System.err 流
过滤器
在默认情况下，会根据日志记录的级别进行过滤。每个日志记录器和处理器都有一个可选的过滤器来完成附加的过滤。
格式化器
ConsoleHandler 类和 FileHandler 类可以生成文本和 XML 格式的日志记录。也可以扩展 Formatter 自定义格式化器。
日志技巧
- 对一个简单的应用，选择一个日志记录器。可以把日志记录器命名为与主应用包一样的名字。
- 默认的日志配置会把级别等于或高于 INFO 的所有消息记录到控制台。用户可以覆盖这个默认配置。
- 将程序员想要的日志消息设定为 FINE 级别是一个很好的选择。

7.6 调试技巧

可以用下面的方法记录任意变量的值
```
Logger.getGlobal().info("x=" + x);
```
可以在每一个类中放置一个单独的 main 方法。这样就可以提供一个单元测试桩，能够独立地测试类。
尝试使用JUnit
日志代理（logging proxy）是一个子类的对象，他可以截获方法调用，记录日志，然后调用超类中的方法。
利用 Throwable 类的printStackTrace 方法，可以从任意的异常对象获得堆栈轨迹。
一般来说，堆栈轨迹显示在 System.err 上。如果想要记录或显示堆栈轨迹，可以如下将它捕获到一个字符串中：
```
var out = new StringWriter();
new Throwable().printStackTrace(new PrintWriter(out));
String description = out.toString();
```
通常，将程序错误记入一个文件会很有用
要想观察类的加载过程，启动 Java 虚拟机时可以使用 -verbose 标志。
-Xlint 选项告诉编译器找出常见的代码问题。
Java 虚拟机增加了对 Java 应用程序的监控和管理支持，允许在虚拟机中安装代理来跟踪内存消耗、线程使用、类加载等情况。【 jconsole】
Java 任务控制器是一个专业级性能分析和诊断工具，包含在 Oracle JDK 中，可以免费用于开发。

8. 泛型程序设计

8.1 为什么要使用泛型程序设计

类型参数的好处
谁想成为泛型程序员

8.2 定义简单泛型类

泛型类就是有一个或多个类型变量的类。
常见的做法是类型变量使用大写字母，而且很简短。Java 库使用变量 E 表示集合的元素类型，K 和 V 分别表示表的键和值的类型。T（必要时还可以用相邻的字母 U 和 S）表示“任意类型”。

8.3 泛型方法

类型变量放在修饰符的后面，并在返回类型的前面
泛型方法可以在普通类中定义，也可以在泛型类中定义。
当调用一个泛型方法时，可以把具体类型包围在尖括号中，放在方法名前面
```
String middle = ArrayAlg.<String>getMiddle("John", "Q.", "Public");
```
如果编译器有足够的信息推断出你想要的方法。可以省略尖括号

8.4 类型变量的限定

<T extends BoundingType>
// 如果有一个类作为限定，它必须是限定列表中的第一个限定。
<T extends Comparable & Serializable>

8.5 泛型代码和虚拟机

虚拟机没有泛型类型对象——所有对象都属于普通类

类型擦除
无论何时定义一个泛型类型，都会自动提供一个相应的原始类型。这个原始类型的名字就是去掉类型参数后的泛型类型名。类型变量会被擦除，并替换为其第一个限定类型（或者，对于无限定的变量则替换为 Object）。
转换泛型表达式
自动强制类型转换
转换泛型方法
类型转换也会出现在泛型方法中。
请记住以下几点：
- 虚拟机中没有泛型，只有普通的类和方法
- 所有的类型参数都会替换为它们的限定类型
- 会合成桥方法来保持多态
- 为保持类型安全性，必要时会插入强制类型转换
调用遗留代码

8.6 限制与局限性

不能用基本类型实例化类型参数
运行时类型查询只适用于原始类型
不能创建参数化类型的数组，但仍可以合法声明
Varargs 警告
不能实例化类型变量
不能构造泛型数组
泛型类的静态上下文中类型变量无效
不能抛出或捕获泛型类的实例
可以取消对检查型异常的检查
注意擦除后的冲突

8.7 泛型类型的继承规则

总是可以将参数化类型转换为一个原始类型

8.8 通配符类型

通配符概念
通配符的超类型限定
```
<? super Type>
```
带有超类型限定的通配符允许你写入一个泛型对象，而带有子类型限定的通配符允许你读取一个泛型对象
无限定通配符
```
<?>
```
通配符捕获

8.9 反射和泛型

泛型 Class 类
使用 Class 参数进行类型匹配
虚拟机中的泛型类型信息
擦除的类仍然保留原先泛型的微弱记忆。
类型字面量

9. 集合

9.1 Java 集合框架

集合接口与实现分离

Collection 接口

public interface Collection<E> {
    boolean add(E element);
    Iterator<E> iterator();

    // 泛型实用方法
    int size();
    boolean isEmpty();
    boolean contains(Object obj);
    boolean containsAll(Collection<?> c);
    boolean equals(Object other);
    boolean addAll(Collection<? extends E> from);
    boolean remove(Object obj);
    boolean removeAll(Collection<?> c);
    void clear();
    boolean retailAll(Collection<?> c);
    Object[] toArray();
    <T> T[] toArray(T[] arrayToFill);
}

迭代器

public interface Iterator<E> {
    E next();
    boolean hasNext();
    void remove();
    default void forEachRemaining(Consumer<? super E> action);
}

可以认为 Java 迭代器位于两个元素之间。当调用 next 时，迭代器就越过下一个元素，并返回刚刚越过的那个元素的引用

9.2 集合框架中的接口

集合有两个基本接口：Collection 和 Map

9.3 具体集合

链表
1. 在 Java 程序设计语言中，所有链表实际上都是双向链接的
2. 链表是一个有序集合，每个对象的位置十分重要
数组列表
Vector 类的所有方法都是同步的。
散列集
集是没有重复元素的元素集合
无序不重复
树集
有序不重复（红黑树）
队列与双端队列
队列允许你高效的在尾部添加元素，并在头部删除元素。双端队列允许在头部和尾部都高效的添加或删除元素。不支持在队列中间添加元素
优先队列
优先队列中的元素可以按照任意的顺序插入，但会按照有序的顺序进行检索【堆】

9.4 映射

基本映射操作
- put
- get
- forEach
更新映射条目
映射视图
- keySet()
- values()
- entrySet()
WeakHashMap
LinkedHashSet 和 LinkedHashMap
EnumSet、EnumMap
IdentityHashMap

9.5 视图与包装器

小集合

List<String> names = List.of("Peter", "Paul", "Mary");
Set<Integer> numbers = Set.of(2, 3, 5);
// 这些集合对象是不可修改的

子范围
不可修改的视图
同步视图
检查型视图
关于可选操作的说明

9.6 算法

为什么使用泛型算法
排序与混排
简单算法
批操作
集合与数组的转换
编写自己的算法

9.7 遗留的集合

Hashtable 类
同步
Enumeration
Properties
Stack
BitSet

10. GUI 程序设计

11. Swing 用户界面组件

12. 并发

12.1 什么是线程

12.2 线程状态

New
Runnable
Blocked
Waiting
Timed waiting
Terminated

要确定一个线程的当前状态，只需要调用 getState 方法。

新建线程
当用 new 操作符创建一个新线程时，这个线程还没有开始运行。这意味着它的状态是新建。
可运行线程
一旦调用 start 方法，线程就处于可运行状态。一个可运行的线程可能正在运行也可能没有运行。要由操作系统为线程提供具体的运行时间。【Java 规范没有将正在运行作为一个单独的状态。一个正在运行的线程仍然处于可运行状态。】
阻塞和等待线程
当线程处于阻塞或等待状态时，它暂时是不活动的。它不运行任何代码，而且消耗最少的资源。要由线程调度器重新激活这个线程。具体细节取决于它是怎样到达非活动状态的。
终止线程
- run 方法正常退出，线程自然终止
- 因为一个没有捕获的异常终止了 run 方法，使线程意外终止

12.3 线程属性

中断线程
除了已经废弃的 stop 方法，没有办法可以强制线程终止。不过， interrupt 方法可以用来请求终止一个线程。
守护线程
t.setDaemon(true); 这一方法必须在线程启动之前调用
当只剩下守护线程时，虚拟机就会退出。
线程名
t.setName("name");
未捕获异常的处理器
线程优先级
默认情况下，一个线程会继承构造它的那个线程的优先级。
可以用 setPriority 方法提高或降低任何一个线程的优先级。

12.4 同步

竞态条件的一个例子
竞态条件详解
锁对象
- 锁用来保护代码片段，一次只能有一个线程执行被保护的代码。
- 锁可以管理试图进入被保护代码段的线程
- 一个锁可以有一个或多个相关联的条件对象
条件对象
- 每个条件对象管理哪些已经进入被保护代码段但还不能运行的线程。
synchronized 关键字
同步块
监视器概念
- 只包含私有字段的类
- 监视器类的每个对象有一个关联的锁
- 所有方法由这个锁锁定
- 锁可以有任意多个相关联的条件
volatile 字段
volatile 关键字为实例字段的同步访问提供了一种免锁机制。如果声明一个字段为 volatile，那么编译器和虚拟机就知道该字段可能被另一个线程并发更新。
final 变量
原子性
死锁
ThreadLocal
使用ThreadLocal 辅助类为各个线程提供各自的实例。
为什么废弃 stop 和 suspend 方法？
试图控制一个给定线程的行为，而没有线程的互操作。

12.5 线程安全的集合

BlockingQueue
高效的映射、集和队列
- ConcurrentHashMap
- ConcurrentSkipListMap
- ConcurrentSkipListSet
- ConcurrentLinkedQueue
映射条目的原子更新
对并发散列映射的批操作
并发集视图
写数组的拷贝
并行数组算法
较早的线程安全集合

12.6 任务和线程池

Collable 与 Future
执行器
执行器类有许多静态工厂方法，用来构造线程池
总结：
1. 调用 Executors 类的静态方法 newCachedThreadPool 或 newFixedThreadPool
2. 调用 submit 提交 Runnable 或 Callable 对象。
3. 保存好返回的 Future 对象，以便得到结果或者取消任务
4. 当不想再提交任何任务时，调用 shutdown
控制任务组
fork-join 框架

12.7 异步计算

可完成 Future
组合可完成 Future
用户界面回调中的长时间运行任务

12.8 进程

建立一个进程

// 首先指定你想要执行的命令
var builder = new ProcessBuilder("gcc", "myapp.c");
// 配置工作目录
builder = builder.directory(path.toFile());
// 配置流
builder.redirectIO();

运行一个进程

Process process = new ProcessBuilder("/bin/ls", "-l")
    .directory(Path.of("/tmp").toFile()).start();
try (var in = new Scanner(process.getInputStream())) {
    while (in.hasNextLine()) 
        System.out.println(in.nextLine());
}

进程句柄
要获得程序启动的一个进程的更多信息，或者想更多地了解你的计算机上正在运行的任何其他进程，可以使用 ProcessHandle 接口。
可以用4种方式得到一个 ProcessHandle：
1. 给定一个 Process 对象 p，p.toHandle() 会生成它的 ProcessHandle。
2. 给定一个 long 类型的操作系统进程 ID，processHandle.of(id) 可以生成这个进程的句柄。
3. Process.current() 是运行这个 Java 虚拟机的进程的句柄
4. ProcessHandle.allProcesses() 可以生成对当前进程可见的所有操作系统进程的 Stream<ProcessHandle>
给定一个进程句柄，可以得到它的进程 ID、父进程、子进程和后代进程：
```
long pid = handle.pid();
Optional<ProcessHandle> parent = handle.parent();
Stream<ProcessHandle> children = handle.children();
Stream<ProcessHandle> descendants = handle.descendants();
```