第三章、常用工具类

一、Java异常

1、什么是异常

在程序运行过程中，意外发生的情况，背离我们程序本身的意图的表现，都可以理解为异常。在Java中，通过Throwable及其子类描述各种不同的异常类型。

Throwable有两个重要的子类：Exception和Error。

Error
Error是程序无法处理的错误，表示运行应用程序中较严重问题。大多数错误与代码编写者执行的操作无关，表示代码运行时JVM出现的问题。
这些错误是不可查的，因为它们在应用程序的控制和处理能力之外，而且绝大多数是程序运行时不允许出现的状况。因此我们编写程序时不需要关心这类异常。

Exception
Exception是程序本身可以处理的异常。
Exception类的异常包括checked exception 和 unchecked exception。

unchecked exception
编译器不要求强制处理的异常。Java编译器不会检查这些异常，在程序中可以选择捕获处理，也可以不处理。包含RuntimeException类及其子类异常。如：NullPointerException(空指针异常)、IndexOutOfBoundsException(下标越界异常)。

checked exception
编译器要求必须处置的异常。Java编译器会检查这些异常，当程序中可能出现这类异常时，要求必须进行异常处理，否则编译不通过。RuntimeException类及其子类以外其他Exception类的子类。如IOException、SQLException。

2、异常处理

抛出异常：
当一个方法出现错误引发异常时，方法创建异常对象并交付运行时系统处理。异常对象中包含了异常类型和异常出现时的程序状态等异常信息。运行时系统负责寻找处置异常的代码并执行。

捕获异常：
在方法抛出异常之后，运行时系统将转为寻找合适的异常处理器。运行时系统从发生异常的方法开始，依次回查调用栈中的方法，当异常处理器所能处理的异常类型与方法抛出的异常类型相符时，即为合适的异常处理器。若未找到合适的异常处理器，则运行时系统终止，即Java程序终止。
简单地说，异常总是先被抛出，后被捕获的。

try-catch-finally

public void method(){
	try{
		//可能产生异常的代码段
	}catch(异常类型1 ex){
		//对异常进行处理的代码段1
	}catch(异常类型2 ex){
		//对异常进行处理的代码段2
	}finally{
		//无论是否发生异常都会执行的代码段，一般释放资源的代码
	}
}

try块后可以接零个或多个catch块，如果没有catch，则必须跟一个finally块。
catch语句的顺序：先子类，后父类
发生异常时按顺序逐个匹配，只执行第一个与异常类型匹配的catch语句。

注：
1.不执行finally块的唯一情况：在finally之前中断程序，如用System.exit(1)
2.在catch 中有return关键字时先执行finally语句，再执行return语句。

3、常见的异常类型

Exception 异常层次结构的父类
ArithmeticException 算术异常
ArrayIndexOutOfBoundsException 数组下标越界异常
NullPointerException 空指针异常
ClassNotFoundException 不能加载所需的类
IIIegalArgumentException 方法接受到非法参数
ClassCastException 类型转换异常
NumberFormatException 数字格式转换异常

4、throws

如果一个方法可能会出现异常，但没有能力处理这种异常，可以在方法声明出用throws子句来声明抛出异常。throws语句用在定义方法时声明该方法要抛出的异常类型，该方法将不对这些类型及其子类类型的异常作处理，而抛向调用该方法的方法。

public void method() throws Exception1,Exception2,...ExceptionN{
	//可能产生异常的代码
}

throws的使用规则：
1、如果是不可检查异常（unchecked exception），即Error、RuntimeException或它们的子类，那么可以不使用throws关键字来声明要抛出的异常，编译仍能通过，但是运行时会被系统抛出。
2、如果一个方法中可能出现可查异常，要么用try-catch语句捕获，要么用throws子句声明将它抛出，否则编译错误。
3、当抛出了异常，则该方法的调用者必须处理货重新抛出该异常。
4、当子类重写父类抛出异常的方法时，声明的异常必须是父类方法所声明异常的同类或子类。

5、throw

throw用来抛出一个异常。
例如：throw new IOException();
throw抛出的只能是Throwable或者其子类的实例对象。抛出异常后，可以用try-catch语句捕获，也可以用throws子句声明将它抛出。

6、自定义异常

所谓自定义异常，就是定义一个类，去继承Throwable类或者它的子类。
自定义异常的常见问题：
1、自定义异常属于检查异常还是非检查异常，要看继承的父类。
2、几个异常处理的方法：
e.toString(); 获得异常类型和描述信息，当直接输出对象e时，默认调用。
e.getMessage(); 获得异常描述信息。
e.printStackTrace(); 打印出异常产生的堆栈信息，包括种类、描述信息、出错位置等。
3、自定义异常需要先经过throw抛出，才能被catch捕获，是无法自动被程序捕获并处理的。

7、异常链

捕获一个异常后再抛出另一个异常，将异常发生的原因一个传一个串起来，即把底层的异常信息传给上层，这样逐层抛出。
可以借用在异常的根类Throwable中提供的带参构造方法Throwable（String message, Throwable couse）以及初始化方法initCause(Throwable couse)实现异常链信息的传递。

二、包装类

1、包装类

基本类型	对应的包装类
byte	Byte
short	Short
int	Integer
long	Long
float	Float
double	Double
char	Character
boolean	Boolean

装箱 =》基本数据类型 转换成 包装类
1、自动装箱

int t1 = 2;
Integer t2 = t1;

2、手动装箱

Integer t3 = new Integer(t1);
Integer t6 = Integer.valueOf(t1);

拆箱 =》 包装类 转换成 基本数据类型
1、自动拆箱

int t4 = t2;

2、手动拆箱

Integer t5 = t2.intValue();

注：
1、类型特点：包装类是引用类型，拥有方法和属性；基本数据类型只包含数值信息。
2、存储方式：包装类对象实例化，借由new在堆空间里进行空间分配，对象栈空间中存储地址引用；基本数据类型变量对应栈空间中存储的是具体数据值。通常，包装类的效率会比基本数据类型的效率低，空间占用大。

int one = 12;
Integer two = new Integer(20);

3、初始值：基本数据类型有各自默认初始值，包装类的对象未初始化时，初始值均为null。

2、字符串与基本数据类型转换

基本数据类型转字符串：
使用包装类的toString()方法

字符串转换为基本数据类型：
自动拆箱调用包装类的parseXxx()静态方法
调用包装类的valueOf()方法转换为基本类型的包装类，自动拆箱

3、包装类的比较

1、拆箱后的数据是基础数据类型。用==判断相等性，比较的都是数值，如果是字符，比较的是ASCII值。
2、装箱后如果用==比较对象的内存地址，除Double、Float外，如数据值在缓存区范围内（-128~127），则相同；反之会重新生成对象，为不同。
3、调用equals方法时，当类型相同，且数值相同时，返回true;反之，返回false。当比对方为基本数据类型时，会进行自动装箱操作，后进行比较。

三、String 类

1、创建String对象的方法

String s1 = "hello";//创建一个字符串对象hello，名为s1
String s2 = new String();//创建一个空字符串对象，名为s2
String s3 = new String("hello");//创建一个字符串对象hello，名为s3
char[] ch = {'a','b','c'};
String s4 = new String(ch);//abc
String s5 = new String(ch,1,2);//bc 1表示从第几位开始，2表示几个元素
byte[] b = [54,69,70,71,72];
String s6 = new String(b,"utf-8");

2、String的常用方法

注：字符串索引是从0开始的。

3、字符串的存储

4、字符串StringBuilder

1）String和StringBuilder的区别：

String具有不可变性，而StringBuilder不具备。

建议：
当频繁操作字符串时，使用StringBuilder。

2）StringBuilder和StringBuffer

二者基本相似

StringBuffer是线程安全的，StringBuilder则没有，所以性能略高

在执行速度方面的比较：StringBuilder > StringBuffer

3）StringBuilder类的常用方法

四、集合

集合框架的体系结构

集合和数组的区别
1、数组的长度是固定的，集合的长度可以动态扩展。
2、数组只能存储相同数据类型的数据，而集合可以存储不同数据类型的数据。
3、数组可以存储基本数据类型数据，也可以是引用类型，而集合只能是引用类型。

1、List（列表）

List是元素有序并且可以重复的集合，称为序列
List可以精确的控制每个元素的插入位置，或删除某个位置的元素
List的两个主要实现类是ArrayList和LinkedList

ArrayList
ArrayList底层是由数组实现的
动态增长，以满足应用程序的需求
在列表尾部插入或删除非常有效
更适合查找和更新元素
ArrayList中的元素可以为null

LinkedList
与 ArrayList 一样，LinkedList 也按照索引位置排序，但它的元素之间是双向链接的
适合快速地插入和删除元素
LinkedList 实现 List 和 Queue 两个接口

2、Set

Set是元素无序并且不可以重复的集合，被称为集。

HashSet
HashSet是Set的一个重要实现类，称为哈希集（底层数组+链表实现）
HashSet中的元素无序并且不可以重复
HashSet中只允许一个null元素
具有良好的存取和查找性能

Iterator（迭代器）
Iterator接口可以以统一的方式对各种集合元素进行遍历
hasNext()方法检测集合中是否还有下一个元素
next()方法返回集合中的下一个元素、

hashCode和equals方法的作用
hashCode()方法用于给对象返回hash code值，equals()方法用于判断其他对象与该对象是否相等。为什么需要这两个方法呢？我们知道HashSet中是不允许添加重复元素的，那么当调用add()方法向HashSet中添加元素时，是如何判断两个元素是不同的。这就用到了hashCode()和equals()方法。在添加数据时，会调用hashCode()方法得到hash code值，通过这个值可以找到数据存储位置，该位置可以理解成一片区域，在该区域存储的数据的hashCode值都是相等的。如果该区域已经有数据了，就继续调用equals()方法判断数据是否相等，如果相等就说明数据重复了，就不能再添加了。如果不相等，就找到一个位置进行存储。

这些是基于哈希算法完成的，它使得添加数据的效率得到了提升。假设此时Set集合中已经有100个元素，那么如果想添加第101个元素，如果此时没有使用哈希算法，就需要调用equals()方法将第101个元素与前100个元素依次进行比较，如果元素更多，比较所耗费的时间就越长。

如果两个对象相等，那么他们的hashCode值一定相等。反之，如果两个对象的hashCode值相等，那么这两个对象不一定相等，还需要使用equals()方法进行判断。

如果不重写hashCode()方法，默认每个对象的hashCode()值都不一样，所以该类的每个对象都不会相等。

3、Map

Map中的数据是以键值对（key-value）的形式存储的
key-value以Entry类型的对象实例存在
可以通过key值快速地查找value
一个映射不能包含重复的键
每个键最多只能映射到一个值

HashMap
基于哈希表的Map接口的实现
允许使用null值和null键
key值不允许重复
HashMap中的Entry对象是无序排列的

4、集合排序

使用Collections类的sort()方法
sort(List list) -根据元素的自然顺序对指定列表按升序进行排序。

1）Comparator接口

强行对某个对象进行整体排序的比较函数。
可以将 Comparator 传递给 sort 方法（如 Collections.sort 或 Arrays.sort）

int compare(T o1, T o2) 比较用来排序的两个参数。
– 如果o1<o2，返回负整数
– 如果o1==o2，返回0
– 如果o1>o2，返回正整数

//1.先定义比较器
public class NameComparator implements Comparator<Cat>{
	@Override
	public int compara(Cat o1, Cat o2){
		//按名字升序排序
		String name1=o1.getName();
		String name2=o2.getName();
		int n= name1.comparaTo(name2);
		return n;
	}
}
//2.调用排序
Collections.sort(catList, new NameComparator());

2）Comparable接口

此接口强行对实现它的每个类的对象进行整体排序。
这种排序被称为类的自然排序，类的 compareTo 方法被称为它的自然比较方法。
对于集合，通过调用Collections. sort方法进行排序。
对于数组，通过调用Arays.sort方法进行排序。

int compareTo(T o)方法
该对象小于、等于或大于指定对象，则分别返回负整数、零或正整数。

//1.定义类的时候实现Comparable接口
public class Dog implements Comparable<Dog>{
	private int age;
	...
	@Override
	public int comparaTo(Dog o){
		//按名字升序排序
		int age1=this.getAge();
		int age2=o.getAge();
		int n= age2 - age1;
		return n;
	}
}
//2.直接调用sort方法排序
Collections.sort(dogList);

注：包装类和String都有自己的comparaTo方法

3）Comparable和Comparator的区别

1、Comparator接口位于java.util包下，而Comparable接口位于java.lang包下。
2、对于Comparator接口，可以看到它的compare()方法的参数是两个对象，所以可以有一个单独的类实现Comparator。
对于Comparable接口，它的方法只有一个对象作为参数，所以要比较的类需要实现Comparable接口，将当前对象与方法参数中的对象进行比较。
因此，如果使用Comparator接口，那么要比较的类和实现Comparator接口的类可以分开，如果使用Comparable接口，那么要比较的类就要实现Comparable接口才可以。
3、关于应用场景
一般情况下如果对某个类进行排序，比如Cat类，如果使用Comparable接口的方式，那么Cat类需要实现Comparable接口。
如果Cat类通过Comparable接口的方式实现排序，比如通过name排序了。那么我们还希望通过age进行排序，这时不希望修改Cat类，那此时就需要使用Comparator接口了。
因此，Comparable接口可以作为实现类的默认排序算法，Comparator接口则用于一个类的扩展排序。

五、泛型

1、为什么使用泛型

在Java中增加泛型之前，泛型程序设计使用继承来实现的
坏处：
－需要强制转换
－可向集合中添加任意类型的对象，存在风险。

2、泛型的使用

List list = new ArrayList();
Java SE7及以后的版本中，构造方法中可以省略泛型类型。
List list=new ArrayList<>();

注： 变量声明的类型必须匹配传递给实际对象的类型
其他的错误例子：
List list=new ArrayList();
List numbers=new ArrayList();

泛型作为方法参数
<? extends Goods>表示添加的类型是Goods或子类都是允许的，extends后面的内容也可以是接口
<? super Goods> 表示添加的类型是Goods或超类都是允许的

3、自定义泛型类

public class NumGeneric<T>{
	private T num;
	//get、set...
}
NumGeneric<Integer> i = new NumGeneric<>();
i.setNum(10);
NumGeneric<Float> i = new NumGeneric<>();
i.setNum(10.5f);

4、自定义泛型方法

泛型方法不一定写在泛型类里面

public class One{
	public <T extends Number> void printV(T t){
		sout(t);
	}
}
//调用
One one = new One();
one.printV(10);
one.printV(10.5f);

六、Java输入输出流

流是指一连串流动的字符，以先进先出的方式发送信息的通道。
文件输入————读
文件输出————写

1、File类

什么是文件？
文件可认为是相关记录或放在一起的数据的集合。
在Java中，使用java.io.File类对文件进行操作。
注：
Windows中的目录分隔符为""
Linux中的目录分隔符为"/"

绝对路径：是从盘符开始的路径
相对路径：是从当前路径开始的路径

//创建file对象
File file1 = new File("c:\\abc\\a.txt");
File file2 = new File("c:\\abc","a.txt");
File file3 = new File("c:\\abc\\bcd");
File file4 = new File(file3,"a.txt");
file1.isDirectory();//是否是目录
file1.isFile();//是否是文件
file3.exists();//判断是否存在
file3.mkdir();//创建一个目录
file3.mkdirs();//创建多个目录
file4.createNewFile();//创建文件
file3.isAbsolute();//是否绝对路径
file3.getPath()//获取路径（构造方法的路径）
file3.getAbsolutePath();//获取绝对路径
file4.getName();//获取文件名

2、字节流

字节输入流InputStream

字节输出流OutputStream

1）FileInputStream

从文件系统中的某个文件中获得输入字节。
用于读取诸如图像数据之类的原始字节流。

FileInputStream常用方法

注：如果返回值为-1，则表示已经达到文件末尾！

2）FileOutputStream

FileOutputStream常用方法

//**文件拷贝小案例：**
try{
	FileInputStream fit = new FileInputStream("happy.gif");
	FileOutputStream fos = new FileOutputStream("happycopy.gif");
	int n=0;
	byte[] b = new byte[1024];
	while((n=fit.read(b))!=-1){
		fos.write(b,0,n);
	}
	fit.close();
	fos.close();
}catch(FileNotFountException e){
	e.printStackTrace();
}catch(IOException e){
	e.printStackTrace();
}

3）缓冲流

缓冲输入流BufferedInputStream
缓冲输出流BufferedOutputStream

//**文件拷贝小案例：**
try{
	FileInputStream fis = new FileInputStream("happy.gif");
	BufferedInputStream bis = new BufferedInputSream(fis);
	FileOutputStream fos = new FileOutputStream("happycopy.gif");
	BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputSream(fos);
	int n=0;
	byte[] b = new byte[1024];
	while((n=bis.read(b))!=-1){
		bos.write(b,0,n);
		bos.flush();
	}
	fis.close();
	bis.close();
	fos.close();
	bos.close();
}catch(FileNotFountException e){
	e.printStackTrace();
}catch(IOException e){
	e.printStackTrace();
}

3、字符流

字符输入流Reader

字符输出流Writer

字节字符转换流
InputStreamReader
OutputStreamWriter

//**文件拷贝小案例：**
try{
	FileInputStream fis = new FileInputStream("happy.txt");
	InputStreamReader bis = new InputStreamReader(fis,"GBK");
	FileOutputStream fos = new FileOutputStream("happycopy.txt");
	OutputStreamWriterbos = new OutputStreamWriter(fos,"GBK");
	int n=0;
	char[] b = new char[10];
	while((n=bis.read(b))!=-1){
		bos.write(b,0,n);
		bos.flush();
	}
	fis.close();
	bis.close();
	fos.close();
	bos.close();
}catch(FileNotFountException e){
	e.printStackTrace();
}catch(IOException e){
	e.printStackTrace();
}

4、对象序列化

步骤：
－创建一个类，继承Serializable接口
－创建对象
－将对象写入文件
－从文件读取对象信息

对象输入流ObjectInputStream
对象输出流ObjectOutputStream

public class Goods implement Serializable{
	...
}
Goods goods1 = new Goods("gd001","电脑",3000);
try{
	FileOutputStream fos = new FileOutputStream("a.txt");
	ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
	FileInputStream fis = new FileInputStream("a.txt");
	ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
	//将Goods对象信息写入文件
	oos.writeObject(goods1);
	oos.writeBoolean(true);
	oos.flush();
	//读对象数据
	try{
		Goods goods = (Goods)ois.readObject();
		sout(goods);//输出：商品信息[编号:gd001,名称:电脑,价格:3000]
	}catch(ClassNotFoundException e){
		e.printStackTrace();
	} 
	sout(ois.readBoolean());//输出：true
	fos.close();
	oos.close();
	fis.close();
	ois.close();
}catch(FileNotFountException e){
	e.printStackTrace();
}catch(IOException e){
	e.printStackTrace();
}

七、多线程

1、什么是线程

进程：进程是指可执行程序并存放在计算机存储器的一个指令序列，它是一个动态执行的过程
线程：是比进程还要小的运行单位，一个进程包含多个线程

2、线程的创建

创建一个Thread 类，或者一个Thread 子类的对象
创建一个实现Runnable接口的类的对象
Thread类
Thread 是一个线程类，位于 java.lang 包下

构造方法：
Thread() 创建一个线程对象
Thread(String name) 创建一个具有指定名称的线程对象
Thread(Runnable target) 创建一个基于Runnable接口实现类的线程对象
Thread(Runnable target,String name) 创建一个基于Runnable接口实现类，并且具有指定名称的线程对象。

Thread类的常用方法：
public void run() 线程相关的代码写在该方法中，一般需要重写
public void start() 启动线程的方法，一个线程实例只能启动一次
public static void sleep(long m) 线程休眠m毫秒的方法
public void join() 优先执行调用join()方法的线程

class MyThread extends Thread{
	public MyThread(String name){
		super(name);
	}
	public void run(){
		sout(getName()+"该线程正常执行");
	}
}
MyThread mt1 = new MyThread("线程1");
mt1.start();
MyThread mt2 = new MyThread("线程2");
mt2.start();

Runnable接口
只有一个方法run();
Runnable 是 Java 中用以实现线程的接口
任何实现线程功能的类都必须实现该接口

为什么要实现Runnable接口？
– Java不支持多继承
– 不打算重写Thread类的其他方法

class MyRunnable implements Runnable{
	int i = 1;
	@Override
	public void run(){
		while(i<=10){
			sout(Thread.currentThread().getName()+ "正在运行"+(i++));
		}
	}
}
MyRunnable mr = new MyRunnable();
Thread t1 = new Thread(pr);
t1.start();
//MyRunnable mr1 = new MyRunnable();
Thread t2 = new Thread(pr);
t2.start();
//两个线程共享一个资源，总共打印10次

3、线程的生命周期

sleep方法应用
public static void sleep(long millis)
作用：在指定的毫秒数内让正在执行的线程休眠（暂停执行）
参数为休眠的时间，单位是毫秒

//在run方法里写，需要捕获异常
try{
	Thread.sleep(1000);
}catch(InterruptedException e){
	e.printStackTrace();
}

join方法应用
public final void join()
作用：等待调用该方法的线程结束后才能执行

//调用线程时执行
MyThread mt = new MyThread();
mt.start();
try{
	mt.join();
}catch(InterruptedException e){
	e.printStackTrace();
}

public final void join(long millis)
作用：等待该线程终止的最长时间为millis毫秒。
如果millis 0 为 则意味着要一直等下去。

4、线程优先级

Java为线程类提供了10个优先级
优先级可以用整数 1-10 表示，超过范围会抛出异常
主线程默认优先级为5
优先级常量
MAX_PRIORITY ：线程的最高优先级 10
MIN_PRIORITY ：线程的最低优先级 1
NORM_PRIORITY ：线程的默认优先级 5
优先级相关的方法
public void setPriority(int newPriority) 设置线程优先级的方法，在启动线程之前执行
public int getPriority () 获取线程优先级的方法，启动线程之后执行

5、线程同步

各个线程是通过竞争 CPU 时间而获得运行机会的
各线程什么时候得到 CPU 时间，占用多久，是不可预测的
一个正在运行着的线程在什么地方被暂停是不确定的

使用关键字synchronized实现同步锁
synchronized关键字用在
– 成员方法 public synchronized void saveAccount(){}
– 静态方法 public static void saveAccount synchronized (){}
– 语句块 synchronized (obj){……}

6、线程间通信

wait()方法：中断方法的执行，使线程等待
notify()方法：唤醒处于等待的某一个线程，使其结束等待
notifyAll()方法：唤醒所有处于等待的线程，使它们结束等待

//在普通方法里写
//需要中断的时候
try{
	wait();
}catch(InterruptedException e){
	e.printStackTrace();
}
//需要唤醒的时候
notifyAll();

7、创建多线程的第三种方式

实现Calleble接口，重写call()方法，call()作为线程的执行体，具有返回值，并且可以对异常进行声明和抛出；使用start()方法来启动线程。

public class ThirdThread implements Callable<String>{
	@Override
	public String call() throws Exception {
		//方法类型可以根据要返回值的类型进行确认
		String str = "多线程的第三种创建方法";
		return str;
	}
}
Callable<String> call = new ThirdThread();
FutureTask<String> ft = new FutureTask<>(call);
Thread t3 = new Thread(ft);
t3.start();
//获取call方法的返回值：先启动线程才可以获取到Call的返回值
try{
	sout(ft.get());
}catch (InterruptedException | ExecutionException e){
	e.printStackTrace();
}