极*Java速成教程 - (8)

Java高级特性

注解

注解可以在代码之外添加更多的信息，更加完整地描述程序，帮助编译器进行工作，或者实现某些特定的Java代码之外的功能。

注解可以简化某些重复的流程，自动化那些过程。

注解的使用

注解的使用与其他修饰符的使用没有区别。Java提供了三种标准注解：

• @Override
  
  表明该方法将要覆盖父类的方法，当方法签名与被覆盖方法不同时，编译器就会报错。
• @Deprecated
  
  如果开发者使用了被注解的元素，那么编译器就会发出警告。
• @SuppressWarnings
  
  关闭不当的编译器警告信息。

注解的定义

在使用注解前，需要对注解进行定义。注解不支持继承，注解的定义像一个空的接口，使用@interface的修饰，定义注解时，上方需要一些元注解。

元注解有四种，用于注解其他的注解：

• @Target 用于定义你的注解应用于什么地方，比如一个方法或者一个域
  • CONSTRUCTOR 构造器的声明
  • FIELD 域声明
  • LOCAL_VARIABLE 局部变量声明
  • METHOD 方法声明
  • PACKAGE 包声明
  • PARAMETER 参数声明
  • TYPE 类、接口（包括注解类型）或enum声明
• @Retention 用来定义注解在哪一个级别可以用，如源代码中、类文件中或运行时。
  • SOURCE 注解将被编译器丢弃
  • CLASS 注解在class文件中可用，但会被VM丢弃
  • RUNTIME VM将在运行期也保留注解，因此可以通过反射机制读取注解的信息
• @Documented 将此注解包含在Javadoc中
• @Inherited 允许子类继承父类中的注解

注解中可以包含一些元素以表示某些值，如果没有元素，那么这种注解叫标记注解。注解的元素可以有默认值。

注解的定义和使用如下：

import java.lang.annotation.*;

@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface UseCase {
  public int id();
  public String description() default "no description";
}

import java.util.*;

public class PasswordUtils {
  @UseCase(id = 47, description =
  "Passwords must contain at least one numeric")
  public boolean validatePassword(String password) {
    return (password.matches("\\w*\\d\\w*"));
  }
}

在设置了注解后，还需要创建注解处理器，对注解进行处理。可以使用类的getDeclaredMethods()获取本类除继承以外的所有方法，getAnnotation()方法获取指定类型的方法注解。

注解元素

注解中可以使用注解元素来记录注解信息。

注解中可以使用如下类型：

• 所有基本类型
• String
• Class
• enum
• Annotation
• 以上类型的数组

元素必须有默认值，否则就必须在使用注解时提供值。对于非基本类型元素，不能以null值为其值（但是空字符串""和特定含义的负值是允许的）

Java的apt工具

在Java中，可以使用apt工具调用注解处理器，使其进行针对源代码的注解处理。必须提供一个工厂类或者工厂类的路径。

但在Java7以上，推荐使用javax.annotation.processing工具进行注解处理器的开发。相关内容参考注解处理器详解

并发

并行的方法

使用runnable接口

线程可以驱动任务，任务可以通过实现Runnable接口并编写run()方法来描述。

将Runnable对象提交给Thread构造器，可以创建一个线程来驱动任务。然后使用Thread类的start()方法，就可以启动任务。

通过java.util.concurrent包中的Executor类，可以对Thread对象进行管理。

通过newCachedThreadPool()方法创建线程池，然后对ExecutorService对象调用execute()方法注册任务，即可进行并行处理。调用shutdown()方法即可停止接受新任务。

除了CachedThreadPool，还有FixedThreadPool等线程池可以使用，FixedThreadPool可以一次性预先执行代价高昂的线程分配任务，同时对线程数量也可以进行限制。SingleThreadExecutor同时只会运行一个线程，这个执行器会序列化提交的任务，同时维护一个任务队列，依次执行。

在所有线程池中，在现有线程可能的情况下，都会被自动复用。

使用Callable接口

通过实现Callable接口，类也可以并发执行，通过call()方法可以在任务完成后返回一个返回值。这种方法必须使用ExecutorService对象的submit()方法提交任务。

submit()方法会产生Future对象，该对象可以用isDone()方法查询是否已经完成，当任务完成时，可以使用get()方法获取返回结果。get()方法同时也是一个阻塞方法。

可以在类的内部，通过内部类的方法继承Thread类或者是实现runnable接口，达到多线程的效果。

并行的控制

通过Thread.sleep()方法或者是TimeUnit.MILLISECONDS.sleep()方法，可以使线程休眠。

在run()方法内（在构造器中设置无效）使用线程对象的setPriority()方法可以设置线程优先级，getPriority()方法可以获取线程优先级，JDK的优先级和操作系统优先级并不对应，可移植的方法是使用Thread.MIN_PRIORITY，Thread.MAX_PRIORITY和Thread.NORM_PRIORITY。

使用yield()可以暗示在线程调度中可以做出让步（并不保证实现）。

在线程启动前，使用Thread对象的setDeamon()方法可以设置线程为后台线程。通过实现ThreadFactory接口，可以在接口内的newThread()方法中对创建的Thread进行setDeamon()设置。可以通过isDeamon()查询线程是否为后台线程。

对线程对象调用join()方法，可以将本线程挂起，直到超时或目标线程t结束才恢复。interrupt()方法会中断join，并且设置中断标志。isInterrupted()方法根据中断标志返回值，然而中断时会抛出异常，异常被捕获时会清理这个标志。

并行的异常处理

可以通过在ThreadFactory类中通过setUncaughtExceptionHandler()方法将一个实现了Thread.UncaughtExceptionHandler接口的异常处理器附加到线程上，如果线程抛出异常，那就交由异常处理器进行处理。还可以使用setDefaultUncaughExceptionHandler()方法设置线程的默认异常处理器。

并行的竞争控制

可以通过synchronized关键词对共享资源进行修饰，Java即可自动检查资源是否有锁，是否可用。在使用synchronized关键字时，域应该时private的，否则关键字不能保证其他任务不会访问域造成冲突。

还可以通过synchronized关键词对代码块进行同步控制，语法如下，this可替换为进行同步的对象：

synchronized(this){
    XXX;
}

还可以使用java.util.concurrent类库中的locks类显式地加锁。lock类可以通过lock();tryLock()和unlock()方法加锁去锁。ReentrantLock允许尝试获取但是最终没有获取锁，当没有获取到锁时可以离开进行其他处理而不是等待。

原子性和易变性

long和double以外的基本数据类型的简单操作具有原子性，对long和double变量加以volatile修饰，可以使其具有赋值和返回操作的原子性。

volatile保证所修饰的对象是在所有处理器缓存和主存中是同步的，这对于多个线程同时访问一个对象很有意义。

除非是真正的专家，否则不要依赖原子性。

使用原子类

AtomicInteger等相关类等特殊原子性变量类可以保证原子性，但是被设计用来构建java.util.concurrent中的类，因此尽可能不要用，用了也要确保不会出现其他问题，依赖于锁更安全。

线程本地储存

使用ThreadLocal类可以为每个线程储存其独一份的对象，因此不会出现竞争。ThreadLocal类常当作静态域储存。

结束任务

在进程任务中，有时候不得不突然性地打断任务，可以（但是最好不要）使用Thread的interrupt()或interrupted()方法，也可以使用Executor的shutdownNow()方法关闭执行器上的所有线程任务，或者通过持有任务的Future对象，调用其cancel()方法打断执行器上某一个线程的任务。

但是I/O任务和synchronized块上的等待不可打断。此时为了中断阻塞的线程，只能通过关闭底层资源来释放锁。使用ReentrantLock锁可以被打断。

并行任务的协作

可以通过wait()和notify()/notifyAll()来实现进程间的握手问题。Java还提供了具有await()和signal()方法的Condition对象，通过锁上的Condition对象进行协作通信，这是一种更安全的方式。

当线程wait()时，将会释放对象的锁。而搭配使用notifyAll()的时候，只有等待特定锁的任务才会被唤醒。

在进行协作时，必须对一个特定的检查条件来对wait()操作条件进行检查，否则可能因为操作顺序的原因导致死锁的发生。

while(Something){
    wait()
}

同步队列

java.util.concurrent.BlockingQueue接口提供了同步队列，任何时刻都只允许一个任务插入或移除元素，这个接口有LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue（固定尺寸）等实现。

管道

通过使用PipedWriter（允许任务向管道写）和PipedReader（允许不同任务从管道中读）类，可以通过管道，让多个线程从中进行通信。

没有数据传输时，管道自动阻塞。管道I/O可以被interrupt中断，这一点不同与系统I/O。

一些关于并发的支持

CountDownLatch

这个类可以设置一个计数，线程每次调用countDown()方法都会使计数-1，而await()方法在计数归零前会持续阻塞。

CyclicBarrier

这个类提供一个计数功能，该类的对象进行await()可以使计数-1，当计数归零时，CyclicBarrier会执行一次某一特定任务，然后await()所在的线程被唤醒。

DelayQueue

该类可以存放实现了Delayed接口的对象，该对象有一个延迟时间，只有在到期时才能从队列中取走，到期时间越长的排的越前。如果没有到期的，那么队列就没有头元素，poll()将返回空。

PriorityBlockingQueue

优先级队列，可以进行阻塞性的读取操作。

ScheduledExecutor

ScheduledThreadPoolExecutor类提供了schedule()（在延迟后运行一次任务）和scheduleAtFixedRate()（每隔一段时间重复执行任务）方法。

Semaphore

信号量机制，最多可以签发n个许可，允许n个任务同时访问这个资源，当没有资源时会进行阻塞。可以通过acquire()方法获取许可，通过release()方法解锁许可。

Exchanger

该类可以对两个线程持有的对象进行互换。在执行exchange()方法之前两个进程是互斥等待的。

免锁容器

CopyOnWriteArrayList在写入的时候创建原数组的副本进行写入，写入完成后使用一个原子性的操作将新的数组换入，不影响在写的同时读数据。

CopyOnWriteArraySet基于CopyOnWriteArrayList实现免锁行为

ConcurrentHashMap和ConcurrentLinkedQueue使用了类似计数，可以并发读取和写入，但是容器中只有部分内容而不是整个容器能被复制和修改，在修改完成前，读取者依然不能看到它们。

乐观锁

针对Aromic对象，可以执行decreamentAndGet()这样的原子方法，但是某些类允许使用compareAndSet()这样的方法，该方法会乐观地认为在操作期间没有其他人修改当前对象，该方法会同时提交新值和旧值，如果旧值不同，那么就需要开发者进行一些相应的处理了。

ReadWriteLock

读写锁对不频繁写入但是频繁读取的情况进行了优惠，可以同时拥有多个读取者，只要他们不写入即可，但是如果有人获得了写锁，那么在写锁释放前所有读者都不可以访问这个对象。