本文主要是我在看《疯狂Java讲义》时的读书笔记，阅读的比较仓促，就用 markdown 写了个概要。

第七章 Java集合（重点）

1、 Java集合概述

Java集合类是一种工具类，主要用来存储数量不定的对象，类似于容器。Java主要有四大集合体系：Set、 List、Queue、Map。

所有的集合类都位于java.util包下，后来为了支持多线程又在java.util.concurrent包下提供了一些线程安全的集合类（本章不讨论）。

Java集合类主要派生自两个接口类：Collection 和 Map，继承树如下图：

图中粗边框的Set、List、Queue、Map仍然是接口，而以灰色覆盖的是常用的实现类，比如HashSet、TreeSet、ArrayList、LinkedList、ArrayDeque、HashMap、TreeMap等。

2、如何遍历集合

Iterator接口遍历集合

Iterator迭代器提供了遍历Collection集合元素的统一编程接口，它定义了几个方法：

• boolean hasNext()：集合元素是否被遍历完
• Object next()：返回集合里的下一个元素
• void remove()：删除集合里上一次next方法返回的元素
• void forEachRemaining(Consumer action)：Java 8新增方法，用于Lambda表达式遍历集合。

import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;

public class MyClass {
	public static void main(String[] args) {
		HashSet<String> set = new HashSet<String>();
		set.add("Firstly");
		set.add("Secondly");
		set.add("Thirdly");

Iterator it = set.iterator();
		while(it.hasNext()) {	
			System.out.println(it.next());
		}
	}
}

Lambda表达式遍历集合

Java 8支持lambda表达式，并且为每个可迭代的集合类新增了一个forEach(Consumer action)方法，参数类型是一个函数式接口。

import java.util.HashSet;

public class MyClass {
	public static void main(String[] args) {
		HashSet<String> set = new HashSet<String>();
		set.add("Firstly");
		set.add("Secondly");
		set.add("Thirdly");
		set.forEach(obj -> System.out.println(obj));  // Lambda表达式
	}
}

foreach循环遍历集合

类似于C++11中的范围循环

import java.util.HashSet;

public class MyClass {
	public static void main(String[] args) {
		HashSet<String> set = new HashSet<String>();
		set.add("Firstly");
		set.add("Secondly");
		set.add("Thirdly");
		for(Object obj : set) {
			System.out.println(obj);
		}
	}
}

3、Set集合

HashSet类

• 采用Hash算法来存储集合中的元素（由hashCode值决定存储位置），故拥有很好的存取和查找性能。
• 不允许包含相同的元素，相同的标准是“通过equals()比较相等且hashCode()返回值也相等”
• 不能保证元素的排列顺序，顺序可能与添加顺序不同。
• 集合元素值可以是null。

TreeSet类

• 采用红黑树来存储集合中的元素。
• 不允许包含相同的元素，相同的标准是“通过compareTo(Object obj)比较返回0”
• 集合中的元素是有序的，默认使用compareTo升序排列，当然你也可以通过Comparator对象自定义排序规则。
• 集合元素不可以是null。

EnumSet类

• 采用位向量的形式存储元素，紧凑高校，运行效率高。
• 集合中的多个枚举值必须属于同一个枚举类
• 各元素按Enum类内的定义顺序有序
• 集合元素不可以是null。

结论：上述Set的三个实现类都不是线性安全的。HashSet和TreeSet作为Set类的两个典型实现，前者的性能总是比后者好，因为后者需要额外维护一棵红黑树，但后者是有序的，所以需要根据具体需求来选择。

4、Queue集合

Queue用于模拟“先进先出”队列，不允许随机访问。

PriorityQueue类

• 不同于FIFO队列，PriorityQueue是按优先权排列，默认就是按元素大小进行排列。
• 本质上是一个最小堆。
• 不允许插入null元素

Deque接口与ArrayDeque类

• Deque是Queue的子接口，它代表一个双端队列。而ArrayDeque类是Deque的一个典型实现。
• ArrayDeque类是基于数组实现的。
• ArrayDeque类是一个双端队列，所以即可以作为队列使用，也可以作为栈使用。

5、List集合

ArrayList类与Vector类

• ArrayList类和Vector类都是基于数组实现的（Object[]）;
• ArrayList类和Vector类在用法上完全相同，但Vector是一个古老的类，有很多缺点，尽量少用；
• ArrayList类和Vector类的显著区别：ArrayList是线程不安全的，Vector是线程安全的。

LinkedList类

• 同时实现了List接口与Deque接口，所以可以作为List集合、双端队列、栈使用。
• LinkedList类是基于链表实现的，插入/删除性能好。

6、Map集合

HashMap类与Hashtable类

• HashMap与Hashtable的关系完全类似于ArrayList和Vector，Hashtable太古老，尽量少用；
  • HashMap线程不安全，Hashtable线程安全
  • HashMap可以插入null作为key/value，但Hashtable不可以
• HashMap/Hashtable不能保证元素的顺序，因为它们的key保存方式与HashSet完全相同。
• HashMap/Hashtable判断两个key相等的标准：两个key通过equals()比较返回true时，它们的hashCode()也相等。

TreeMap类

• 基于红黑树实现，每个kv对就是红黑树的一个节点。
• 类似于TreeSet类，TreeMap类根据key保持有序。默认使用 compareTo() 升序排列，当然你也可以通过 Comparator 对象自定义排序规则。
• 不允许包含相同的元素，相同的标准是“通过compareTo(Object obj)比较返回0”

EnumMap类

• 类似于EnumSet类，EnumMap类的key必须是同一个枚举类的枚举值
• 根据 key 有序（枚举类中定义的顺序）
• 不允许null作为key，但允许null作为value。

7、什么是rehash？

所谓的rehash，是指当hash表中的槽位被填满到一定程度（最大负载因子）时，hash表会自动成倍地增加容量，并将原来的对象重新分配，hash到新的表中。

最大负载因子，即负载极限。HashSet、HashMap、Hashtable的默认负载极限是0.75，这是时间和空间上的一种折中，在保证查询性能的同时，尽量减少哈希表的内存开销。

8、操作集合的工具类Collections

Java提供了一个操作Set、List和Map等集合的工具类Collections，该工具类里提供了大量方法对集合元素进行排序、查找和修改……另外，还可以对集合对象实现同步控制以及将集合对象设置为不可变。

线程同步控制

上面介绍的集合类中，除了古老的Vector和Hashtable之外，都是线程不安全的。Collections工具类提供了多个synchronizedXxx()方法，用于将指定集合包装成线程安全的集合：

import java.util.*;

public class MyClass {
	public static void main(String[] args) {
		List l = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
		Set s = Collections.synchronizedSet(new HashSet());
		Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap());
	}
}

设置不可变集合

Collections提供了三个方法来返回一个不可变的集合：

• emptyXxx()：返回一个空的、不可变的集合对象。
• singletonXxx()：返回一个只有一个元素、且不可改变的集合对象。
• unmodifiableXxx()：返回指定集合对象的不可变版本（只读）。

第八章 泛型

1、泛型的概念

在Java没有泛型之前，一旦把一个对象“丢进”Java集合中，集合就会忘记对象的类型，把所有对象当成 Object 类型处理。当从集合中取出对象后，就需要进行强制类型转换。这种强制类型转换不仅使代码臃肿，而且容易引起ClassCastException异常。下面就是一个例子：

import java.util.ArrayList;

public class MyClass {
	public static void main(String[] args) {
		ArrayList strs = new ArrayList();
		strs.add("one");
		strs.add("two");
		strs.add(3);    // 把一个Integer对象丢进了集合
        // 遍历输出时报ClassCastException异常
		strs.forEach(str -> System.out.println(((String)str).length()));
	}
}

从Java 5以后，Java引入了“参数化类型”的概念，允许程序在创建集合时指定集合元素的类型。注意，如果没有传入类型实参，那么类型参数 T 将会当成Object类型处理。

ArrayList<String> strs = new ArrayList<String>();
ArrayList<String> strs = new ArrayList<>();    // 后面可以只带尖括号

这种参数化类型就称为泛型（Generic）

2、泛型的好处

• 增加泛型支持之后，集合完全可以记住元素的类型，并可以在编译时检查添加元素是否满足类型要求，不满足的话，编译器会提示错误；
• 泛型可以减少强制类型转换，使代码更加简洁；
• 泛型可以保证如果程序在编译时没有发出警告，运行时就不会产生ClassCastException异常，使程序更加健壮。

3、自定义泛型类

相信学过《C++函数模板与类模板》的，对Java的泛型编程并不难理解，这里就不赘述了。示例：

public class People<T> {

private T info;

public People(){}
	public People(T info) {
		this.info = info;
	}

public T getInfo() {
		return this.info;
	}

public static void main(String[] args) {
		People<String> he = new People<>("James Bond");
		People<Integer> she = new People<>(25);
		System.out.println("his name is "+he.getInfo()+", her age is "+she.getInfo());
	}
}

另外，Java中还可以对类型参数 T 进行限制：

public class People<T extends Number> {
	//......
}

这时传入的类型实参 必须是Number类或它的子类。

4、类型通配符

将一个问号作为 类型实参 传给支持泛型的集合，比如List<?>，它的元素类型可以匹配任何类型，这个问号？被称为通配符。

import java.util.*;

public class MyClass{
	// 遍历元素类型未知的List集合
	public void traverse(List<?> list) {
		list.forEach(e -> System.out.println(e));
	}

public static void main(String[] args) {
		List<String> myList = new ArrayList<>();
		myList.add("Kobe");
		myList.add("LeBron");		
		MyClass myClass = new MyClass();
		myClass.traverse(myList);
	}
}

设定通配符的上限：

List<?>表示匹配所有的类型。但是有时候我们希望只匹配一部分，比如只匹配某个类以及它的子类，就可以这样写：

List<? extends People>

这里的问号?仍代表一个未知类型，但这个未知类型必须是People类或它的子类。

设定通配符的下限：

List<? super People>

这里的问号?仍代表一个未知类型，但这个未知类型必须是People类或它的父类。

5、自定义泛型方法

语法如下：

修饰符 <T, S> 返回值类型 函数名(形参列表)
{
	// 函数体
}

例如下面这个泛型方法：

static <T> void myFunction(Collection<T> arr, Collection<T> c) {
	for(T elem : arr) {
    	c.add(elem);
    }
}

上述泛型方法可以直接调用，编译器会根据实参推断类型参数的值。但其实，也可以直接用类型通配符替代（两个Collection的元素类型没有依赖关系的情况下）：

static void myFunction(Collection<?> arr, Collection<?> c) {
	for(T elem : arr) {
    	c.add(elem);
    }
}

第九章 异常处理

1、Java异常的继承体系

如上图所示，java.lang.Throwable是Java中所有可以错误和异常的父类。Java把所有的非正常情况分为两类：

• Error（错误）：一般指与虚拟机相关的问题，如系统崩溃、虚拟机错误、动态链接失败等，应用程序无法处理这些错误。

• Exception（异常）：指应用程序本身可以处理的异常。

  • 运行时异常：指RuntimeException类及其子类异常，编译器不会检查这些异常。
  • 非运行时异常：也叫Checked异常，是指RuntimeException以外的 Exception。这些异常不处理，程序就不能编译通过。如IOException、SQLException等

2、异常处理机制

Java的异常机制主要依赖于try、catch、finally、throw和throws五个关键字。

捕获异常：try-catch语句

try {
	statement1
	statement2   // 出现异常，系统生成异常对象ex
	......
} catch (ExceptionClass1 e1) {    // ex对象是否属于ExceptionClass1类及其子类
	exception handler statement1
	......
} catch (ExceptionClass2 e2) {    // 一旦捕获，try-catch语句结束
	exception handler statement
	......
}
......

如果找不到能捕获该异常的catch块，则运行时环境终止，Java程序也将退出。

捕获异常：try-catch-finally语句

try-catch 语句还可以包括第三部分，就是finally块。无论是否出现异常，finally块总会被执行；甚至在try块或catch块中return了，finally块也会被执行。（除非System.exit()）

try {
	// 业务实现代码
	......
} catch (ExceptionClass1 e1) {
	// 异常处理块1
	......
} catch (ExceptionClass2 e2) {
	// 异常处理块2
	......
}
......
finally {
	// 资源回收块
    ......
}

finally块通常用来回收在try块里打开的一些物理资源，例如数据库连接、网络连接、磁盘文件等。

抛出异常：throws

throws关键字只能用在方法签名中。如果当前函数不知道如何处理这种异常，则应该使用 throws 抛出异常，交由上一级调用者处理 —— 若main方法 throws 异常，该异常将交给JVM处理（打印跟踪栈信息并终止程序运行）。

public static void main(String[] args) throws IOException

抛出异常：throw

当程序出现错误时，系统会自动抛出异常；除此之外，程序也可以自己抛出异常。throw单独作为语句使用，用于抛出一个具体的异常对象。

throw new Exception("您输入的格式有误！");

3、打印异常信息

当在catch块中捕获了异常，你可能想要获取或打印异常对象的相关信息。所有的异常对象都包含几个常用方法：

• getMessage()：返回该异常的详细描述字符串。
• printStackTrace()：将该异常的跟踪栈信息输出到标准错误输出。
• printStackTrace(PrintStream s)：将该异常的跟踪栈信息输出到指定输出流。
• getStackTrace()：返回该异常的跟踪栈信息。

4、自定义异常类

用户自定义异常都应该继承Exception基类，当然如果希望自定义运行时异常，则应该继承RuntimeException基类。

定义异常类时通常需要提供两个构造器：一个是无参数的构造器，另一个是带一个字符串参数的构造器（该字符串作为异常对象的描述信息）。

public class InputException extends Exception 
{
	public InputException(){}
	public InputException(String msg) {
		super(msg);
	}
}

5、异常链

对于大型应用而言，通常有严格的分层关系，上层功能的实现依赖下层的API，如图：

如果当 中间层 访问 持久层出现SQLException异常时，程序不应该把底层的SQLException异常传到用户界面，因为：

• 用户并不想看到底层的SQLException异常，该异常对他们使用该系统没有任何帮助；
• 将底层异常暴露出来不安全。

所以通常的做法就是：程序先捕获原始异常，然后抛出一个新的业务异常。（新的业务异常中包含对用户的提示信息）

try {
	// 业务逻辑代码
	......
} catch (SQLException sqle) {
	// 把原始异常记录下来，留给管理员
	......
	throw new UserException("访问数据库出现异常");
} catch (Exception e) {
	//把原始异常记录下来，留给管理员
	......
	throw new UserException("系统出现未知异常");
}

这种捕获一个异常然后接着抛出另一个异常，并把原始异常信息保存下来是一种典型的链式处理，也被称作“异常链”。

从Java 4以后，所有Throwable子类在构造器中都可以接收一个Exception对象，这样就可以很容易把原始异常作为参数传递给新的异常，创建并抛出新的异常。也能通过异常链追踪到异常最初发生的位置。示例如下：

public class UserException extends Exception 
{
    public UserException(){}
    public UserException(String msg) {
        super(msg);
    }
    public UserException(Throwable t) {  // 带Throwable参数的构造器
    	super(t);
    }
}
/*---------------------------------------------*/
try {
	// 业务逻辑代码
	...
} catch (SQLException sqle) {
	throw new UserException(sqle);  // 封装原始异常
} catch (Exception e) {
	throw new UserException(e);     // 封装原始异常
}