《Java程序员修炼之道》

原子类：java.util.concurrent.atomic

线程锁：java.util.concurrent.locks

对付死锁：boolean acquired = lock.tryLock(wait,TimeUtils.MILLISECONDS);

CountDownLatch锁存器：让线程在同步前做准备工作。

CopyOnWriteArrayList

BlockingQueue<LsxUnit<MyClass>>

控制执行：

任务：Callable, Future, FutureTask

执行者：ScheduledThreadPoolExecutor

分至合并框架：ForkJoinPool

比线程小的并发单元：ForkJoinTask 

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第1章 初识Java7

路线图

第一部分：全面介绍Java7新特性

第1章：介绍了Java7及其Coin项目

第2章：全面介绍新I/O API，包括对文件系统API的全面梳理，新的异步I/O能力。

第二部分：Java关键编程知识和技术

第3章：依赖注入技术

第4章：现代并发开发

第5章：JVM的类文件和字节码（Java工作原理）

第6章：Java应用程序调优，垃圾收集器

第三部分：JVM上的新语言和多语言编程

 

第四部分：平台和多语言编程知识付诸实践

——依赖注入，测试驱动开发，持续集成系统Jenkins。

——JVM上的多语言开发：Groovy,Scala,Clojure。

——并发，性能，字节码，类加载

——Java未来发展：lambda表达式，模块化Jigsaw项目。

初识Java7

Java7的变化为两块：Coin项目，NIO.2。

1.1 Java语言和平台的区别

Java系统规范中最重要的是：《Java语言规范》JLR和《JVM规范》VMSpec。

连接Java语言平台之间的是：统一的类文件.class格式定义。

大多数流行框架会在类加载过程中对类进行改造。

流程：.java(javac).class(类加载器)转换后的.class(解释器)可执行代码(JIT编译器)机器码。

注意：JVM字节码实际上只是一种中间语言，不是真正的机器码。

而所谓的编译器javac也不同于gcc，它只是一个针对Java源码生成类文件的工具。

Java体系中真正的编译器是JIT。

1.2 Coin项目：浓缩的都是精华

硬币一样小的变化。

提供新功能（难度递增）：1.类库 2.工具提供的功能 3.语法糖4.语言新特性 5.类文件格式的变化 6.VM的新特性

——语法糖：数字中的下划线（Java7）

——新的语言小特性，try-with-resources（Java7）

——类文件格式的变化，注解（Java5）

——JVM的新特性，动态调用（Java7）

Coin项目：3.语法糖4.语言新特性。

1.3 Coin项目中的修改

语法的6个新特性：

1.switch语句中的String。

2.数字常量的新形式。

3.改进的异常处理Multi-catch。

4.try-with-resources结构，自动关闭资源。

5.砖石语法：处理泛型。

6.变参警告位置的修改

1.3.1 switch语句中的String

支持byte,char,short,int,枚举常量和String

1.3.2 更强的数值文本表示法

——    数字常量可用二进制文本表示

——    整形常量中可使用下划线

以前：int x = Integer.parseInt("1100110",2);

Java7：int x = 0b1100110 （与二进制打交道）

100_00_000：编译器会在编译时去掉下划线

long anotherLong = 2_147_483-648L;

1.3.3 改善后的异常处理

multicatch与final重抛。

try{....} catch(FileNotFoundException | ParseExceptoin  e) {.....}

catch(final Exception e ) {......}

final重抛：表明实际抛出的异常就是运行时遇到的异常。避免抛出笼统的异常类型。

1.3.4 try-with-resourch（TWR）

离开代码块时，资源自动关闭。文件或类似的东西。

把资源放在try的圆括号里：

try(    OutputStream out = new FileOutputStream(file);

InputStream is = url.openStream()        ) {

byte[] buf = new byte[4096];

int len;

while((len = is.read(buf))>0){

out.write(buf,0,len);

}

}

资源自动化管理代码块的基本形式

正确的用法：为各个资源声明独立变量

try(FileInputStream in = new FileInputStream("SomeFile.bin");

ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(fin) ){......}

Java7中大多数资源类都被修改过，实现AutoCloseable接口。

1.3.5 砖石语法

针对创建泛型定义和实例太多繁琐的问题

原来：

Map<Integer,Map<String,String>> usersLists =

new HashMap<Integer,Map<String,String>>();

类型推断改进：

Map<Integer,Map<String,String>> usersLists =

new HashMap<>();

1.3.6 简化变参方法调用

远离类型系统

修改语言非常困难，用类库实现新特性总是相对容易一些。

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第2章 新I/O

本章内容：

——新I/O API（NIO.2）

——Path：基于文件和目录的I/O新基础

——Files应用类和各种辅助方法

——如何实现常见的I/O应用场景

——介绍异步I/O

核心类库的变化，java.nio包内。掌握Java之前版本处理I/O的方法。

优点：

——完全取代java.io.File与文件系统的交互。

——新的异步处理类，无需手动配置线程池和其他底层并发控制。便可在后台线程中执行文件和网络I/O操作。

——引入新的Network-Channel构造方法，简化了套接字与通道的编码工作。

Java7的NIO.2 API支持目录树导航（Files.walkFileTree()），符号链接Files.isSysbolicLink()，能用一行代码读取文件属性（Files.readFileAttributes()）

读取这些文件很可能打断程序的主流程。面对这一要求，在Java5/6时代可能会用java.util.concurrent中的类创建线程池和工作线程队列，再用单独后台线程读取文件。

NIO.2 API 中用AsynchronousFileChannel，不用指定工作线程或队列就可在后台读取大型文件。

NIO2为多线程文件和套接字访问的应用提供了一个简单的抽象层。IDE，应用服务器和各种流行的框架会大量应用这些特性。

将try-with-resources和NIO.2中的新API结合起来可以写出非常安全的I/O程序。

先了解新的文件系统抽象层：Path和它的辅助类。Path之上，常用的文件系统操作，复制和移动文件。

2.1 Java I/O简史

2.1.1 Java1.0-1.3

缺乏对非阻塞I/O的支持。

2.1.2 在Java1.4中引入NIO

——在Java1.4中引入非阻塞I/O

——在Java7中对非阻塞I/O进行修改

2002年发布Java1.4时新增的特性：

——为I/O操作抽象出缓冲区和通道层。

——字符集的编码和解码功能。

——提供了能够将文件映射为内存数据的接口。

——实现非阻塞I/O的能力。

——基于流行的Perl实现的正则表达式类库。

但那时对文件系统中的文件和目录处理而言支持力度还不够。那时的java.io.File类有些比较烦人的局限性。

——在不同的平台中对文件名的处理不一致。

——没有统一的文件属性模型（比如读写访问模型）

——遍历目录困难。

——不能使用平台/操作系统的特性

——不支持文件系统的非阻塞操作。

2.1.3 下一代I/O - NIO.2

NIO.2的三个主要目标：

（1）提供一个批量获取文件属性的文件系统接口。去掉和特定文件系统相关的API，还有一个用于引入标准文件系统实现的服务提供者接口。

（2）提供一个套接字和文件都能够进行异步（与轮询、非阻塞相对）I/O操作的API。

（3）完成JSR-51中定义的套接字——通道功能，包括额外对绑定，选项配置和多播数据报的支持。

2.2 文件I/O的基石：Path

NIO.2把位置（Path表示）的概念，和物理文件系统的处理（复制一个文件）分得很清楚。

物理文件系统的处理通常是由Files辅助类实现。

2.2.1 创建一个Path

Paths.get(String first, String...more)

Path listing = Path.get("/usr/bin/zip")

listing.toAbsolutePath()

2.2.2 从Path中获取信息

正在处理的路径的相关信息。

listing.getFileName()

listing.getNameCount()获取名称元素的数量

listing.getParent()

listing.getRoot()

listing.sunpath(0,2)

2.2.3 移除冗余项

Path normalizedPath = Paths.get("./Listing_2_1.java").normalize();

toRealPath()方法融合了toAbsolutePath()和normalize()两个方法，还能检测并跟随符号链接。

2.2.5 NIO.2 Path和Java已有的File类

File file = new File("../Listing_2_1.java");

Path listing = file.toPath();

listing.toAbsolutePath();

file = listing.toFile();

2.3 处理目录和目录树

2.3.1 在目录中查找文件

Path dir = Paths.get("C:\\workspace\\java7developer");

try(DirectoryStream<Path> stream = Files.newDirectoryStream(dir, "*.properties")){

for(Path entry: stream)

{

    System.out.println(entry.getFileName());

}

}catch(IOException e){

        System.out.println(e.getMessage());

}

过滤流中使用到的模式匹配称为glob模式匹配。

2.3.2 遍历目录树

Files.walkFileTree(Path startingDir, FileVisitor<? super Path> visitor);

默认实现类：SimpleFileVisitor<T>

public class Find

{

 public static void main(String[] args) throws IOException

 {

  Path startingDir = Paths.get("C:\\workspace\\java7developer\\src");

  Files.walkFileTree(startingDir,new FindJavaVisitor());

 }

 

 private static class FindJavaVisitor extends SimpleFileVisitor<Path>

 {

  @Override

  public FindVisitorResult visitFile(Path file,BasicFileAttributes attrs)

  {

   if(file.toString().endsWith(".java")){

    System.out.println(file.getFileName());

   }

   return FindVisitorResult.CONTINUE;

  }

 }

}

2.4 NIO.2的文件系统I/O 

Files类（复制移动删除或者处理文件的工具类），WatchService类（监视文件或目录的核心类）。

 

2.4.1 创建和删除文件
Path target = Paths.get("D:\\backup\\lisuxuan.txt");

Path file = Files.createFile(target);
2.4.2 文件的复制和移动

Path source = Path.get("...");

Files.copy(source,target,REPLACE_EXISTING);

Files.move(Path source,Path target,CopyOptions...);

2.4.3 文件的属性

Files.getLastModifiedTime(zip);

Files.size(zip);

Files.readAttributes(zip,"*");

2.4.4 快速读取文件

1.打开文件

用带缓冲区的读取器和写入器或者输入输出流。

Path logFile = Paths.get("/tmp/app.log");

try(BufferedReader reader = Files.newBufferedReader(logFile,StandardCharsets.UTF_8)){

String line;

while( (line = reader.readline())!= null ){

...

}

}

打开写入文件

Path logFile = Paths.get("/tmp/app.log");

try(BufferedWriter writer= Files.newBufferedWriter(logFile,StandardCharsets.UTF_8,StandardOpenOption.WRITE)){

Writer.write("hello world!");

...

}

}

设置字符编码 new String(byte[],StandardCharsets.UTF_8)

兼容过去基于java.io包的I/O：

Files.newInputStream(Path,OpenOption...)

读取全部行和全部字节的简化方法：

Path logFile = Paths.get("/tmp/app.log");

List<String> lines = Files.readAllLines(logFile,StandardCharsets.UTF_8);

byte[] bytes = Files.readAllBytes(logFile);

2.4.5 文件修改通知

2.4.6 SeekableByteChannel

java.nio.channels.FileChannel

这个类的寻址能力让开发人员可以灵活的处理文件内容。

Path logFile = Paths.get("c:\\temp.log");

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

FileChannel channel = FileChannel.open(logFile,StandardOpenOption.READ);

channel.read(buffer,channel.size() - 1000);

2.5 异步I/O 操作

作用：可以使用多个后台线程读写文件、套接字和通道中的数据。

AsynchronousFileChannel

AsynchronousSocketChannel

AsynchronousServerSocketChannel

2.5.1 将来式

使用java.util.concurrent.Future接口。

当你希望由主控线程发起I/O操作，并轮询等待结果时，一般都会采用将来式异步处理。

Future：用来保存异步处理的操作结果。

实现：API/JVM为执行这个任务创建了线程池和通道组。

AsynchronousFileChannel会关联线程池，它的任务是接收I/O处理事件，并分发给负责处理通道中I/O操作结果的结果处理器。跟通道中发起的I/O操作关联的结果处理器确保是由线程池中的某个线程产生的。

默认线程池是由AsynchronousChannelGroup类定义的系统属性进行配置的。

2.5.2 回调式

主线程会派一个侦察员CompletionHandler到独立的线程中执行I/O操作。这个侦查员将带着I/O操作的结果返回到主线程中，这个结果会触发自己的completed或failed方法。

在异步事件刚一成功或者失败并需要马上采取行动的时候，采用回调式。

代码清单2-9 异步I/O——回调式

============================================

try

{

 Path file = Paths.get("/usr/karianna/foobar.txt");

 AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(file);

 

 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(100_000);

 

 channel.read(buffer,0,buffer,new CompletionHandler<Integer,ByteBuffer>()

 {

  public void completed(Integer result,ByteBuffer attachment)

  {

   System.out.println("Bytes read [" + result + "]");

  }

  public void failed(Throwable exception,ByteBuffer attachment)

  {

   System.out.println(exception.getMessage());

  }

 });

}catch(IOException e)

{

 System.out.println(e.getMessage());

}

2.6 Socket和Channel的整合

NetworkChannel

——通道：java.nio.Channels包，表示连接到执行I/O操作的实体，比如文件和套接字，定义用于多路传输，非阻塞I/O操作的选择器。

——java.net.Socket类，
2.6.1 NetworkChannel
新接口java.nio.channels.NetworkChannel代表一个连接到网络套接字通道的映射。

 

package com.java7developer.chapter2;

 

import java.io.IOException;

import java.net.InetSocketAddress;

import java.net.SocketAddress;

import java.net.SocketOption;

import java.net.StandardSocketOptions;

import java.nio.channels.NetworkChannel;

import java.nio.channels.spi.SelectorProvider;

import java.util.Set;

 

public class Listing_2_10 {

 

  public static void main(String[] args) {

    SelectorProvider provider = SelectorProvider.provider();

    try {

      NetworkChannel socketChannel = provider.openSocketChannel();

      SocketAddress address = new InetSocketAddress(3080);

      socketChannel = socketChannel.bind(address);

 

      Set<SocketOption<?>> socketOptions = socketChannel.supportedOptions();

 

      System.out.println(socketOptions.toString());

      socketChannel.setOption(StandardSocketOptions.IP_TOS, 3);

      Boolean keepAlive = socketChannel

          .getOption(StandardSocketOptions.SO_KEEPALIVE);

    } catch (IOException e) {

      System.out.println(e.getMessage());

    }

  }

}

 

2.6.2 MuticastChannel

package com.java7developer.chapter2;

 

import java.io.IOException;

import java.net.InetAddress;

import java.net.InetSocketAddress;

import java.net.NetworkInterface;

import java.net.StandardProtocolFamily;

import java.net.StandardSocketOptions;

 

import java.nio.channels.DatagramChannel;

import java.nio.channels.MembershipKey;

 

public class Listing_2_11 {

 

  public static void main(String[] args) {

    try {//选择网络接口

      NetworkInterface networkInterface = NetworkInterface.getByName("net1");

 

      DatagramChannel dc = DatagramChannel.open(StandardProtocolFamily.INET);

 

      dc.setOption(StandardSocketOptions.SO_REUSEADDR, true);

      dc.bind(new InetSocketAddress(8080));

      dc.setOption(StandardSocketOptions.IP_MULTICAST_IF, networkInterface);

 

      InetAddress group = InetAddress.getByName("180.90.4.12");

      MembershipKey key = dc.join(group, networkInterface);

    } catch (IOException e) {

      System.out.println(e.getMessage());

    }

  }

}

 

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第3章 依赖注入

第二部分 关键技术

——依赖注入。

——Java并发能力。Java内存模型，这个模型中的线程和并发是如何实现的。

——类加载，JVM如何加载、链接、验证类。反射：Java7的MethodHandler、MethodType和动态调用。

——字节码。

——垃圾回收和即时编译器。这是JVM能够影响性能的两个主要部分。

 

第3章 依赖注入

3.1 理解IoC和DI

依赖注入：使得对象从别人得到依赖项，而不是由它自己来构造。

 

3.1.1 控制反转

IoC思想：会有另一段代码拥有最初的控制线程，并且由它来调用你的代码。而不是代码调用它。

3.1.2 依赖注入

DI容器：Guice,Spring和PicoContainer。

3.1.3 转成DI

package com.java7developer.chapter3;

 

import java.util.List;

 

/**

 * Code for listing 3_1 - AgentFinder interface

 */

public interface AgentFinder {

 

  public List<Agent> findAllAgents();

 

}

 

使用工厂或服务定位器模式：

问题：代码中注入的是一个引用凭据，而不是真正实现接口的对象。

 

DI技术取代工厂模式：

手工DI注入

package com.java7developer.chapter3;

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

/**

 * Code for listing 3_4

 */

public class HollywoodServiceWithDI {

  public static List<Agent> getFriendlyAgents(AgentFinder finder) {

    List<Agent> agents = finder.findAllAgents();

    List<Agent> friendlyAgents = filterAgents(agents, "Java Developers");

    return friendlyAgents;

  }

  public static List<Agent> filterAgents(List<Agent> agents, String agentType) {

    List<Agent> filteredAgents = new ArrayList<>();

    for (Agent agent : agents) {

      if (agent.getType().equals("Java Developers")) {

        filteredAgents.add(agent);

      }

    }

    return filteredAgents;

  }

}

 

 

DI框架的优势：它可以随时随地为你的代码提供依赖项。

 

3.2 Java中标准的DI

2009年Guice和SpringSource宣布合作，共同打造一组标准的接口注解。JSR-330规范请求。倡导JavaSE的DI标准化。（javax.inject）

3.2.1 @Inject注解

注解（构造器，方法，属性）

 

接下来是如何限定（进一步标识）注入的对象。

3.2.2 @Qualifier注解

 

3.2.3 @Named注解

Named注解是一个特别的@Qualifier注解。用名字标明要注入的对象。

 

3.2.4 @Scope注解

 

3.2.5 @Singleton注解

标准的生命周期注解。

3.3 Java中的DI参考实现：Guice 3

 

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第4章 现代并发

——并发理论。——块结构并发。——java.util.concurrent包（基本并发构建块）。

——用分支/合并框架实现轻量级并发。

——Java内存模型，JMM。

 

不止原始的基础Java并发机制。

本章目的：了解决定Java并发工作方式的底层平台机制。

4.1 并发理论简介

4.1.1 解释Java线程模型

Java线程模型建立在两个基本概念之上。

——共享的、默认可见的可变状态。

——抢占式线程调度。

 

java.util.concurrent包：一套编写并发代码的工具，比传统的块结构并发原语易用。

 

4.1.2设计理念

——安全性——活跃度——性能——重用性

 

4.2 块结构并发（Java5之前）

synchroized,volatile等并发关键字，原始的、低级的多线程编程方式。
4.2.1 同步与锁

synchroized【确立临界区】表明执行整个代码块，或方法之前，线程必须取得合适的锁。

对于方法，意味着要取得对象实例锁。

对于静态方法而言，则是类锁。

对于代码块，程序员应该指明要取得哪个对象的锁。

 

Java同步与锁的一些基本知识：

——只能锁定对象，不能锁定原始类型。

——被锁定的对象数组中的单个对象不会被锁定。

——静态同步方法会锁定它的Class对象，因为没有实例对象可以锁定。

——内部类的同步是独立于外部类的。

——synchroized并不是方法签名的组成部分，所以不能出现在接口的方法声明中。

——Java的线程锁是可重入的。

 

4.2.2 线程的状态模型

最初创建：就绪状态Ready。运行-睡眠/等待-准备就绪。

线程很可能因为等待I/O操作或者等待获取其他线程持有的锁而被阻塞，但是没有被交换出核心，而是仍然处于繁忙状态。等待获取可用的锁或者数据。

 

4.2.3 完全同步对象

——所有域在任何构造方法中的初始化都能达到一致的状态。

——没有公共域。

——所有方法都是同步的。

——所有方法经证明都可在有限的时间内终止。

——当处于非一致状态时，不会调用非私有方法，也不会调用其他实例的方法。

 

带来的是性能的问题。

 

4.2.4 死锁

有一个处理死锁的技巧，就是在所有线程中都以相同的顺序获取线程锁。

 

——不同线程对一个对象的修改通过主内存传播。

 

4.2.6 关键字 volatile

——线程所见的值在使用之前会从主内存中再读出来。

——线程所写的值总会在指令完成之前被刷回到主内存中。

付出的代价：每次访问都要额外刷一次内存。

好处：volatile不会引入线程锁。该变量是真正线程安全的。

但只有写入时不依赖当前状态（读取的状态）的变量才应该声明为volatile。对于要关注当前状态的变量，只能借助线程锁保证其绝对安全性。

 

4.2.7 不可变性

 

构建器模式。

 

final引用可以指向非final域的对象。

 

4.3 现代并发应用程序的构件

4.3.1 原子类：java.util.concurrent.atomic

避免在共享数据上出现竞争危害的方法。

private final AtomicLong sequenceNumber = new AtomicLong(0);

sequenceNumber.getAndIncrement();

4.3.2 线程锁：java.util.concurrent.locks

——添加不同类型的锁，比如读取锁和写入锁。

——对锁的阻塞没有限制。允许在一个方法中上锁，在另一个方法中解锁。

——tryLock()方法，如果线程得不到锁，还可以做别的事。

 

Lock接口的两个实现类：

ReentrantLock：类似用在同步块上的锁。

ReentrantReadWriteLock：在需要读取很多线程而写入很少线程时，它的性能更好。

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2006 Java5关键技术

1.依赖注入：解耦，可测试性，易读性

2.并发编程：多核CPU革命

java.util.concurrent内存模型，线程与并发实现

3.类加载

JVM如何加载，链接和验证类。用Javap深入字节码。

4.反射：Reflection

Java7的MethodHandle,MethodType和动态调用。

5.性能调优艺术

如何评测

6.垃圾回收GC和即时JIT编译器

JVM中能影响性能的两个主要部分

Java和JVM的内部工作机制

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