Java基础简要（基础、集合、正则、时间类、异常、Stream流、File类、IO流、多线程、数据结构、泛型）

一位等于1比特。比特（BIT）和位是同一个概念的不同表述，都是信息量的最小单位。1字节（byte）由8位组成。
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1.介绍

JVM（Java Virtual Machine）：Java虚拟机, 真正运行Java程序的地方
核心类库：Java自己写好的程序，给程序员自己的程序调用的
JRE（Java Runtime Environment）: Java的运行环境
JDK（Java Development Kit）: Java开发工具包（包括上面所有）

1.1 数据类型

1.1.1 基本数据类型

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2 运算符

算数运算符、自增自减运算符、赋值运算符、关系运算符、逻辑运算符、三元运算符

2.1 逻辑运算符

逻辑与 &，无论左边 true false，右边都要执行。
短路与 &&，如果左边为 true，右边执行；如果左边为 false，右边不执行。
逻辑或 |，无论左边 true false，右边都要执行。
短路或 ||，如果左边为 false，右边执行；如果左边为 true，右边不执行。

2.2 运算符优先级

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3 方法重载

同一个类中，方法名相同，参数不同的方法(个数不同、类型不同、顺序不同)
注意：识别方法之间是否是重载关系，只看方法名和参数，跟返回值无关。

4 流程控制语句

4.1 顺序结构

系统默认

4.2 分支结构

4.2.1 if 语句

if、else if、else
if 语句中只有一条语句时，大括号可省略

1.4.2.2 Switch 语句

switch(表达式){
	case 值1:
		语句体1;
		break;
	case 值2:
		语句体2;
		break;
	...
	default:
		语句体n;
		break;
}

表达式：（将要匹配的值）取值为 byte、short、int、char，JDK5以后可以是枚举，JDK7以后可以是 String。
注：case给出的值不允许重复；case后面的值只能是常量，不能是变量

4.3 循环语句

for、while、do…while

5 面向对象

5.1 面向对象三大特征

封装、继承、多态

5.1.1 继承

子类重写父类方法，需要保证方法声明完全一致（方法名，参数，返回值类型需要保持一致）
标识：@Override注解
注：

父类中私有方法不能被重写
子类重写父类方法时，访问权限必须大于等于父类
接口可以多继承，类只能单继承

5.2 接口

抽象类和接口的对比:

成员变量 :
抽象类 : 可以定义变量, 也可以定义常量
接口 : 只能定义常量
成员方法
抽象类 : 可以是定义具体方法, 也可以定义抽象方法
接口 : 只能定义抽象方法
构造方法
抽象类 : 有
接口 : 没有

5.2.1 新特性

5.2.1.1 JDK8的新特性

接口中可以定义有方法体的方法。（默认、静态）

5.2.1.1.1 默认方法

允许在接口中定义非抽象方法，但是需要使用关键字 default 修饰，这些方法就是默认方法
作用：解决接口升级的问题

接口中默认方法的定义格式：
格式：public default 返回值类型 方法名(参数列表) {}
范例：public default void show() {}

注：

默认方法不是抽象方法，所以不强制被重写 (但是可以被重写，重写的时候去掉default关键字)
public可以省略，default不能省略
如果实现了多个接口，多个接口中存在相同的方法声明，子类就必须对该方法进行重写

5.2.1.1.2 静态方法

接口中允许定义 static 静态方法

接口中静态方法的定义格式：
格式：public static 返回值类型 方法名(参数列表) {}
范例：public static void show() {}

注：

静态方法只能通过接口名调用，不能通过实现类名或者对象名调用
public可以省略，static不能省略

5.2.1.2 JDK9的新特性

接口中可以定义私有方法。

5.3 final关键字

不能被重写、不能被继承、不能再次被赋值
final 修饰的引用类型的地址值不能发生改变，但是地址里面的内容是可以发生改变的

5.4 抽象

抽象方法：将共性的行为（方法）抽取到父类之后，发现该方法的实现逻辑无法在父类中给出具体明确，该方法就可以定义为抽象方法。
抽象类：如果一个类中存在抽象方法，那么该类就必须声明为抽象类

抽象方法的定义格式：
public abstract 返回值类型 方法名(参数列表);

抽象类的定义格式：
public abstract class 类名{}

注：

抽象类不能实例化
抽象类存在构造方法
抽象类中可以存在普通方法
抽象类的子类
- 要么重写抽象类中的所有抽象方法
- 要么是抽象类

abstract 关键字的冲突：

final：被 abstract 修饰的方法，强制要求子类重写，被 final 修饰的方法子类不能重写
private：被 abstract 修饰的方法，强制要求子类重写，被 private 修饰的方法子类不能重写
static：被 static 修饰的方法可以类名调用，类名调用抽象方法没有意义

5.5 代码块

在Java类下，使用 { } 括起来的代码被称为代码块

局部代码块
位置：方法中定义
作用：限定变量的生命周期，及早释放，提高内存利用率
构造代码块
位置：类中方法外定义
特点：每次构造方法执行的时，都会执行该代码块中的代码，并且在构造方法执行前执行
作用：将多个构造方法中相同的代码，抽取到构造代码块中，提高代码的复用性
静态代码块
位置：类中方法外定义
特点：需要通过static关键字修饰，随着类的加载而加载，并且只执行一次
作用：在类加载的时候做一些数据初始化的操作
同步代码块

6 集合

6.1 单列集合

Collection接口
一次添加一个元素，单列集合.add(“元素”)
ArraysList、LinkedList、TreeSet、HashSet、LinkedHashSet

6.1.1 List接口

有序、有索引、可重复

6.1.1.1 ArrayList

ArrayList 长度可变原理:

当创建 ArrayList 集合容器的时候, 底层会存在一个长度为10个大小的空数组
扩容原数组 1.5 倍大小的新数组
将原数组数据，拷贝到新数组中
将新元素添加到新数组

6.1.1.2 LinkedList

LinkedList 底层基于双链表实现的，查询元素慢，增删首尾元素是非常快的
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6.1.2 Set接口

无序、无索引、去重

6.1.2.1 TreeSet

作用 : 对集合中的元素进行排序操作 (底层红黑树实现)

6.1.2.1.1 自然排序

1.类实现 Comparable 接口
2.重写 compareTo 方法
3.根据方法的返回值, 来组织排序规则
   负数 : 左边走
   正数 : 右边走
   0  : 不存 

public class Student implements Comparable<Student>{
	@Override
	public int compareTo(Student o) {
		return this.age - o.age;
	}
}
TreeSet<Student> ts = new TreeSet<>();
ts.add(new Student("王五", 25));
ts.add(new Student("张三", 23));
ts.add(new Student("李四", 24));

6.1.2.1.2 比较器排序

1.在 TreeSet 的构造方法中, 传入 Compartor 接口的实现类对象
2.重写 compare 方法
3.根据方法的返回值, 来组织排序规则
   负数 : 左边走
   正数 : 右边走
   0  : 不存 

public class Student implements Comparable<Student>{
	@Override
	public int compareTo(Student o) {
		return this.age - o.age;
	}
}
TreeSet<Student> ts = new TreeSet<>();
ts.add(new Student("王五", 25));
ts.add(new Student("张三", 23));
ts.add(new Student("李四", 24));

6.1.2.2 HashSet

HashSet 集合底层采取哈希表存储数据
哈希表是一种对于增删改查数据性能都较好的结构

哈希表 :
JDK8版本之前 : 数组 + 链表
JDK8版本之后 : 数组 + 链表 + 红黑树

6.1.2.2.1 hashCode

哈希值：是JDK根据某种规则算出来的int类型的整数。
public int hashCode()：调用底层 C++ 代码计算出的一个随机数 (常被人称作地址值)
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当添加对象的时候, 会先调用对象的hashCode方法计算出一个应该存入的索引位置, 查看该位置上是否存在元素：
不存在：直接存
存在：调用equals方法比较内容，false : 存，true : 不存
如果hashCode方法固定返回相同的值，数据都会挂在一个索引下面(如上图，hashCode方法return 1)

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创建一个默认长度16的数组，数组名table
根据元素的哈希值跟数组的长度求余计算出应存入的位置
判断当前位置是否为null，如果是null直接存入
如果位置不为null，表示有元素，则调用equals方法比较
如果一样，则不存，如果不一样，则存入数组，
- JDK 7新元素占老元素位置，指向老元素（头插法）
- JDK 8中新元素挂在老元素下面（尾插法）

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创建 HashSet 集合, 内部会存在一个默认长度16，默认加载因为0.75的数组
调用集合的添加方法, 会拿着对象的hashCode方法计算出应存入的索引位置 ( 哈希值 % 数组长度)
判断索引位置元素是否是null：
是 : 存入
不是: 说明有元素, 调用equals方法比较内容，如果一样，则不存，如果不一样，则存入数组。
当数组存满到16*0.75=12时，就自动扩容，每次扩容原先的两倍
当链表挂载元素超过了8个 (阈值)，检查数组长度：
没有到达64, 扩容数组
到达了64, 会转换为红黑树

6.1.2.3 LinkedHashSet

有序、不重复、无索引。
原理：底层数据结构是依然哈希表，只是每个元素又额外的多了一个双链表的机制记录存储的顺序。

6.1.3 单列集合小结

如果想要集合中的元素可重复
用ArrayList集合，基于数组的。（用的最多）
如果想要集合中的元素可重复，而且当前的增删操作明显多于查询
用LinkedList集合，基于链表的。
如果想对集合中的元素去重
用HashSet集合，基于哈希表的。（用的最多）
如果想对集合中的元素去重，而且保证存取顺序
用LinkedHashSet集合，基于哈希表和双链表，效率低于HashSet。
如果想对集合中的元素进行排序
用TreeSet集合，基于红黑树。后续也可以用List集合实现排序。

6.2 双列集合

Map接口
一次添加两个元素，双列集合.put(“元素key”，“元素value”)

双列集合的数据结构，都只针对于键有效，和值没有关系：
TreeMap : 键（红黑树）
HashMap : 键（哈希表）
LinkedHashMap : 键（哈希表 + 双向链表）
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7 正则表达式

String telRegex = "编写规则";
"需要做校验的字符串".matches(telRegex));

字符类(默认匹配一个字符)

[abc]	        只能是a, b, 或c
[^abc]	        除了a, b, c之外的任何字符
[a-zA-Z]        a到z A到Z，包括（范围）
[a-d[m-p]]	    a到d，或m通过p：（[a-dm-p]联合）
[a-z&&[def]]	d, e, 或f(交集)
[a-z&&[^bc]]	a到z，除了b和c：（[ad-z]减法）
[a-z&&[^m-p]]   a到z，除了m到p：（[a-lq-z]减法）

预定义的字符类(默认匹配一个字符)

.	任何字符
\d	一个数字： [0-9]
\D	非数字： [^0-9]
\s	一个空白字符： [ \t\n\x0B\f\r]
\S	非空白字符： [^\s]
\w	[a-zA-Z_0-9] 英文、数字、下划线
\W	[^\w] 一个非单词字符

量词（配合匹配多个字符）

X?			X , 一次或根本不
X*			X，零次或多次 (任意次数)
X+			X , 一次或多次
X {n}		X，正好n次
X {n, }		X，至少n次
X {n,m}		X，至少n但不超过m次

8 时间类(jdk8)

8.1 日历类

LocalDate ：代表本地日期(年、月、日、星期)
LocalTime ：代表本地时间(时、分、秒、纳秒)
LocalDateTime ：代表本地日期、时间(年、月、日、星期、时、分、秒、纳秒)

修改年月日时分秒相关的方法
LocalDateTime 、LocalDate 、LocalTime 都是不可变的, 下列方法返回的是一个新的对象
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8.2 日期格式化类

DateTimeFormatter ：用于时间的格式化和解析
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8.3 时间类

Instant ：时间戳/时间线
ZoneId : 时区
ZonedDateTime : 带时区的时间
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8.4 工具类

Period : 时间间隔（年，月，日）
Duration : 时间间隔（时、分、秒，纳秒）
ChronoUnit : 时间间隔 (所有单位)

9 异常

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Error 严重级别问题
常见的 : 栈内存溢出 (StackOverflowError) 堆内存溢出 (OutOfMemoryError)

Exception：
RuntimeException 及其子类：运行时异常
除RuntimeException 之外所有的异常：编译时异常

运行时异常:
数组索引越界异常: ArrayIndexOutOfBoundsException
空指针异常 : NullPointerException
数学操作异常：ArithmeticException
类型转换异常：ClassCastException
数字转换异常： NumberFormatException
…

异常的默认处理流程
1.虚拟机会在出现异常的代码那里自动的创建一个异常对象：ArithmeticException
2.异常会从方法中出现的点这里抛出给调用者，调用者最终抛出给JVM虚拟机
3.虚拟机接收到异常对象后，先在控制台直接输出异常信息数据
4.终止 Java 程序的运行
5.后续代码没有机会执行了

10 Stream流

配合Lambda表达式，简化集合和数组操作
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注：如果流对象已经被消费过，就不允许再次使用了

11 File类

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File 对象可以定位文件和文件夹
File 封装的对象仅仅是一个路径名，这个路径可以是存在的，也可以是不存在的

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注：delete() 方法只能删除空文件夹，且不走回收站

当调用者File表示的路径不存在时，返回null
当调用者File表示的路径是文件时，返回null
当调用者File表示的路径是一个空文件夹时，返回一个长度为0的数组
当调用者File表示的路径是需要权限才能访问的文件夹时，返回null

12 IO流

input：输入(读取)
output：输出(写出)

12.1 IO 流体系结构

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12.2 FileOutputStream 字节输出流

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注：最后要关流释放资源

12.3 FileInputStream 字节输入流

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注：
1.关联的文件不存在会抛出 FileNotFoundException 异常
2.文件夹的话会拒绝访问

12.4 字节缓冲流

字节缓冲流在源代码中内置了字节数组，可以提高读写效率。
注：缓冲流不具备读写功能, 它们只是对普通的流对象进行包装，真正和文件建立关联的, 还是普通的流对象
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字节缓冲流读写过程：

没使用缓冲流：

使用缓冲流：
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12.5 FileReader 字符输入流

用于读取纯文本文件，解决中文乱码问题
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12.6 FileWriter 字符输出流

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注：
1.字符输出流写出数据，需要调用flush或close方法，数据才会写出
2.Flush后可以继续写出，Close 后不能继续写出

字符流使用场景：读写纯文本文件
字节流使用场景：不是纯文本文件都用字节流

12.7 字符缓冲流

字节缓冲流在源代码中内置了字符数组，可以提高读写效率
BufferedReader、BufferedWriter
注: 缓冲流不具备读写功能, 它们只是对普通的流对象进行包装
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12.8 转换流

InputStreamReader、OutputStreamWriter
作用：按照指定的字符编码读写操作、将字节流转换为字符流进行操作

为什么用转换流？直接new 需要的流不行吗？
因为有些流对象不是我们自己创建的，而是通过方法获取到的。
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12.9 序列化流

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public class Student implements Serializable {
  private static final long serialVersionUID = 1L;
  ...
}

序列化流的作用是？
可以在流中，以字节的形式直接读写对象
序列化流我们用的是哪个类读取, 又是哪个类在写?
ObjectInputStream、ObjectOutputStream
调用的方法是?
readObject() writeObject()
类需要实现什么接口才可以序列化？
Serializable接口
实现接口后, 推荐多做一步操作, 这一步是 ?
手动加入 serialVersionUID
transient 关键字的作用是?
被 transient 修饰的成员变量不会被序列化

12.10 打印流

打印流可以实现方便、高效的打印数据到文件中去，并且可以指定字符编码
write(97); 输出a
println(97); 输出97
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两个流都具备自动刷出、自动换行的功能

12.11 Properties

其实就是一个Map集合，内部存在着两个方法，可以很方便的将集合中的键值对写入文件，也可以方便的从文件中读取。
常用于加载配置文件

12.11.1 作为集合的使用

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12.11.2 和 IO 有关的方法

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12.12 字符编码：

GBK: 英文字符占用1个字节、中文字符占用2个字节
Unicode:
UTF-16编码规则：用2~4个字节保存
UTF-32编码规则：固定使用四个字节保存
UTF-8编码规则：用1~4个字节保存

12.13 编码和解码：

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13 多线程

13.1 进程和线程

13.2 进程

进程 (Process) 是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动
是系统进行资源分配的基本单位
简单理解：程序的执行过程
1.独立性：每一个进程都有自己的空间，在没有经过进程本身允许的情况下，一个进程不可以直接访问其它的的进程空间
2.动态性：进程是动态产生，动态消亡的
3.并发性：任何进程都可以同其它进程一起并发执行

并行和并发
并行：在同一时刻，有多个指令在多个CPU上【同时】执行
并发：在同一时刻，有多个指令在单个CPU上【交替】执行
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13.3 线程

进程可以同时执行多个任务，每个任务就是线程

多线程的意义：提高效率，可以同时处理多个任务

13.4 Java 开启线程的方式

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13.5 线程相关方法

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优先级: 1 ~ 10 默认为5

线程的调度方式：
抢占式调度（随机）
非抢占式调度（轮流使用）

13.6 线程安全和同步

安全问题出现的条件：多线程环境、有共享数据、有多条语句操作共享数据
同步技术：将多条语句操作共享数据的代码给锁起来，让任意时刻只能有一个线程可以执行
同步代码块、同步方法、Lock锁

13.6.1 同步代码块

synchronized(锁对象) {
	多条语句操作共享数据的代码
}

注：
1.锁对象可以是任意对象，但是需要保证多条线程的锁对象，是同一把锁
2.同步可以解决多线程的数据安全问题，但是也会降低程序的运行效率

13.6.2 同步方法

public synchronized void method() {
	多条语句操作共享数据的代码
}

方法分为静态和非静态，静态方法的锁对象是字节码对象，非静态方法的锁对象是 this

13.6.2 Lock 锁

lock.lock();
...
lock.unlock();

Lock 是接口，无法直接创建对象
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13.6.3 死锁

由于两个或者多个线程互相持有对方所需要的资源，导致这些线程处于等待状态，无法前往执行

13.6.4 等待唤醒机制

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注：需要使用锁对象调用，wait() 方法在等待的使用会释放锁对象

使用 ReentrantLock 实现同步，并获取 Condition 对象
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13.7 生产者消费者模式

为了解耦生产者和消费者的关系，通常会采用共享的数据区域 (缓冲区)，就像是一个仓库
生产者生产数据之后直接放置在共享数据区中，并不需要关心消费者的行为
消费者只需要从共享数据区中去获取数据，并不需要关心生产者的行为

13.8 线程生命周期

线程被创建并启动以后，它并不是一启动就进入了执行状态，也不是一直处于执行状态。
Java 中的线程状态被定义在了 java.lang.Thread.State 枚举类
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13.9 线程池

当程序中需要创建大量生存期很短暂的线程时，频繁的创建和销毁线程，就会严重浪费系统资源。
将线程对象交给线程池维护，可以降低系统成本，从而提升程序的性能。
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线程池不建议使用 Executors 去创建，而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式，规避资源耗尽的风险。
说明:Executors 返回的线程池对象的弊端如下：

FixedThreadPool和SingleThreadPool
允许的请求队列长度为 Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而导致 OOM。
CachedThreadPool :
允许的创建线程数量为 Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量的线程，从而导致 OOM。

Executors 中提供静态方法来创建线程池
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自定义线程池ThreadPoolExecutor 类
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参数1：核心线程数量 (正式员工)，不能小于0
参数2：最大线程数量 (正式员工 + 临时工)，不能小于等于0, 最大数量 >= 核心线程数量
参数3：空闲时间，不能小于0
参数4：时间单位
参数5：任务队列 (指定排队人数)，不能为null
参数6：线程对象任务工厂，不能为null
参数7：拒绝策略，不能为null

拒绝策略：
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临时线程什么时候创建?
线程任务数 > 核心线程数 + 任务队列的数量
什么时候会开启拒绝策略
线程任务数 > 最大线程数 + 任务队列的数量

15 数据结构

数据结构是计算机底层存储、组织数据的方式，是指数据相互之间是以什么方式排列在一起的
通常情况下，精心选择的数据结构可以带来更高的运行或者存储效率

常见的数据结构：栈、队列、数组、链表、二叉树、二叉查找树、平衡二叉树、红黑树、哈希表

15.1 栈、队列

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15.2 数组

查询速度快：查询数据通过地址值和索引定位，查询任意数据耗时相同
增、删效率低：新增或删除数据的时候，都有可能大批量的移动数组中其他的元素

15.3 链表

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链表中的结点是独立的对象，在内存中是不连续的，每个结点包含数据值和下一个结点的地址。
链表查询慢，无论查询哪个数据都要从头开始找。
链表增删相对快

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15.4 小结

栈：后进先出，先进后出。
队列：先进先出，后进后出。
数组：内存连续区域，查询快，增删慢。
链表：元素是游离的，查询慢，首尾操作极快。

15.5 树

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15.5.1 二叉查找树

二叉查找树，又称二叉排序树或者二叉搜索树

每一个节点上最多有两个子节点
任意节点左子树上的值都小于当前节点
任意节点右子树上的值都大于当前节点

15.5.2 红黑树

15.5.2.1 介绍

红黑树是一种自平衡的二叉查找树，是计算机科学中用到的一种数据结构。
是一种特殊的二叉查找树，红黑树的每一个节点上都有存储位表示节点的颜色
每一个节点可以是红或者黑；红黑树不是高度平衡的，它的平衡是通过"红黑规则"进行实现的

15.5.2.2 平衡二叉树和红黑树区别

平衡二叉树：
高度平衡，当左右子树高度差超过1时，通过旋转保持平衡。
红黑树：
是一个二叉查找树，高度不平衡，特有的红黑规则。

15.5.2.3 红黑规则

每一个节点是红色的，或者是黑色的
根节点必须是黑色
如果一个节点没有子节点或者父节点，则该节点相应的指针属性值为Nil，这些Nil视为叶节点，每个叶节点(Nil)是黑色的
如果某一个节点是红色，那么它的子节点必须是黑色(不能出现两个红色节点相连的情况)
对每一个节点，从该节点到其所有后代叶节点的简单路径上，均包含相同数目的黑色节点

添加节点规则：
红黑树在添加节点的时候，添加的节点默认是红色的
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16 泛型

JDK5引入的, 可以在编译阶段约束操作的数据类型, 并进行检查

16.1 泛型类

创建对象的时候确定具体类型

16.2 泛型方法

非静态方法:
public class ArrayList<E> {
    public boolean add(E e) {
    }
}

静态方法
public static<T> void printArray(T[] array){
}

16.3 泛型接口

类实现接口的时候，直接确定类型
延续接口的泛型，等创建对象的时候再确定

16.4 泛型通配符

? (任意类型)
? extends E (只能接收 E 或者是 E 的子类)
? super E (只能接收 E 或者是 E 的父类)