JAVA基础思维导图

JAVA基础思维导图，包括SPI机制详解、反射机制详解、异常机制详解、泛型机制详解、面向对象等等。

JAVA基础

• 面向对象
  • 三大特性
    • 封装
      • 把一个对象的属性，和行为放到同一个类中就是封装
    • 继承
      • 子类可以获得父类的属性和操作。 在java中常表示为 is-a的关系
    • 多态
      • 是指一个事物，多种状态 比如 一个动物 可以是 猫，狗。。。。 一个方法，可以有无参，1个参数，2个参数 也可使同一个方法，不同的表现
      • 编译时多态
        • 主要值方法的重载
      • 运行时多态
        • 继承
        • 重写
        • 向上转型
  • 类图
    • 泛化
    • 实现
    • 聚合
    • 关联
    • 依赖
• 知识点
  • 数据类型
  • String
    • 不可变的好处
      • 1.可以缓存 hash 值
        • 因为 String 的 hash 值经常被使用，例如 String 用做 HashMap 的 key。不可变的特性可以使得 hash 值也不可变，因此只需要进行一次计算。
      • 2.String Pool 的需要
        • 如果一个 String 对象已经被创建过了，那么就会从 String Pool 中取得引用。只有 String 是不可变的，才可能使用 String Pool。
      • 3. 安全性
        • String 经常作为参数，String 不可变性可以保证参数不可变。例如在作为网络连接参数的情况下如果 String 是可变的，那么在网络连接过程中，String 被改变，改变 String 对象的那一方以为现在连接的是其它主机，而实际情况却不一定是。
      • 4. 线程安全
        • String 不可变性天生具备线程安全，可以在多个线程中安全地使用。
    • String, StringBuffer and StringBuilder
      • 1. 可变性
        • String不可变
          • 主要是因为string 受到了final的修饰
        • 另外两个可变
          • 基于动态数组， 基础长度16也就是需要扩容时，它会new 一个新数组，长度为原来的2倍
      • 2. 线程安全
        • String，StringBuffer线程安全
        • StringBuilder线程不安全
    • String.intern()
  • 运算
  • 继承
  • Object通用方法
  • 关键字
• 泛型机制详解
  • 注解基础
    • java内置注解
    • 元注解
    • 注解与反射接口
    • 自定义注解
  • 深入理解注解
    • java8提供了那些新的注解
    • 注解支持继承吗？
    • 注解实现的原理
  • 注解的应用场景
    • 配置化到注解化-框架的演进
    • 继承实现到注解实现-Junit3到junit4
    • 自定义注解和AOP-通过切面实现解耦
• 异常机制详解
• 反射机制详解
  • JAVA反射机制是在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意一个方法和属性；这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为java语言的反射机制。Java反射机制在框架设计中极为广泛，需要深入理解。
  • 反射基础
    • 反射就是把java类中的各种成分映射成一个个java对象 例如：一个类有：成员变量、方法、构造方法、包等等信息，利用反射技术可以对一个类进行解剖，把个个组成部分映射成一个个对象。
    • Class类
      • Class类，Class类也是一个实实在在的类，存在于JDK的java.lang包中。Class类的实例表示java应用运行时的类(class ans enum)或接口(interface and annotation)（每个java类运行时都在JVM里表现为一个class对象，可通过类名.class、类型.getClass()、Class.forName("类名")等方法获取class对象）。数组同样也被映射为为class 对象的一个类，所有具有相同元素类型和维数的数组都共享该 Class 对象。基本类型boolean，byte，char，short，int，long，float，double和关键字void同样表现为 class 对象。 Class类也是类的一种，与class关键字是不一样的。 手动编写的类被编译后会产生一个Class对象，其表示的是创建的类的类型信息，而且这个Class对象保存在同名.class的文件中(字节码文件) 每个通过关键字class标识的类，在内存中有且只有一个与之对应的Class对象来描述其类型信息，无论创建多少个实例对象，其依据的都是用一个Class对象。 Class类只存私有构造函数，因此对应Class对象只能有JVM创建和加载 Class类的对象作用是运行时提供或获得某个对象的类型信息，这点对于反射技术很重要(关于反射稍后分析)
    • 类加载
      • 类的加载机制流程
        • 1.加载
        • 链接
          • 2.连接
          • 3.初始化
          • 4.使用
        • 5.卸载
      • 类的加载
        • 1.类编译
        • 2.类加载
        • 类的结构放在栈区
        • 类的实例放入堆区
  • 反射的使用
    • 基于此我们如何通过反射获取Class类对象以及类中的成员变量、方法、构造方法等
    • Class类对象的获取
      • 在类加载的时候，jvm会创建一个class对象 class对象是可以说是反射中最常用的，获取class对象的方式的主要有三种 根据类名：类名.class 根据对象：对象.getClass() 根据全限定类名：Class.forName(全限定类名) @Test public void classTest() throws Exception { // 获取Class对象的三种方式 logger.info("根据类名: \t" + User.class); logger.info("根据对象: \t" + new User().getClass()); logger.info("根据全限定类名:\t" + Class.forName("com.test.User")); // 常用的方法 logger.info("获取全限定类名:\t" + userClass.getName()); logger.info("获取类名:\t" + userClass.getSimpleName()); logger.info("实例化:\t" + userClass.newInstance()); }
      • Class类的方法
        • forName() (2)为了产生Class引用，forName()立即就进行了初始化。 Object-getClass() getName() getSimpleName() getCanonicalName() isInterface() getInterfaces() getSupercalss() newInstance() getFields() getDeclaredFields
      • getName、getCanonicalName与getSimpleName的区别
        • getSimpleName：只获取类名 getName：类的全限定名，jvm中Class的表示，可以用于动态加载Class对象，例如Class.forName。 getCanonicalName：返回更容易理解的表示，主要用于输出（toString）或log打印，大多数情况下和getName一样，但是在内部类、数组等类型的表示形式就不同了。
    • Constructor类及其用法
    • Field类及其用法
      • Field 提供有关类或接口的单个字段的信息，以及对它的动态访问权限。反射的字段可能是一个类（静态）字段或实例字段。 同样的道理，我们可以通过Class类的提供的方法来获取代表字段信息的Field对象，Class类与Field对象相关方法如下： 方法返回值 方法名称 方法说明 Field getDeclaredField(String name) 获取指定name名称的(包含private修饰的)字段， 不包括继承的字段 Field[] getDeclaredField() 获取Class对象所表示的类或接口的所有(包含private修饰的) 字段,不包括继承的字段 Field getField(String name) 获取指定name名称、具有public修饰的字段，包含继承字段 Field[] getField() 获取修饰符为public的字段，包含继承字段 void set(Object obj, Object value) 将指定对象变量上此 Field 对象表示的字段设置为指定的新值。 Object get(Object obj) 返回指定对象上此 Field 表示的字段的值 Class<?> getType() 返回一个 Class 对象，它标识了此Field 对象所表示 字段的声明类型。 boolean isEnumConstant() 如果此字段表示枚举类型的元素则返回 true；否则返回 false String toGenericString() 返回一个描述此 Field（包括其一般类型）的字符串 String getName() 返回此 Field 对象表示的字段的名称 Class<?> getDeclaringClass() 返回表示类或接口的 Class 对象，该类或接口声明由此 Field 对象表示的字段 void setAccessible(boolean flag) 将此对象的 accessible 标志设置为指示的布尔值, 即设置其可访问性
    • Method类及其用法
      • Method 提供关于类或接口上单独某个方法（以及如何访问该方法）的信息，所反映的方法可能是类方法或实例方法（包括抽象方法）。 方法返回值 方法名称 方法说明 Method getDeclaredMethod 返回一个指定参数的Method对象， String name, Class<?>... parameterTypes) 该对象反映此 Class 对象所表示的类 或接口的指定已声明方法。 Method[] getDeclaredMethod() 返回 Method 对象的一个数组，这些对象反 映此 Class 对象表示的类或接口声明的 所有方法，包括公共、保护、默认（包）访 问和私有方法，但不包括继承的方法。 Method getMethod 返回一个 Method 对象，它反映此 Class 对 (String name, Class<?>... parameterTypes) 象所表示的类或接口的指定公共成员方法。 Method[] getMethods() 返回一个包含某些 Method 对象的数组， 这些对象反映此 Class 对象所表示的类或接 口（包括 那些由该类或接口声明的以及从超类 和超接口继承的那些的类或接口）的公共 member 方法。
  • 反射机制的执行流程
    • 反射获取类实例
    • 反射获取方法
    • 调用method.invoke（）方法
    • 反射调用流程小结
      • 最后，用几句话总结反射的实现原理： 1.反射类及反射方法的获取，都是通过从列表中搜寻查找匹配的方法，所以查找性能会随类的大小方法多少而变化； 2.每个类都会有一个与之对应的Class实例，从而每个类都可以获取method反射方法，并作用到其他实例身上； 3.反射也是考虑了线程安全的，放心使用； 4.反射使用软引用relectionData缓存class信息，避免每次重新从jvm获取带来的开销； 5.反射调用多次生成新代理Accessor, 而通过字节码生存的则考虑了卸载功能，所以会使用独立的类加载器； 6.当找到需要的方法，都会copy一份出来，而不是使用原来的实例，从而保证数据隔离； 7.调度反射方法，最终是由jvm执行invoke0()执行；
• SPI机制详解
  • 什么是SPI机制
    • SPI（Service Provider Interface），是JDK内置的一种 服务提供发现机制，可以用来启用框架扩展和替换组件，主要是被框架的开发人员使用，比如java.sql.Driver接口，其他不同厂商可以针对同一接口做出不同的实现，MySQL和PostgreSQL都有不同的实现提供给用户，而Java的SPI机制可以为某个接口寻找服务实现。Java中SPI机制主要思想是将装配的控制权移到程序之外，在模块化设计中这个机制尤其重要，其核心思想就是 解耦。 当服务的提供者提供了一种接口的实现之后，需要在classpath下的META-INF/services/目录里创建一个以服务接口命名的文件，这个文件里的内容就是这个接口的具体的实现类。当其他的程序需要这个服务的时候，就可以通过查找这个jar包（一般都是以jar包做依赖）的META-INF/services/中的配置文件，配置文件中有接口的具体实现类名，可以根据这个类名进行加载实例化，就可以使用该服务了。JDK中查找服务的实现的工具类是：java.util.ServiceLoader。
  • SPI机制的简单示例
  • SPI机制的广泛应用
    • JDBC DriverManager
      • 在JDBC4.0之前，我们开发有连接数据库的时候，通常会用Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")这句先加载数据库相关的驱动，然后再进行获取连接等的操作。而JDBC4.0之后不需要用Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")来加载驱动，直接获取连接就可以了，现在这种方式就是使用了Java的SPI扩展机制来实现。  1.JDBC接口定义 首先在java中定义了接口java.sql.Driver，并没有具体的实现，具体的实现都是由不同厂商来提供的。 2.mysql实现||postgresql实现 在mysql的jar包mysql-connector-java-6.0.6.jar中，可以找到META-INF/services目录，该目录下会有一个名字为java.sql.Driver的文件，文件内容是com.mysql.cj.jdbc.Driver，这里面的内容就是针对Java中定义的接口的实现。 同样在postgresql的jar包postgresql-42.0.0.jar中，也可以找到同样的配置文件，文件内容是org.postgresql.Driver，这是postgresql对Java的java.sql.Driver的实现。 3.使用方法 上面说了，现在使用SPI扩展来加载具体的驱动，我们在Java中写连接数据库的代码的时候，不需要再使用Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")来加载驱动了，而是直接使用如下代码： String url = "jdbc:xxxx://xxxx:xxxx/xxxx"; Connection conn = DriverManager.getConnection(url,username,password); ..... 原理： 上面的使用方法，就是我们普通的连接数据库的代码，并没有涉及到SPI的东西，但是有一点我们可以确定的是，我们没有写有关具体驱动的硬编码Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")！ 上面的代码可以直接获取数据库连接进行操作，但是跟SPI有啥关系呢？上面代码没有了加载驱动的代码，我们怎么去确定使用哪个数据库连接的驱动呢？这里就涉及到使用Java的SPI扩展机制来查找相关驱动的东西了，关于驱动的查找其实都在 DriverManager中，DriverManager是Java中的实现，用来获取数据库连接 其中loadInitialDrivers的作用是： 从系统变量中获取有关驱动的定义。 使用SPI来获取驱动的实现。 遍历使用SPI获取到的具体实现，实例化各个实现类。 根据第一步获取到的驱动列表来实例化具体实现类。 首先调用driversIterator.hasNext()方法，这里会搜索classpath下以及jar包中所有的META-INF/services目录下的java.sql.Driver文件，并找到文件中的实现类的名字，此时并没有实例化具体的实现类（ServiceLoader具体的源码实现在下面）。 然后是调用driversIterator.next();方法，此时就会根据驱动名字具体实例化各个实现类了。现在驱动就被找到并实例化了。
    • SPI机制-Common-Logging
    • SPI机制-插件体系
      • 其实最具spi思想的应该属于插件开发，我们项目中也用到的这种思想，后面再说，这里具体说一下eclipse的插件思想。 Eclipse使用OSGi作为插件系统的基础，动态添加新插件和停止现有插件，以动态的方式管理组件生命周期。 一般来说，插件的文件结构必须在指定目录下包含以下三个文件： META-INF/MANIFEST.MF: 项目基本配置信息，版本、名称、启动器等 build.properties: 项目的编译配置信息，包括，源代码路径、输出路径 plugin.xml：插件的操作配置信息，包含弹出菜单及点击菜单后对应的操作执行类等 当eclipse启动时，会遍历plugins文件夹中的目录，扫描每个插件的清单文件MANIFEST.MF，并建立一个内部模型来记录它所找到的每个插件的信息，就实现了动态添加新的插件。 这也意味着是eclipse制定了一系列的规则，像是文件结构、类型、参数等。插件开发者遵循这些规则去开发自己的插件，eclipse并不需要知道插件具体是怎样开发的，只需要在启动的时候根据配置文件解析、加载到系统里就好了，是spi思想的一种体现。
    • SpI机制-Spring中的SPI机制
      • 在springboot的自动装配过程中，最终会加载META-INF/spring.factories文件，而加载的过程是由SpringFactoriesLoader加载的。从CLASSPATH下的每个Jar包中搜寻所有META-INF/spring.factories配置文件，然后将解析properties文件，找到指定名称的配置后返回。需要注意的是，其实这里不仅仅是会去ClassPath路径下查找，会扫描所有路径下的Jar包，只不过这个文件只会在Classpath下的jar包中。
  • SPI机制深入理解
    • SPI机制通常怎么使用
      • 1.定义标准 定义标准，就是定义接口。比如接口java.sql.Driver 2.具体厂商或者框架开发者实现 厂商或者框架开发者开发具体的实现： 在META-INF/services目录下定义一个名字为接口全限定名的文件，比如java.sql.Driver文件，文件内容是具体的实现名字，比如me.cxis.sql.MyDriver。 写具体的实现me.cxis.sql.MyDriver，都是对接口Driver的实现。 3.程序猿使用 我们会引用具体厂商的jar包来实现我们的功能： ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class); //获取迭代器 Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator(); //遍历 while(driversIterator.hasNext()) { driversIterator.next(); //可以做具体的业务逻辑 }
    • SPI与API的区别
      • 第一个SPI和API的区别？ SPI - “接口”位于“调用方”所在的“包”中 概念上更依赖调用方。 组织上位于调用方所在的包中。 实现位于独立的包中。 常见的例子是：插件模式的插件。 API - “接口”位于“实现方”所在的“包”中 概念上更接近实现方。 组织上位于实现方所在的包中。 实现和接口在一个包中。 第二个什么时候用API，什么时候用SPI？
    • SPI机制实现原理
    • SPI机制的缺陷
      • 1.不能按需加载，需要遍历所有的实现，并实例化，然后在循环中才能找到我们需要的实现。如果不想用某些实现类，或者某些类实例化很耗时，它也被载入并实例化了，这就造成了浪费。 2.获取某个实现类的方式不够灵活，只能通过 Iterator 形式获取，不能根据某个参数来获取对应的实现类。 3.多个并发多线程使用 ServiceLoader 类的实例是不安全的。