学号20145220 《Java程序设计》第6周学习总结

教材学习内容总结

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。

dump()方法接受InputStream与OutputStream实例,分别代表读取数据的来源,以及输出数据的目的地。

FileIntputStream是InputStream的子类,用于衔接文档以读入数据,FileOutStream是OutputStream的子类,用于衔接文档以写出数据。
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。

10.1.2串流继承结构
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。

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。

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。主要操作了InputSream的read()抽象方法,可以从文档中读取数据。

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。主要操作了OnputSream的write()抽象方法,可以写出数据至文档。

无论FileInputStream还是FileOutputStream,在读取、写入文档时是以字节为单位,通常会使用一些高阶类进行打包,不使用时都要使用close()关闭文档。

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。

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BufferedIutputStream、BufferedOnputStream,具备数据转换处理的DataInputStream、DataOutputStream,具备对象串行化能力的ObjectInputStream、ObjectOutputStream等。

10.2字符处理类
10.2.1Reader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。

-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。

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。

eg:Member类可以调用save()储存Member实例本身的数据,文件名为Member的会员号码,调用Member.load()指定会员号码,则可以读取文档中的会员数据。

import java.io.IOException;
import static java.lang.System.out;

public class MemberDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
Member[] members = {
new Member("B1234", "Justin", 90),
new Member("B5678", "Monica", 95),
new Member("B9876", "Irene", 88)
};
for(Member member : members) {
member.save();
}
out.println(Member.load("B1234"));
out.println(Member.load("B5678"));
out.println(Member.load("B9876"));
}
运行结果

10.2.2字符处理装饰器
1.InputStreamReader与OutputStreamWriter
InputStreamReader、OutputStreamWriter对串流数据打包。
2.BufferedReader与BufferedWriter
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。
3.PrintWriter
PrintWriter、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。
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。

eg:TortoiseHareRace2.java。

运行结果

10.1.2Thread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。

setDeamon()方法用来设定一个线程是否为Daemon线程。

如果没有使用setDeamon()设定为true,则程序会不断的输出Orz而不终止。

isDaemon()方法可以判断线程是否为Daemon线程。

运行结果

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)。
eg:DaemonDemo.java。

3.安插线程
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。

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。

eg:InterruptedDemo.java。

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 。

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。

11.1.5synchronized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。

eg:ThreadGroupDemo2.java。

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。

eg:Variable2Test.java。

运行结果

eg:Variable3Test.java

运行结果

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。

线程要进入synchronized范围前,要先取得指定对象的锁定。执行synchronized范围的程序代码期间,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而处于阻断状态。

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,知道被中断或是告知可以参与排班。

wait()一定要在条件式成立的循环中执行。

11.2并行API
11.2.1Lock、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。

想要锁定Lock对象,可以调用其lock()方法,只有取得Lock对象锁定的线程才可以继续往后执行程序代码,要解除锁定可以调用Lock对象的unclock()。

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。
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。

eg:FutureCallableDemo.java。

运行结果

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。
通用的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
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。

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。

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 | 2000行 | 30篇 | 400小时 | |
| 第一周 | 100/100 | 2/2 | 20/20 | |
| 第二周 | 200/200 | 2/4 | 18/38 |

参考资料