20145218 《Java程序设计》第六周学习总结

20145218 《Java程序设计》第六周学习总结

教材学习内容总结

第十章 输入/输出

10.1 InputStream与OutputStream

10.1.1 串流设计的概念

• 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。
• 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。
• 在不使用InputStream与OutputStream时，必须使用close()方法关闭串流。由于InputStream与OutputStrem操作了java.io.Closeable接口，其父接口为java.lang.AutoCloseable接口。
• 每次从InputStream读入的数据，都会先置入byte数组中。
• dump()方法并没有限定来源或目的地的真实形式，而是依赖于抽象的InputStream、OutputStream。

10.1.2 串流继承架构

1.标准输入/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。
• 标准输出可以重新导向至文档，只要执行程序时使用>将输出结果导向至指定文档。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。
• 除了System.in与System.out之外，还有个System.err为PrintStream实例，称为标准错误输出串流，它是用来立即显示错误信息。

2.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，不使用时都要使用close()关闭文档。
• FileInputStream主要操作了InputStream的read()抽象方法，使之可从文档中读取数据，FileOutputStream主要操作了OutputStream的write()方法，使之可写出数据至文档。

3.ByteArryInputStream与ByteArryOutputStream

• ByteArryInputStream是InputStrteam的子类，可以指定byte数组创建实例，一旦创建就可将byte数组当做数据源进行读取。ByteArryOutputStream是OutputStream的子类，可以指定byte数组创建实例，一旦创建将byte数组当做目的地写出数据。
• ByteArryInputStream主要操作了InputStream的read()抽象方法，使之可从byte数组中读取数据，ByteArryOutputStream主要操作了OutputStream的write()方法，使之可写出数据至byte数组。

10.1.3 串流处理装饰器

• InputStream、OutStream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。常用的打包器具备缓冲区作用的BufferedOutputStream、BufferedInputStream,具备数据转换处理的DataInputStream、DataOutputStream,具备对象串行化能力的ObjectInputStream、ObjectOutputStream等。
• MemberDemo.java运行结果如下
  

10.2 字符处理类

10.2.1 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。
• FileReader、FileWriter则可以对文档做读取与写入，读取或写入时默认会使用操作系统默认编码来做字符转换。在启动JVM时，可以指定-Dfile.encoding来指定FileReader、FileWriter所使用的编码。

10.2.2 字符处理装饰器

• Reader、Writer也有一些装饰器类可供使用。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。
• BufferedReader、BufferedWriter可对Reader、Writer提供缓冲区作用，在处理字符输入/输出时，对效率也会有所帮助。PrintReader、PrintStream使用上极为类似，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 线程与并行API

11.1 线程

11.1.1 线程简介

• 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。
• 在java中，从main()开始的流程会由主线程执行，可以创建Thread实例来执行Runnable实例定义的run()方法。
• TortoiseHareRace.java运行结果如下
  

11.1.2 Thread与Runnable

• JVM是台虚拟计算机，只安装一颗称为主线程的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Runnale接口的run()方法中。
• 撰写多线程程序的方式：
  1.将流程定义在Runnable的run()方法中
  2.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。

11.1.3 线程生命周期

1.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自动就会中止。
• setDeamon()方法用来设定一个线程是否为Daemon线程。
• isDaemon()方法可以判断线程是否为Daemon线程。
  2.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）。
• 一个进入Blocked状态的线程，可以由另一个线程调用该线程的interrupt()方法，让它离开Blocked状态。
• 使用Thread.sleep()会让线程进入Bocked状态。
  3.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。
• 当线程使用join()加入至另一个线程时，另一个线程会等待被加入的线程工作完毕，然后在继续它的动作，join()的意思表示将线程加入称为另一个线程的流程中。
• 有的时候加入的线程可能处理太久，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(1000)，这表示加入成为流程的线程至多可处理1000毫秒，也就是10秒，如果加入的线程还没执行完毕就不理它了，目前线程可继续执行原本工作流程。
  4.停止线程
• 线程完成run()方法后，就会进入Dead，进入Dead的线程不可以再次调用start()方法，否则会抛出IllegalThreadStateException异常。

11.1.4 关于ThreadGroup

• 获取目前线程所属线程群组名：Thread.currentThread().getThreadGroup().getName()
• ThreadGroup的某些方法，可以对群组中所有线程产生作用，interrupt()方法可以中断群组中所有线程，setMaxPriority()方法可以设定群组中所有线程最大优先权。
• activeCount()方法获取群组的线程数量,enumerate()方法要传入Thread数组，这会将线程对象设定至每个数组索引。
• uncaughtException()方法第一个参数可取得发生异常的线程实例，第二个参数可取得异常对象。
• 未捕捉异常会由线程实例setUncaughtExceptionHandler()设定的Thread.UncaughtExceptionHandler实例处理之后是线程ThreadGroup，然后是默认的Thread.UncaughtExceptionHandler。

• ThreadGroupDemo.java运行结果如下
  

• ThreadGroupDemo2.java运行结果如下
  

11.1.5 synchronized与volatile

1.使用synchronized

• 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synchronize区块都必须先取得指定的对象锁定。
• java的synchronize提供的是可重入同步，也就是线程取得某对象锁定后，若执行过程总又要执行synchronize，尝试取得锁定的对象来源又是同一个，则可以直接执行。
• 由于线程无法取得锁定时会造成阻断，不正确地使用synchronize有可能造成效能低下，另一个问题则是死结。

2.使用volatile

• synchronized要求达到的所标示区域的互斥性和可见性。互斥性是指synchronized区块同时间只能有一个线程；可见性是指线程离开synchronized区块后，另一线程接触到的就是上一线程改变后的对象状态。
• 可以在变量上声明volatile，标示变量是不稳定、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。
• volatile保证的是单一变数的可见性，线程对变量的存取一定是在共享内存中，不会在自己的内存空间中快取变量，线程对共享内存中变量的存取，另一线程一定看得到。

11.1.6 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。
• 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，知道被中断(interrupt())或是告知(notify())可以参与排班。
• wait()一定要在条件式成立的循环中执行。

11.2 并行API

11.2.1 Lock、ReadWriteLock与Condition

1.使用Lock

• lock接口主要操作类之一为ReentrantLock，可以达到synchronized的作用。
• 为了避免调用Lock()后，在后续执行流程中抛出异常而无法解除锁定，一定要在finally中调用Lock对象的unlock()方法。
• 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。

2.使用ReadWriteLock

• ReadWriteLock接口定义了读取锁定与写入锁定行为，可以使用readLock()、writeLock()方法返回Lock操作对象。ReentrantReadWriteLock是ReadWriteLock接口的主要操作类，readLock()方法会返回ReentrantReadWriteLock.ReadLock实例，writeLock()犯法会返回ReentrantReadWriteLock.WriteLock实例。

3.使用StampedLock

• StampedLock类可支持了乐观读取操作。也就是若读取线程很多，写入线程很少的情况下，你可以乐观地认为，写入与读取同时发生的机会很少，因此不悲观的使用哇暖的读取锁定，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。

4.使用Condition

• Condition接口用来搭配Lock，最基本用法就是达到Object的wait()、notify()、notifyAll()方法的作用。
• Condition的await()、signal()、signalAll()方法，可视为Object的wait()、notify()、notifyAll()方法的对应。

11.2.2 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。两者结合的基本做法是将Runnable指定给Thread创建之用，并调用start()开始执行。
• 定义了java.util.concurrent.Executor接口，目的是将Runnable指定与实际执行分离。

1.使用ThreadPoolExecutor

• 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，通常会使用java.util.concurrent.Executor的newCacheThreadPool()、newFixedThreadPool()静态方法来创建ThreadPoolExecutor实例，程序看起来较为清楚且方便。

2.使用ScheduledThreadPoolExecutor

• 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Callable实例延迟多久后执行一次，并返回Future子接口ScheduledFuture的实例，对于重复性的执行，可使用scheduleWithFixedDelay()和scheduleAtFixedRate()方法。

3.使用ForkJoinPool

• 所谓分而治之的问题，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，整体问题也就解决了。
• ForkJoinPool与其他的ExecutorService操作不同的地方在于，它是闲聊了工作窃取演算，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资额任务，让线程保持忙碌状态，有效利用处理器的能力。
• ForkJoin框架适用于计算密集式的任务，较不适合用于容易造成线程阻断的场合。

11.2.3 并行Collection简介

• CopyOnWriteArrayList操作了List接口，这个类的实例在写入操作是，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。
• CopyOnWriteArraySet操作了Set接口，与CopyOnWriteArrayList相似。
• BlockedQueue是Queue的子接口，新定义了put()、take()方法。
• 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。
• ConcurrentHashMap是ConcurrentMap的操作类，ConcurrentNavigableMap是ConcurrentMap的子接口，其操作类为ConcurrentSkipListMap，可视为支持并行操作的TreeMap版本

本周代码托管截图

其他（感悟、思考等，可选）

Java的学习已经入第六周，之前总是拖到周末去看视频，写博客，而第六周显然不可以再拖沓了，课本深度的增加，代码难度的加强，都是督促我们学习的动力。与前几周不同的是，这周的代码不是独立的，而是几组代码组合在一起才能运行。而且在cmd中可以运行的少之又少，只得在之前不是很熟悉的IDE中运行。但学习任务难度的加大也不是只提供压力，而是转变为学习的动力，在第六周我每天都会抽出时间来学习Java，也熟练掌握了之前没使用过的IDE，并且学会了用wc统计代码行数，这周的学习可谓是获益匪浅。

学习进度条

	代码行数（新增/累积）	博客量（新增/累积）	学习时间（新增/累积）	重要成长
目标	5000行	30篇	400小时
第一周	200/200	1/2	20/20
第二周	300/500	1/3	18/38
第三周	500/1000	1/4	22/60
第四周	1292/1300	1/5	40/90
第五周	993/1000	1/6	35/160
第六周	300/1300	2/8	40/200

参考资料

• Java学习笔记(第8版)
• 《Java学习笔记(第8版)》学习指导