纪念我曾经的 JAVA 姿势

目前在搞 Node.js，曾经的 JAVA 知识忘了好多，为此整理了下，感叹下工业语言还是有相当的优势的。

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)。

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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。

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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

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安全性

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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

5. 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。

6. 垃圾回收。

7. Exception。

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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

1. 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"))

1. 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。

1. 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。

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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

1. 修饰基础数据成员(as const)

2. 修饰类或对象的引用

3. 修饰方法的final(cannot overwrite)

4. 修饰类或者参数

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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

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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。

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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

1. 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。

1. 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。

1. 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。

1. 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。

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线程安全

线程安全是一个很大的问题，Java 最常见的 HttpServlet 就是单实例多线程，解决这样的问题，有多种方式：

1. ThreadLocal

   ThreadLocal 看下一节的内存图就很好理解，每个线程都有自己的工作内存，ThreadLocal 就是将变量存到线程自己的工作内存中，所以不会有并发问题。

2. Synchronized
   synchronized锁住的是括号里的对象，而不是代码。对于非 static 的 synchronized 方法，锁的就是对象本身也就是 this 。该关键字可以加到：

   • 实例方法

   • 静态方法

   • 实例方法中的同步块

   • 静态方法中的同步块

3. ReentrantLock / Condition
   synchronized 不够灵活，例如读写文件，读和读之间不应该互斥，这个时候就可以使用 ReentrantLock 增加并发能力。Condition 是绑定到 Lock 上的，可以用于线程间通信，例如这个面试题，就可以使用 Condition 唤起线程写自己的 name 。

   有四个线程1、2、3、4。线程1的功能就是输出1，线程2的功能就是输出2，以此类推.........现在有四个文件ABCD。初始都为空。现要让四个文件呈如下格式：A：1 2 3 4 1 2.... B：2 3 4 1 2 3.... C：3 4 1 2 3 4.... D：4 1 2 3 4 1....

4. 并发容器
   常见的 ConcurrentHashMap CopyOnWriteArrayList 用于多线程下存放数据，Queue BlockingQueue 用于排队消费。

5. Atomic 包
   在 Atomic 包里一共有 12 个类，四种原子更新方式，分别是原子更新基本类型，原子更新数组，原子更新引用和原子更新字段。某些并发问题，需要无锁解决时，就可以考虑使用原子方法。

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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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