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Java 核心技術(shù)

• 3.1. 反射機(jī)制
• • 3.1.1.靜態(tài)編譯和動(dòng)態(tài)編譯
  • 3.1.2.反射機(jī)制優(yōu)缺點(diǎn)
  • 3.1.3.反射的應(yīng)用場(chǎng)景
• 3.2. 異常
• • 3.2.1. Java 異常類層次結(jié)構(gòu)圖
  • 3.2.2. Throwable 類常用方法
  • 3.2.3. try-catch-finally
  • 3.2.4. 使用 try-with-resources 來代替try-catch-finally
• 3.3. 多線程
• • 3.3.1. 簡(jiǎn)述線程、程序、進(jìn)程的基本概念。以及他們之間關(guān)系是什么?（重要）
  • 3.3.2. 線程有哪些基本狀態(tài)?
• 3.4. 文件與 I\O 流
• • 3.4.1. Java 中 IO 流分為幾種?
  • • 3.4.1.1. 既然有了字節(jié)流,為什么還要有字符流?
    • 3.4.1.2. BIO,NIO,AIO 有什么區(qū)別?

3.1. 反射機(jī)制

JAVA 反射機(jī)制是在運(yùn)行狀態(tài)中，對(duì)于任意一個(gè)類，都能夠知道這個(gè)類的所有屬性和方法；對(duì)于任意一個(gè)對(duì)象，都能夠調(diào)用它的任意一個(gè)方法和屬性；這種動(dòng)態(tài)獲取的信息以及動(dòng)態(tài)調(diào)用對(duì)象的方法的功能稱為 java 語言的反射機(jī)制。

3.1.1.靜態(tài)編譯和動(dòng)態(tài)編譯

• 靜態(tài)編譯： 在編譯時(shí)確定類型，綁定對(duì)象
• 動(dòng)態(tài)編譯： 運(yùn)行時(shí)確定類型，綁定對(duì)象

3.1.2.反射機(jī)制優(yōu)缺點(diǎn)

• 優(yōu)點(diǎn)： 運(yùn)行期類型的判斷，動(dòng)態(tài)加載類，提高代碼靈活度。
• 缺點(diǎn)： 1,性能瓶頸：反射相當(dāng)于一系列解釋操作，通知 JVM 要做的事情，性能比直接的 java 代碼要慢很多。2,安全問題，讓我們可以動(dòng)態(tài)操作改變類的屬性同時(shí)也增加了類的安全隱患。

3.1.3.反射的應(yīng)用場(chǎng)景

反射是框架設(shè)計(jì)的靈魂。

在我們平時(shí)的項(xiàng)目開發(fā)過程中，基本上很少會(huì)直接使用到反射機(jī)制，但這不能說明反射機(jī)制沒有用，實(shí)際上有很多設(shè)計(jì)、開發(fā)都與反射機(jī)制有關(guān)，例如模塊化的開發(fā)，通過反射去調(diào)用對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼；動(dòng)態(tài)代理設(shè)計(jì)模式也采用了反射機(jī)制，還有我們?nèi)粘Ｊ褂玫?Spring／Hibernate 等框架也大量使用到了反射機(jī)制。

舉例：

我們?cè)谑褂?JDBC 連接數(shù)據(jù)庫時(shí)使用 Class.forName()通過反射加載數(shù)據(jù)庫的驅(qū)動(dòng)程序；

Spring 框架的 IOC（動(dòng)態(tài)加載管理 Bean）創(chuàng)建對(duì)象以及 AOP（動(dòng)態(tài)代理）功能都和反射有聯(lián)系；

動(dòng)態(tài)配置實(shí)例的屬性；

…

3.2. 異常

3.2.1. Java 異常類層次結(jié)構(gòu)圖

圖片來自：https://chercher.tech/java-programming/exceptions-java

在 Java 中，所有的異常都有一個(gè)共同的祖先 java.lang 包中的 Throwable 類。Throwable： 有兩個(gè)重要的子類：Exception（異常） 和 Error（錯(cuò)誤） ，二者都是 Java 異常處理的重要子類，各自都包含大量子類。

Error（錯(cuò)誤）:是程序無法處理的錯(cuò)誤，表示運(yùn)行應(yīng)用程序中較嚴(yán)重問題。大多數(shù)錯(cuò)誤與代碼編寫者執(zhí)行的操作無關(guān)，而表示代碼運(yùn)行時(shí) JVM（Java 虛擬機(jī)）出現(xiàn)的問題。例如，Java 虛擬機(jī)運(yùn)行錯(cuò)誤（Virtual MachineError），當(dāng) JVM 不再有繼續(xù)執(zhí)行操作所需的內(nèi)存資源時(shí)，將出現(xiàn) OutOfMemoryError。這些異常發(fā)生時(shí)，Java 虛擬機(jī)（JVM）一般會(huì)選擇線程終止。

這些錯(cuò)誤表示故障發(fā)生于虛擬機(jī)自身、或者發(fā)生在虛擬機(jī)試圖執(zhí)行應(yīng)用時(shí)，如 Java 虛擬機(jī)運(yùn)行錯(cuò)誤（Virtual MachineError）、類定義錯(cuò)誤（NoClassDefFoundError）等。這些錯(cuò)誤是不可查的，因?yàn)樗鼈冊(cè)趹?yīng)用程序的控制和處理能力之 外，而且絕大多數(shù)是程序運(yùn)行時(shí)不允許出現(xiàn)的狀況。對(duì)于設(shè)計(jì)合理的應(yīng)用程序來說，即使確實(shí)發(fā)生了錯(cuò)誤，本質(zhì)上也不應(yīng)該試圖去處理它所引起的異常狀況。在 Java 中，錯(cuò)誤通過 Error 的子類描述。

Exception（異常）:是程序本身可以處理的異常。Exception 類有一個(gè)重要的子類 RuntimeException。RuntimeException 異常由 Java 虛擬機(jī)拋出。NullPointerException（要訪問的變量沒有引用任何對(duì)象時(shí)，拋出該異常）、ArithmeticException（算術(shù)運(yùn)算異常，一個(gè)整數(shù)除以 0 時(shí)，拋出該異常）和 ArrayIndexOutOfBoundsException （下標(biāo)越界異常）。

注意：異常和錯(cuò)誤的區(qū)別：異常能被程序本身處理，錯(cuò)誤是無法處理。

3.2.2. Throwable 類常用方法

• public string getMessage():返回異常發(fā)生時(shí)的簡(jiǎn)要描述
• public string toString():返回異常發(fā)生時(shí)的詳細(xì)信息
• public string getLocalizedMessage():返回異常對(duì)象的本地化信息。使用 Throwable 的子類覆蓋這個(gè)方法，可以生成本地化信息。如果子類沒有覆蓋該方法，則該方法返回的信息與 getMessage（）返回的結(jié)果相同
• public void printStackTrace():在控制臺(tái)上打印 Throwable 對(duì)象封裝的異常信息

3.2.3. try-catch-finally

• try 塊： 用于捕獲異常。其后可接零個(gè)或多個(gè) catch 塊，如果沒有 - catch 塊，則必須跟一個(gè) finally 塊。
• catch 塊： 用于處理 try 捕獲到的異常。
• finally 塊： 無論是否捕獲或處理異常，finally 塊里的語句都會(huì)被執(zhí)行。當(dāng)在 try 塊或 catch 塊中遇到 return 語句時(shí)，finally 語句塊將在方法返回之前被執(zhí)行。
  在以下 4 種特殊情況下，finally 塊不會(huì)被執(zhí)行：

在 finally 語句塊第一行發(fā)生了異常。 因?yàn)樵谄渌?#xff0c;finally 塊還是會(huì)得到執(zhí)行。

在前面的代碼中用了 System.exit(int)已退出程序。 exit 是帶參函數(shù) ；若該語句在異常語句之后，finally 會(huì)執(zhí)行。

程序所在的線程死亡。

關(guān)閉 CPU。
下面這部分內(nèi)容來自 issue:https://github.com/Snailclimb/JavaGuide/issues/190。

注意： 當(dāng) try 語句和 finally 語句中都有 return 語句時(shí)，在方法返回之前，finally 語句的內(nèi)容將被執(zhí)行，并且 finally 語句的返回值將會(huì)覆蓋原始的返回值。如下：

public class Test {
public static int f(int value) {
try {
return value * value;
} finally {
if (value == 2) {
return 0;
}
}
}
}
如果調(diào)用 f(2)，返回值將是 0，因?yàn)?finally 語句的返回值覆蓋了 try 語句塊的返回值。

3.2.4. 使用 try-with-resources 來代替try-catch-finally

適用范圍（資源的定義）： 任何實(shí)現(xiàn) java.lang.AutoCloseable或者``java.io.Closeable` 的對(duì)象

關(guān)閉資源和final的執(zhí)行順序： 在 try-with-resources 語句中，任何 catch 或 finally 塊在聲明的資源關(guān)閉后運(yùn)行
《Effecitve Java》中明確指出：

面對(duì)必須要關(guān)閉的資源，我們總是應(yīng)該優(yōu)先使用 try-with-resources 而不是try-finally。隨之產(chǎn)生的代碼更簡(jiǎn)短，更清晰，產(chǎn)生的異常對(duì)我們也更有用。try-with-resources語句讓我們更容易編寫必須要關(guān)閉的資源的代碼，若采用try-finally則幾乎做不到這點(diǎn)。

Java 中類似于InputStream、OutputStream 、Scanner 、PrintWriter等的資源都需要我們調(diào)用close()方法來手動(dòng)關(guān)閉，一般情況下我們都是通過try-catch-finally語句來實(shí)現(xiàn)這個(gè)需求，如下：

//讀取文本文件的內(nèi)容Scanner scanner = null;try {scanner = new Scanner(new File("D://read.txt"));while (scanner.hasNext()) {System.out.println(scanner.nextLine());}} catch (FileNotFoundException e) {e.printStackTrace();} finally {if (scanner != null) {scanner.close();}}

使用Java 7之后的 try-with-resources 語句改造上面的代碼:

try (Scanner scanner = new Scanner(new File("test.txt"))) {while (scanner.hasNext()) {System.out.println(scanner.nextLine());} } catch (FileNotFoundException fnfe) {fnfe.printStackTrace(); }

當(dāng)然多個(gè)資源需要關(guān)閉的時(shí)候，使用 try-with-resources 實(shí)現(xiàn)起來也非常簡(jiǎn)單，如果你還是用try-catch-finally可能會(huì)帶來很多問題。

通過使用分號(hào)分隔，可以在try-with-resources塊中聲明多個(gè)資源。

try (BufferedInputStream bin = new BufferedInputStream(new FileInputStream(new File("test.txt")));BufferedOutputStream bout = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(new File("out.txt")))) {int b;while ((b = bin.read()) != -1) {bout.write(b);}}catch (IOException e) {e.printStackTrace();}

3.3. 多線程

3.3.1. 簡(jiǎn)述線程、程序、進(jìn)程的基本概念。以及他們之間關(guān)系是什么?（重要）

線程與進(jìn)程相似，但線程是一個(gè)比進(jìn)程更小的執(zhí)行單位。一個(gè)進(jìn)程在其執(zhí)行的過程中可以產(chǎn)生多個(gè)線程。與進(jìn)程不同的是同類的多個(gè)線程共享同一塊內(nèi)存空間和一組系統(tǒng)資源，所以系統(tǒng)在產(chǎn)生一個(gè)線程，或是在各個(gè)線程之間作切換工作時(shí)，負(fù)擔(dān)要比進(jìn)程小得多，也正因?yàn)槿绱?#xff0c;線程也被稱為輕量級(jí)進(jìn)程。

程序是含有指令和數(shù)據(jù)的文件，被存儲(chǔ)在磁盤或其他的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備中，也就是說程序是靜態(tài)的代碼。

進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行過程，是系統(tǒng)運(yùn)行程序的基本單位，因此進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的。系統(tǒng)運(yùn)行一個(gè)程序即是一個(gè)進(jìn)程從創(chuàng)建，運(yùn)行到消亡的過程。簡(jiǎn)單來說，一個(gè)進(jìn)程就是一個(gè)執(zhí)行中的程序，它在計(jì)算機(jī)中一個(gè)指令接著一個(gè)指令地執(zhí)行著，同時(shí)，每個(gè)進(jìn)程還占有某些系統(tǒng)資源如 CPU 時(shí)間，內(nèi)存空間，文件，輸入輸出設(shè)備的使用權(quán)等等。換句話說，當(dāng)程序在執(zhí)行時(shí)，將會(huì)被操作系統(tǒng)載入內(nèi)存中。 線程是進(jìn)程劃分成的更小的運(yùn)行單位。線程和進(jìn)程最大的不同在于基本上各進(jìn)程是獨(dú)立的，而各線程則不一定，因?yàn)橥贿M(jìn)程中的線程極有可能會(huì)相互影響。從另一角度來說，進(jìn)程屬于操作系統(tǒng)的范疇，主要是同一段時(shí)間內(nèi)，可以同時(shí)執(zhí)行一個(gè)以上的程序，而線程則是在同一程序內(nèi)幾乎同時(shí)執(zhí)行一個(gè)以上的程序段。

3.3.2. 線程有哪些基本狀態(tài)?

Java 線程在運(yùn)行的生命周期中的指定時(shí)刻只可能處于下面 6 種不同狀態(tài)的其中一個(gè)狀態(tài)（圖源《Java 并發(fā)編程藝術(shù)》4.1.4 節(jié)）。

Java線程的狀態(tài)

線程在生命周期中并不是固定處于某一個(gè)狀態(tài)而是隨著代碼的執(zhí)行在不同狀態(tài)之間切換。Java 線程狀態(tài)變遷如下圖所示（圖源《Java 并發(fā)編程藝術(shù)》4.1.4 節(jié)）：

Java線程狀態(tài)變遷

由上圖可以看出：

線程創(chuàng)建之后它將處于 NEW（新建） 狀態(tài)，調(diào)用 start() 方法后開始運(yùn)行，線程這時(shí)候處于 READY（可運(yùn)行） 狀態(tài)。可運(yùn)行狀態(tài)的線程獲得了 cpu 時(shí)間片（timeslice）后就處于 RUNNING（運(yùn)行） 狀態(tài)。

操作系統(tǒng)隱藏 Java 虛擬機(jī)（JVM）中的 READY 和 RUNNING 狀態(tài)，它只能看到 RUNNABLE 狀態(tài)（圖源：HowToDoInJava：Java Thread Life Cycle and Thread States），所以 Java 系統(tǒng)一般將這兩個(gè)狀態(tài)統(tǒng)稱為 RUNNABLE（運(yùn)行中） 狀態(tài) 。

RUNNABLE-VS-RUNNING

當(dāng)線程執(zhí)行 wait()方法之后，線程進(jìn)入 WAITING（等待） 狀態(tài)。進(jìn)入等待狀態(tài)的線程需要依靠其他線程的通知才能夠返回到運(yùn)行狀態(tài)，而 TIME_WAITING(超時(shí)等待) 狀態(tài)相當(dāng)于在等待狀態(tài)的基礎(chǔ)上增加了超時(shí)限制，比如通過 sleep（long millis）方法或 wait（long millis）方法可以將 Java 線程置于 TIMED WAITING 狀態(tài)。當(dāng)超時(shí)時(shí)間到達(dá)后 Java 線程將會(huì)返回到 RUNNABLE 狀態(tài)。當(dāng)線程調(diào)用同步方法時(shí)，在沒有獲取到鎖的情況下，線程將會(huì)進(jìn)入到 BLOCKED（阻塞） 狀態(tài)。線程在執(zhí)行 Runnable 的run()方法之后將會(huì)進(jìn)入到 TERMINATED（終止） 狀態(tài)。

3.4. 文件與 I\O 流

3.4.1. Java 中 IO 流分為幾種?

• 按照流的流向分，可以分為輸入流和輸出流；

• 按照操作單元?jiǎng)澐?#xff0c;可以劃分為字節(jié)流和字符流；

• 按照流的角色劃分為節(jié)點(diǎn)流和處理流。
  Java Io 流共涉及 40 多個(gè)類，這些類看上去很雜亂，但實(shí)際上很有規(guī)則，而且彼此之間存在非常緊密的聯(lián)系， Java I0 流的 40 多個(gè)類都是從如下 4 個(gè)抽象類基類中派生出來的。

• InputStream/Reader: 所有的輸入流的基類，前者是字節(jié)輸入流，后者是字符輸入流。

• OutputStream/Writer: 所有輸出流的基類，前者是字節(jié)輸出流，后者是字符輸出流。
  按操作方式分類結(jié)構(gòu)圖：

IO-操作方式分類

按操作對(duì)象分類結(jié)構(gòu)圖：

IO-操作對(duì)象分類

3.4.1.1. 既然有了字節(jié)流,為什么還要有字符流?

問題本質(zhì)想問：不管是文件讀寫還是網(wǎng)絡(luò)發(fā)送接收，信息的最小存儲(chǔ)單元都是字節(jié)，那為什么 I/O 流操作要分為字節(jié)流操作和字符流操作呢？

回答：字符流是由 Java 虛擬機(jī)將字節(jié)轉(zhuǎn)換得到的，問題就出在這個(gè)過程還算是非常耗時(shí)，并且，如果我們不知道編碼類型就很容易出現(xiàn)亂碼問題。所以， I/O 流就干脆提供了一個(gè)直接操作字符的接口，方便我們平時(shí)對(duì)字符進(jìn)行流操作。如果音頻文件、圖片等媒體文件用字節(jié)流比較好，如果涉及到字符的話使用字符流比較好。

3.4.1.2. BIO,NIO,AIO 有什么區(qū)別?

• BIO (Blocking I/O): 同步阻塞 I/O 模式，數(shù)據(jù)的讀取寫入必須阻塞在一個(gè)線程內(nèi)等待其完成。在活動(dòng)連接數(shù)不是特別高（小于單機(jī) 1000）的情況下，這種模型是比較不錯(cuò)的，可以讓每一個(gè)連接專注于自己的 I/O 并且編程模型簡(jiǎn)單，也不用過多考慮系統(tǒng)的過載、限流等問題。線程池本身就是一個(gè)天然的漏斗，可以緩沖一些系統(tǒng)處理不了的連接或請(qǐng)求。但是，當(dāng)面對(duì)十萬甚至百萬級(jí)連接的時(shí)候，傳統(tǒng)的 BIO 模型是無能為力的。因此，我們需要一種更高效的 I/O 處理模型來應(yīng)對(duì)更高的并發(fā)量。
• NIO (Non-blocking/New I/O): NIO 是一種同步非阻塞的 I/O 模型，在 Java 1.4 中引入了 NIO 框架，對(duì)應(yīng) java.nio 包，提供了 Channel , Selector，Buffer 等抽象。NIO 中的 N 可以理解為 Non-blocking，不單純是 New。它支持面向緩沖的，基于通道的 I/O 操作方法。 NIO 提供了與傳統(tǒng) BIO 模型中的 Socket 和 ServerSocket 相對(duì)應(yīng)的 SocketChannel 和 ServerSocketChannel 兩種不同的套接字通道實(shí)現(xiàn),兩種通道都支持阻塞和非阻塞兩種模式。阻塞模式使用就像傳統(tǒng)中的支持一樣，比較簡(jiǎn)單，但是性能和可靠性都不好；非阻塞模式正好與之相反。對(duì)于低負(fù)載、低并發(fā)的應(yīng)用程序，可以使用同步阻塞 I/O 來提升開發(fā)速率和更好的維護(hù)性；對(duì)于高負(fù)載、高并發(fā)的（網(wǎng)絡(luò)）應(yīng)用，應(yīng)使用 NIO 的非阻塞模式來開發(fā)
• AIO (Asynchronous I/O): AIO 也就是 NIO 2。在 Java 7 中引入了 NIO 的改進(jìn)版 NIO 2,它是異步非阻塞的 IO 模型。異步 IO 是基于事件和回調(diào)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的，也就是應(yīng)用操作之后會(huì)直接返回，不會(huì)堵塞在那里，當(dāng)后臺(tái)處理完成，操作系統(tǒng)會(huì)通知相應(yīng)的線程進(jìn)行后續(xù)的操作。AIO 是異步 IO 的縮寫，雖然 NIO 在網(wǎng)絡(luò)操作中，提供了非阻塞的方法，但是 NIO 的 IO 行為還是同步的。對(duì)于 NIO 來說，我們的業(yè)務(wù)線程是在 IO 操作準(zhǔn)備好時(shí)，得到通知，接著就由這個(gè)線程自行進(jìn)行 IO 操作，IO 操作本身是同步的。查閱網(wǎng)上相關(guān)資料，我發(fā)現(xiàn)就目前來說 AIO 的應(yīng)用還不是很廣泛，Netty 之前也嘗試使用過 AIO，不過又放棄了。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java 基本功之（三）Java 核心技术的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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