Java技术重点回顾

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Java技术重点回顾

JavaI/O

  Java中和I/O操作相关的内容,I/O也是编程语言的一个基础特性,Java中的I/O分为两种类型,一种是顺序读取,一种是随机读取。

  我们先来看顺序读取,有两种方式可以进行顺序读取,一种是InputStream/OutputStream,它是针对字节进行操作的输入输出流;另外一种是Reader/Writer,它是针对字符进行操作的输入输出流。

InputStream的结构

  • FileInputStream:操作文件,经常和BufferedInputStream一起使用
  • PipedInputStream:可用于线程间通信
  • ObjectInputStream:可用于对象序列化
  • ByteArrayInputStream:用于处理字节数组的输入
  • LineNumberInputStream:可输出当前行数,并且可以在程序中进行修改

OutputStream的结构

PrintStream:提供了类似print和println的接口去输出数据
  下面我们来看如何使用Stream的方式来操作输入输出

使用InputStream读取文件

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使用FileInputStream读取文件信息
public static byte[] readFileByFileInputStream(File file) throws IOException
{
ByteArrayOutputStream output = new ByteArrayOutputStream();
FileInputStream fis = null;
try
{
fis = new FileInputStream(file);
byte[] buffer = new byte[1024];
int bytesRead = 0;
while((bytesRead = fis.read(buffer, 0, buffer.length)) != -1)
{
output.write(buffer, 0, bytesRead);
}
}
catch(Exception ex)
{
System.out.println("Error occurs during reading " + file.getAbsoluteFile());
}
finally
{
if (fis !=null) fis.close();
if (output !=null) output.close();
}
return output.toByteArray();
}

使用BufferedInputStream读取文件

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public static byte[] readFileByBufferedInputStream(File file) throws Exception
{
FileInputStream fis = null;
BufferedInputStream bis = null;
ByteArrayOutputStream output = new ByteArrayOutputStream();
try
{
fis = new FileInputStream(file);
bis = new BufferedInputStream(fis);
byte[] buffer = new byte[1024];
int bytesRead = 0;
while((bytesRead = bis.read(buffer, 0, buffer.length)) != -1)
{
output.write(buffer, 0, bytesRead);
}
}
catch(Exception ex)
{
System.out.println("Error occurs during reading " + file.getAbsoluteFile());
}
finally
{
if (fis != null) fis.close();
if (bis != null) bis.close();
if (output != null) output.close();
}
return output.toByteArray();
}

使用OutputStream复制文件

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public static void copyFileByFileOutputStream(File file) throws IOException
{
FileInputStream fis = null;
FileOutputStream fos = null;
try
{
fis = new FileInputStream(file);
fos = new FileOutputStream(file.getName() + ".bak");
byte[] buffer = new byte[1024];
int bytesRead = 0;
while((bytesRead = fis.read(buffer,0,buffer.length)) != -1)
{
fos.write(buffer, 0, bytesRead);
}
fos.flush();
}
catch(Exception ex)
{
System.out.println("Error occurs during copying " + file.getAbsoluteFile());
}
finally
{
if (fis != null) fis.close();
if (fos != null) fos.close();
}
}

使用BufferedOutputStream复制文件

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public static void copyFilebyBufferedOutputStream(File file)throws IOException
{
FileInputStream fis = null;
BufferedInputStream bis = null;
FileOutputStream fos = null;
BufferedOutputStream bos = null;
try
{
fis = new FileInputStream(file);
bis = new BufferedInputStream(fis);
fos = new FileOutputStream(file.getName() + ".bak");
bos = new BufferedOutputStream(fos);
byte[] buffer = new byte[1024];
int bytesRead = 0;
while((bytesRead = bis.read(buffer, 0, buffer.length)) != -1)
{
bos.write(buffer, 0, bytesRead);
}
bos.flush();
}
catch(Exception ex)
{
System.out.println("Error occurs during copying " + file.getAbsoluteFile());
}
finally
{
if (fis != null) fis.close();
if (bis != null) bis.close();
if (fos != null) fos.close();
if (bos != null) bos.close();
}
}

这里的代码对异常的处理非常不完整,稍后我们会给出完整严谨的代码。

Reader的结构

这里的Reader基本上和InputStream能够对应上。  

Writer的结构

下面我们来看一些使用Reader或者Writer的例子

使用Reader读取文件内容

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public static String readFile(String file)throws IOException
{
BufferedReader br = null;
StringBuffer sb = new StringBuffer();
try
{
br = new BufferedReader(new FileReader(file));
String line = null;

while((line = br.readLine()) != null)
{
sb.append(line);
}
}
catch(Exception ex)
{
System.out.println("Error occurs during reading " + file);
}
finally
{
if (br != null) br.close();
}
return sb.toString();
}

使用Writer复制文件

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public static void copyFile(String file) throws IOException
{
BufferedReader br = null;
BufferedWriter bw = null;
try
{
br = new BufferedReader(new FileReader(file));
bw = new BufferedWriter(new FileWriter(file + ".bak"));
String line = null;
while((line = br.readLine())!= null)
{
bw.write(line);
}
}
catch(Exception ex)
{
System.out.println("Error occurs during copying " + file);
}
finally
{
if (br != null) br.close();
if (bw != null) bw.close();
}
}

下面我们来看如何对文件进行随机访问,Java中主要使用RandomAccessFile来对文件进行随机操作。

创建一个大小固定的文件

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public static void createFile(String file, int size) throws IOException
{
File temp = new File(file);
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(temp, "rw");
raf.setLength(size);
raf.close();
}

向文件中随机写入数据

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public static void writeFile(String file, byte[] content, int startPos, int contentLength) throws IOException
{
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(new File(file), "rw");
raf.seek(startPos);
raf.write(content, 0, contentLength);
raf.close();
}

接下里,我们来看一些其他的常用操作

移动文件

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public static boolean moveFile(String sourceFile, String destFile)
{
File source = new File(sourceFile);
if (!source.exists()) throw new RuntimeException("source file does not exist.");
File dest = new File(destFile);
if (!(new File(dest.getPath()).exists())) new File(dest.getParent()).mkdirs();
return source.renameTo(dest);
}

复制文件

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public static void copyFile(String sourceFile, String destFile) throws IOException
{
File source = new File(sourceFile);
if (!source.exists()) throw new RuntimeException("File does not exist.");
if (!source.isFile()) throw new RuntimeException("It is not file.");
if (!source.canRead()) throw new RuntimeException("File cound not be read.");
File dest = new File(destFile);
if (dest.exists())
{
if (dest.isDirectory()) throw new RuntimeException("Destination is a folder.");
else
{
dest.delete();
}
}
else
{
File parentFolder = new File(dest.getParent());
if (!parentFolder.exists()) parentFolder.mkdirs();
if (!parentFolder.canWrite()) throw new RuntimeException("Destination can not be written.");
}
FileInputStream fis = null;
FileOutputStream fos = null;
try
{
fis = new FileInputStream(source);
fos = new FileOutputStream(dest);
byte[] buffer = new byte[1024];
int bytesRead = 0;
while((bytesRead = fis.read(buffer, 0, buffer.length)) != -1)
{
fos.write(buffer, 0, bytesRead);
}
fos.flush();
}
catch(IOException ex)
{
System.out.println("Error occurs during copying " + sourceFile);
}
finally
{
if (fis != null) fis.close();
if (fos != null) fos.close();
}
}

复制文件夹

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public static void copyDir(String sourceDir, String destDir) throws IOException
{

File source = new File(sourceDir);
if (!source.exists()) throw new RuntimeException("Source does not exist.");
if (!source.canRead()) throw new RuntimeException("Source could not be read.");
File dest = new File(destDir);
if (!dest.exists()) dest.mkdirs();

File[] arrFiles = source.listFiles();
for(int i = 0; i < arrFiles.length; i++)
{
if (arrFiles[i].isFile())
{
BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(arrFiles[i]));
BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter(destDir + "/" + arrFiles[i].getName()));
String line = null;
while((line = reader.readLine()) != null) writer.write(line);
writer.flush();
reader.close();
writer.close();
}
else
{
copyDir(sourceDir + "/" + arrFiles[i].getName(), destDir + "/" + arrFiles[i].getName());
}
}
}

删除文件夹

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public static void del(String filePath)
{
File file = new File(filePath);
if (file == null || !file.exists()) return;
if (file.isFile())
{
file.delete();
}
else
{
File[] arrFiles = file.listFiles();
if (arrFiles.length > 0)
{
for(int i = 0; i < arrFiles.length; i++)
{
del(arrFiles[i].getAbsolutePath());
}
}
file.delete();
}
}

获取文件夹大小

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public static long getFolderSize(String dir)
{
long size = 0;
File file = new File(dir);
if (!file.exists()) throw new RuntimeException("dir does not exist.");
if (file.isFile()) return file.length();
else
{
String[] arrFileName = file.list();
for (int i = 0; i < arrFileName.length; i++)
{
size += getFolderSize(dir + "/" + arrFileName[i]);
}
}

return size;
}

将大文件切分成多个小文件

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public static void splitFile(String filePath, long unit) throws IOException
{
File file = new File(filePath);
if (!file.exists()) throw new RuntimeException("file does not exist.");
long size = file.length();
if (unit >= size) return;
int count = size % unit == 0 ? (int)(size/unit) : (int)(size/unit) + 1;
String newFile = null;
FileOutputStream fos = null;
FileInputStream fis =null;
byte[] buffer = new byte[(int)unit];
fis = new FileInputStream(file);
long startPos = 0;
String countFile = filePath + "_Count";
PrintWriter writer = new PrintWriter(new FileWriter( new File(countFile)));
writer.println(filePath + "\t" + size);
for (int i = 1; i <= count; i++)
{
newFile = filePath + "_" + i;
startPos = (i - 1) * unit;
System.out.println("Creating " + newFile);
fos = new FileOutputStream(new File(newFile));
int bytesRead = fis.read(buffer, 0, buffer.length);
if (bytesRead != -1)
{
fos.write(buffer, 0, bytesRead);
writer.println(newFile + "\t" + startPos + "\t" + bytesRead);
}
fos.flush();
fos.close();
System.out.println("StartPos:" + i*unit + "; EndPos:" + (i*unit + bytesRead));
}
writer.flush();
writer.close();
fis.close();
}

将多个小文件合并成一个大文件

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public static void linkFiles(String countFile) throws IOException
{
File file = new File(countFile);
if (!file.exists()) throw new RuntimeException("Count file does not exist.");
BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(file));
String line = reader.readLine();
String newFile = line.split("\t")[0];
long size = Long.parseLong(line.split("\t")[1]);
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(newFile, "rw");
raf.setLength(size);
FileInputStream fis = null;
byte[] buffer = null;

while((line = reader.readLine()) != null)
{
String[] arrInfo = line.split("\t");
fis = new FileInputStream(new File(arrInfo[0]));
buffer = new byte[Integer.parseInt(arrInfo[2])];
long startPos = Long.parseLong(arrInfo[1]);
fis.read(buffer, 0, Integer.parseInt(arrInfo[2]));
raf.seek(startPos);
raf.write(buffer, 0, Integer.parseInt(arrInfo[2]));
fis.close();
}
raf.close();
}

执行外部命令

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public static void execExternalCommand(String command, String argument)
{
Process process = null;
try
{
process = Runtime.getRuntime().exec(command + " " + argument);
InputStream is = process.getInputStream();
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
String line = null;
while((line = br.readLine()) != null)
{
System.out.println(line);
}
}
catch(Exception ex)
{
System.err.println(ex.getMessage());
}
finally
{
if (process != null) process.destroy();
}
}

Java网络通信

Java实现网络通信,包括TCP通信、UDP通信、多播以及NIO。

TCP连接

TCP的基础是Socket,在TCP连接中,我们会使用ServerSocket和Socket,当客户端和服务器建立连接以后,剩下的基本就是对I/O的控制了。

我们先来看一个简单的TCP通信,它分为客户端和服务器端。

客户端代码如下:

简单的TCP客户端

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import java.net.*;
import java.io.*;
public class SimpleTcpClient {

public static void main(String[] args) throws IOException
{
Socket socket = null;
BufferedReader br = null;
PrintWriter pw = null;
BufferedReader brTemp = null;
try
{
socket = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), 5678);
br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
pw = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
brTemp = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
while(true)
{
String line = brTemp.readLine();
pw.println(line);
pw.flush();
if (line.equals("end")) break;
System.out.println(br.readLine());
}
}
catch(Exception ex)
{
System.err.println(ex.getMessage());
}
finally
{
if (socket != null) socket.close();
if (br != null) br.close();
if (brTemp != null) brTemp.close();
if (pw != null) pw.close();
}
}
}

服务器端代码如下:

简单版本TCP服务器端

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import java.net.*;
import java.io.*;
public class SimpleTcpServer {

public static void main(String[] args) throws IOException
{
ServerSocket server = null;
Socket client = null;
BufferedReader br = null;
PrintWriter pw = null;
try
{
server = new ServerSocket(5678);
client = server.accept();
br = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
pw = new PrintWriter(client.getOutputStream());
while(true)
{
String line = br.readLine();
pw.println("Response:" + line);
pw.flush();
if (line.equals("end")) break;
}
}
catch(Exception ex)
{
System.err.println(ex.getMessage());
}
finally
{
if (server != null) server.close();
if (client != null) client.close();
if (br != null) br.close();
if (pw != null) pw.close();
}
}
}

这里的服务器的功能非常简单,它接收客户端发来的消息,然后将消息“原封不动”的返回给客户端。当客户端发送“end”时,通信结束。

上面的代码基本上勾勒了TCP通信过程中,客户端和服务器端的主要框架,我们可以发现,上述的代码中,服务器端在任何时刻,都只能处理来自客户端的一个请求,它是串行处理的,不能并行,这和我们印象里的服务器处理方式不太相同,我们可以为服务器添加多线程,当一个客户端的请求进入后,我们就创建一个线程,来处理对应的请求。

改善后的服务器端代码如下:

多线程版本的TCP服务器端

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import java.net.*;
import java.io.*;
public class SmartTcpServer {
public static void main(String[] args) throws IOException
{
ServerSocket server = new ServerSocket(5678);
while(true)
{
Socket client = server.accept();
Thread thread = new ServerThread(client);
thread.start();
}
}
}

class ServerThread extends Thread
{
private Socket socket = null;

public ServerThread(Socket socket)
{
this.socket = socket;
}

public void run() {
BufferedReader br = null;
PrintWriter pw = null;
try
{
br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
pw = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
while(true)
{
String line = br.readLine();
pw.println("Response:" + line);
pw.flush();
if (line.equals("end")) break;
}
}
catch(Exception ex)
{
System.err.println(ex.getMessage());
}
finally
{
if (socket != null)
try {
socket.close();
} catch (IOException e1) {
e1.printStackTrace();
}
if (br != null)
try {
br.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
if (pw != null) pw.close();
}
}
}

修改后的服务器端,就可以同时处理来自客户端的多个请求了。

在编程的过程中,我们会有“资源”的概念,例如数据库连接就是一个典型的资源,为了提升性能,我们通常不会直接销毁数据库连接,而是使用数据库连接池的方式来对多个数据库连接进行管理,已实现重用的目的。对于Socket连接来说,它也是一种资源,当我们的程序需要大量的Socket连接时,如果每个连接都需要重新建立,那么将会是一件非常没有效率的做法。

  和数据库连接池类似,我们也可以设计TCP连接池,这里的思路是我们用一个数组来维持多个Socket连接,另外一个状态数组来描述每个Socket连接是否正在使用,当程序需要Socket连接时,我们遍历状态数组,取出第一个没被使用的Socket连接,如果所有连接都在使用,抛出异常。这是一种很直观简单的“调度策略”,在很多开源或者商业的框架中(Apache/Tomcat),都会有类似的“资源池”。

TCP连接池的代码如下:

一个简单的TCP连接池

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import java.net.*;
import java.io.*;
public class TcpConnectionPool {

private InetAddress address = null;
private int port;
private Socket[] arrSockets = null;
private boolean[] arrStatus = null;
private int count;

public TcpConnectionPool(InetAddress address, int port, int count)
{
this.address = address;
this.port = port;
this .count = count;
arrSockets = new Socket[count];
arrStatus = new boolean[count];

init();
}

private void init()
{
try
{
for (int i = 0; i < count; i++)
{
arrSockets[i] = new Socket(address.getHostAddress(), port);
arrStatus[i] = false;
}
}
catch(Exception ex)
{
System.err.println(ex.getMessage());
}
}

public Socket getConnection()
{
if (arrSockets == null) init();
int i = 0;
for(i = 0; i < count; i++)
{
if (arrStatus[i] == false)
{
arrStatus[i] = true;
break;
}
}
if (i == count) throw new RuntimeException("have no connection availiable for now.");

return arrSockets[i];
}

public void releaseConnection(Socket socket)
{
if (arrSockets == null) init();
for (int i = 0; i < count; i++)
{
if (arrSockets[i] == socket)
{
arrStatus[i] = false;
break;
}
}
}

public void reBuild()
{
init();
}

public void destory()
{
if (arrSockets == null) return;

for(int i = 0; i < count; i++)
{
try
{
arrSockets[i].close();
}
catch(Exception ex)
{
System.err.println(ex.getMessage());
continue;
}
}
}
}

UDP连接

UDP是一种和TCP不同的连接方式,它通常应用在对实时性要求很高,对准确定要求不高的场合,例如在线视频。UDP会有“丢包”的情况发生,在TCP中,如果Server没有启动,Client发消息时,会报出异常,但对UDP来说,不会产生任何异常。

UDP通信使用的两个类时DatagramSocket和DatagramPacket,后者存放了通信的内容。

下面是一个简单的UDP通信例子,同TCP一样,也分为Client和Server两部分,Client端代码如下:

UDP通信客户端

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import java.net.*;
import java.io.*;
public class UdpClient {

public static void main(String[] args)
{
try
{
InetAddress host = InetAddress.getLocalHost();
int port = 5678;
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
while(true)
{
String line = br.readLine();
byte[] message = line.getBytes();
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(message, message.length, host, port);
DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
socket.send(packet);
socket.close();
if (line.equals("end")) break;
}
br.close();
}
catch(Exception ex)
{
System.err.println(ex.getMessage());
}
}
}

Server端代码如下:

UDP通信服务器端

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import java.net.*;
import java.io.*;
public class UdpServer {

public static void main(String[] args)
{
try
{
int port = 5678;
DatagramSocket dsSocket = new DatagramSocket(port);
byte[] buffer = new byte[1024];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
while(true)
{
dsSocket.receive(packet);
String message = new String(buffer, 0, packet.getLength());
System.out.println(packet.getAddress().getHostName() + ":" + message);
if (message.equals("end")) break;
packet.setLength(buffer.length);
}
dsSocket.close();
}
catch(Exception ex)
{
System.err.println(ex.getMessage());
}
}
}

这里,我们也假设和TCP一样,当Client发出“end”消息时,认为通信结束,但其实这样的设计不是必要的,Client端可以随时断开,并不需要关心Server端状态。

多播(Multicast)

多播采用和UDP类似的方式,它会使用D类IP地址和标准的UDP端口号,D类IP地址是指224.0.0.0到239.255.255.255之间的地址,不包括224.0.0.0。

多播会使用到的类是MulticastSocket,它有两个方法需要关注:joinGroup和leaveGroup。

下面是一个多播的例子,Client端代码如下:

多播通信客户端

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import java.net.*;
import java.io.*;
public class MulticastClient {

public static void main(String[] args)
{
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
try
{
InetAddress address = InetAddress.getByName("230.0.0.1");
int port = 5678;
while(true)
{
String line = br.readLine();
byte[] message = line.getBytes();
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(message, message.length, address, port);
MulticastSocket multicastSocket = new MulticastSocket();
multicastSocket.send(packet);
if (line.equals("end")) break;
}
br.close();
}
catch(Exception ex)
{
System.err.println(ex.getMessage());
}
}
}

服务器端代码如下:

多播通信服务器端

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import java.net.*;
import java.io.*;
public class MulticastServer {

public static void main(String[] args)
{
int port = 5678;
try
{
MulticastSocket multicastSocket = new MulticastSocket(port);
InetAddress address = InetAddress.getByName("230.0.0.1");
multicastSocket.joinGroup(address);
byte[] buffer = new byte[1024];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
while(true)
{
multicastSocket.receive(packet);
String message = new String(buffer, packet.getLength());
System.out.println(packet.getAddress().getHostName() + ":" + message);
if (message.equals("end")) break;
packet.setLength(buffer.length);
}
multicastSocket.close();
}
catch(Exception ex)
{
System.err.println(ex.getMessage());
}
}
}

NIO(New IO)

NIO是JDK1.4引入的一套新的IO API,它在缓冲区管理、网络通信、文件存取以及字符集操作方面有了新的设计。对于网络通信来说,NIO使用了缓冲区和通道的概念。

下面是一个NIO的例子,和我们上面提到的代码风格有很大的不同。

NIO例子

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import java.io.*;
import java.nio.*;
import java.nio.channels.*;
import java.nio.charset.*;
import java.net.*;
public class NewIOSample {

public static void main(String[] args)
{
String host="127.0.0.1";
int port = 5678;
SocketChannel channel = null;
try
{
InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(host,port);
Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();
CharsetEncoder encoder = charset.newEncoder();

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
CharBuffer charBuffer = CharBuffer.allocate(1024);

channel = SocketChannel.open();
channel.connect(address);

String request = "GET / \r\n\r\n";
channel.write(encoder.encode(CharBuffer.wrap(request)));

while((channel.read(buffer)) != -1)
{
buffer.flip();
decoder.decode(buffer, charBuffer, false);
charBuffer.flip();
System.out.println(charBuffer);
buffer.clear();
charBuffer.clear();
}
}
catch(Exception ex)
{
System.err.println(ex.getMessage());
}
finally
{
if (channel != null)
try {
channel.close();
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
}

上述代码会试图访问一个本地的网址,然后将其内容打印出来。

Java多线程

多线程是一个复杂的话题,包含了很多内容,文章主要关注线程的基本属性、如何创建线程、线程的状态切换以及线程通信,我们把线程同步的话题留到下一篇文章中。

线程是操作系统运行的基本单位,它被封装在进程中,一个进程可以包含多个线程。即使我们不手动创造线程,进程也会有一个默认的线程在运行。

对于JVM来说,当我们编写一个单线程的程序去运行时,JVM中也是有至少两个线程在运行,一个是我们创建的程序,一个是垃圾回收。

线程基本信息

我们可以通过Thread.currentThread()方法获取当前线程的一些信息,并对其进行修改。

我们来看以下代码:

查看并修改当前线程的属性

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String name = Thread.currentThread().getName();
int priority = Thread.currentThread().getPriority();
String groupName = Thread.currentThread().getThreadGroup().getName();
boolean isDaemon = Thread.currentThread().isDaemon();
System.out.println("Thread Name:" + name);
System.out.println("Priority:" + priority);
System.out.println("Group Name:" + groupName);
System.out.println("IsDaemon:" + isDaemon);

Thread.currentThread().setName("Test");
Thread.currentThread().setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
name = Thread.currentThread().getName();
priority = Thread.currentThread().getPriority();
groupName = Thread.currentThread().getThreadGroup().getName();
isDaemon = Thread.currentThread().isDaemon();
System.out.println("Thread Name:" + name);
System.out.println("Priority:" + priority);

其中列出的属性说明如下:

  • GroupName,每个线程都会默认在一个线程组里,我们也可以显式的创建线程组,一个线程组中也可以包含子线程组,这样线程和线程组,就构成了一个树状结构。

  • Name,每个线程都会有一个名字,如果不显式指定,那么名字的规则是“Thread-xxx”。

  • Priority,每个线程都会有自己的优先级,JVM对优先级的处理方式是“抢占式”的。当JVM发现优先级高的线程时,马上运行该线程;对于多个优先级相等的线程,JVM对其进行轮询处理。Java的线程优先级从1到10,默认是5,Thread类定义了2个常量:MIN_PRIORITY和MAX_PRIORITY来表示最高和最低优先级。

我们可以看下面的代码,它定义了两个不同优先级的线程:

线程优先级示例

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public static void priorityTest()
{
Thread thread1 = new Thread("low")
{
public void run()
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
System.out.println("Thread 1 is running.");
}
}
};

Thread thread2 = new Thread("high")
{
public void run()
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
System.out.println("Thread 2 is running.");
}
}
};

thread1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
thread2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
thread1.start();
thread2.start();
}

从运行结果可以看出,是高优先级线程运行完成后,低优先级线程才运行。
isDaemon,这个属性用来控制父子线程的关系,如果设置为true,当父线程结束后,其下所有子线程也结束,反之,子线程的生命周期不受父线程影响。

我们来看下面的例子:

IsDaemon 示例

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public static void daemonTest()
{
Thread thread1 = new Thread("daemon")
{
public void run()
{
Thread subThread = new Thread("sub")
{
public void run()
{
for(int i = 0; i < 100; i++)
{
System.out.println("Sub Thread Running " + i);
}
}
};
subThread.setDaemon(true);
subThread.start();
System.out.println("Main Thread end.");
}
};

thread1.start();
}

上面代码的运行结果,在和删除subThread.setDaemon(true);后对比,可以发现后者运行过程中子线程会完成执行后再结束,而前者中,子线程很快就结束了。

如何创建线程

上面的内容,都是演示默认线程中的一些信息,那么应该如何创建线程呢?在Java中,我们有3种方式可以用来创建线程。

Java中的线程要么继承Thread类,要么实现Runnable接口,我们一一道来。

使用内部类来创建线程

我们可以使用内部类的方式来创建线程,过程是声明一个Thread类型的变量,并重写run方法。示例代码如下:

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public static void createThreadByNestClass()
{
Thread thread = new Thread()
{
public void run()
{
for (int i =0; i < 5; i++)
{
System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is running.");
}
System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is finished.");
}
};
thread.start();
}

继承Thread以创建线程

我们可以从Thread中派生一个类,重写其run方法,这种方式和上面相似。示例代码如下:

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class MyThread extends Thread
{
public void run()
{
for (int i =0; i < 5; i++)
{
System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is running.");
}
System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is finished.");
}
}


public static void createThreadBySubClass()
{
MyThread thread = new MyThread();
thread.start();
}

实现Runnable接口以创建线程

我们可以定义一个类,使其实现Runnable接口,然后将该类的实例作为构建Thread变量构造函数的参数。示例代码如下:

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class MyRunnable implements Runnable
{
public void run()
{
for (int i =0; i < 5; i++)
{
System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is running.");
}
System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is finished.");
}
}


public static void createThreadByRunnable()
{
MyRunnable runnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start();
}

上述3种方式都可以创建线程,而且从示例代码上看,线程执行的功能是一样的,那么这三种创建方式有什么不同呢?

这涉及到Java中多线程的运行模式,对于Java来说,多线程在运行时,有“多对象多线程”和“单对象多线程”的区别:

  • 多对象多线程,程序在运行过程中创建多个线程对象,每个对象上运行一个线程。
  • 单对象多线程,程序在运行过程中创建一个线程对象,在其上运行多个线程。

显然,从线程同步和调度的角度来看,多对象多线程要简单一些。上述3种线程创建方式,前两种都属于“多对象多线程”,第三种既可以使用“多对象多线程”,也可以使用“单对象单线程”。

我们来看下面的示例代码,里面会用到Object.notify方法,这个方法会唤醒对象上的一个线程;而Object.notifyAll方法,则会唤醒对象上的所有线程。

notify示例

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public class NotifySample {

public static void main(String[] args) throws InterruptedException
{
notifyTest();
notifyTest2();
notifyTest3();
}

private static void notifyTest() throws InterruptedException
{
MyThread[] arrThreads = new MyThread[3];
for (int i = 0; i < arrThreads.length; i++)
{
arrThreads[i] = new MyThread();
arrThreads[i].id = i;
arrThreads[i].setDaemon(true);
arrThreads[i].start();
}
Thread.sleep(500);
for (int i = 0; i < arrThreads.length; i++)
{
synchronized(arrThreads[i])
{
arrThreads[i].notify();
}
}
}

private static void notifyTest2() throws InterruptedException
{
MyRunner[] arrMyRunners = new MyRunner[3];
Thread[] arrThreads = new Thread[3];
for (int i = 0; i < arrThreads.length; i++)
{
arrMyRunners[i] = new MyRunner();
arrMyRunners[i].id = i;
arrThreads[i] = new Thread(arrMyRunners[i]);
arrThreads[i].setDaemon(true);
arrThreads[i].start();
}
Thread.sleep(500);
for (int i = 0; i < arrMyRunners.length; i++)
{
synchronized(arrMyRunners[i])
{
arrMyRunners[i].notify();
}
}
}

private static void notifyTest3() throws InterruptedException
{
MyRunner runner = new MyRunner();
Thread[] arrThreads = new Thread[3];
for (int i = 0; i < arrThreads.length; i++)
{
arrThreads[i] = new Thread(runner);
arrThreads[i].setDaemon(true);
arrThreads[i].start();
}
Thread.sleep(500);

synchronized(runner)
{
runner.notifyAll();
}
}
}

class MyThread extends Thread
{
public int id = 0;
public void run()
{
System.out.println("第" + id + "个线程准备休眠5分钟。");
try
{
synchronized(this)
{
this.wait(5*60*1000);
}
}
catch(InterruptedException ex)
{
ex.printStackTrace();
}
System.out.println("第" + id + "个线程被唤醒。");
}
}

class MyRunner implements Runnable
{
public int id = 0;
public void run()
{
System.out.println("第" + id + "个线程准备休眠5分钟。");
try
{
synchronized(this)
{
this.wait(5*60*1000);
}
}
catch(InterruptedException ex)
{
ex.printStackTrace();
}
System.out.println("第" + id + "个线程被唤醒。");
}

}

示例代码中,notifyTest()和notifyTest2()是“多对象多线程”,尽管notifyTest2()中的线程实现了Runnable接口,但是它里面定义Thread数组时,每个元素都使用了一个新的Runnable实例。notifyTest3()属于“单对象多线程”,因为我们只定义了一个Runnable实例,所有的线程都会使用这个实例。

notifyAll方法适用于“单对象多线程”的情景,因为notify方法只会随机唤醒对象上的一个线程。

线程的状态切换

对于线程来讲,从我们创建它一直到线程运行结束,在这个过程中,线程的状态可能是这样的:

  • 创建:已经有Thread实例了, 但是CPU还有为其分配资源和时间片。
  • 就绪:线程已经获得了运行所需的所有资源,只等CPU进行时间调度。
  • 运行:线程位于当前CPU时间片中,正在执行相关逻辑。
  • 休眠:一般是调用Thread.sleep后的状态,这时线程依然持有运行所需的各种资源,但是不会被CPU调度。
  • 挂起:一般是调用Thread.suspend后的状态,和休眠类似,CPU不会调度该线程,不同的是,这种状态下,线程会释放所有资源。
  • 死亡:线程运行结束或者调用了Thread.stop方法。   

下面我们来演示如何进行线程状态切换,首先我们会用到下面方法:

  • Thread()或者Thread(Runnable):构造线程。
  • Thread.start:启动线程。
  • Thread.sleep:将线程切换至休眠状态。
  • Thread.interrupt:中断线程的执行。
  • Thread.join:等待某线程结束。
  • Thread.yield:剥夺线程在CPU上的执行时间片,等待下一次调度。
  • Object.wait:将Object上所有线程锁定,直到notify方法才继续运行。
  • Object.notify:随机唤醒Object上的1个线程。
  • Object.notifyAll:唤醒Object上的所有线程。
      下面,就是演示时间啦!!!

线程等待与唤醒

这里主要使用Object.wait和Object.notify方法,请参见上面的notify实例。需要注意的是,wait和notify都必须针对同一个对象,当我们使用实现Runnable接口的方式来创建线程时,应该是在Runnable对象而非Thread对象上使用这两个方法。

线程的休眠与唤醒

Thread.sleep实例
线程在休眠过程中,我们可以使用Thread.interrupt将其唤醒,这时线程会抛出InterruptedException。

Thread.sleep实例

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public class SleepSample {

public static void main(String[] args) throws InterruptedException
{
sleepTest();
}

private static void sleepTest() throws InterruptedException
{
Thread thread = new Thread()
{
public void run()
{
System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + "将要休眠5分钟。");
try
{
Thread.sleep(5*60*1000);
}
catch(InterruptedException ex)
{
System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + "休眠被中断。");
}
System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + "休眠结束。");
}
};
thread.setDaemon(true);
thread.start();
Thread.sleep(500);
thread.interrupt();
}

}

线程的终止

虽然有Thread.stop方法,但该方法是不被推荐使用的,我们可以利用上面休眠与唤醒的机制,让线程在处理IterruptedException时,结束线程。

Thread.interrupt示例

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public class StopThreadSample {

public static void main(String[] args) throws InterruptedException
{
stopTest();
}

private static void stopTest() throws InterruptedException
{
Thread thread = new Thread()
{
public void run()
{
System.out.println("线程运行中。");
try
{
Thread.sleep(1*60*1000);
}
catch(InterruptedException ex)
{
System.out.println("线程中断,结束线程");
return;
}
System.out.println("线程正常结束。");
}
};
thread.start();
Thread.sleep(500);
thread.interrupt();
}
}

线程的同步等待

当我们在主线程中创建了10个子线程,然后我们期望10个子线程全部结束后,主线程在执行接下来的逻辑,这时,就该Thread.join登场了。

Thread.join示例

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public class JoinSample {

public static void main(String[] args) throws InterruptedException
{
joinTest();
}

private static void joinTest() throws InterruptedException
{
Thread thread = new Thread()
{
public void run()
{
try
{
for(int i = 0; i < 5; i++)
{
System.out.println("线程在运行。");
Thread.sleep(1000);
}
}
catch(InterruptedException ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}
};
thread.setDaemon(true);
thread.start();
Thread.sleep(1000);
thread.join();
System.out.println("主线程正常结束。");
}
}

我们可以试着将thread.join();注释或者删除,再次运行程序,就可以发现不同了。

线程间通信

我们知道,一个进程下面的所有线程是共享内存空间的,那么我们如何在不同的线程之间传递消息呢?在回顾 Java I/O时,我们谈到了PipedStream和PipedReader,这里,就是它们发挥作用的地方了。

下面的两个示例,功能完全一样,不同的是一个使用Stream,一个使用Reader/Writer。

PipeInputStream/PipedOutpueStream 示例

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public static void communicationTest() throws IOException, InterruptedException
{
final PipedOutputStream pos = new PipedOutputStream();
final PipedInputStream pis = new PipedInputStream(pos);

Thread thread1 = new Thread()
{
public void run()
{
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
try
{
while(true)
{
String message = br.readLine();
pos.write(message.getBytes());
if (message.equals("end")) break;
}
br.close();
pos.close();
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}
};

Thread thread2 = new Thread()
{
public void run()
{
byte[] buffer = new byte[1024];
int bytesRead = 0;
try
{
while((bytesRead = pis.read(buffer, 0, buffer.length)) != -1)
{
System.out.println(new String(buffer));
if (new String(buffer).equals("end")) break;
buffer = null;
buffer = new byte[1024];
}
pis.close();
buffer = null;
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}
};

thread1.setDaemon(true);
thread2.setDaemon(true);
thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
}

PipedReader/PipedWriter 示例

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private static void communicationTest2() throws InterruptedException, IOException
{
final PipedWriter pw = new PipedWriter();
final PipedReader pr = new PipedReader(pw);
final BufferedWriter bw = new BufferedWriter(pw);
final BufferedReader br = new BufferedReader(pr);

Thread thread1 = new Thread()
{
public void run()
{

BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
try
{
while(true)
{
String message = br.readLine();
bw.write(message);
bw.newLine();
bw.flush();
if (message.equals("end")) break;
}
br.close();
pw.close();
bw.close();
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}
};

Thread thread2 = new Thread()
{
public void run()
{

String line = null;
try
{
while((line = br.readLine()) != null)
{
System.out.println(line);
if (line.equals("end")) break;
}
br.close();
pr.close();
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}
};

thread1.setDaemon(true);
thread2.setDaemon(true);
thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
}

Java多线程同步

线程同步话题。这是比多线程更复杂,稍不留意,我们就会“掉到坑里”,而且和单线程程序不同,多线程的错误是否每次都出现,也是不固定的,这给调试也带来了很大的挑战。

我们首先阐述什么是同步,不同步有什么问题,然后讨论可以采取哪些措施控制同步,接下来我们会仿照回顾网络通信时那样,构建一个服务器端的“线程池”,JDK为我们提供了一个很大的concurrent工具包,最后我们会对里面的内容进行探索。

为什么要线程同步?

说到线程同步,大部分情况下,我们是在针对“单对象多线程”的情况进行讨论,一般会将其分成两部分,一部分是关于“共享变量”,一部分关于“执行步骤”。

共享变量

当我们在线程对象(Runnable)中定义了全局变量,run方法会修改该变量时,如果有多个线程同时使用该线程对象,那么就会造成全局变量的值被同时修改,造成错误。我们来看下面的代码:

共享变量造成同步问题

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class MyRunner implements Runnable
{
public int sum = 0;

public void run()
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
for (int i = 1; i <= 100; i++)
{
sum += i;
}
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- The value of sum is " + sum);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
}
}


private static void sharedVaribleTest() throws InterruptedException
{
MyRunner runner = new MyRunner();
Thread thread1 = new Thread(runner);
Thread thread2 = new Thread(runner);
thread1.setDaemon(true);
thread2.setDaemon(true);
thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
}

这个示例中,线程用来计算1到100的和是多少,我们知道正确结果是5050(好像是高斯小时候玩过这个?),但是上述程序返回的结果是10100,原因是两个线程同时对sum进行操作。

执行步骤

我们在多个线程运行时,可能需要某些操作合在一起作为“原子操作”,即在这些操作可以看做是“单线程”的,例如我们可能希望输出结果的样子是这样的:

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1 线程1:步骤1
2 线程1:步骤2
3 线程1:步骤3
4 线程2:步骤1
5 线程2:步骤2
6 线程2:步骤3

  如果同步控制不好,出来的样子可能是这样的:

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线程1:步骤1
线程2:步骤1
线程1:步骤2
线程2:步骤2
线程1:步骤3
线程2:步骤3

这里我们也给出一个示例代码:

执行步骤混乱带来的同步问题

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class MyNonSyncRunner implements Runnable
{
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
for(int i = 1; i <= 5; i++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Running step " + i);
try
{
Thread.sleep(50);
}
catch(InterruptedException ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
}
}


private static void syncTest() throws InterruptedException
{
MyNonSyncRunner runner = new MyNonSyncRunner();
Thread thread1 = new Thread(runner);
Thread thread2 = new Thread(runner);
thread1.setDaemon(true);
thread2.setDaemon(true);
thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
}

如何控制线程同步

既然线程同步有上述问题,那么我们应该如何去解决呢?针对不同原因造成的同步问题,我们可以采取不同的策略。

控制共享变量

我们可以采取3种方式来控制共享变量。

将“单对象多线程”修改成“多对象多线程”  

上文提及,同步问题一般发生在“单对象多线程”的场景中,那么最简单的处理方式就是将运行模型修改成“多对象多线程”的样子,针对上面示例中的同步问题,修改后的代码如下:

解决共享变量问题方案一

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private static void sharedVaribleTest2() throws InterruptedException
{
Thread thread1 = new Thread(new MyRunner());
Thread thread2 = new Thread(new MyRunner());
thread1.setDaemon(true);
thread2.setDaemon(true);
thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
}

我们可以看到,上述代码中两个线程使用了两个不同的Runnable实例,它们在运行过程中,就不会去访问同一个全局变量。

将“全局变量”降级为“局部变量”

既然是共享变量造成的问题,那么我们可以将共享变量改为“不共享”,即将其修改为局部变量。这样也可以解决问题,同样针对上面的示例,这种解决方式的代码如下:

解决共享变量问题方案二

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class MyRunner2 implements Runnable
{
public void run()
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
int sum = 0;
for (int i = 1; i <= 100; i++)
{
sum += i;
}
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- The value of sum is " + sum);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
}
}


private static void sharedVaribleTest3() throws InterruptedException
{
MyRunner2 runner = new MyRunner2();
Thread thread1 = new Thread(runner);
Thread thread2 = new Thread(runner);
thread1.setDaemon(true);
thread2.setDaemon(true);
thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
}

我们可以看出,sum变量已经由全局变量变为run方法内部的局部变量了。

使用ThreadLocal机制

ThreadLocal是JDK引入的一种机制,它用于解决线程间共享变量,使用ThreadLocal声明的变量,即使在线程中属于全局变量,针对每个线程来讲,这个变量也是独立的。

我们可以用这种方式来改造上面的代码,如下所示:

解决共享变量问题方案三

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class MyRunner3 implements Runnable
{
public ThreadLocal<Integer> tl = new ThreadLocal<Integer>();

public void run()
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
for (int i = 0; i <= 100; i++)
{
if (tl.get() == null)
{
tl.set(new Integer(0));
}
int sum = ((Integer)tl.get()).intValue();
sum+= i;
tl.set(new Integer(sum));
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- The value of sum is " + ((Integer)tl.get()).intValue());
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
}
}


private static void sharedVaribleTest4() throws InterruptedException
{
MyRunner3 runner = new MyRunner3();
Thread thread1 = new Thread(runner);
Thread thread2 = new Thread(runner);
thread1.setDaemon(true);
thread2.setDaemon(true);
thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
}

综上三种方案,第一种方案会降低多线程执行的效率,因此,我们推荐使用第二种或者第三种方案。

控制执行步骤

说到执行步骤,我们可以使用synchronized关键字来解决它。

执行步骤问题解决方案

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class MySyncRunner implements Runnable
{
public void run() {
synchronized(this)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
for(int i = 1; i <= 5; i++)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Running step " + i);
try
{
Thread.sleep(50);
}
catch(InterruptedException ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
}
}
}


private static void syncTest2() throws InterruptedException
{
MySyncRunner runner = new MySyncRunner();
Thread thread1 = new Thread(runner);
Thread thread2 = new Thread(runner);
thread1.setDaemon(true);
thread2.setDaemon(true);
thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
}

在线程同步的话题上,synchronized是一个非常重要的关键字。它的原理和数据库中事务锁的原理类似。我们在使用过程中,应该尽量缩减synchronized覆盖的范围,原因有二:

  1. 被它覆盖的范围是串行的,效率低;
  2. 容易产生死锁。

我们来看下面的示例:

synchronized示例

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private static void syncTest3() throws InterruptedException
{
final List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

Thread thread1 = new Thread()
{
public void run()
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
Random r = new Random(100);
synchronized(list)
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
list.add(new Integer(r.nextInt()));
}
System.out.println("The size of list is " + list.size());
}
try
{
Thread.sleep(500);
}
catch(InterruptedException ex)
{
ex.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
}
};

Thread thread2 = new Thread()
{
public void run()
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
Random r = new Random(100);
synchronized(list)
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
list.add(new Integer(r.nextInt()));
}
System.out.println("The size of list is " + list.size());
}
try
{
Thread.sleep(500);
}
catch(InterruptedException ex)
{
ex.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
}
};

thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
}

  我们应该把需要同步的内容集中在一起,尽量不包含其他不相关的、消耗大量资源的操作,示例中线程休眠的操作显然不应该包括在里面。

构造线程池

我们在Java网络通信中,已经构建了一个Socket连接池,这里我们在此基础上,构建一个线程池,完成基本的启动、休眠、唤醒、停止操作。

基本思路还是以数组的形式保持一系列线程,通过Socket通信,客户端向服务器端发送命令,当服务器端接收到命令后,根据收到的命令对线程数组中的线程进行操作。

Socket客户端的代码保持不变,依然采用构建Socket连接池时的代码,我们主要针对服务器端进行改造。

首先,我们需要定义一个线程对象,它用来执行我们的业务操作,这里简化起见,只让线程进行休眠。

定义线程对象

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enum ThreadStatus
{
Initial,
Running,
Sleeping,
Stopped
}

enum ThreadTask
{
Start,
Stop,
Sleep,
Wakeup
}


class MyThread extends Thread
{
public ThreadStatus status = ThreadStatus.Initial;
public ThreadTask task;
public void run()
{
status = ThreadStatus.Running;
while(true)
{
try {
Thread.sleep(3000);
if (status == ThreadStatus.Sleeping)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入休眠状态。");
this.wait();
}
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 运行过程中出现错误。");
status = ThreadStatus.Stopped;
}
}
}
}

然后,我们需要定义一个线程管理器,它用来对线程池中的线程进行管理,代码如下:

定义线程池管理对象

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class MyThreadManager
{
public static void manageThread(MyThread[] threads, ThreadTask task)
{
for (int i = 0; i < threads.length; i++)
{
synchronized(threads[i])
{
manageThread(threads[i], task);
}
}
System.out.println(getThreadStatus(threads));
}

public static void manageThread(MyThread thread, ThreadTask task)
{
if (task == ThreadTask.Start)
{
if (thread.status == ThreadStatus.Running)
{
return;
}
if (thread.status == ThreadStatus.Stopped)
{
thread = new MyThread();
}
thread.status = ThreadStatus.Running;
thread.start();

}
else if (task == ThreadTask.Stop)
{
if (thread.status != ThreadStatus.Stopped)
{
thread.interrupt();
thread.status = ThreadStatus.Stopped;
}
}
else if (task == ThreadTask.Sleep)
{
thread.status = ThreadStatus.Sleeping;
}
else if (task == ThreadTask.Wakeup)
{
thread.notify();
thread.status = ThreadStatus.Running;
}
}

public static String getThreadStatus(MyThread[] threads)
{
StringBuffer sb = new StringBuffer();
for (int i = 0; i < threads.length; i++)
{
sb.append(threads[i].getName() + "的状态:" + threads[i].status).append("\r\n");
}
return sb.toString();
}
}

最后,是我们的服务器端,它不断接受客户端的请求,每收到一个连接请求,服务器端会新开一个线程,来处理后续客户端发来的各种操作指令。

定义服务器端线程池对象

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public class MyThreadPool {

public static void main(String[] args) throws IOException
{
MyThreadPool pool = new MyThreadPool(5);
}

private int threadCount;
private MyThread[] threads = null;


public MyThreadPool(int count) throws IOException
{
this.threadCount = count;
threads = new MyThread[count];
for (int i = 0; i < threads.length; i++)
{
threads[i] = new MyThread();
threads[i].start();
}
Init();
}

private void Init() throws IOException
{
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(5678);
while(true)
{
final Socket socket = serverSocket.accept();
Thread thread = new Thread()
{
public void run()
{
try
{
System.out.println("检测到一个新的Socket连接。");
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
PrintStream ps = new PrintStream(socket.getOutputStream());
String line = null;
while((line = br.readLine()) != null)
{
System.out.println(line);
if (line.equals("Count"))
{
System.out.println("线程池中有5个线程");
}
else if (line.equals("Status"))
{
String status = MyThreadManager.getThreadStatus(threads);
System.out.println(status);
}
else if (line.equals("StartAll"))
{
MyThreadManager.manageThread(threads, ThreadTask.Start);
}
else if (line.equals("StopAll"))
{
MyThreadManager.manageThread(threads, ThreadTask.Stop);
}
else if (line.equals("SleepAll"))
{
MyThreadManager.manageThread(threads, ThreadTask.Sleep);
}
else if (line.equals("WakeupAll"))
{
MyThreadManager.manageThread(threads, ThreadTask.Wakeup);
}
else if (line.equals("End"))
{
break;
}
else
{
System.out.println("Command:" + line);
}
ps.println("OK");
ps.flush();
}
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}
};
thread.start();
}
}
}

探索JDK中的concurrent工具包

为了简化开发人员在进行多线程开发时的工作量,并减少程序中的bug,JDK提供了一套concurrent工具包,我们可以用它来方便的开发多线程程序。

线程池  

我们在上面实现了一个非常“简陋”的线程池,concurrent工具包中也提供了线程池,而且使用非常方便。

concurrent工具包中的线程池分为3类:ScheduledThreadPool、FixedThreadPool和CachedThreadPool。

首先我们来定义一个Runnable的对象

定义Runnable对象

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class MyRunner implements Runnable
{
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运行开始");
for(int i = 0; i < 1; i++)
{
try
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在运行");
Thread.sleep(200);
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运行结束");
}
}

可以看出,它的功能非常简单,只是输出了线程的执行过程。

ScheduledThreadPool

这和我们平时使用的ScheduledTask比较类似,或者说很像Timer,它可以使得一个线程在指定的一段时间内开始运行,并且在间隔另外一段时间后再次运行,直到线程池关闭。

ScheduledThreadPool示例
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ScheduledThreadPool示例
private static void scheduledThreadPoolTest()
{
final ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(3);

MyRunner runner = new MyRunner();

final ScheduledFuture<?> handler1 = scheduler.scheduleAtFixedRate(runner, 1, 10, TimeUnit.SECONDS);
final ScheduledFuture<?> handler2 = scheduler.scheduleWithFixedDelay(runner, 2, 10, TimeUnit.SECONDS);

scheduler.schedule(new Runnable()
{
public void run()
{
handler1.cancel(true);
handler2.cancel(true);
scheduler.shutdown();
}
}, 30, TimeUnit.SECONDS
);
}

FixedThreadPool

这是一个指定容量的线程池,即我们可以指定在同一时间,线程池中最多有多个线程在运行,超出的线程,需要等线程池中有空闲线程时,才能有机会运行。

FixedThreadPool示例
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private static void fixedThreadPoolTest()
{
ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(3);
for(int i = 0; i < 5; i++)
{
MyRunner runner = new MyRunner();
exec.execute(runner);
}
exec.shutdown();
}

注意它的输出结果:

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pool-1-thread-1运行开始
pool-1-thread-1正在运行
pool-1-thread-2运行开始
pool-1-thread-2正在运行
pool-1-thread-3运行开始
pool-1-thread-3正在运行
pool-1-thread-1运行结束
pool-1-thread-1运行开始
pool-1-thread-1正在运行
pool-1-thread-2运行结束
pool-1-thread-2运行开始
pool-1-thread-2正在运行
pool-1-thread-3运行结束
pool-1-thread-1运行结束
pool-1-thread-2运行结束

可以看到从始至终,最多有3个线程在同时运行。

CachedThreadPool

这是另外一种线程池,它不需要指定容量,只要有需要,它就会创建新的线程。

它的使用方式和FixedThreadPool非常像,来看下面的代码:

CachedThreadPool示例
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private static void cachedThreadPoolTest()
{
ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
for(int i = 0; i < 5; i++)
{
MyRunner runner = new MyRunner();
exec.execute(runner);
}
exec.shutdown();
}

  它的执行结果如下:

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pool-1-thread-1运行开始
pool-1-thread-1正在运行
pool-1-thread-2运行开始
pool-1-thread-2正在运行
pool-1-thread-3运行开始
pool-1-thread-3正在运行
pool-1-thread-4运行开始
pool-1-thread-4正在运行
pool-1-thread-5运行开始
pool-1-thread-5正在运行
pool-1-thread-1运行结束
pool-1-thread-2运行结束
pool-1-thread-3运行结束
pool-1-thread-4运行结束
pool-1-thread-5运行结束

可以看到,它创建了5个线程。

处理线程返回值

在有些情况下,我们需要使用线程的返回值,在上述的所有代码中,线程这是执行了某些操作,没有任何返回值。

如何做到这一点呢?我们可以使用JDK中的Callable和CompletionService,前者返回单个线程的结果,后者返回一组线程的结果。

返回单个线程的结果

  还是直接看代码吧:

Callable示例
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private static void callableTest() throws InterruptedException, ExecutionException
{
ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(1);
Callable<String> call = new Callable<String>()
{
public String call()
{
return "Hello World.";
}
};
Future<String> result = exec.submit(call);
System.out.println("线程的返回值是" + result.get());
exec.shutdown();
}

线程的返回值是Hello World.

返回线程池中每个线程的结果

这里需要使用CompletionService,代码如下:

CompletionService示例
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private static void completionServiceTest() throws InterruptedException, ExecutionException
{
ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10);
CompletionService<String> service = new ExecutorCompletionService<String>(exec);
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Callable<String> call = new Callable<String>()
{
public String call() throws InterruptedException
{
return Thread.currentThread().getName();
}
};
service.submit(call);
}

Thread.sleep(1000);
for(int i = 0; i < 10; i++)
{
Future<String> result = service.take();
System.out.println("线程的返回值是" + result.get());
}
exec.shutdown();
}

  执行结果如下:

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线程的返回值是pool-2-thread-1
线程的返回值是pool-2-thread-2
线程的返回值是pool-2-thread-3
线程的返回值是pool-2-thread-5
线程的返回值是pool-2-thread-4
线程的返回值是pool-2-thread-6
线程的返回值是pool-2-thread-8
线程的返回值是pool-2-thread-7
线程的返回值是pool-2-thread-9
线程的返回值是pool-2-thread-10

实现生产者-消费者模型

对于生产者-消费者模型来说,我们应该都不会陌生,通常我们都会使用某种数据结构来实现它。在concurrent工具包中,我们可以使用BlockingQueue来实现生产者-消费者模型,如下:

BlockingQueue示例
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public class BlockingQueueSample {

public static void main(String[] args)
{
blockingQueueTest();
}

private static void blockingQueueTest()
{
final BlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<Integer>();
final int maxSleepTimeForSetter = 10;
final int maxSleepTimerForGetter = 10;

Runnable setter = new Runnable()
{
public void run()
{
Random r = new Random();
while(true)
{
int value = r.nextInt(100);
try
{
queue.put(new Integer(value));
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---向队列中插入值" + value);
Thread.sleep(r.nextInt(maxSleepTimeForSetter) * 1000);
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}
}
};

Runnable getter = new Runnable()
{
public void run()
{
Random r = new Random();
while(true)
{
try
{
if (queue.size() == 0)
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---队列为空");
}
else
{
int value = queue.take().intValue();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---从队列中获取值" + value);
}
Thread.sleep(r.nextInt(maxSleepTimerForGetter) * 1000);
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}
}
};

ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(2);
exec.execute(setter);
exec.execute(getter);
}
}

我们定义了两个线程,一个线程向Queue中添加数据,一个线程从Queue中取数据。我们可以通过控制maxSleepTimeForSetter和maxSleepTimerForGetter的值,来使得程序得出不同的结果。

可能的执行结果如下:

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pool-1-thread-1---向队列中插入值88
pool-1-thread-2---从队列中获取值88
pool-1-thread-1---向队列中插入值75
pool-1-thread-2---从队列中获取值75
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-1---向队列中插入值50
pool-1-thread-2---从队列中获取值50
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-1---向队列中插入值51
pool-1-thread-1---向队列中插入值92
pool-1-thread-2---从队列中获取值51
pool-1-thread-2---从队列中获取值92

因为Queue中的值和Thread的休眠时间都是随机的,所以执行结果也不是固定的。

使用信号量来控制线程

JDK提供了Semaphore来实现“信号量”的功能,它提供了两个方法分别用于获取和释放信号量:acquire和release,示例代码如下:

SemaPhore示例
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private static void semaphoreTest()
{
ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10);
final Semaphore semp = new Semaphore(2);

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Runnable runner = new Runnable()
{
public void run()
{
try
{
semp.acquire();
System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + "正在执行。");
Thread.sleep(5000);
semp.release();
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}
};
exec.execute(runner);
}

exec.shutdown();
}

执行结果如下:

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Tue May 07 11:22:11 CST 2013 pool-1-thread-1正在执行。
Tue May 07 11:22:11 CST 2013 pool-1-thread-2正在执行。
Tue May 07 11:22:17 CST 2013 pool-1-thread-3正在执行。
Tue May 07 11:22:17 CST 2013 pool-1-thread-4正在执行。
Tue May 07 11:22:22 CST 2013 pool-1-thread-5正在执行。
Tue May 07 11:22:22 CST 2013 pool-1-thread-6正在执行。
Tue May 07 11:22:27 CST 2013 pool-1-thread-7正在执行。
Tue May 07 11:22:27 CST 2013 pool-1-thread-8正在执行。
Tue May 07 11:22:32 CST 2013 pool-1-thread-10正在执行。
Tue May 07 11:22:32 CST 2013 pool-1-thread-9正在执行。

可以看出,尽管线程池中创建了10个线程,但是同时运行的,只有2个线程。

控制线程池中所有线程的执行步骤

在前面,我们已经提到,可以用synchronized关键字来控制单个线程中的执行步骤,那么如果我们想要对线程池中的所有线程的执行步骤进行控制的话,应该如何实现呢?

我们有两种方式,一种是使用CyclicBarrier,一种是使用CountDownLatch。

CyclicBarrier使用了类似于Object.wait的机制,它的构造函数中需要接收一个整型数字,用来说明它需要控制的线程数目,当在线程的run方法中调用它的await方法时,它会保证所有的线程都执行到这一步,才会继续执行后面的步骤。

示例代码如下:

CyclicBarrier示例
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class MyRunner2 implements Runnable
{
private CyclicBarrier barrier = null;
public MyRunner2(CyclicBarrier barrier)
{
this.barrier = barrier;
}

public void run() {
Random r = new Random();
try
{
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
Thread.sleep(r.nextInt(10) * 1000);
System.out.println(new Date() + "--" + Thread.currentThread().getName() + "--第" + (i + 1) + "次等待。");
barrier.await();
}
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}

}

private static void cyclicBarrierTest()
{
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);

ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(3);
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
exec.execute(new MyRunner2(barrier));
}
exec.shutdown();
}

执行结果如下:

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Tue May 07 11:31:20 CST 2013--pool-1-thread-2--第1次等待。
Tue May 07 11:31:21 CST 2013--pool-1-thread-3--第1次等待。
Tue May 07 11:31:24 CST 2013--pool-1-thread-1--第1次等待。
Tue May 07 11:31:24 CST 2013--pool-1-thread-1--第2次等待。
Tue May 07 11:31:26 CST 2013--pool-1-thread-3--第2次等待。
Tue May 07 11:31:30 CST 2013--pool-1-thread-2--第2次等待。
Tue May 07 11:31:32 CST 2013--pool-1-thread-1--第3次等待。
Tue May 07 11:31:33 CST 2013--pool-1-thread-3--第3次等待。
Tue May 07 11:31:33 CST 2013--pool-1-thread-2--第3次等待。

可以看出,thread-2到第1次等待点时,一直等到thread-1到达后才继续执行。

CountDownLatch则是采取类似”倒计时计数器”的机制来控制线程池中的线程,它有CountDown和Await两个方法。示例代码如下:

CountDownLatch示例
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private static void countdownLatchTest() throws InterruptedException
{
final CountDownLatch begin = new CountDownLatch(1);
final CountDownLatch end = new CountDownLatch(5);
ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(5);
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
Runnable runner = new Runnable()
{
public void run()
{
Random r = new Random();
try
{
begin.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运行开始");
Thread.sleep(r.nextInt(10)*1000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运行结束");
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
finally
{
end.countDown();
}
}
};
exec.execute(runner);
}
begin.countDown();
end.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运行结束");
exec.shutdown();
}

执行结果如下:

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pool-1-thread-1运行开始
pool-1-thread-5运行开始
pool-1-thread-2运行开始
pool-1-thread-3运行开始
pool-1-thread-4运行开始
pool-1-thread-2运行结束
pool-1-thread-1运行结束
pool-1-thread-3运行结束
pool-1-thread-5运行结束
pool-1-thread-4运行结束
main运行结束

Java集合

Java中的集合(Collection)。集合是编程语言中基础的一部分,Java自JDK早期,就引入了Java Collection Framework。设计JCF的那个人,后来还写了一本书,叫《Effective Java》。

Java中的集合主要集中在2部分,一部分是java.util包中,一部分是java.util.concurrent中,后者是在前者的基础上,定义了一些实现了同步功能的集合。

这篇文章主要关注java.util下的各种集合对象。Java中的集合对象可以粗略的分为3类:List、Set和Map。

完整清晰版图片请参见:http://files.cnblogs.com/wing011203/java_collection_structure.zip,解压缩后就可以看到未经缩放的版本。

Collection概述

Java集合中的List和Set都从Collection出来,它是一个学习集合很不错的入口,它包含了集合中通常需要有的操作:

  • 添加元素:add/addAll
  • 清空集合:clear
  • 删除元素:remove/removeAll
  • 判断集合中是否包含某元素:contains/containsAll
  • 判断集合是否为空:isEmpty
  • 计算集合中元素的个数:size
  • 将集合转换为数组:toArray
  • 获取迭代器:iterator   

我们来看一个简单的例子,下面的代码会返回一个集合,集合中的元素是随机生成的整数:

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private static Collection initCollection()
{
Collection<Integer> collection = new ArrayList<Integer>();
Random r = new Random();
for (int i = 0 ; i < 5; i++)
{
collection.add(new Integer(r.nextInt(100)));
}

return collection;
}

在对集合进行操作的过程中,遍历是一个经常使用的操作,我们可以使用两种方式对集合进行遍历:

  1. 使用迭代器对集合进行遍历。正如上面描述Collection接口时所说,所有集合都会有一个迭代器,我们可以用它来遍历集合。
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private static void accessCollectionByIterator(Collection<Integer> collection)
{
Iterator<Integer> iterator = collection.iterator();
System.out.println("The value in the list:");
while(iterator.hasNext())
{
System.out.println(iterator.next());
}
}
  1. 使用foreach遍历集合。
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private static void accessCollectionByFor(Collection<Integer> collection)
{
System.out.println("The value in the list:");
for(Integer value : collection)
{
System.out.println(value);
}
}

List

  Java中的List是对数组的有效扩展,它是这样一种结构,如果不使用泛型,它可以容纳任何类型的元素,如果使用泛型,那么它只能容纳泛型指定的类型的元素。和数组相比,List的容量是可以动态扩展的。

  List中的元素是可以重复的,里面的元素是“有序”的,这里的“有序”,并不是排序的意思,而是说我们可以对某个元素在集合中的位置进行指定。

  List中常用的集合对象包括:ArrayList、Vector和LinkedList,其中前两者是基于数组来进行存储,后者是基于链表进行存储。其中Vector是线程安全的,其余两个不是线程安全的。

  List中是可以包括null的,即使是使用了泛型。

  ArrayList可能是我们平时用到的最多的集合对象了,在上述的示例代码中,我们也是使用它来实例化一个Collection对象,在此不再赘述。

Vector

  Vector的示例如下,首先我们看如何生成和输出Vector:

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private static void vectorTest1()
{
List<Integer> list = new Vector<Integer>();
for (int i = 0 ; i < 5; i++)
{
list.add(new Integer(100));
}
list.add(null);
System.out.println("size of vector is " + list.size());
System.out.println(list);
}

它的元素中,既包括了重复元素,也包括了null,输出结果如下:

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size of vector is 6
[100, 100, 100, 100, 100, null]

下面的示例,演示了Vector中的一些常用方法:

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private static void vectorTest2()
{
Vector<Integer> list = new Vector<Integer>();
Random r = new Random();
for (int i = 0 ; i < 10; i++)
{
list.add(new Integer(r.nextInt(100)));
}
System.out.println("size of vector is " + list.size());
System.out.println(list);
System.out.println(list.firstElement());
System.out.println(list.lastElement());
System.out.println(list.subList(3, 8));
List<Integer> temp = new ArrayList<Integer>();
for(int i = 4; i < 7; i++)
{
temp.add(list.get(i));
}
list.retainAll(temp);
System.out.println("size of vector is " + list.size());
System.out.println(list);
}

它的输出结果如下:

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size of vector is 10
[39, 41, 20, 9, 29, 32, 54, 12, 94, 82]
39
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[9, 29, 32, 54, 12]
size of vector is 3
[29, 32, 54]

LinkedList

  LinkedList使用链表来存储数据,它的示例代码如下:

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private static void linkedListTest1()
{
LinkedList<Integer> list = new LinkedList<Integer>();
Random r = new Random();
for (int i = 0 ; i < 10; i++)
{
list.add(new Integer(r.nextInt(100)));
}
list.add(null);
System.out.println("size of linked list is " + list.size());
System.out.println(list);
System.out.println(list.element());
System.out.println(list.getFirst());
System.out.println(list.getLast());
System.out.println(list.peek());
System.out.println(list.peekFirst());
System.out.println(list.peekLast());
System.out.println(list.poll());
System.out.println(list.pollFirst());
System.out.println(list.pollLast());
System.out.println(list.pop());
list.push(new Integer(100));
System.out.println("size of linked list is " + list.size());
System.out.println(list);
}

这里列出了LinkedList常用的各个方法,从方法名可以看出,LinkedList也可以用来实现栈和队列。

  输出结果如下:

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size of linked list is 11
[17, 21, 5, 84, 19, 57, 68, 26, 27, 47, null]
17
null
17
null
21
null
size of linked list is 8
[100, 84, 19, 57, 68, 26, 27, 47]

Set

  Set 和List类似,都是用来存储单个元素,单个元素的数量不确定。但Set不能包含重复元素,如果向Set中插入两个相同元素,那么后一个元素不会被插入。

  Set可以大致分为两类:不排序Set和排序Set,不排序Set包括HashSet和LinkedHashSet,排序Set主要指TreeSet。其中HashSet和LinkedHashSet可以包含null。

HashSet

  HashSet是由Hash表支持的一种集合,它不是线程安全的。

  我们来看下面的示例,它和Vector的第一个示例基本上是相同的:

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private static void hashSetTest1()
{
Set<Integer> set = new HashSet<Integer>();

for (int i = 0; i < 3; i++)
{
set.add(new Integer(100));
}
set.add(null);

System.out.println("size of set is " + set.size());
System.out.println(set);
}

 这里,HashSet中没有包含重复元素,但包含了null,和Vector不同,这里的输出结果如下:

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2
size of set is 2
[null, 100]

  对于HashSet是如何判断两个元素是否是重复的,我们可以深入考察一下。Object中也定义了equals方法,对于HashSet中的元素,它是根据equals方法来判断元素是否相等的,为了证明这一点,我们可以定义个“不正常”的类型:

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class MyInteger
{
private Integer value;

public MyInteger(Integer value)
{
this.value = value;
}

public String toString()
{
return String.valueOf(value);
}

public int hashCode()
{
return 1;
}

public boolean equals(Object obj)
{
return false;
}
}

 可以看到,对于MyInteger来说,对于任意两个实例,我们都认为它是不相等的。

  下面是对应的测试方法:   

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private static void hashSetTest2()
{
Set<MyInteger> set = new HashSet<MyInteger>();

for (int i = 0; i < 3; i++)
{
set.add(new MyInteger(100));
}

System.out.println("size of set is " + set.size());
System.out.println(set);
}

它的输出结果如下:

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2
size of set is 3
[100, 100, 100]

  可以看到,现在HashSet里有“重复”元素了,但对于MyInteger来说,它们不是“相同”的。

TreeSet

TreeSet是支持排序的一种Set,它的父接口是SortedSet。

  我们首先来看一下TreeSet都有哪些基本操作:

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private static void treeSetTest1()
{
TreeSet<Integer> set = new TreeSet<Integer>();

Random r = new Random();
for (int i = 0 ; i < 5; i++)
{
set.add(new Integer(r.nextInt(100)));
}

System.out.println(set);
System.out.println(set.first());
System.out.println(set.last());
System.out.println(set.descendingSet());
System.out.println(set.headSet(new Integer(50)));
System.out.println(set.tailSet(new Integer(50)));
System.out.println(set.subSet(30, 60));
System.out.println(set.floor(50));
System.out.println(set.ceiling(50));
}

它的输出结果如下:

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[8, 42, 48, 49, 53]
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[53, 49, 48, 42, 8]
[8, 42, 48, 49]
[53]
[42, 48, 49, 53]
49
53

  TreeSet中的元素,一般都实现了Comparable接口,默认情况下,对于Integer来说,SortedList是采用升序来存储的,我们也可以自定义Compare方式,例如以降序的方式来存储。

  下面,我们首先重新定义Integer:

定义MyInteger2对象

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class MyInteger2 implements Comparable{
public int value;

public MyInteger2(int value)
{
this.value = value;
}

public int compareTo(Object arg0) {
MyInteger2 temp = (MyInteger2)arg0;
if (temp == null) return -1;
if (temp.value > this.value)
{
return 1;
}
else if (temp.value < this.value)
{
return -1;
}
return 0;
}

public boolean equals(Object obj){
return compareTo(obj) == 0;
}

public String toString(){
return String.valueOf(value);
}
}

下面是测试代码:

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private static void treeSetTest2()
{
TreeSet<Integer> set1 = new TreeSet<Integer>();
TreeSet<MyInteger2> set2 = new TreeSet<MyInteger2>();
Random r = new Random();
for (int i = 0 ; i < 5; i++)
{
int value = r.nextInt(100);
set1.add(new Integer(value));
set2.add(new MyInteger2(value));
}
System.out.println("Set1 as below:");
System.out.println(set1);
System.out.println("Set2 as below:");
System.out.println(set2);
}

代码的运行结果如我们所预期的那样,如下所示:

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Set1 as below:
[13, 41, 42, 45, 61]
Set2 as below:
[61, 45, 42, 41, 13]

Map

  Map中存储的是“键值对”,和Set类似,Java中的Map也有两种:排序的和不排序的,不排序的包括HashMap、Hashtable和LinkedHashMap,排序的包括TreeMap。

非排序Map

  HashMap和Hashtable都是采取Hash表的方式进行存储,HashMap不是线程安全的,Hashtable是线程安全的,我们可以把HashMap看做是“简化”版的Hashtable。

  HashMap是可以存储null的,无论是对Key还是对Value。Hashtable是不可以存储null的。

  无论HashMap还是Hashtable,我们观察它的构造函数,就会发现它可以有两个参数:initialCapacity和loadFactor,默认情况下,initialCapacity等于16,loadFactor等于0.75。这和Hash表中可以存放的元素数目有关系,当元素数目超过initialCapacity*loadFactor时,会触发rehash方法,对hash表进行扩容。如果我们需要向其中插入过多元素,需要适当调整这两个参数。

  我们首先来看HashMap的示例:

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private static void hashMapTest1()
{
Map<Integer,String> map = new HashMap<Integer, String>();

map.put(new Integer(1), "a");
map.put(new Integer(2), "b");
map.put(new Integer(3), "c");

System.out.println(map);
System.out.println(map.entrySet());
System.out.println(map.keySet());
System.out.println(map.values());
}

 这会输出HashMap里的元素信息,如下所示。

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{1=a, 2=b, 3=c}
[1=a, 2=b, 3=c]
[1, 2, 3]
[a, b, c]

  下面的示例是对null的演示:
  

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private static void hashMapTest2()
{
Map<Integer,String> map = new HashMap<Integer, String>();

map.put(null, null);
map.put(null, null);
map.put(new Integer(4), null);
map.put(new Integer(5), null);

System.out.println(map);
System.out.println(map.entrySet());
System.out.println(map.keySet());
System.out.println(map.values());
}

执行结果如下:

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{null=null, 4=null, 5=null}
[null=null, 4=null, 5=null]
[null, 4, 5]
[null, null, null]

接下来我们演示Hashtable,和上述两个示例基本上完全一样(代码不再展开):

Hashtable示例

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private static void hashTableTest1()
{
Map<Integer,String> table = new Hashtable<Integer, String>();

table.put(new Integer(1), "a");
table.put(new Integer(2), "b");
table.put(new Integer(3), "c");

System.out.println(table);
System.out.println(table.entrySet());
System.out.println(table.keySet());
System.out.println(table.values());
}

private static void hashTableTest2()
{
Map<Integer,String> table = new Hashtable<Integer, String>();

table.put(null, null);
table.put(null, null);
table.put(new Integer(4), null);
table.put(new Integer(5), null);

System.out.println(table);
System.out.println(table.entrySet());
System.out.println(table.keySet());
System.out.println(table.values());
}

执行结果如下:

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{3=c, 2=b, 1=a}
[3=c, 2=b, 1=a]
[3, 2, 1]
[c, b, a]
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
at java.util.Hashtable.put(Unknown Source)
at sample.collections.MapSample.hashTableTest2(MapSample.java:61)
at sample.collections.MapSample.main(MapSample.java:11)

可以很清楚的看到,当我们试图将null插入到hashtable中时,报出了空指针异常。

排序Map

排序Map主要是指TreeMap,它对元素增、删、查操作时的时间复杂度都是O(log(n))。它不是线程安全的。

它的特点和TreeSet非常像,这里不再赘述。

Java序列化

对象序列化。

  首先,我们来讨论一下什么是序列化以及序列化的原理;然后给出一个简单的示例来演示序列化和反序列化;有时有些信息是不应该被序列化的,我们应该如何控制;我们如何去自定义序列化内容;最后我们讨论一下在继承结构的场景中,序列化需要注意哪些内容。

序列化概述

  序列化,简单来讲,就是以“流”的方式来保存对象,至于保存的目标地址,可以是文件,可以是数据库,也可以是网络,即通过网络将对象从一个节点传递到另一个节点。

  我们知道在Java的I/O结构中,有ObjectOutputStream和ObjectInputStream,它们可以实现将对象输出为二进制流,并从二进制流中获取对象,那为什么还需要序列化呢?这需要从Java变量的存储结构谈起,我们知道对Java来说,基础类型存储在栈上,复杂类型(引用类型)存储在堆中,对于基础类型来说,上述的操作时可行的,但对复杂类型来说,上述操作过程中,可能会产生重复的对象,造成错误。

而序列化的工作流程如下:

  1. 输出流保存的对象都有一个唯一的序列号。

  2. 个对象需要保存时,先对其序列号进行检查。

  3. 当保存的对象中已包含该序列号时,不需要再次保存,否则,进入正常保存的流程。

  正是通过序列号的机制,序列化才可以完整准确的保存对象的各个状态。

  序列化保存的是对象中的各个属性的值,而不是方法或者方法签名之类的信息。对于方法或者方法签名,只要JVM能够找到正确的ClassLoader,那么就可以invoke方法。

  序列化不会保存类的静态变量,因为静态变量是作用于类型,而序列化作用于对象。

简单的序列化示例

  序列化的完整过程包括两部分:

  1. 使用ObjectOutputStream将对象保存为二进制流,这一步叫做“序列化”。

  2. 使用ObjectInputStream将二进制流转换成对象,这一步叫做“反序列化”。

  下面我们来演示一个简单的示例,首先定义一个Person对象,它包含name和age两个信息。

定义Person对象

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class Person implements Serializable
{
private String name;
private int age;
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public int getAge() {
return age;
}

public String toString()
{
return "Name:" + name + "; Age:" + age;
}
}

然后是两个公共方法,用来完成读、写对象的操作:

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private static void writeObject(Object obj, String filePath)
{
try
{
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(filePath);
ObjectOutputStream os = new ObjectOutputStream(fos);
os.writeObject(obj);
os.flush();
fos.flush();
os.close();
fos.close();
System.out.println("序列化成功。");
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}

private static Object readObject(String filePath)
{
try
{
FileInputStream fis = new FileInputStream(filePath);
ObjectInputStream is = new ObjectInputStream(fis);

Object temp = is.readObject();

fis.close();
is.close();

if (temp != null)
{
System.out.println("反序列化成功。");
return temp;
}
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}

return null;
}

这里,我们将对象保存的二进制流输出到磁盘文件中。

  接下来,我们首先来看“序列化”的方法:
  

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private static void serializeTest1()
{
Person person = new Person();
person.setName("Zhang San");
person.setAge(30);
System.out.println(person);
writeObject(person, "d:\\temp\\test\\person.obj");
}

 我们定义了一个Person实例,然后将其保存到d:\temp\test\person.obj中。

  最后,是“反序列化”的方法:

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private static void deserializeTest1()
{
Person temp = (Person)readObject("d:\\temp\\test\\person.obj");

if (temp != null)
{
System.out.println(temp);
}
}

 它从d:\temp\test\person.obj中读取对象,然后进行输出。

  上述两个方法的执行结果如下:

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Name:Zhang San; Age:30
序列化成功。
反序列化成功。
Name:Zhang San; Age:30

  可以看出,读取的对象和保存的对象是完全一致的。

隐藏非序列化信息

  有时,我们的业务对象中会包含很多属性,而有些属性是比较隐私的,例如年龄、银行卡号等,这些信息是不太适合进行序列化的,特别是在需要通过网络来传输对象信息时,这些敏感信息很容易被窃取。

  Java使用transient关键字来处理这种情况,针对那些敏感的属性,我们只需使用该关键字进行修饰,那么在序列化时,对应的属性值就不会被保存。

  我们还是看一个实例,这次我们定义一个新的Person2,其中age信息是我们不希望序列化的:

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class Person2 implements Serializable
{
private String name;
private transient int age;
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public int getAge() {
return age;
}

public String toString()
{
return "Name:" + name + "; Age:" + age;
}
}

注意age的声明语句:

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private transient int age;

  下面是“序列化”和“反序列化”的方法:

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private static void serializeTest2()
{
Person2 person = new Person2();
person.setName("Zhang San");
person.setAge(30);
System.out.println(person);
writeObject(person, "d:\\temp\\test\\person2.obj");
}

private static void deserializeTest2()
{
Person2 temp = (Person2)readObject("d:\\temp\\test\\person2.obj");

if (temp != null)
{
System.out.println(temp);
}
}

它的输出结果如下:

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Name:Zhang San; Age:30
序列化成功。
反序列化成功。
Name:Zhang San; Age:0

  可以看到经过反序列化的对象,age的信息变成了Integer的默认值0。

自定义序列化过程

  我们可以对序列化的过程进行定制,进行更细粒度的控制。

  思路是在业务模型中添加readObject和writeObject方法。下面看一个实例,我们新建一个类型,叫Person3:

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class Person3 implements Serializable
{
private String name;
private transient int age;
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public int getAge() {
return age;
}

public String toString()
{
return "Name:" + name + "; Age:" + age;
}

private void writeObject(ObjectOutputStream os)
{
try
{
os.defaultWriteObject();
os.writeObject(this.age);
System.out.println(this);
System.out.println("序列化成功。");
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}

private void readObject(ObjectInputStream is)
{
try
{
is.defaultReadObject();
this.setAge(((Integer)is.readObject()).intValue() - 1);
System.out.println("反序列化成功。");
System.out.println(this);
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}
}

 请注意观察readObject和writeObject方法,它们都是private的,接受的参数是ObjectStream,然后在方法体内调用了defaultReadObject或者defaultWriteObject方法。

  这里age同样是transient的,但是在保存对象的过程中,我们单独对其进行了保存,在读取时,我们将age信息读取出来,并进行了减1处理。

  下面是测试方法:

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private static void serializeTest3()
{
Person3 person = new Person3();
person.setName("Zhang San");
person.setAge(30);
System.out.println(person);
try
{
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("d:\\temp\\test\\person3.obj");
ObjectOutputStream os = new ObjectOutputStream(fos);
os.writeObject(person);
fos.close();
os.close();
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}

private static void deserializeTest3()
{
try
{
FileInputStream fis = new FileInputStream("d:\\temp\\test\\person3.obj");
ObjectInputStream is = new ObjectInputStream(fis);
is.readObject();
fis.close();
is.close();
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}

输出结果如下:

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Name:Zhang San; Age:30
序列化成功。
反序列化成功。
Name:Zhang San; Age:29

  可以看到,经过反序列化得到的对象,其age属性已经减1。

探讨serialVersionUID

  在上文中,我们描述序列化原理时,曾经提及每个对象都会有一个唯一的序列号,这个序列号,就是serialVersionUID。

  当我们的对象实现Serializable接口时,该接口可以为我们生成serialVersionUID。

  有两种方式来生成serialVersionUID,一种是固定值:1L,一种是经过JVM计算,不同的JVM采取的计算算法可能不同。

  下面就是两个serialVersionUID的示例:

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private static final long serialVersionUID = 1L;
private static final long serialVersionUID = -2380764581294638541L;

  第一行是采用固定值生成的;第二行是JVM经过计算得出的。

  那么serialVersionUID还有其他用途吗?

  我们可以使用它来控制版本兼容。如果采用JVM生成的方式,我们可以看到,当我们业务对象的代码保持不变时,多次生成的serialVersionUID也是不变的,当我们对属性进行修改时,重新生成的serialVersionUID会发生变化,当我们对方法进行修改时,serialVersionUID不变。这也从另一个侧面说明,序列化是作用于对象属性上的。

  当我们先定义了业务对象,然后对其示例进行了“序列化”,这时根据业务需求,我们修改了业务对象,那么之前“序列化”后的内容还能经过“反序列化”返回到系统中吗?这取决于业务对象是否定义了serialVersionUID,如果定义了,那么是可以返回的,如果没有定义,会抛出异常。

  来看下面的示例,定义新的类型Person4:

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class Person4 implements Serializable
{
private String name;
private int age;
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public int getAge() {
return age;
}
private void xxx(){}

public String toString()
{
return "Name:" + name + "; Age:" + age;
}
}

然后运行下面的方法:

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private static void serializeTest4()
{
Person4 person = new Person4();
person.setName("Zhang San");
person.setAge(30);

writeObject(person, "d:\\temp\\test\\person4.obj");
}

接下来修改Person4,追加address属性:

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class Person4 implements Serializable
{
private String name;
private int age;
private String address;
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public int getAge() {
return age;
}
private void xxx(){}

public String toString()
{
return "Name:" + name + "; Age:" + age;
}
public void setAddress(String address) {
this.address = address;
}
public String getAddress() {
return address;
}
}

 然后运行“反序列化”方法:
 

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private static void deserializeTest4()
{
Person4 temp = (Person4)readObject("d:\\temp\\test\\person4.obj");

if (temp != null)
{
System.out.println(temp);
}
}

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java.io.InvalidClassException: sample.serialization.Person4; local class incompatible: stream classdesc serialVersionUID = -2380764581294638541, local class serialVersionUID = -473458100724786987
at java.io.ObjectStreamClass.initNonProxy(Unknown Source)
at java.io.ObjectInputStream.readNonProxyDesc(Unknown Source)
at java.io.ObjectInputStream.readClassDesc(Unknown Source)
at java.io.ObjectInputStream.readOrdinaryObject(Unknown Source)
at java.io.ObjectInputStream.readObject0(Unknown Source)
at java.io.ObjectInputStream.readObject(Unknown Source)
at sample.serialization.Sample.readObject(Sample.java:158)
at sample.serialization.Sample.deserializeTest4(Sample.java:105)
at sample.serialization.Sample.main(Sample.java:16)

但是当我们在Person4中添加serialVersionUID后,再次执行上述各步骤,得出的运行结果如下:

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反序列化成功。
Name:Zhang San; Age:30

有继承结构的序列化

  业务对象会产生继承,这在管理系统中是经常看到的,如果我们有下面的业务对象:

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class Person5
{
private String name;
private int age;
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public int getAge() {
return age;
}

public String toString()
{
return "Name:" + name + "; Age:" + age;
}

public Person5(String name, int age)
{
this.name = name;
this.age = age;
}
}

class Employee extends Person5 implements Serializable
{
public Employee(String name, int age) {
super(name, age);
}

private String companyName;

public void setCompanyName(String companyName) {
this.companyName = companyName;
}

public String getCompanyName() {
return companyName;
}

public String toString()
{
return "Name:" + super.getName() + "; Age:" + super.getAge() + "; Company:" + this.companyName;
}
}

Employee继承在Person5,Employee实现了Serializable接口,Person5没有实现,那么运行下面的方法:

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private static void serializeTest5()
{
Employee emp = new Employee("Zhang San", 30);
emp.setCompanyName("XXX");

writeObject(emp, "d:\\temp\\test\\employee.obj");
}

private static void deserializeTest5()
{
Employee temp = (Employee)readObject("d:\\temp\\test\\employee.obj");

if (temp != null)
{
System.out.println(temp);
}
}

会正常运行吗?事实上不会,它会抛出如下异常:

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java.io.InvalidClassException: sample.serialization.Employee; no valid constructor
at java.io.ObjectStreamClass$ExceptionInfo.newInvalidClassException(Unknown Source)
at java.io.ObjectStreamClass.checkDeserialize(Unknown Source)
at java.io.ObjectInputStream.readOrdinaryObject(Unknown Source)
at java.io.ObjectInputStream.readObject0(Unknown Source)
at java.io.ObjectInputStream.readObject(Unknown Source)
at sample.serialization.Sample.readObject(Sample.java:158)
at sample.serialization.Sample.deserializeTest5(Sample.java:123)
at sample.serialization.Sample.main(Sample.java:18)

原因:在有继承层次的业务对象,进行序列化时,如果父类没有实现Serializable接口,那么父类必须提供默认构造函数。

  我们为Person5添加如下默认构造函数:

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public Person5()
{
this.name = "Test";
this.age = 1;
}

  再次运行上述代码,结果如下:

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Name:Zhang San; Age:30; Company:XXX
序列化成功。
反序列化成功。
Name:Test; Age:1; Company:XXX

  可以看到,反序列化后的结果,父类中的属性,已经被父类构造函数中的赋值代替了!

  因此,我们推荐在有继承层次的业务对象进行序列化时,父类也应该实现Serializable接口。我们对Person5进行修改,使其实现Serializable接口,执行结果如下:

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Name:Zhang San; Age:30; Company:XXX
序列化成功。
反序列化成功。
Name:Zhang San; Age:30; Company:XXX

这正是我们期望的结果。

Java反射

关注反射及其相关话题。

  反射可以帮助我们查看指定类型中的信息、创建类型的实例,调用类型的方法。我们平时使用框架,例如Spring、EJB、Hibernate等都大量的使用了反射技术。

反射简单示例

  下面来演示反射相关的基本操作

  首先是基础代码,我们定义一个接口及其实现,作为我们反射操作的目标:

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interface HelloWorldService
{
void sayHello(String name);
}

class MyHelloWorld implements HelloWorldService
{
public String name;


public void sayHello(String name)
{
System.out.println("Hello " + name + ".");
}

public void setName(String name) {
this.name = name;
}

public String getName() {
return name;
}
}

获取方法及字段信息  

  下面的代码会输出给定类型中的方法和字段的声明信息:

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private static void printClassTypeInfo(String type) throws ClassNotFoundException
{
Class classType = Class.forName(type);
Method[] methods = classType.getDeclaredMethods();
System.out.println("Methods info as below:");
for(Method method : methods)
{
System.out.println(method.toGenericString());
}
Field[] fields = classType.getFields();
System.out.println("Fields info as below:");
for (Field field : fields)
{
System.out.println(field.toGenericString());
}
}

在使用反射时,我们一般会使用java.lang.reflect包中的内容。

  然后我们调用下面的代码:

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printClassTypeInfo("sample.reflection.MyHelloWorld");

  输出结果如下:

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Methods info as below:
public void sample.reflection.MyHelloWorld.sayHello(java.lang.String)
public java.lang.String sample.reflection.MyHelloWorld.getName()
public void sample.reflection.MyHelloWorld.setName(java.lang.String)
Fields info as below:
public java.lang.String sample.reflection.MyHelloWorld.name

实例化对象

  我们可以使用class.netInstance的方式来创建一个对象,代码如下:

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private static void createInstanceTest() throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException
{
Class classType = Class.forName("sample.reflection.MyHelloWorld");
MyHelloWorld hello = (MyHelloWorld)classType.newInstance();
hello.sayHello("Zhang San");
}

输出结果:

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Hello Zhang San.

调用对象的方法

  我们可以通过方法的名称以及参数类型构建一个Method实例,然后调用Method的invoke方法,来触发方法。

  示例代码如下:

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private static void invokeMethodTest() throws InstantiationException, IllegalAccessException, ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, SecurityException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException
{
Class classType = Class.forName("sample.reflection.MyHelloWorld");
MyHelloWorld hello = (MyHelloWorld)classType.newInstance();
Method method = classType.getMethod("sayHello", new Class[]{String.class});
method.invoke(hello, new Object[]{"Zhang San"});
}

输出结果同上。

修改字段的值

  和C#不同,Java中一般使用setxxx和getxxx显示为属性赋值,因此Java中并没有Property类型,而是有Field类型。

  我们可以对Field的值进行修改,代码如下:

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private static void setFieldTest() throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, SecurityException, InstantiationException, IllegalAccessException
{
Class classType = Class.forName("sample.reflection.MyHelloWorld");
MyHelloWorld hello = (MyHelloWorld)classType.newInstance();
System.out.println("name is " + hello.name);
Field field = classType.getField("name");
field.set(hello, "Zhang San");
System.out.println("name is " + hello.name);
}

执行结果如下:

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name is null
name is Zhang San

  可以看出,我们成功的修改了name的值。

Annotation探索

  一开始我们提到,反射是很多技术的基础,Annotation就是这样的,我们可以把Annotation看做是C#中的Attribute,它可以对类型、方法、属性、字段、方法参数等信息进行修饰。我们可以使用“@+Annotation名”的方式来使用Annotation。

Annotation基本操作

  来看下面的代码,我们定义了基于Type、Method、Parameter和Field上面的Annotation示例:

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@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@interface ClassAnnotation
{
public String value();
}

@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@interface MethodAnnotation
{
public String methodName();
public String returnType();
}

@Target(ElementType.PARAMETER)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@interface ParameterAnnotation
{
public String value();
}

@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@interface FieldAnnotation
{
public String value();
}

接着,我们定义了一个MyClass类型,使用了上述的Annotation:

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@ClassAnnotation("这是作用在类型上的Annotation")
class MyClass
{
@MethodAnnotation(methodName="printInfo", returnType="void")
public void printInfo(String info)
{
System.out.println(info);
}

@MethodAnnotation(methodName="printError", returnType="void")
public void printError(@ParameterAnnotation("这是作用在参数上的Annotation")String error)
{
System.err.println(error);
}

@FieldAnnotation("这是作用在字段上的Annotation")
public int count;
}

对于使用了Annotation,我们可以获取其中的信息,下面两种方式都可以获取Annotation,第一种方式是通过反射遍历类型及其方法、字段,一一读取Annotation信息;第二种方式是读取指定类型的Annotation:

读取Annotation方式一

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private static void annotationTest1()
{
MyClass temp = new MyClass();

Annotation[] annotations = temp.getClass().getAnnotations();
for(Annotation a : annotations)
{
System.out.println(a.toString());
}

Method[] methods = temp.getClass().getDeclaredMethods();
for(Method method : methods)
{
annotations = method.getAnnotations();
for(Annotation a : annotations)
{
System.out.println(a.toString());
}
Annotation[][] paraAnnotations = method.getParameterAnnotations();
for(int i = 0; i < paraAnnotations.length; i++)
{
for (Annotation a : paraAnnotations[i])
{
System.out.println(a.toString());
}
}
}

Field[] fields = temp.getClass().getFields();
for (Field field : fields)
{
annotations = field.getAnnotations();
for(Annotation a : annotations)
{
System.out.println(a.toString());
}
}
}

读取Annotation方式二

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private static void annotationTest2() throws ClassNotFoundException
{
Class classType = Class.forName("sample.reflection.annotation.MyClass");
boolean flag = classType.isAnnotationPresent(ClassAnnotation.class);
if (flag)
{
ClassAnnotation annotation = (ClassAnnotation) classType.getAnnotation(ClassAnnotation.class);
System.out.println(annotation.toString());
}
Method[] methods = classType.getMethods();
for(Method method : methods)
{
if (method.isAnnotationPresent(MethodAnnotation.class))
{
System.out.println(((MethodAnnotation)method.getAnnotation(MethodAnnotation.class)).toString());
}
Annotation[][] paraAnnotations = method.getParameterAnnotations();
for(int i = 0; i < paraAnnotations.length; i++)
{
for (Annotation a : paraAnnotations[i])
{
System.out.println(a.toString());
}
}
}
Field[] fields = classType.getFields();
for (Field field:fields)
{
if (field.isAnnotationPresent(FieldAnnotation.class))
{
System.out.println(((FieldAnnotation)field.getAnnotation(FieldAnnotation.class)).toString());
}
}
}

上述两个方法的输出都是一样的,如下:

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@sample.reflection.annotation.ClassAnnotation(value=这是作用在类型上的Annotation)
@sample.reflection.annotation.MethodAnnotation(methodName=printInfo, returnType=void)
@sample.reflection.annotation.MethodAnnotation(methodName=printError, returnType=void)
@sample.reflection.annotation.ParameterAnnotation(value=这是作用在参数上的Annotation)
@sample.reflection.annotation.FieldAnnotation(value=这是作用在字段上的Annotation)

在WebService中使用Annotation

  上述代码看上去可能有些枯燥,不能显示出Annotation的威力,那么我们接下来看WebService,在WebService中,我们可以使用WebMethod、WebParam等Annotation来声明方法或者参数。

  接下来,我们来实现一个非常简单的Web服务:

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@WebService(targetNamespace="http://test", serviceName="HelloService")
public class HelloServiceProvider
{
@WebResult(name="HelloString")
@WebMethod
public String sayHello(@WebParam(name="userName") String name)
{
return "Hello " + name;
}

@Oneway
@WebMethod(action="userLogin", operationName="userLogin")
public void login()
{
System.out.println("User has logged on.");
}

public static void main(String[] args)
{
Thread thread = new Thread(new HelloServicePublisher());
thread.start();
}
}

然后定义一个Publisher:

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class HelloServicePublisher implements Runnable
{
public void run()
{
Endpoint.publish("http://localhost:8888/test/HelloService", new HelloServiceProvider());
}
}

在命令行中,我们定位到源代码路径,执行下面的命令:

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wsgen -cp . HelloServiceProvider

  wsgen位于JDK的bin目录中。

  然后我们启动HelloServiceProvider,在浏览器中输入如下地址:http://localhost:8888/test/HelloService,可以看到如下信息:

点击WSDL链接,可以看到:

1
<!-- Published by JAX-WS RI at http://jax-ws.dev.java.net. RI's version is JAX-WS RI 2.2.4-b01. --><!-- Generated by JAX-WS RI at http://jax-ws.dev.java.net. RI's version is JAX-WS RI 2.2.4-b01. --><definitions targetNamespace="http://test" name="HelloService"><types><xsd:schema><xsd:import namespace="http://test" schemaLocation="http://localhost:8888/test/HelloService?xsd=1"/></xsd:schema></types><message name="sayHello"><part name="parameters" element="tns:sayHello"/></message><message name="sayHelloResponse"><part name="parameters" element="tns:sayHelloResponse"/></message><message name="userLogin"><part name="parameters" element="tns:userLogin"/></message><portType name="HelloServiceProvider"><operation name="sayHello"><input wsam:Action="http://test/HelloServiceProvider/sayHelloRequest" message="tns:sayHello"/><output wsam:Action="http://test/HelloServiceProvider/sayHelloResponse" message="tns:sayHelloResponse"/></operation><operation name="userLogin"><input wsam:Action="userLogin" message="tns:userLogin"/></operation></portType><binding name="HelloServiceProviderPortBinding" type="tns:HelloServiceProvider"><soap:binding transport="http://schemas.xmlsoap.org/soap/http" style="document"/><operation name="sayHello"><soap:operation soapAction=""/><input><soap:body use="literal"/></input><output><soap:body use="literal"/></output></operation><operation name="userLogin"><soap:operation soapAction="userLogin"/><input><soap:body use="literal"/></input></operation></binding><service name="HelloService"><port name="HelloServiceProviderPort" binding="tns:HelloServiceProviderPortBinding"><soap:address location="http://localhost:8888/test/HelloService"/></port></service></definitions>

JDK中自带了Web服务器,我们不需要把上述代码部署到其他服务器中。

动态代理机制

  Spring中一大特色是AOP,面向方面编程也是框架设计一个趋势。对于业务中的共通操作,诸如记录日志、维护事务等,如果和业务逻辑纠缠在一起,会造成代码职责不清,后续维护困难等问题。利用AOP,我们可以很好的分离共通操作和业务操作。

  下面我们来实现一个简单的AOP框架,要实现这样一个框架,需要3部分:   

  1. InvocationHandler,来触发方法;
  2. Interceptor,来定义拦截器;
  3. DynamicProxy,来动态创建代理对象。

  首先我们看Interptor的定义:

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interface AOPInterceptor
{
public void before(Method method, Object[] args);
public void after(Method method, Object[] args);
public void afterThrowing(Method method, Object[] args);
public void afterFinally(Method method, Object[] args);
}

接下来是InvocationHandler:

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class DynamicProxyInvocationHandler implements InvocationHandler
{
private Object target;
private AOPInterceptor interceptor;

public DynamicProxyInvocationHandler(Object target, AOPInterceptor interceptor)
{
this.target = target;
this.interceptor = interceptor;
}

public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable
{
try
{
interceptor.before(method, args);
Object returnValue = method.invoke(target, args);
interceptor.after(method, args);
return returnValue;
}
catch(Throwable t)
{
interceptor.afterThrowing(method, args);
throw t;
}
finally
{
interceptor.afterFinally(method, args);
}
}
}

最后是DynamicProxy:

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class DynamicProxyFactoryImpl implements DynamicProxyFactory
{
public <T> T createProxy(Class<T> clazz, T target, AOPInterceptor interceptor)
{
InvocationHandler handler = new DynamicProxyInvocationHandler(target, interceptor);
return (T)Proxy.newProxyInstance(Thread.currentThread().getContextClassLoader(), new Class<?>[] {clazz}, handler);
}
}

至此,我们构建了一个”简易“的AOP拦截器。下面我们来创建一些测试代码。

  首先是实现AOPInterceptor接口:

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class MyInterceptor implements AOPInterceptor
{

public void after(Method method, Object[] args) {
System.out.println("方法执行结束。");
}

public void afterFinally(Method method, Object[] args) {
System.out.println("方法体Finally执行结束。");
}

public void afterThrowing(Method method, Object[] args) {
System.out.println("方法抛出异常。");
}

public void before(Method method, Object[] args) {
System.out.println("方法开始执行");
}
}

 然后利用本文一开始定义的HelloWorldService,来完成测试,需要在MyHello的sayHello方法最后,追加一行代码:

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throw new RuntimeException();

接着是测试代码:

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private static void test()
{
MyInterceptor interceptor = new MyInterceptor();
HelloWorldService hello = new MyHelloWorld();
DynamicProxyFactory factory = new DynamicProxyFactoryImpl();
HelloWorldService proxy = factory.createProxy(HelloWorldService.class, hello, interceptor);
proxy.sayHello("Zhang San");
}

最终,执行结果如下:

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方法开始执行
Hello Zhang San.
方法抛出异常。
方法体Finally执行结束。
Exception in thread "main" java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException
at sample.reflection.dynamicproxy.$Proxy0.sayHello(Unknown Source)
at sample.reflection.dynamicproxy.Sample.test(Sample.java:18)
at sample.reflection.dynamicproxy.Sample.main(Sample.java:9)
Caused by: java.lang.reflect.InvocationTargetException
at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(Unknown Source)
at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(Unknown Source)
at java.lang.reflect.Method.invoke(Unknown Source)
at sample.reflection.dynamicproxy.DynamicProxyInvocationHandler.invoke(Sample.java:60)
... 3 more

  可以看出,我们已经在业务执行的前、后、异常抛出后以及finally执行后进行了拦截,达到了我们期望的效果。

Java一些基础概念

地址下载:http://zangweiren.iteye.com/blog/241218

在看上述文章的时候,随手写了一些测试代码,以便加深理解。这也就是这篇文章的来源了。

类的初始化顺序

  在Java中,类里面可能包含:静态变量,静态初始化块,成员变量,初始化块,构造函数。在类之间可能存在着继承关系,那么当我们实例化一个对象时,上述各部分的加载顺序是怎样的?

  首先来看代码:

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class Parent
{
public static StaticVarible staticVarible= new StaticVarible("父类-静态变量1");
public StaticVarible instVarible= new StaticVarible("父类-成员变量1");

static
{
System.out.println("父类-静态块");
}

{
System.out.println("父类-初始化块");
}

public static StaticVarible staticVarible2= new StaticVarible("父类-静态变量2");
public StaticVarible instVarible2= new StaticVarible("父类-成员变量2");

public Parent()
{
System.out.println("父类-实例构造函数");
}
}

class Child extends Parent
{
public static StaticVarible staticVarible= new StaticVarible("子类-静态变量1");
public StaticVarible instVarible= new StaticVarible("子类-成员变量1");

static
{
System.out.println("子类-静态块");
}

public Child()
{
System.out.println("子类-实例构造函数");
}

{
System.out.println("子类-初始化块");
}

public static StaticVarible staticVarible2= new StaticVarible("子类-静态变量2");
public StaticVarible instVarible2= new StaticVarible("子类-成员变量2");


}

class StaticVarible
{
public StaticVarible(String info)
{
System.out.println(info);
}
}

 然后执行下面的语句:

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Child child = new Child();

  输出结果如下:

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父类-静态变量1
父类-静态块
父类-静态变量2
子类-静态变量1
子类-静态块
子类-静态变量2
父类-成员变量1
父类-初始化块
父类-成员变量2
父类-实例构造函数
子类-成员变量1
子类-初始化块
子类-成员变量2
子类-实例构造函数

结论  

  从上述结果可以看出,在实例化一个对象时,各部分的加载顺序如下:

  父类静态成员/父类静态初始化块 -> 子类静态成员/子类静态初始化块 -> 父类成员变量/父类初始化块 -> 父类构造函数 -> 子类成员变量/子类初始化块 -> 子类构造函数

和String相关的一些事儿

  首先,我们聊一聊Java中堆和栈的事儿。

  • 栈:存放基本类型,包括char/byte/short/int/long/float/double/boolean
  • 堆:存放引用类型,同时一般会在栈中保留一个指向它的指针,垃圾回收判断一个对象是否可以回收,就是判断栈中是否有指针指向堆中的对象。

  String作为一种特殊的数据类型,它不完全等同于基本类型,也不是全部的引用类型,许多面试题都有它的身影。

String类型变量的存储结构

  String的存储结构分为两部分,我们以String a = “abc”;为例,描述String类型的存储方式:

  1. 在栈中创建一个char数组,值分为是’a’,’b’,’c’。
  2. 在堆中创建一个String对象。

Java中的字符串池

  为了节省空间和资源,JVM会维护一个字符串池,或者说会缓存一部分曾经出现过的字符串。

  例如下面的代码:

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String v1 = "ab";
String v2 = "ab";

  实际上,v1==v2,因为JVM在v1声明后,已经对“ab”进行了缓存。

  那么JVM对字符串进行缓存的依据是什么?我们来看下面的代码,非常有意思:

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public class StringTest {
public static final String constValue = "ab";
public static final String staticValue;

static
{
staticValue="ab";
}

public static void main(String[] args)
{
String v1 = "ab";
String v2 = "ab";
System.out.println("v1 == v2 : " + (v1 == v2));
String v3 = new String("ab");
System.out.println("v1 == v3 : " + (v1 == v3));
String v4 = "abcd";
String v5 = "ab" + "cd";
System.out.println("v4 == v5 : " + (v4 == v5));
String v6 = v1 + "cd";
System.out.println("v4 == v6 : " + (v4 == v6));
String v7 = constValue + "cd";
System.out.println("v4 == v7 : " + (v4 == v7));
String v8 = staticValue + "cd";
System.out.println("v4 == v8 : " + (v4 == v8));
String v9 = v4.intern();
System.out.println("v4 == v9 :" + (v4 == v9));
String v10 = new String(new char[]{'a','b','c','d'});
String v11 = v10.intern();
System.out.println("v4 == v11 :" + (v4 == v11));
System.out.println("v10 == v11 :" + (v10 == v11));
}
}

请注意它的输出结果:

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v1 == v2 : true
v1 == v3 : false
v4 == v5 : true
v4 == v6 : false
v4 == v7 : true
v4 == v8 : false
v4 == v9 :true
v4 == v11 :true
v10 == v11 :false

  我们会发现,并不是所有的判断都返回true,这似乎和我们上面的说法有矛盾了。其实不然,因为

  结论
  1. JVM只能缓存那些在编译时可以确定的常量,而非运行时常量。

    上述代码中的constValue属于编译时常量,而staticValue则属于运行时常量。

  2. 通过使用 new方式创建出来的字符串,JVM缓存的方式是不一样的。

    所以上述代码中,v1不等同于v3。

String的这种设计属于享元模式吗?

  这个话题比较有意思,大部分讲设计模式的文章,在谈到享元时,一般就会拿String来做例子,但它属于享元模式吗?

  字符串与享元的关系,大家可以参考下面的文章:http://www.cnblogs.com/winter-cn/archive/2012/01/21/2328388.html

字符串的反转输出

  这种情况下,一般会将字符串看做是字符数组,然后利用反转数组的方式来反转字符串。

眼花缭乱的方法调用

有继承关系结构中的方法调用

  继承是面向对象设计中的常见方式,它可以有效的实现”代码复用“,同时子类也有重写父类方法的自由,这就对到底是调用父类方法还是子类方法带来了麻烦。

  来看下面的代码:

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public class PropertyTest {

public static void main(String[] args)
{
ParentDef v1 = new ParentDef();
ParentDef v2 = new ChildDef();
ChildDef v3 = new ChildDef();
System.out.println("=====v1=====");
System.out.println("staticValue:" + v1.staticValue);
System.out.println("value:" + v1.value);
System.out.println("=====v2=====");
System.out.println("staticValue:" + v2.staticValue);
System.out.println("value:" + v2.value);
System.out.println("=====v3=====");
System.out.println("staticValue:" + v3.staticValue);
System.out.println("value:" + v3.value);
}
}

class ParentDef
{
public static final String staticValue = "父类静态变量";
public String value = "父类实例变量";
}

class ChildDef extends ParentDef
{
public static final String staticValue = "子类静态变量";
public String value = "子类实例变量";
}

  
输出结果如下:

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=====v1=====
staticValue:父类静态变量
value:父类实例变量
=====v2=====
staticValue:父类静态变量
value:父类实例变量
=====v3=====
staticValue:子类静态变量
value:子类实例变量

结论
对于调用父类方法还是子类方法,只与变量的声明类型有关系,与实例化的类型没有关系。

到底是值传递还是引用传递

  对于这个话题,我的观点是值传递,因为传递的都是存储在栈中的内容,无论是基本类型的值,还是指向堆中对象的指针,都是值而非引用。并且在值传递的过程中,JVM会将值复制一份,然后将复制后的值传递给调用方法。

按照这种方式,我们来看下面的代码:  

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public class ParamTest {

public void change(int value)
{
value = 10;
}

public void change(Value value)
{
Value temp = new Value();
temp.value = 10;
value = temp;
}

public void add(int value)
{
value += 10;
}

public void add(Value value)
{
value.value += 10;
}

public static void main(String[] args)
{
ParamTest test = new ParamTest();
Value value = new Value();
int v = 0;
System.out.println("v:" + v);
System.out.println("value.value:" + value.value);
System.out.println("=====change=====");
test.change(v);
test.change(value);
System.out.println("v:" + v);
System.out.println("value.value:" + value.value);
value = new Value();
v = 0;
System.out.println("=====add=====");
test.add(v);
test.add(value);
System.out.println("v:" + v);
System.out.println("value.value:" + value.value);
}
}

class Value
{
public int value;
}

它的输出结果:

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v:0
value.value:0
=====change=====
v:0
value.value:0
=====add=====
v:0
value.value:10

  我们看到,在调用change方法时,即使我们传递进去的是指向对象的指针,但最终对象的属性也没有变,这是因为在change方法体内,我们新建了一个对象,然后将”复制过的指向原对象的指针“指向了“新对象”,并且对新对象的属性进行了调整。但是“复制前的指向原对象的指针”依然是指向“原对象”,并且属性没有任何变化。

final/finally/finalize的区别

  final可以修饰类、成员变量、方法以及方法参数。使用final修饰的类是不可以被继承的,使用final修饰的方法是不可以被重写的,使用final修饰的变量,只能被赋值一次。

  使用final声明变量的赋值时机:

  1. 定义声明时赋值

  2. 初始化块或静态初始化块中

  3. 构造函数

  来看下面的代码:

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class FinalTest
{
public static final String staticValue1 = "静态变量1";
public static final String staticValue2;

static
{
staticValue2 = "静态变量2";
}

public final String value1 = "实例变量1";
public final String value2;
public final String value3;

{
value2 = "实例变量2";
}

public FinalTest()
{
value3 = "实例变量3";
}
}

finally一般是和try…catch放在一起使用,主要用来释放一些资源。

  我们来看下面的代码:

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public class FinallyTest {

public static void main(String[] args)
{
finallyTest1();
finallyTest2();
finallyTest3();
}

private static String finallyTest1()
{
try
{
throw new RuntimeException();
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
finally
{
System.out.println("Finally语句被执行");
}
try
{
System.out.println("Hello World");
return "Hello World";
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
finally
{
System.out.println("Finally语句被执行");
}
return null;
}

private static void finallyTest2()
{
int i = 0;
for (i = 0; i < 3; i++)
{
try
{
if (i == 2) break;
System.out.println(i);
}
finally
{
System.out.println("Finally语句被执行");
}
}
}

private static Test finallyTest3()
{
try
{
return new Test();
}
finally
{
System.out.println("Finally语句被执行");
}
}
}

执行结果如下:

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java.lang.RuntimeException
at sample.interview.FinallyTest.finallyTest1(FinallyTest.java:16)
at sample.interview.FinallyTest.main(FinallyTest.java:7)
Finally语句被执行
Hello World
Finally语句被执行
0
Finally语句被执行
1
Finally语句被执行
Finally语句被执行
Test实例被创建
Finally语句被执行

  注意在循环的过程中,对于某一次循环,即使调用了break或者continue,finally也会执行。

  finalize则主要用于释放资源,在调用GC方法时,该方法就会被调用。

  来看下面的示例:

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class FinalizeTest
{
protected void finalize()
{
System.out.println("finalize方法被调用");
}

public static void main(String[] args)
{
FinalizeTest test = new FinalizeTest();
test = null;
Runtime.getRuntime().gc();
}
}

 执行结果如下:

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finalize方法被调用

关于基本类型的一些事儿

  基本类型供分为9种,包括byte/short/int/long/float/double/boolean/void,每种基本类型都对应一个“包装类”,其他一些基本信息如下:

  1. 基本类型:byte 二进制位数:8
  2. 包装类:java.lang.Byte
  3. 最小值:Byte.MIN_VALUE=-128
  4. 最大值:Byte.MAX_VALUE=127
  5. 基本类型:short 二进制位数:16
  6. 包装类:java.lang.Short
  7. 最小值:Short.MIN_VALUE=-32768
  8. 最大值:Short.MAX_VALUE=32767
  9. 基本类型:int 二进制位数:32
  10. 包装类:java.lang.Integer
  11. 最小值:Integer.MIN_VALUE=-2147483648
  12. 最大值:Integer.MAX_VALUE=2147483647
  13. 基本类型:long 二进制位数:64
  14. 包装类:java.lang.Long
  15. 最小值:Long.MIN_VALUE=-9223372036854775808
  16. 最大值:Long.MAX_VALUE=9223372036854775807
  17. 基本类型:float 二进制位数:32
  18. 包装类:java.lang.Float
  19. 最小值:Float.MIN_VALUE=1.4E-45
  20. 最大值:Float.MAX_VALUE=3.4028235E38
  21. 基本类型:double 二进制位数:64
  22. 包装类:java.lang.Double
  23. 最小值:Double.MIN_VALUE=4.9E-324
  24. 最大值:Double.MAX_VALUE=1.7976931348623157E308
  25. 基本类型:char 二进制位数:16
  26. 包装类:java.lang.Character
  27. 最小值:Character.MIN_VALUE=0
  28. 最大值:Character.MAX_VALUE=65535

关于基本类型的一些结论(来自《Java面试解惑》)

未带有字符后缀标识的整数默认为int类型;未带有字符后缀标识的浮点数默认为double类型。
如果一个整数的值超出了int类型能够表示的范围,则必须增加后缀“L”(不区分大小写,建议用大写,因为小写的L与阿拉伯数字1很容易混淆),表示为long型。
带有“F”(不区分大小写)后缀的整数和浮点数都是float类型的;带有“D”(不区分大小写)后缀的整数和浮点数都是double类型的。
编译器会在编译期对byte、short、int、long、float、double、char型变量的值进行检查,如果超出了它们的取值范围就会报错。
int型值可以赋给所有数值类型的变量;long型值可以赋给long、float、double类型的变量;float型值可以赋给float、double类型的变量;double型值只能赋给double类型变量。
  关于基本类型之间的转换
  下面的转换是无损精度的转换:

byte->short
short->int
char->int
int->long
float->double
  下面的转换是会损失精度的:

int->float
long->float
long->double
  除此之外的转换,是非法的。

和日期相关的一些事儿

  Java中,有两个类和日期相关,一个是Date,一个是Calendar。我们来看下面的示例:

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public class DateTest {

public static void main(String[] args) throws ParseException
{
test1();
test2();
test3();
}

private static void test1() throws ParseException
{
Date date = new Date();
System.out.println(date);
DateFormat sf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
System.out.println(sf.format(date));
String formatString = "2013-05-12";
System.out.println(sf.parse(formatString));
}

private static void test2()
{
Date date = new Date();
System.out.println("Year:" + date.getYear());
System.out.println("Month:" + date.getMonth());
System.out.println("Day:" + date.getDate());
System.out.println("Hour:" + date.getHours());
System.out.println("Minute:" + date.getMinutes());
System.out.println("Second:" + date.getSeconds());
System.out.println("DayOfWeek:" + date.getDay());
}

private static void test3()
{
Calendar c = Calendar.getInstance();
System.out.println(c.getTime());
System.out.println(c.getTimeZone());
System.out.println("Year:" + c.get(Calendar.YEAR));
System.out.println("Month:" + c.get(Calendar.MONTH));
System.out.println("Day:" + c.get(Calendar.DATE));
System.out.println("Hour:" + c.get(Calendar.HOUR));
System.out.println("HourOfDay:" + c.get(Calendar.HOUR_OF_DAY));
System.out.println("Minute:" + c.get(Calendar.MINUTE));
System.out.println("Second:" + c.get(Calendar.SECOND));
System.out.println("DayOfWeek:" + c.get(Calendar.DAY_OF_WEEK));
System.out.println("DayOfMonth:" + c.get(Calendar.DAY_OF_MONTH));
System.out.println("DayOfYear:" + c.get(Calendar.DAY_OF_YEAR));
}
}

输出结果如下:

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Sat May 11 13:44:34 CST 2013
2013-05-11
Sun May 12 00:00:00 CST 2013
Year:113
Month:4
Day:11
Hour:13
Minute:44
Second:35
DayOfWeek:6
Sat May 11 13:44:35 CST 2013
sun.util.calendar.ZoneInfo[id="Asia/Shanghai",offset=28800000,dstSavings=0,useDaylight=false,transitions=19,lastRule=null]
Year:2013
Month:4
Day:11
Hour:1
HourOfDay:13
Minute:44
Second:35
DayOfWeek:7
DayOfMonth:11
DayOfYear:131

 需要注意的是,Date中的getxxx方法已经变成deprecated了,因此我们尽量使用calendar.get方法来获取日期的细节信息。

  另外,注意DateFormat,它不仅可以对日期的输出进行格式化,而且可以逆向操作,将符合Format的字符串转换为日期类型。

Java的JDBC

JDBC相关的话题。

概述

  尽管在实际开发过程中,我们一般使用ORM框架来代替传统的JDBC,例如Hibernate或者iBatis,但JDBC是Java用来实现数据访问的基础,掌握它对于我们理解Java的数据操作流程很有帮助。

  JDBC的全称是Java Database Connectivity。

  JDBC对数据库进行操作的流程:

  • 连接数据库
  • 发送数据请求,即传统的CRUD指令
  • 返回操作结果集

 
JDBC中常用的对象包括:

  • ConnectionManager
  • Connection
  • Statement
  • CallableStatement
  • PreparedStatement
  • ResultSet
  • SavePoint

一个简单JDBC示例

  我们来看下面一个简单的示例,它使用JDK自带的Derby数据库,创建一张表,插入一些记录,然后将记录返回:

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private static void test1() throws SQLException
{
String driver = "org.apache.derby.jdbc.EmbeddedDriver";
String dbURL = "jdbc:derby:EmbeddedDB;create=true";

Connection con = null;
Statement st = null;
try
{
Class.forName(driver);
con = DriverManager.getConnection(dbURL);
st = con.createStatement();
st.execute("create table foo(ID INT NOT NULL, NAME VARCHAR(30))");
st.executeUpdate("insert into foo(ID,NAME) values(1, 'Zhang San')");

ResultSet rs = st.executeQuery("select ID,NAME from foo");

while(rs.next())
{
int id = rs.getInt("ID");
String name = rs.getString("NAME");
System.out.println("ID=" + id + "; NAME=" + name);
}
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
finally
{
if (st != null) st.close();
if (con != null) con.close();
}
}

如何建立数据库连接

  上面的示例代码中,建立数据库连接的部分如下:

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String driver = "org.apache.derby.jdbc.EmbeddedDriver";
String dbURL = "jdbc:derby:EmbeddedDB;create=true";

Class.forName(driver);
con = DriverManager.getConnection(dbURL);

建立数据库连接的过程,可以分为两步:

  1. 加载数据库驱动,即上文中的driver以及Class.forName(dirver)

  2. 定位数据库连接字符串, 即dbURL以及DriverManager.getConnection(dbURL)

  不同的数据库,对应的dirver和dbURL不同,但加载驱动和建立连接的方式是相同的,即只需要修改上面driver和dbURL的值就可以了。

自动加载数据库驱动

  如果我们每次建立连接时,都要使用Class.forName(…)来手动加载数据库驱动,这样会很麻烦,我们可以通过配置文件的方式,来保存数据库驱动的信息。

  我们可以在classpath中,即编译出来的.class的存放路径,添加如下文件:

1
META-INF\services\java.sql.Driver

  对应的内容就是JDBC驱动的全路径,也就是上面driver变量的值:

1
org.apache.derby.jdbc.EmbeddedDriver

  接下来,我们在程序中,就不需要再显示的用Class.forName(…)来加载驱动了,它会被自动加载进来,当我们的数据库发生变化时,只需要修改这个文件就可以了,例如当我们的数据库由Derby变为MySQL时,只需要将上述的配置修改为:

1
com.mysql.jdbc.Driver

  但是,需要注意一点,这里只是配置了JDBC驱动的全路径,并没有包含jar文件的信息,因此,我们还是需要将包含该驱动的jar文件手动的放置到程序的classpath中。

JDBC中的基本操作

  对于数据库操作来说,CRUD操作应该是最常见的操作了, 即我们常说的增、删、查、改。

  JDBC是使用Statement和ResultSet来完成这些操作的。

如何实现CRUD

  下面是JDBC实现基本的CRUD示例:

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private static void insertTest() throws SQLException
{
String dbURL = "jdbc:mysql://localhost/test";
Connection con = DriverManager.getConnection(dbURL, "root", "123");
Statement st = con.createStatement();
st.execute("insert into user(ID,NAME) values(1, 'Zhang San')");
st.execute("insert into user(ID,NAME) values(2, 'Li Si')");
st.execute("insert into user(ID,NAME) values(3, 'Wang Wu')");
System.out.println("=====insert test=====");
showUser(st);
st.close();
con.close();
}

private static void deleteTest() throws SQLException
{
String dbURL = "jdbc:mysql://localhost/test";
Connection con = DriverManager.getConnection(dbURL, "root", "123");
Statement st = con.createStatement();
st.execute("delete from user where ID=3");
System.out.println("=====delete test=====");
showUser(st);
st.close();
con.close();
}

private static void updateTest() throws SQLException
{
String dbURL = "jdbc:mysql://localhost/test";
Connection con = DriverManager.getConnection(dbURL, "root", "123");
Statement st = con.createStatement();
st.executeUpdate("update user set NAME='TEST' where ID=2");
System.out.println("=====update test=====");
showUser(st);
st.close();
con.close();
}

private static void showUser(Statement st) throws SQLException
{
ResultSet rs = st.executeQuery("select ID, NAME from user");
while(rs.next())
{
int id = rs.getInt("ID");
String name = rs.getString("NAME");
System.out.println("ID:" + id + "; NAME=" + name);
}
rs.close();
}

 我们顺序调用上面的测试方法:

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insertTest();
deleteTest();
updateTest();

  执行结果如下:

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=====insert test=====
ID:1; NAME=Zhang San
ID:2; NAME=Li Si
ID:3; NAME=Wang Wu
=====delete test=====
ID:1; NAME=Zhang San
ID:2; NAME=Li Si
=====update test=====
ID:1; NAME=Zhang San
ID:2; NAME=TEST

  上面代码中的showUser方法会把user表中的所有记录打印出来。

如何调用存储过程

  存储过程是做数据库开发时经常使用的技术,它可以通过节省编译时间的方式来提升系统性能,我们这里的示例使用MySQL数据库。

如何调用不带参数的存储过程

  假设我们现在有一个简单的存储过程,它只是返回user表中的所有记录,存储过程如下:

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CREATE DEFINER=`root`@`localhost` PROCEDURE `GetUser`()
BEGIN
select ID,NAME from user;
END

我们可以使用CallableStatement来调用存储过程:

调用存储过程示例一

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private static void execStoredProcedureTest() throws SQLException
{
String dbURL = "jdbc:mysql://localhost/test";
Connection con = DriverManager.getConnection(dbURL, "root", "123");
CallableStatement cst = con.prepareCall("call GetUser()");
ResultSet rs = cst.executeQuery();
while(rs.next())
{
int id = rs.getInt("ID");
String name = rs.getString("NAME");
System.out.println("ID:" + id + "; NAME=" + name);
}
rs.close();
cst.close();
con.close();
}

它的执行结果如下:

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ID:1; NAME=Zhang San
ID:2; NAME=TEST

如何调用带参数的存储过程

  MySQL的存储过程中的参数分为三种:in/out/inout,我们可以把in看做入力参数,out看做出力参数,JDBC对这两种类型的参数设置方式不同:

  1. in, JDBC使用类似于cst.set(1, 10)的方式来设置

  2. out,JDBC使用类似于cst.registerOutParameter(2, Types.VARCHAR);的方式来设置

  我们来看一个in参数的示例,假设我们希望返回ID为特定值的user信息,存储过程如下:

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CREATE DEFINER=`root`@`localhost` PROCEDURE `GetUserByID`(in id int)
BEGIN
set @sqlstr=concat('select * from user where ID=', id);
prepare psmt from @sqlstr;
execute psmt;
END

  Java的调用代码如下:
  
JDBC调用存储过程示例二 
 

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private static void execStoredProcedureTest2(int id) throws SQLException
{
String dbURL = "jdbc:mysql://localhost/test";
Connection con = DriverManager.getConnection(dbURL, "root", "123");
CallableStatement cst = con.prepareCall("call GetUserByID(?)");
cst.setInt(1, id);
ResultSet rs = cst.executeQuery();
while(rs.next())
{
String name = rs.getString("NAME");
System.out.println("ID:" + id + "; NAME=" + name);
}
rs.close();
cst.close();
con.close();
}

  我们执行下面的语句:

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execStoredProcedureTest2(1);

  结果如下:

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ID:1; NAME=Zhang San

  对于out类型的参数,调用方式类似,不再赘述。

获取数据库以及结果集的metadata信息

  在JDBC中,我们不仅能够对数据进行操作,我们还能获取数据库以及结果集的元数据信息,例如数据库的名称、驱动信息、表信息;结果集的列信息等。

获取数据库的metadata信息

  我们可以通过connection.getMetaData方法来获取数据库的元数据信息,它的类型是DatabaseMetaData。

获取数据库的元数据信息

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private static void test1() throws SQLException
{
String dbURL = "jdbc:mysql://localhost/mysql";
Connection con = DriverManager.getConnection(dbURL, "root", "123");

DatabaseMetaData dbmd = con.getMetaData();

System.out.println("数据库:" + dbmd.getDatabaseProductName() + " " + dbmd.getDatabaseProductVersion());
System.out.println("驱动程序:" + dbmd.getDriverName() + " " + dbmd.getDriverVersion());

ResultSet rs = dbmd.getTables(null, null, null, null);
System.out.println(String.format("|%-26s|%-9s|%-9s|%-9s|", "表名称","表类别","表类型","表模式"));
while(rs.next())
{
System.out.println(String.format("|%-25s|%-10s|%-10s|%-10s|",
rs.getString("TABLE_NAME"),rs.getString("TABLE_CAT"),
rs.getString("TABLE_TYPE"), rs.getString("TABLE_SCHEM")));
}
}

这里我们使用的数据库是MySQL中自带的默认数据库:mysql,它会记录整个数据库服务器中的一些信息。上述代码执行结果如下:

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数据库:MySQL 5.5.28
驱动程序:MySQL-AB JDBC Driver mysql-connector-java-5.0.4 ( $Date: 2006-10-19 17:47:48 +0200 (Thu, 19 Oct 2006) $, $Revision: 5908 $ )
|表名称 |表类别 |表类型 |表模式 |
|columns_priv |mysql |TABLE |null |
|db |mysql |TABLE |null |
|event |mysql |TABLE |null |
|func |mysql |TABLE |null |
。。。

  由于mysql中表比较多,上述结果只截取了一部分。

获取结果集的元数据信息

  我们可以通过使用resultset.getMetaData方法来获取结果集的元数据信息,它的类型是ResultSetMetaData。

获取结果集的元数据信息

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private static void test2() throws SQLException
{
String dbURL = "jdbc:mysql://localhost/test";
Connection con = DriverManager.getConnection(dbURL, "root", "123");
Statement st = con.createStatement();
ResultSet rs = st.executeQuery("select ID, NAME from user");
ResultSetMetaData rsmd = rs.getMetaData();
for (int i = 1; i <= rsmd.getColumnCount(); i++)
{
System.out.println("Column Name:" + rsmd.getColumnName(i) + "; Column Type:" + rsmd.getColumnTypeName(i));
}
}

它的执行结果如下:

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Column Name:ID; Column Type:INTEGER UNSIGNED
Column Name:NAME; Column Type:VARCHAR

  可以看到,它返回类结果集中每一列的名称和类型。

基于ResultSet的操作

  当我们需要对数据库进行修改时,除了上述通过Statement完成操作外,我们也可以借助ResultSet来完成。

  需要注意的是,在这种情况下,我们定义Statement时,需要添加参数。

  Statement构造函数可以包含3个参数:

  1. resultSetType,它的取值包括:ResultSet.TYPE_FORWARD_ONLY、ResultSet.TYPE_SCROLL_INSENSITIVE 或 ResultSet.TYPE_SCROLL_SENSITIVE,默认情况下,该参数的值是ResultSet.TYPE_FORWARD_ONLY。

  2. resultSetConcurrency,它的取值包括:ResultSet.CONCUR_READ_ONLY 或 ResultSet.CONCUR_UPDATABLE,默认情况下,该参数的值是ResultSet.CONCUR_READ_ONLY。

  3. resultSetHoldability,它的取值包括:ResultSet.HOLD_CURSORS_OVER_COMMIT 或 ResultSet.CLOSE_CURSORS_AT_COMMIT。

为了使得ResultSet能够对数据进行操作我们需要:

  • 将resultSetType设置为ResultSet.TYPE_SCROLL_SENSITIVE。
  • 将resultSetConcurrency设置为ResultSet.CONCUR_UPDATABLE。

在通过ResultSet对数据进行调整的过程中,下面方法可能会被调用:

  • resultset.last()
  • resultset.first()
  • resultset.moveToInsertRow()
  • resultset.absolute()
  • resultset.setxxx()
  • resultset.updateRow()
  • resultset.insertRow()

下面是一个通过ResultSet对数据进行增、删、改的示例:

通过ResultSet对数据进行增、删、改

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private static void getResultCount() throws SQLException
{
System.out.println("=====Result Count=====");
String dbURL = "jdbc:mysql://localhost/test";
Connection con = DriverManager.getConnection(dbURL, "root", "123");
Statement st = con.createStatement(ResultSet.TYPE_SCROLL_SENSITIVE, ResultSet.CONCUR_READ_ONLY, ResultSet.CLOSE_CURSORS_AT_COMMIT);
ResultSet rs = st.executeQuery("select * from user");
rs.last();
System.out.println("返回结果的条数:"+ rs.getRow());
rs.first();

rs.close();
st.close();
con.close();
}

private static void insertDataToResultSet() throws SQLException
{
System.out.println("=====Insert=====");
String dbURL = "jdbc:mysql://localhost/test";
Connection con = DriverManager.getConnection(dbURL, "root", "123");
Statement st = con.createStatement(ResultSet.TYPE_SCROLL_SENSITIVE, ResultSet.CONCUR_UPDATABLE);
ResultSet rs = st.executeQuery("select ID,NAME from user");
rs.moveToInsertRow();
rs.updateInt(1, 4);
rs.updateString(2, "Xiao Ming");
rs.insertRow();
showUser(st);

rs.close();
st.close();
con.close();
}

private static void updateDataToResultSet() throws SQLException
{
System.out.println("=====Update=====");
String dbURL = "jdbc:mysql://localhost/test";
Connection con = DriverManager.getConnection(dbURL, "root", "123");
Statement st = con.createStatement(ResultSet.TYPE_SCROLL_SENSITIVE, ResultSet.CONCUR_UPDATABLE);
ResultSet rs = st.executeQuery("select * from user");
rs.last();
int count = rs.getRow();
rs.first();
rs.absolute(count);
rs.updateString(2, "Xiao Qiang");
rs.updateRow();
showUser(st);

rs.close();
st.close();
con.close();
}

private static void delDataFromResultSet() throws SQLException
{
System.out.println("=====Delete=====");
String dbURL = "jdbc:mysql://localhost/test";
Connection con = DriverManager.getConnection(dbURL, "root", "123");
Statement st = con.createStatement(ResultSet.TYPE_SCROLL_SENSITIVE, ResultSet.CONCUR_UPDATABLE, ResultSet.CLOSE_CURSORS_AT_COMMIT);
ResultSet rs = st.executeQuery("select * from user");
rs.last();
int count = rs.getRow();
rs.first();
rs.absolute(count);
rs.deleteRow();
showUser(st);

rs.close();
st.close();
con.close();
}

分别调用上述方法:

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1 getResultCount();
2 insertDataToResultSet();
3 updateDataToResultSet();
4 delDataFromResultSet();

  执行结果如下:

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=====Result Count=====
返回结果的条数:2
=====Insert=====
ID:1; NAME=Zhang San
ID:2; NAME=TEST
ID:4; NAME=Xiao Ming
=====Update=====
ID:1; NAME=Zhang San
ID:2; NAME=TEST
ID:4; NAME=Xiao Qiang
=====Delete=====
ID:1; NAME=Zhang San
ID:2; NAME=TEST

  可以看到我们对ID为4的记录进行了插入、更新和删除操作。

预处理以及批处理

  预处理和批处理都是用来提升系统性能的方式,一种是利用数据库的缓存机制,一种是利用数据库一次执行多条语句的方式。

预处理

  数据库服务器接收到Statement后,一般会解析Statement、分析是否有语法错误、定制最优的执行计划,这个过程可能会降低系统的性能。一般的数据库服务器都这对这种情况,设计了缓存机制,当数据库接收到指令时,如果缓存中已经存在,那么就不再解析,而是直接运行。

  这里相同的指令是指sql语句完全一样,包括大小写。

  JDBC使用PreparedStatement来完成预处理:

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private static void test1() throws SQLException
{
System.out.println("=====Insert a single record by PreparedStatement=====");
String dbURL = "jdbc:mysql://localhost/test";
Connection con = DriverManager.getConnection(dbURL, "root", "123");
PreparedStatement pst = con.prepareStatement("insert into user(id,name) values(?,?)");
pst.setInt(1, 5);
pst.setString(2, "Lei Feng");
pst.executeUpdate();
showUser(pst);
pst.close();
con.close();
}

 执行结果如下:

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=====Insert a single record by PreparedStatement=====
ID:1; NAME=Zhang San
ID:2; NAME=TEST
ID:5; NAME=Lei Feng

批处理

  批处理是利用数据库一次执行多条语句的机制来提升性能,这样可以避免多次建立连接带来的性能损失。

  批处理使用Statement的addBatch来添加指令,使用executeBatch方法来一次执行多条指令:

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private static void test2() throws SQLException
{
System.out.println("=====Insert multiple records by Statement & Batch=====");
String dbURL = "jdbc:mysql://localhost/test";
Connection con = DriverManager.getConnection(dbURL, "root", "123");
Statement st = con.createStatement();
st.addBatch("insert into user(id,name) values(6,'Xiao Zhang')");
st.addBatch("insert into user(id,name) values(7,'Xiao Liu')");
st.addBatch("insert into user(id,name) values(8,'Xiao Zhao')");
st.executeBatch();
showUser(st);
st.close();
con.close();
}

执行结果如下:

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=====Insert multiple records by Statement & Batch=====
ID:1; NAME=Zhang San
ID:2; NAME=TEST
ID:5; NAME=Lei Feng
ID:6; NAME=Xiao Zhang
ID:7; NAME=Xiao Liu
ID:8; NAME=Xiao Zhao

预处理和批处理相结合

  我们可以把预处理和批处理结合起来,利用数据库的缓存机制,一次执行多条语句:

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private static void test3() throws SQLException
{
System.out.println("=====Insert multiple records by PreparedStatement & Batch=====");
String dbURL = "jdbc:mysql://localhost/test";
Connection con = DriverManager.getConnection(dbURL, "root", "123");
PreparedStatement pst = con.prepareStatement("insert into user(id,name) values(?,?)");
pst.setInt(1, 9);
pst.setString(2, "Xiao Zhang");
pst.addBatch();
pst.setInt(1, 10);
pst.setString(2, "Xiao Liu");
pst.addBatch();
pst.setInt(1, 11);
pst.setString(2, "Xiao Zhao");
pst.addBatch();
pst.executeBatch();
showUser(pst);
pst.close();
con.close();
}

 执行结果如下:
 

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=====Insert multiple records by PreparedStatement & Batch=====
ID:1; NAME=Zhang San
ID:2; NAME=TEST
ID:5; NAME=Lei Feng
ID:9; NAME=Xiao Zhang
ID:10; NAME=Xiao Liu
ID:11; NAME=Xiao Zhao

数据库事务

  谈到数据库开发,事务是一个不可回避的话题,JDBC默认情况下,是每一步都自动提交的,我们可以通过设置connection.setAutoCommit(false)的方式来强制关闭自动提交,然后通过connection.commit()和connection.rollback()来实现事务提交和回滚。

简单的数据库事务

  下面是一个简单的数据库事务的示例:

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private static void transactionTest1() throws SQLException
{
System.out.println("=====Simple Transaction test=====");
String dbURL = "jdbc:mysql://localhost/test";
Connection con = DriverManager.getConnection(dbURL, "root", "123");
Statement st = con.createStatement();
try
{
con.setAutoCommit(false);
st.executeUpdate("insert into user(id,name) values(12, 'Xiao Li')");
con.commit();
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
con.rollback();
}
finally
{
con.setAutoCommit(true);
showUser(st);
if (st != null) st.close();
if (con != null) con.close();
}
}

 连续执行上述方法两次,我们可以得出下面的结果:

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=====Simple Transaction test=====
ID:1; NAME=Zhang San
ID:2; NAME=TEST
ID:5; NAME=Lei Feng
ID:12; NAME=Xiao Li
=====Simple Transaction test=====
ID:1; NAME=Zhang San
ID:2; NAME=TEST
ID:5; NAME=Lei Feng
ID:12; NAME=Xiao Li
com.mysql.jdbc.exceptions.MySQLIntegrityConstraintViolationException: Duplicate entry '12' for key 'PRIMARY'
at com.mysql.jdbc.SQLError.createSQLException(SQLError.java:931)
at com.mysql.jdbc.MysqlIO.checkErrorPacket(MysqlIO.java:2870)
at com.mysql.jdbc.MysqlIO.sendCommand(MysqlIO.java:1573)
at com.mysql.jdbc.MysqlIO.sqlQueryDirect(MysqlIO.java:1665)
at com.mysql.jdbc.Connection.execSQL(Connection.java:3170)
at com.mysql.jdbc.Statement.executeUpdate(Statement.java:1316)
at com.mysql.jdbc.Statement.executeUpdate(Statement.java:1235)
at sample.jdbc.mysql.ResultSetSample.transactionTest1(ResultSetSample.java:154)
at sample.jdbc.mysql.ResultSetSample.main(ResultSetSample.java:17)

  可以看到,第一次调用时,操作成功,事务提交,向user表中插入了一条记录;第二次调用时,发生主键冲突异常,事务回滚。

带有SavePoint的事务

  当我们的事务操作中包含多个处理,但我们有时希望一些操作完成后可以先提交,这样可以避免整个事务的回滚。JDBC使用SavePoint来实现这一点。

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private static void transactionTest2() throws SQLException
{
System.out.println("=====Simple Transaction test=====");
String dbURL = "jdbc:mysql://localhost/test";
Connection con = DriverManager.getConnection(dbURL, "root", "123");
Statement st = con.createStatement();
Savepoint svpt = null;
try
{
con.setAutoCommit(false);
st.executeUpdate("insert into user(id,name) values(13, 'Xiao Li')");
st.executeUpdate("insert into user(id,name) values(14, 'Xiao Wang')");
svpt = con.setSavepoint("roll back to here");
st.executeUpdate("insert into user(id,name) values(15, 'Xiao Zhao')");
st.executeUpdate("insert into user(id,name) values(13, 'Xiao Li')");
con.commit();
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
con.rollback(svpt);
}
finally
{
con.setAutoCommit(true);
showUser(st);
if (st != null) st.close();
if (con != null) con.close();
}
}

执行结果如下:

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=====Simple Transaction test=====
com.mysql.jdbc.exceptions.MySQLIntegrityConstraintViolationException: Duplicate entry '13' for key 'PRIMARY'
at com.mysql.jdbc.SQLError.createSQLException(SQLError.java:931)
at com.mysql.jdbc.MysqlIO.checkErrorPacket(MysqlIO.java:2870)
at com.mysql.jdbc.MysqlIO.sendCommand(MysqlIO.java:1573)
at com.mysql.jdbc.MysqlIO.sqlQueryDirect(MysqlIO.java:1665)
at com.mysql.jdbc.Connection.execSQL(Connection.java:3170)
at com.mysql.jdbc.Statement.executeUpdate(Statement.java:1316)
at com.mysql.jdbc.Statement.executeUpdate(Statement.java:1235)
at sample.jdbc.mysql.ResultSetSample.transactionTest2(ResultSetSample.java:185)
at sample.jdbc.mysql.ResultSetSample.main(ResultSetSample.java:18)
ID:1; NAME=Zhang San
ID:2; NAME=TEST
ID:5; NAME=Lei Feng
ID:13; NAME=Xiao Li
ID:14; NAME=Xiao Wang

可以看到最终事务报出了主键冲突异常,事务回滚,但是依然向数据库中插入了ID为13和14的记录。

另外,在确定SavePoint后,ID为15的记录并没有被插入,它是通过事务进行了回滚。

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