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Java基础简要(基础、集合、正则、时间类、异常、Stream流、File类、IO流、多线程、数据结构、泛型)

Java基础简要(基础、集合、正则、时间类、异常、Stream流、File类、IO流、多线程、数据结构、泛型)

一位等于1比特。比特(BIT)和位是同一个概念的不同表述,都是信息量的最小单位。1字节(byte)由8位组成。
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1.介绍

  • JVM(Java Virtual Machine):Java虚拟机, 真正运行Java程序的地方
  • 核心类库:Java自己写好的程序,给程序员自己的程序调用的
  • JRE(Java Runtime Environment): Java的运行环境
  • JDK(Java Development Kit): Java开发工具包(包括上面所有)
    -

1.1 数据类型

1.1.1 基本数据类型

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2 运算符

算数运算符、自增自减运算符、赋值运算符、关系运算符、逻辑运算符、三元运算符

2.1 逻辑运算符

  • 逻辑与 &,无论左边 true false,右边都要执行。
    短路与 &&,如果左边为 true,右边执行;如果左边为 false,右边不执行。
  • 逻辑或 |,无论左边 true false,右边都要执行。
    短路或 ||,如果左边为 false,右边执行;如果左边为 true,右边不执行。

2.2 运算符优先级

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3 方法重载

同一个类中,方法名相同,参数不同的方法(个数不同、类型不同、顺序不同)
注意:识别方法之间是否是重载关系,只看方法名和参数,跟返回值无关。

4 流程控制语句

4.1 顺序结构

系统默认

4.2 分支结构

4.2.1 if 语句

if、else if、else
if 语句中只有一条语句时,大括号可省略

1.4.2.2 Switch 语句
switch(表达式){
	case1:
		语句体1;
		break;
	case2:
		语句体2;
		break;
	...
	default:
		语句体n;
		break;
}
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表达式:(将要匹配的值) 取值为 byte、short、int、char,JDK5以后可以是 枚举 ,JDK7以后可以是 String
:case给出的值不允许重复;case后面的值只能是常量,不能是变量

4.3 循环语句

for、while、do…while

5 面向对象

5.1 面向对象三大特征

封装、继承、多态

5.1.1 继承

子类重写父类方法,需要保证方法声明完全一致(方法名,参数,返回值类型需要保持一致)
标识:@Override注解
注:

  • 父类中私有方法不能被重写
  • 子类重写父类方法时,访问权限必须大于等于父类
  • 接口可以多继承,类只能单继承

5.2 接口

抽象类和接口的对比:

  • 成员变量 :
    抽象类 : 可以定义变量, 也可以定义常量
    接口 : 只能定义常量

  • 成员方法
    抽象类 : 可以是定义具体方法, 也可以定义抽象方法
    接口 : 只能定义抽象方法

  • 构造方法
    抽象类 : 有
    接口 : 没有

5.2.1 新特性

5.2.1.1 JDK8的新特性

接口中可以定义有方法体的方法。(默认、静态)

5.2.1.1.1 默认方法

允许在接口中定义非抽象方法,但是需要使用关键字 default 修饰,这些方法就是默认方法
作用:解决接口升级的问题

接口中默认方法的定义格式:
格式:public default 返回值类型 方法名(参数列表) {}
范例:public default void show() {}
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  • 默认方法不是抽象方法,所以不强制被重写 (但是可以被重写,重写的时候去掉default关键字)
  • public可以省略,default不能省略
  • 如果实现了多个接口,多个接口中存在相同的方法声明,子类就必须对该方法进行重写
5.2.1.1.2 静态方法

接口中允许定义 static 静态方法

接口中静态方法的定义格式:
格式:public static 返回值类型 方法名(参数列表) {}
范例:public static void show() {}
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  • 静态方法只能通过接口名调用,不能通过实现类名或者对象名调用
  • public可以省略,static不能省略
5.2.1.2 JDK9的新特性

接口中可以定义私有方法。

5.3 final关键字

不能被重写、不能被继承、不能再次被赋值
final 修饰的引用类型的地址值不能发生改变,但是地址里面的内容是可以发生改变的

5.4 抽象

抽象方法:将共性的行为(方法)抽取到父类之后,发现该方法的实现逻辑无法在父类中给出具体明确,该方法就可以定义为抽象方法。
抽象类:如果一个类中存在抽象方法,那么该类就必须声明为抽象类

抽象方法的定义格式:
public abstract 返回值类型 方法名(参数列表);

抽象类的定义格式:
public abstract class 类名{}
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  • 抽象类不能实例化
  • 抽象类存在构造方法
  • 抽象类中可以存在普通方法
  • 抽象类的子类
    • 要么重写抽象类中的所有抽象方法
    • 要么是抽象类

abstract 关键字的冲突:

  • final:被 abstract 修饰的方法,强制要求子类重写,被 final 修饰的方法子类不能重写
  • private:被 abstract 修饰的方法,强制要求子类重写,被 private 修饰的方法子类不能重写
  • static:被 static 修饰的方法可以类名调用,类名调用抽象方法没有意义

5.5 代码块

在Java类下,使用 { } 括起来的代码被称为代码块

  • 局部代码块
    位置:方法中定义
    作用:限定变量的生命周期,及早释放,提高内存利用率
  • 构造代码块
    位置:类中方法外定义
    特点:每次构造方法执行的时,都会执行该代码块中的代码,并且在构造方法执行前执行
    作用:将多个构造方法中相同的代码,抽取到构造代码块中,提高代码的复用性
  • 静态代码块
    位置:类中方法外定义
    特点:需要通过static关键字修饰,随着类的加载而加载,并且只执行一次
    作用:在类加载的时候做一些数据初始化的操作
  • 同步代码块

6 集合

6.1 单列集合

Collection接口
一次添加一个元素,单列集合.add(“元素”)
ArraysList、LinkedList、TreeSet、HashSet、LinkedHashSet

6.1.1 List接口

有序、有索引、可重复

6.1.1.1 ArrayList

ArrayList 长度可变原理:

  1. 当创建 ArrayList 集合容器的时候, 底层会存在一个长度为10个大小的空数组
  2. 扩容原数组 1.5 倍大小的新数组
  3. 将原数组数据,拷贝到新数组中
  4. 将新元素添加到新数组
6.1.1.2 LinkedList

LinkedList 底层基于双链表实现的,查询元素慢,增删首尾元素是非常快的
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6.1.2 Set接口

无序、无索引、去重

6.1.2.1 TreeSet

作用 : 对集合中的元素进行排序操作 (底层红黑树实现)

6.1.2.1.1 自然排序
1.类实现 Comparable 接口
2.重写 compareTo 方法
3.根据方法的返回值, 来组织排序规则
   负数 : 左边走
   正数 : 右边走
   0  : 不存 

public class Student implements Comparable<Student>{
	@Override
	public int compareTo(Student o) {
		return this.age - o.age;
	}
}
TreeSet<Student> ts = new TreeSet<>();
ts.add(new Student("王五", 25));
ts.add(new Student("张三", 23));
ts.add(new Student("李四", 24));
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6.1.2.1.2 比较器排序
1.TreeSet 的构造方法中, 传入 Compartor 接口的实现类对象
2.重写 compare 方法
3.根据方法的返回值, 来组织排序规则
   负数 : 左边走
   正数 : 右边走
   0  : 不存 

public class Student implements Comparable<Student>{
	@Override
	public int compareTo(Student o) {
		return this.age - o.age;
	}
}
TreeSet<Student> ts = new TreeSet<>();
ts.add(new Student("王五", 25));
ts.add(new Student("张三", 23));
ts.add(new Student("李四", 24));
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6.1.2.2 HashSet

HashSet 集合底层采取哈希表存储数据
哈希表是一种对于增删改查数据性能都较好的结构

哈希表 :
JDK8版本之前 : 数组 + 链表
JDK8版本之后 : 数组 + 链表 + 红黑树

6.1.2.2.1 hashCode

哈希值:是JDK根据某种规则算出来的int类型的整数。
public int hashCode​():调用底层 C++ 代码计算出的一个随机数 (常被人称作地址值)
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当添加对象的时候, 会先调用对象的hashCode方法计算出一个应该存入的索引位置, 查看该位置上是否存在元素:
不存在:直接存
存在:调用equals方法比较内容,false : 存,true : 不存
如果hashCode方法固定返回相同的值,数据都会挂在一个索引下面(如上图,hashCode方法return 1)

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  1. 创建一个默认长度16的数组,数组名table
  2. 根据元素的哈希值跟数组的长度求余计算出应存入的位置
  3. 判断当前位置是否为null,如果是null直接存入
  4. 如果位置不为null,表示有元素,则调用equals方法比较
  5. 如果一样,则不存,如果不一样,则存入数组,
    • JDK 7新元素占老元素位置,指向老元素 (头插法)
    • JDK 8中新元素挂在老元素下面(尾插法)

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  1. 创建 HashSet 集合, 内部会存在一个默认长度16,默认加载因为0.75的数组
  2. 调用集合的添加方法, 会拿着对象的hashCode方法计算出应存入的索引位置 ( 哈希值 % 数组长度)
  3. 判断索引位置元素是否是null:
    是 : 存入
    不是: 说明有元素, 调用equals方法比较内容,如果一样,则不存,如果不一样,则存入数组。
  4. 当数组存满到16*0.75=12时,就自动扩容,每次扩容原先的两倍
  5. 当链表挂载元素超过了8个 (阈值),检查数组长度:
    没有到达64, 扩容数组
    到达了64, 会转换为红黑树
6.1.2.3 LinkedHashSet

有序、不重复、无索引。
原理:底层数据结构是依然哈希表,只是每个元素又额外的多了一个双链表的机制记录存储的顺序。

6.1.3 单列集合小结

  1. 如果想要集合中的元素可重复
    用ArrayList集合,基于数组的。(用的最多)
  2. 如果想要集合中的元素可重复,而且当前的增删操作明显多于查询
    用LinkedList集合,基于链表的。
  3. 如果想对集合中的元素去重
    用HashSet集合,基于哈希表的。 (用的最多)
  4. 如果想对集合中的元素去重,而且保证存取顺序
    用LinkedHashSet集合,基于哈希表和双链表,效率低于HashSet。
  5. 如果想对集合中的元素进行排序
    用TreeSet集合,基于红黑树。后续也可以用List集合实现排序。

6.2 双列集合

Map接口
一次添加两个元素,双列集合.put(“元素key”,“元素value”)

双列集合的数据结构,都只针对于键有效,和值没有关系:
TreeMap : 键(红黑树)
HashMap : 键(哈希表)
LinkedHashMap : 键(哈希表 + 双向链表)
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7 正则表达式

String telRegex = "编写规则";
"需要做校验的字符串".matches(telRegex));
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字符类(默认匹配一个字符)

[abc]	        只能是a, b, 或c
[^abc]	        除了a, b, c之外的任何字符
[a-zA-Z]        a到z AZ,包括(范围)
[a-d[m-p]]	    a到d,或m通过p:([a-dm-p]联合)
[a-z&&[def]]	d, e,f(交集)
[a-z&&[^bc]]	a到z,除了b和c:([ad-z]减法)
[a-z&&[^m-p]]   a到z,除了m到p:([a-lq-z]减法)
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预定义的字符类(默认匹配一个字符)

.	任何字符
\d	一个数字: [0-9]
\D	非数字: [^0-9]
\s	一个空白字符: [ \t\n\x0B\f\r]
\S	非空白字符: [^\s]
\w	[a-zA-Z_0-9] 英文、数字、下划线
\W	[^\w] 一个非单词字符
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量词(配合匹配多个字符)

X?			X , 一次或根本不
X*			X,零次或多次 (任意次数)
X+			X , 一次或多次
X {n}		X,正好n次
X {n, }		X,至少n次
X {n,m}		X,至少n但不超过m次
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8 时间类(jdk8)

8.1 日历类

LocalDate :代表本地日期(年、月、日、星期)
LocalTime :代表本地时间(时、分、秒、纳秒)
LocalDateTime :代表本地日期、时间(年、月、日、星期、时、分、秒、纳秒)

修改年月日时分秒相关的方法
LocalDateTime 、LocalDate 、LocalTime 都是不可变的, 下列方法返回的是一个新的对象
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8.2 日期格式化类

DateTimeFormatter :用于时间的格式化和解析
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8.3 时间类

Instant :时间戳/时间线
ZoneId : 时区
ZonedDateTime : 带时区的时间
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8.4 工具类

Period : 时间间隔(年,月,日)
Duration : 时间间隔(时、分、秒,纳秒)
ChronoUnit : 时间间隔 (所有单位)

9 异常

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Error 严重级别问题
常见的 : 栈内存溢出 (StackOverflowError) 堆内存溢出 (OutOfMemoryError)

Exception:
RuntimeException 及其子类:运行时异常
除RuntimeException 之外所有的异常:编译时异常

运行时异常:
数组索引越界异常: ArrayIndexOutOfBoundsException
空指针异常 : NullPointerException
数学操作异常:ArithmeticException
类型转换异常:ClassCastException
数字转换异常: NumberFormatException

异常的默认处理流程
1.虚拟机会在出现异常的代码那里自动的创建一个异常对象:ArithmeticException
2.异常会从方法中出现的点这里抛出给调用者,调用者最终抛出给JVM虚拟机
3.虚拟机接收到异常对象后,先在控制台直接输出异常信息数据
4.终止 Java 程序的运行
5.后续代码没有机会执行了

10 Stream流

配合Lambda表达式,简化集合和数组操作
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注:如果流对象已经被消费过,就不允许再次使用了

11 File类

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File 对象可以定位文件和文件夹
File 封装的对象仅仅是一个路径名,这个路径可以是存在的,也可以是不存在的

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:delete() 方法只能删除空文件夹,且不走回收站
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  • 当调用者File表示的路径不存在时,返回null
  • 当调用者File表示的路径是文件时,返回null
  • 当调用者File表示的路径是一个空文件夹时,返回一个长度为0的数组
  • 当调用者File表示的路径是需要权限才能访问的文件夹时,返回null

12 IO流

input:输入(读取)
output:输出(写出)

12.1 IO 流体系结构

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12.2 FileOutputStream 字节输出流

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注:最后要关流释放资源

12.3 FileInputStream 字节输入流

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注:
1.关联的文件不存在会抛出 FileNotFoundException 异常
2.文件夹的话会拒绝访问
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12.4 字节缓冲流

字节缓冲流在源代码中内置了字节数组,可以提高读写效率。
: 缓冲流不具备读写功能, 它们只是对普通的流对象进行包装,真正和文件建立关联的, 还是普通的流对象
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字节缓冲流读写过程:
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没使用缓冲流
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使用缓冲流
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12.5 FileReader 字符输入流

用于读取纯文本文件,解决中文乱码问题
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12.6 FileWriter 字符输出流

在这里插入图片描述
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注:
1.字符输出流写出数据,需要调用flush或close方法,数据才会写出
2.Flush后可以继续写出,Close 后不能继续写出

字符流使用场景:读写纯文本文件
字节流使用场景:不是纯文本文件都用字节流

12.7 字符缓冲流

字节缓冲流在源代码中内置了字符数组,可以提高读写效率
BufferedReader、BufferedWriter
注: 缓冲流不具备读写功能, 它们只是对普通的流对象进行包装
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12.8 转换流

InputStreamReader、OutputStreamWriter
作用:按照指定的字符编码读写操作、将字节流转换为字符流进行操作

为什么用转换流?直接new 需要的流不行吗?
因为有些流对象不是我们自己创建的,而是通过方法获取到的。
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12.9 序列化流

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public class Student implements Serializable {
  private static final long serialVersionUID = 1L;
  ...
}
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  • 序列化流的作用是?
    可以在流中,以字节的形式直接读写对象
  • 序列化流我们用的是哪个类读取, 又是哪个类在写?
    ObjectInputStream、ObjectOutputStream
  • 调用的方法是?
    readObject() writeObject()
  • 类需要实现什么接口才可以序列化?
    Serializable接口
  • 实现接口后, 推荐多做一步操作, 这一步是 ?
    手动加入 serialVersionUID
  • transient 关键字的作用是?
    被 transient 修饰的成员变量不会被序列化

12.10 打印流

打印流可以实现方便、高效的打印数据到文件中去,并且可以指定字符编码
write(97); 输出a
println(97); 输出97
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两个流都具备自动刷出、自动换行的功能

12.11 Properties

其实就是一个Map集合,内部存在着两个方法,可以很方便的将集合中的键值对写入文件,也可以方便的从文件中读取。
常用于加载配置文件

12.11.1 作为集合的使用

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12.11.2 和 IO 有关的方法

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12.12 字符编码:

  • GBK: 英文字符占用1个字节、中文字符占用2个字节
  • Unicode:
    UTF-16编码规则:用2~4个字节保存
    UTF-32编码规则:固定使用四个字节保存
    UTF-8编码规则:用1~4个字节保存

12.13 编码和解码:

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13 多线程

13.1 进程和线程

13.2 进程

进程 (Process) 是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动
是系统进行资源分配的基本单位
简单理解:程序的执行过程
1.独立性:每一个进程都有自己的空间,在没有经过进程本身允许的情况下,一个进程不可以直接访问其它的的进程空间
2.动态性:进程是动态产生,动态消亡的
3.并发性:任何进程都可以同其它进程一起并发执行

并行和并发
并行:在同一时刻,有多个指令在多个CPU上【同时】执行
并发:在同一时刻,有多个指令在单个CPU上【交替】执行
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13.3 线程

进程可以同时执行多个任务,每个任务就是线程

多线程的意义:提高效率,可以同时处理多个任务

13.4 Java 开启线程的方式

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13.5 线程相关方法

![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/direct/0ab189d5771844f49c609a74bf427699.png
优先级: 1 ~ 10 默认为5

线程的调度方式:
抢占式调度(随机)
非抢占式调度(轮流使用)

13.6 线程安全和同步

安全问题出现的条件:多线程环境、有共享数据、有多条语句操作共享数据
同步技术:将多条语句操作共享数据的代码给锁起来,让任意时刻只能有一个线程可以执行
同步代码块、同步方法、Lock锁

13.6.1 同步代码块

synchronized(锁对象) {
	多条语句操作共享数据的代码
}
  • 1
  • 2
  • 3

注:
1.锁对象可以是任意对象,但是需要保证多条线程的锁对象,是同一把锁
2.同步可以解决多线程的数据安全问题,但是也会降低程序的运行效率

13.6.2 同步方法

public synchronized void method() {
	多条语句操作共享数据的代码
}
  • 1
  • 2
  • 3

方法分为静态和非静态,静态方法的锁对象是字节码对象,非静态方法的锁对象是 this

13.6.2 Lock 锁

lock.lock();
...
lock.unlock();
  • 1
  • 2
  • 3

Lock 是接口,无法直接创建对象
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13.6.3 死锁

由于两个或者多个线程互相持有对方所需要的资源,导致这些线程处于等待状态,无法前往执行

13.6.4 等待唤醒机制

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注:需要使用锁对象调用,wait() 方法在等待的使用会释放锁对象

使用 ReentrantLock 实现同步,并获取 Condition 对象
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13.7 生产者消费者模式

为了解耦生产者和消费者的关系,通常会采用共享的数据区域 (缓冲区),就像是一个仓库
生产者生产数据之后直接放置在共享数据区中,并不需要关心消费者的行为
消费者只需要从共享数据区中去获取数据,并不需要关心生产者的行为

13.8 线程生命周期

线程被创建并启动以后,它并不是一启动就进入了执行状态,也不是一直处于执行状态。
Java 中的线程状态被定义在了 java.lang.Thread.State 枚举类
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13.9 线程池

当程序中需要创建大量生存期很短暂的线程时,频繁的创建和销毁线程,就会严重浪费系统资源。
将线程对象交给线程池维护,可以降低系统成本 ,从而提升程序的性能。
在这里插入图片描述

线程池不建议使用 Executors 去创建,而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式,规避资源耗尽的风险。
说明:Executors 返回的线程池对象的弊端如下:

  1. FixedThreadPool和SingleThreadPool
    允许的请求队列长度为 Integer.MAX_VALUE,可能会堆积大量的请求,从而导致 OOM。
  2. CachedThreadPool :
    允许的创建线程数量为 Integer.MAX_VALUE,可能会创建大量的线程,从而导致 OOM。

Executors 中提供静态方法来创建线程池
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自定义线程池ThreadPoolExecutor 类
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参数1:核心线程数量 (正式员工),不能小于0
参数2:最大线程数量 (正式员工 + 临时工),不能小于等于0, 最大数量 >= 核心线程数量
参数3:空闲时间,不能小于0
参数4:时间单位
参数5:任务队列 (指定排队人数),不能为null
参数6:线程对象任务工厂,不能为null
参数7:拒绝策略,不能为null

拒绝策略:
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  • 临时线程什么时候创建?
    线程任务数 > 核心线程数 + 任务队列的数量
  • 什么时候会开启拒绝策略
    线程任务数 > 最大线程数 + 任务队列的数量

15 数据结构

数据结构是计算机底层存储、组织数据的方式,是指数据相互之间是以什么方式排列在一起的
通常情况下,精心选择的数据结构可以带来更高的运行或者存储效率

常见的数据结构:栈、队列、数组、链表、二叉树、二叉查找树、平衡二叉树、红黑树、哈希表

15.1 栈、队列

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15.2 数组

查询速度快:查询数据通过地址值和索引定位,查询任意数据耗时相同
增、删效率低:新增或删除数据的时候,都有可能大批量的移动数组中其他的元素

15.3 链表

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链表中的结点是独立的对象,在内存中是不连续的,每个结点包含数据值和下一个结点的地址。
链表查询慢,无论查询哪个数据都要从头开始找。
链表增删相对

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15.4 小结

栈:后进先出,先进后出。
队列:先进先出,后进后出。
数组:内存连续区域,查询快,增删慢。
链表:元素是游离的,查询慢,首尾操作极快。

15.5 树

在这里插入图片描述
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15.5.1 二叉查找树

二叉查找树,又称二叉排序树或者二叉搜索树

每一个节点上最多有两个子节点
任意节点左子树上的值都小于当前节点
任意节点右子树上的值都大于当前节点

15.5.2 红黑树

15.5.2.1 介绍

红黑树是一种自平衡的二叉查找树,是计算机科学中用到的一种数据结构。
是一种特殊的二叉查找树,红黑树的每一个节点上都有存储位表示节点的颜色
每一个节点可以是红或者黑;红黑树不是高度平衡的,它的平衡是通过"红黑规则"进行实现的

15.5.2.2 平衡二叉树和红黑树区别
  • 平衡二叉树:
    高度平衡,当左右子树高度差超过1时,通过旋转保持平衡。
  • 红黑树:
    是一个二叉查找树,高度不平衡,特有的红黑规则。
15.5.2.3 红黑规则
  • 每一个节点是红色的,或者是黑色的
  • 根节点必须是黑色
  • 如果一个节点没有子节点或者父节点,则该节点相应的指针属性值为Nil,这些Nil视为叶节点,每个叶节点(Nil)是黑色的
  • 如果某一个节点是红色,那么它的子节点必须是黑色(不能出现两个红色节点相连的情况)
  • 对每一个节点,从该节点到其所有后代叶节点的简单路径上,均包含相同数目的黑色节点
    在这里插入图片描述

添加节点规则:
红黑树在添加节点的时候,添加的节点默认是红色的
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16 泛型

JDK5引入的, 可以在编译阶段约束操作的数据类型, 并进行检查

16.1 泛型类

创建对象的时候确定具体类型

16.2 泛型方法

非静态方法:
public class ArrayList<E> {
    public boolean add(E e) {
    }
}

静态方法
public static<T> void printArray(T[] array){
}
  • 1
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  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9

16.3 泛型接口

类实现接口的时候,直接确定类型
延续接口的泛型,等创建对象的时候再确定

16.4 泛型通配符

? (任意类型)
? extends E (只能接收 E 或者是 E 的子类)
? super E (只能接收 E 或者是 E 的父类)

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