java

# Java编程技能 ## 概述 Java是企业级应用开发的主流语言，从Java 8到Java 21的演进引入了大量现代特性。不同版本的Java在特性支持、性能、和编程范式上有显著差异。选择合适的特性和避免性能陷阱对于构建高质量应用至关重要。 **核心原则**: 好的Java代码应该清晰高效、资源管理清楚、并发安全、充分利用语言特性。坏的Java代码会内存泄漏、性能低下、难以维护。 ## 何时使用 **始终:** - Java项目代码审查 - 性能优化和调优 - 并发编程和线程安全分析 - 内存管理和GC优化 - 设计模式应用 - 框架集成和最佳实践 **触发短语:** - "Java性能优化" - "并发编程最佳实践" - "Stream API用法" - "Lambda表达式应用" - "内存泄漏检测" - "Java 8/11/21特性" ## Java编程技能功能 ### 核心语言特性 - 类和接口设计 - 继承和多态 - 异常处理机制 - 泛型编程 - 注解和元数据 ### Java 8特性（函数式编程） - Lambda表达式 - 函数式接口 - Stream API - Optional类型 - 方法引用 ### Java 11及以后特性 - var局部变量类型推导 - 文本块（Text Blocks） - 密封类（Sealed Classes） - 记录类（Records） - 模式匹配（Pattern Matching） ### 并发编程 - Thread和Runnable - 同步机制（synchronized, Lock） - 并发容器（ConcurrentHashMap等） - 线程池和ExecutorService - 内存模型和volatile ### 集合框架 - List, Set, Map使用 - 迭代器和遍历 - Collections工具类 - 性能特性（时间复杂度） - 自定义集合 ### I/O和资源管理 - try-with-resources - Stream和Reader/Writer - NIO和非阻塞I/O - 文件操作 - 资源泄漏防护 ## 常见问题 ### 性能问题 - **问题**: String拼接性能 - **原因**: 循环中使用String +操作 - **解决**: 使用StringBuilder或StringBuffer - **问题**: 集合初始化过小 - **原因**: 不设置初始容量导致频繁扩容 - **解决**: 根据预期数据量设置初始容量 - **问题**: 流慢速的I/O操作 - **原因**: 没有使用缓冲 - **解决**: 使用BufferedReader/BufferedWriter ### 并发问题 - **问题**: 竞态条件 - **原因**: 多线程访问共享数据没有同步 - **解决**: 使用synchronized、Lock或线程安全容器 - **问题**: 死锁 - **原因**: 获取锁的顺序不一致 - **解决**: 规定统一的锁获取顺序 - **问题**: 内存可见性问题 - **原因**: 没有使用volatile或happens-before关系 - **解决**: 正确使用同步机制建立happens-before关系 ### 资源泄漏 - **问题**: 文件没有关闭 - **原因**: 异常时没有释放资源 - **解决**: 使用try-with-resources自动管理 ## 代码示例 ### Java 8 - Lambda和Stream ```java import java.util.*; import java.util.stream.*; public class Java8Features { // Lambda表达式 public void lambdaDemo() { List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5); // 使用lambda过滤和转换 numbers.stream() .filter(n -> n % 2 == 0) .map(n -> n * n) .forEach(System.out::println); } // Stream API public void streamApiDemo() { List<String> words = Arrays.asList("hello", "world", "java", "stream"); // 统计长度>3的单词 long count = words.stream() .filter(w -> w.length() > 3) .count(); System.out.println("Count: " + count); // 转换成包含长度的map Map<String, Integer> wordLengths = words.stream() .collect(Collectors.toMap( Function.identity(), String::length )); } // Optional处理null public void optionalDemo() { Optional<String> optional = Optional.of("Java"); optional.ifPresent(System.out::println); String result = optional.orElse("Default"); String mapped = optional.map(String::toUpperCase) .orElse("EMPTY"); } } ``` ### Java 11/ 17特性 ```java // Java 10+ - var类型推导 public class ModernJavaFeatures { public void varDemo() { var name = "Java"; // 推导为String var numbers = List.of(1, 2, 3); // 推导为List<Integer> var map = new HashMap<String, Integer>(); // 推导为HashMap // 在循环中使用 for (var num : numbers) { System.out.println(num); } } // Java 13+ - 文本块 public String textBlockDemo() { String json = """ { "name": "John", "age": 30, "city": "New York" } """; return json; } // Java 14+ - Records（数据类） public record Person(String name, int age, String email) { // 自动生成构造器、equals、hashCode、toString // 可以添加验证逻辑 public Person { if (age < 0) throw new IllegalArgumentException("Age cannot be negative"); } } } ``` ### 并发编程 ```java import java.util.concurrent.*; import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; public class ConcurrencyDemo { // 线程安全的计数器 private AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0); // 使用线程池 public void threadPoolDemo() { ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4); for (int i = 0; i < 10; i++) { final int taskId = i; executor.execute(() -> { System.out.println("Task " + taskId + " running"); counter.incrementAndGet(); }); } executor.shutdown(); try { executor.awaitTermination(1, TimeUnit.MINUTES); } catch (InterruptedException e) { Thread.currentThread().interrupt(); } } // 使用CountDownLatch等待多个任务 public void countDownLatchDemo() throws InterruptedException { CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3); for (int i = 0; i < 3; i++) { final int taskId = i; new Thread(() -> { System.out.println("Task " + taskId + " starting"); try { Thread.sleep(100); System.out.println("Task " + taskId + " done"); } finally { latch.countDown(); } }).start(); } latch.await(); // 等待所有任务完成 System.out.println("All tasks completed"); } // 同步化访问 public synchronized void synchronizedMethod() { counter.incrementAndGet(); } // Lock接口 private final Object lock = new Object(); public void lockDemo() { synchronized (lock) { counter.incrementAndGet(); } } } ``` ### 资源管理和异常处理 ```java import java.io.*; import java.nio.file.*; public class ResourceManmentation { // try-with-resources 自动管理资源 public String readFileModern(String filename) throws IOException { try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(filename))) { return reader.lines() .collect(Collectors.joining("\n")); } } // 多个资源管理 public void multipleResourcesDemo() throws IOException { try ( FileReader reader = new FileReader("input.txt"); FileWriter writer = new FileWriter("output.txt") ) { // 使用reader和writer char[] buffer = new char[1024]; int bytesRead; while ((bytesRead = reader.read(buffer)) != -1) { writer.write(buffer, 0, bytesRead); } } // 资源自动关闭 } // 自定义AutoCloseable资源 public static class DatabaseConnection implements AutoCloseable { private String connectionString; public DatabaseConnection(String connStr) { this.connectionString = connStr; System.out.println("Opening connection to " + connStr); } @Override public void close() { System.out.println("Closing connection"); } public void execute(String sql) { System.out.println("Executing: " + sql); } } // 使用自定义资源 public void customResource (final int taskId = i; executor.execute(() -> { System.out.println("Task " + taskId + " running"); counter.incrementAndGet(); }); } executor.shutdown(); } public static void main(String[] args) throws Exception { try (DatabaseConnection conn = new DatabaseConnection("jdbc:mysql://localhost/mydb")) { conn.execute("SELECT * FROM users"); } // 连接自动关闭 } } ``` ### 集合框架性能考虑 ```java import java.util.*; public class CollectionPerformance { // 选择合适的集合类 public void collectionChoiceDemo() { // List - 有序，可重复 List<String> list = new ArrayList<>(100); // 指定容量避免扩容 list.add("item1"); list.add("item2"); // Set - 无序，不重复 Set<String> set = new HashSet<>(100); // 指定容量 set.add("item1"); set.add("item2"); // Map - 键值对 Map<String, Integer> map = new HashMap<>(100); map.put("key1", 1); map.put("key2", 2); // 线程安全的集合 Map<String, Integer> concurrent = new ConcurrentHashMap<>(); concurrent.putIfAbsent("key", 1); } // 迭代方式的性能考虑 public void iterationDemo(List<String> items) { // 最快 - 直接索引 for (int i = 0; i < items.size(); i++) { System.out.println(items.get(i)); } // 推荐 - 增强for循环 for (String item : items) { System.out.println(item); } // 通用 - 迭代器 for (Iterator<String> it = items.iterator(); it.hasNext(); ) { System.out.println(it.next()); } // 函数式 - 可读性好但可能有额外开销 items.forEach(System.out::println); } } ```