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20145326 《Java程序设计》第6周学习总结

教材学习内容总结

第十章

一、使用InputStream与OutputStream

1.串流设计的概念

想活用输入/输出API，一定要先了解Java中如何以串流抽象化输入/输出概念，以及InputStream、OutputStream继承架构。如此一来，无论标准输入/输出、文档输入/输出、网络输入/输出、数据库输入/输出都可以用一致的操作来处理。Java将输入/输出抽象化为串流，数据有来源及目的地，衔接两者的是串流对象，其实数据就好比水，串流就好比水管，通过水管的衔接，水由一端流向另一端。这个比喻十分形象化！从应用程序角度来看，如果要将数据从来源取出，可以使用输入串流，如果要将数据写入目的地，可以使用输出串流。在Java中，输入串流代表对象为java.io.InputStream实例，输出串流代表对象为java.io.OutputStream实例。来源与目的地都不知道的情况下，怎么撰写程序？可以设计一个通用的dump（）方法。

dump（）方法接受InputStream与OutputStream的实例，分别代表读取数据的来源，以及输出数据的目的地。在进行InputStream与OutputStream的相关操作时若发生错误，会抛出java.io.IOException异常，在这里不特别处理，而是在dump（）方法上声明throws，由调用dump（）方法的客户端处理。在不使用InputStream与OutputStream时，必须使用close（）方法关闭串流，由于InputStream与OutputStream操作了java.io.Closeable接口，其父接口为java.lang.AutoCloseable接口，因此可使用JDK7尝试自动关闭资源语法。每次从InputStream读入的数据，都会置入byte数组中，InputStream的read（）方法每次会尝试读入byte数组长度的数据，并返回实际读入的字节，只要不是-1，就表示读取到数据，可以使用OutputStream的write（）方法，指定要写出的byte数组、初始索引与数据长度。书上虽然没有正式介绍到网络程序设计，不过java.net.URL的使用很简单，只要指定网址，URL实例会自动进行HTTP协议，可以使用openStream方法取得InputStream实例，代表与网站连接的数据串流。

2.串流继承架构

还记得System.in与System.out吗?查看API文件的话，会发现它们分别是InputStream与PrintStream的实例，分别代表标准输入与标准输出，以个人计算机而言，通常对应至文本模式中的输入与输出。可以使用System的setIn（）方法指定InputStream实例，重新指定标准输入来源。

还可以使用System的setOut（）方法指定PrintStream实例，将结果输出至指定的目的地。

在这个范例中用PrintStream打包FileOutputStream，你操作PrintStream相关方法，PrintStream会代你操作FileOutputStream。除了System.in与System.out之外，还有个System.err为PrintStream实例，称为标准错误输入串流，它是用来立即显示错误信息的。

3.FileInputStream与FileOutputStream

FileInputStream是InputStream的子类，可以指定文件名创建实例，一旦创建文档就开启，接着就可以用来读取数据，FileOutputStream是OutputStream的子类，可以指定文件名创建实例，一旦创建文档就开启，接着就可以用来写出数据，无论FileInputStream还是FileOutputStream，不使用时都要用close（）关闭文档。

4.ByteArrayInputStream与ByteArrayOutputStream

ByteArrayInputStream是InputStream的子类，可指定byte数组创建实例。一旦创建就可以将byte数组当作数据源进行读取。ByteArrayOutputStream是OutputStream的子类，可指定byte数组创建实例。一旦创建就可以将byte数组当作目的地写出数据。

5.串流处理装饰器

InputStream、OutputStream提供串流基本操作，如果想要为输入/输出的数据做加工处理，则可以使用打包器类。前面示范过的Scanner类就是作为打包器，其接受InputStream实例，你操作Scanner打包器相关方法，Scanner会实际操作打包的InputStream取得数据，并转换为你想要的数据类型。InputStream、OutputStream的一些子类也具有打包器的作用。前面介绍的PrintStream就是实际例子，你操作PrintStream的print（）、println（）等方法，PrintStream会自动转换为byte数组数据，利用打包的OutputStream进行输出。下面介绍几种常用的串流装饰器类。

第一种是BufferedInputStream与BufferedOutputStream，两者都具备缓冲作用。如果InputStream第一次read（）时可以尽量读取足够的数据至内存的缓冲区，后续调用read（）时先看看缓冲区是不是还有数据，如果有就从缓冲区读取，没有再从来源读取数据至缓冲区，这样减少从来源直接读取数据的次数，对读取效率将会有帮助。毕竟内存的访问速度较快。如果OutputStream每次write（）时可将数据写入内存中的缓冲区，缓冲区满了再将缓冲区的数据写入目的地，这样可减少对目的地的写入次数，对写入效率也会有帮助。

第二种是DataInputStream与DataOutputStream，DataInputStream与DataOutputStream提供读取、写入Java基本数据类型的方法，像是读写int、double、boolean等的方法。这些方法会自动在指定的类型与字节间转换。

 

第三种是ObjectInputStream与ObjectOutputStream，ObjectInputStream与ObjectOutputStream可以将内存中的对象整个储存下来，之后再读入还原为对象。ObjectInputStream提供readObject（）方法将数据读入为对象，而ObjectOutputStream提供writeObject（）方法将对象写至目的地，可以被这两个方法处理的对象，必须操作java.io.Serializable接口，这个接口并没有定义任何方法，只是作为标示之用，表示这个对象是可以串行化的。如果在做对象串行化时，对象中某些数据成员不希望被写出，则可以标上transient关键字。

二、字符处理类

1.Reader与Writer继承架构

针对字符数据的读取，Java SE提供了java.io.Reader类，其抽象化了字符数据读入的来源，针对字符数据的写入，则提供了java.io.Writer类，其抽象化了数据写出的目的地。在不使用Reader与Writer时，必须使用close（）方法关闭串流。Reader与Writer操作了Closeable接口，其父接口为AutoCloseable接口，因此可使用JDK7尝试自动关闭资源语法。StringReader可以将字符串打包，当作读取来源，StringWriter则可以作为写入目的地，最后用toString（）取得所有写入的字符组成的字符串。在启动JVM时，可以用-Dfile.encoding来指定FileReader、FileWriter所使用的编码。

2.字符处理装饰器

如果串流处理的字节数据，实际上代表某些字符的编码数据，而你想要将这些字节数据转换为对应的编码字符，可以使用InputStreamReader、OutputStreamWriter对串流数据打包，在建立InputStreamReader与OutputStreamWriter时，可以指定编码，如果没有指定编码，则以JVM启动时所获取的默认编码来做字符转换。PrintStream与PrintWriter使用上极为相似，不过除了可以对OutputStream打包之外，PrintWriter还可以对Writer进行打包，提供print（）、println（）、format（）等方法。

第十一章

一、线程

1.线程简介

到目前为止介绍过的各种范例都是单线程程序，也就是启动的程序从main（）程序进入点开始至结束只有一个流程，有时候需要设计程序可以拥有多个流程，也就是所谓的多线程程序。

 

结果为:

在Java中，如果想在main（）以外独立设计流程，可以撰写类操作java.lang.Runnable接口，流程的进入点是操作在run（）方法中，例如

 

结果为：

 

在这个程序中，主线程执行main（）定义的流程，main（）定义的流程中建立了tortoiseThread与hareThread两个线程，这两个线程会分别执行Tortoise与Hare的run（）定义的流程，要启动线程执行指定流程，必须调用Thread实例的start（）方法。

 

 

结果为：

 

2.Thread与Runnable

从抽象观点与开发者的角度来看，JVM是台虚拟计算机，只安装了一颗称为主线程的CPU，可执行main（）定义的执行流程。如果想要为JVM加装CPU，就是创建Thread实例，要启动额外CPU就是调用Thread实例的start（）方法，额外CPU执行流程的进入点，可以定义在Runnable接口的run（）方法中。除了将流程定义在Runnable的run（）方法中，另一个撰写多线程程序的方式，就是继承Thread类，重新定义run（）方法。操作Runnable接口的好处就是较有弹性，你的类还有机会继承其他类。若继承了Thread，那该类就是一种Thread，通常是为了直接利用Thread中定义的一些方法，才会继承Thread来操作。

3.线程生命周期

Daemon线程：主线程会从main（）方法开始执行，直到main（）方法结束后停止JVM。如果主线程中启动了额外线程，默认会等待被启动的所有线程都执行完run（）方法才中止JVM。如果一个Thread被标示为Daemon线程，在所有的非Daemon线程都结束时，JVM会自动终止。从main（）方法开始的就是一个非Daemon线程，可以使用setDaemon（）方法来设定一个线程是否为Daemon线程。还可以使用isDaemon（）方法判断线程是否为Daemon线程。

Thread基本状态图：在调用Thread实例start（）方法后，基本状态为可执行（Runnable）、被阻断（Blocked）、执行中（Running）。实例化Thread并执行start（）方法后，线程进入Runnable状态，此时线程尚未真正开始执行run（）方法，必须等待排班器排入CPU执行，线程才会执行run（）方法，进入Running状态，线程看起来像是同时执行，但事实上，同一个时间点，一个CPU还是只能执行一个线程，只是CPU会不断切换线程，且切换动作很快，所以看起来像是同时执行。线程有优先权，可用Thread的setPriority（）方法设定优先权。最小值为1，最大值为10，默认是5。数字越大，优先权越高，排班器越优先排入CPU，如果优先权相同，则输流执行。运用多线程，当某线程进入Blocked时，让另一线程排入CPU执行，避免CPU闲下来，经常是改进效能的方式之一。

安插线程：如果A线程正在运行，流程中允许B线程加入，等到B线程执行完毕后再继续A线程流程，则可以使用join（）方法完成这个需求。

有时候加入的线程可能处理太久，你不想无止境等待这个线程工作完毕，则可以在join（）时指定时间，如join（10000），这表示加入成为流程的线程至多可处理10000毫秒，也就是10秒，如果加入的线程还没执行完，就不理它了。

停止线程：线程完成run（）方法后，就会进入Dead，进入Dead（或已经调用过start（）方法）的线程不可以再次调用start（）方法，否则会抛出错误。Thread的resume（）、suspend（）、destroy（）都不建议使用。

4.关于ThreadGroup

每个线程都属于某个线程群组，如果没有指定，则归入产生该子线程的线程群组，也可以自行指定线程群组，线程一旦归入某个群组，就无法再更换。ThreadGroup的某些方法，可以对群组中所有线程产生作用。如果想要一次取得群组中所有线程，可以使用enumerate（）方法。activeCount（）方法取得群组的线程数量。

5.synchronized与volatile

线程存取同一对象资源时会引发竞速情况，我们称这种为不具备线程安全的类。每个对象都会有个内部锁定，或称为监控锁定，被标示为synchronized的区块将会被监控，任何线程要执行synchronized区块都必须先取得指定的对象锁定。Java的synchronized提供的是可重入同步，也就是线程取得某对象锁定后，若执行过程中又要执行synchronized，尝试取得锁定的对象来源又是同一个，则可以直接执行。synchronized要求达到的所标示区块的互斥性与可见性。在Java中对于可见性的要求，可以使用volatile达到变量范围。在变量上声明volatile，表示变量是不稳定的，易变的。也就是可能在多线程下存取，这保证变量的可见性，也就是若有线程变动了变量值，另一线程一定可看到变更。被标示为volatile的变量，不允许线程快取，变量值的存取一定是在共享内存中进行。

6.等待与通知

wait（）、notify（）、notifyAll（）是object定义的方法，可以通过这3个方法控制线程释放对象的锁定，或者通知线程参与锁定竞争。若调用锁定对象的wait（）方法，线程会释放对象锁定，并进入对象等待集合从而处于阻断状态，其他线程可以竞争对象锁定，取得锁定的线程可以执行synchronized范围的程序代码。放在等待集合的线程不会参与CPU排班，wait（）可以指定等待时间，时间到之后线程会再次加入排班。如果指定时间0或不指定，则线程会持续等待，直到被中断（调用interrupt（））或是告知（notify（））可以参与排班。

二、并行API

1.Lock、ReadWriter与Condition

如果需要的是线程池、读写锁等高级操作。从JDK5之后提供了java.util.concurrent包，可基于其中的API建立更稳固的并行应用程序。java.util.concurrent.looks包中提供Lock、ReadWriter与Condition接口以及相关操作类，可以提供类似 synchronized、 wait（）、notify（）、notifyAll（）的作用，以及更多高级功能。 使用Lock：Lock接口主要操作类之一为ReentrantLock，可以达到synchronized的作用。 Lock接口还定义了tryLock（）方法，如果线程调用tryLock（）可以取得锁定会返回true，若无法取得锁定并不会发生阻断，而是返回false，依次可以解决死结问题。 使用ReadWriter：如果有两个线程都想调用get（）与size（）方法，由于锁定的关系，其中一个线程只能等待另一个线程解除锁定，无法两个线程同时调用get（）与size（）方法，然而这两个方法都只是读取对象状态，并没有变更对象状态，如果只是读取操作，可允许线程同时并行的话，那对读取效率将会有所改善。ReadWriter接口定义了读取锁定与写入锁定，可以使用readLock（）、writeLock（）方法返回Lock操作对象。

使用StampedLock：ReadWriteLock在没有任何读取或写入锁定时，才可以取得写入锁定。这可用于实现悲观读取。JDK8中新增了StampedLock类，可支持乐观读取。也就是说若读取线程很多，写入线程很少的情况下，你可以乐观的认为，写入与读取同时发生的机会甚少，因此不悲观的使用完全的读取锁定，程序可以查看数据读取之后，是否遭到写入线程的变更，再采取后续的措施。

使用Condition：Condition接口用来搭配Lock。调用Condition的await（）将会使线程进入Condition的等待集合，要通知等待集合中的一个线程，则可以调用signal（）方法，如果要通知所有等待集合中的线程，则用signalAll（）方法。Condition的await（）、signal（）、signalAll（）方法均可视为Object的wait（）、notify（）、notifyAll（）方法的对应。

2.使用Executor

Runnable用来定义可执行流程与可使用数据，Thread用来执行Runnable。从JDK5开始，定义了java.util.concurrent.Executor接口，目的是将Runnable的指定与实际如何执行分离开来。

在Java SE API中，像线程池这类服务的行为，实际上是定义在Executor的子接口java.util.concurrent.ExecutorService中。如果需要线程池的功能，则可以使用java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor。根据不同线程池的需求，ThreadPoolExecutor拥有数种不同构造函数可供使用。ExecutorService的shutdown（）方法会在指定执行的Runnable都完成后，将ExecutorService关闭，另一个shutdownNow（）方法则可以立即关闭ExecutorService，尚未被执行的Runnable对象会以List返回。 Future经常与Callable搭配使用，Callable的作用与Runnable类似，可让你定义想要执行的流程，不过Runnable的run（）方法无法返回值，也无法抛出受检异常，然而Callable的call（）方法可以返回值，也可以抛出受检异常。ScheduledExecutorService为ExecutorService的子接口，顾名思义，可以让你进行工作排程。Schedule（）方法用来排定Runnable或者Callable实例延迟多久后执行一次，并返回Future子接口ScheduledFuture的实例。Future的另一操作类java.util.concurrent.ForkJoinTask及其子类只要目的是解决分而治之的问题。所谓分而治之的问题，就是指这些问题的解决，可以分解为性质相同的子问题，子问题还可以再分解为更小的子问题，将性质相同的子问题解决并收集运算结果，在多处理器的环境中，每个处理器若分配一个线程，每个线程分别执行一个子任务。ForkJoinPool与其他的ExecutorService操作不同的地方在于，它实现了工作窃取演算。其建立的线程如果完成手边任务，会尝试寻找并执行其他任务建立的子任务，让线程保持忙碌状态，有效利用处理器的能力。

3.并行Collection简介

CopyOnWriteArrayList操作了List接口，顾名思义，这个类的实例在写入操作时，内部会建立新数组，并复制原有数组索引的参考，然后在新数组上进行写入操作，写入完成后，再将内部原参考旧数组的变量参考至新数组。对于一个很少进行写入操作，而使用迭代器频繁的情景下，可以使用CopyOnWriteArrayList提高迭代器操作的效率。BlockingQueue是Queue的子接口，新定义了put（）与take（）等方法，线程若调用put（）方法，在队列已满的情况下会被阻断，线程若调用了take()方法，在队列为空的情况下会被阻断。ConcurrentMap是Map的子接口，其定义了putIfAbsent（）、remove（）、replace（）等方法。这些方法都是原子操作。putIfAbsent（）在键对象不存在ConcurrentMap中时，才可置入键/值对象，否则返回键对应的值对象。remove（）只有在键对象存在，且对应的值对象等于指定的值对象，才将键/值对象移除。replace（）有两个版本，其中一个版本是只有在键对象存在，且对应的值对象等于指定的值对象，才将值对象置换，另外一个版本是在键对象存在时，将值对象置换。

教材学习中的问题和解决过程

其实感觉还好，就像娄老师所说的，第四五六七章的内容才是java核心内容，比较抽象难懂。之后的内容都是介绍各种API的应用，都是活生生的例子，比较具体，如果觉得难那是因为对这部分知识感到陌生，不熟悉。自己首先理清头绪，然后多看几遍书，多敲几遍代码。感觉立马就上来了！要讲究科学的学习方法~不要盲目!!!

具体代码已全部托管，在这里就不一一赘述了。

代码调试中的问题和解决过程

不明白书上334页的代码为什么先执行threadB。 后来才发现，程序启动后主线程就开始，在主线程中新建threadB，并在启动threadB后 ，将之加入主线程流程，所以threadB会先执行完毕，然后主线程才会继续原本的流程。

最后运行结果如下：

其他（感悟、思考等，可选）

虽说这周又是自学两章，知识点比较多，但还好，没什么难点，就像娄老师之前说的，java的核心知识与难点之前都已经学完了，后面的章节全都是介绍一些类的应用。看第一遍教材的时候肯定觉得陌生，难以接受。这是个过程，很正常。在不断的学习中，我也在不断的寻找适合自己的好的学习方法。看第一遍教材只是想有个大概的了解，头脑里勾画出一个轮廓。然后看第二遍才是逐渐理解与体会，往轮廓里填内容，这时不能只看书，还要结合书上的代码，自己还要主动敲代码，主动发现问题。 第三遍是梳理知识点也是回忆，将大脑与知识相融合。这样下来对知识绝对会有进一步的掌握！自身也会有质的飞跃！要学会抓住重点，把力量用在刀刃上，寻找乐趣，保持激情，提高学习效率！我是带着目的去看教材的，不是盲目的。我后来发现这点尤其重要！我知道第十章和第十一章也是介绍一些类的应用，于是我采取和上周一样的办法，一边看书，一边总结，看书上总共介绍了多少种API，每一种API的架构是什么，每一种API的作用与注意事项是什么。就这样有系统的去学习，感觉效率十分高！而且头脑思绪清晰。其实这些知识不是难，我们只是感到陌生而已。同学们有了畏难情绪和厌学情绪，当然就学不进去了，还谈什么效率！这两章的知识不像之前对象、封装、继承那些基本概念那么抽象难懂，都是活生生的具体的例子，接受起来其实也挺快的。娄老师说的很对，重要的不是要你学多少java知识，而是通过不断的学习过程，来总结出一套适合自己的良好的学习方法，这将受用一生。当然不同的人肯定情况不一样，适合自己的才是最好的。我这周最大的收获就是真正体会到，学习也要讲科学，不要盲目。时间用得多，不一定就学得好。找到属于自己的学习方法，提高效率！这比一切都重要！调整一下自己的心态吧，任何事情不要有畏难情绪，万事开头难，只要是对的，就坚持！最终一定会受益匪浅！！！

学习进度条

20145326 《Java程序设计》第6周学习总结

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