java程序员进阶之路_Java语言程序设计与数据结构[通俗易懂]

Java高级教程（一）

1.Java 数据结构

Java工具包提供了强大的数据结构。在Java中的数据结构主要包括以下几种接口和类：

枚举（Enumeration）
位集合（BitSet）
向量（Vector）
栈（Stack）
字典（Dictionary）
哈希表（Hashtable）
属性（Properties）
在Java2中引入了一种新的框架-集合框架(Collection)

1.1枚举（Enumeration）

枚举（Enumeration）接口虽然它本身不属于数据结构,但它在其他数据结构的范畴里应用很广。枚举（The Enumeration）接口定义了一种从数据结构中取回连续元素的方式。Java Enumeration接口中定义了一些方法，通过这些方法可以枚举（一次获得一个）对象集合中的元素。这种传统接口已被迭代器取代，虽然Enumeration 还未被遗弃，但在现代代码中已经被很少使用了。尽管如此，它还是使用在诸如Vector和Properties这些传统类所定义的方法中，除此之外，还用在一些API类，并且在应用程序中也广泛被使用。

1.2位集合（BitSet）

位集合类实现了一组可以单独设置和清除的位或标志。该类在处理一组布尔值的时候非常有用，你只需要给每个值赋值一”位”，然后对位进行适当的设置或清除，就可以对布尔值进行操作了。这是一个传统的类，但它在Java 2中被完全重新设计。

1.3Java Vector 类

Vector类实现了一个动态数组。和ArrayList和相似，但是两者是不同的：Vector是同步访问的。Vector包含了许多传统的方法，这些方法不属于集合框架。Vector主要用在事先不知道数组的大小，或者只是需要一个可以改变大小的数组的情况。

1.4栈（Stack）

栈（Stack）实现了一个后进先出（LIFO）的数据结构。你可以把栈理解为对象的垂直分布的栈，当你添加一个新元素时，就将新元素放在其他元素的顶部。当你从栈中取元素的时候，就从栈顶取一个元素。Java Stack 类:栈是Vector的一个子类，它实现了一个标准的后进先出的栈。堆栈只定义了默认构造函数，用来创建一个空栈。堆栈除了包括由Vector定义的所有方法，也定义了自己的一些方法。

1.5字典（Dictionary）

字典（Dictionary）类是一个抽象类，它定义了键映射到值的数据结构。当你想要通过特定的键而不是整数索引来访问数据的时候，这时候应该使用Dictionary。由于Dictionary类是抽象类，所以它只提供了键映射到值的数据结构，而没有提供特定的实现。Dictionary类已经过时了。在实际开发中，你可以实现Map接口来获取键/值的存储功能。

1.6哈希表（Hashtable）

Hashtable类提供了一种在用户定义键结构的基础上来组织数据的手段。哈希表键的具体含义完全取决于哈希表的使用情景和它包含的数据。Java Hashtable 接口：Java 2 重构的Hashtable实现了Map接口，因此，Hashtable现在集成到了集合框架中。它和HashMap类很相似，但是它支持同步。像HashMap一样，Hashtable在哈希表中存储键/值对。当使用一个哈希表，要指定用作键的对象，以及要链接到该键的值。然后，该键经过哈希处理，所得到的散列码被用作存储在该表中值的索引。

1.7属性（Properties）

Properties 继承于 Hashtable.Properties 类表示了一个持久的属性集.属性列表中每个键及其对应值都是一个字符串。Properties 类被许多Java类使用。例如，在获取环境变量时它就作为System.getProperties()方法的返回值。

2.Java 集合框架（任何对象加入集合类后，自动转变为Object类型，所以在取出的时候，需要进行强制类型转换
）

早在Java 2中之前，Java就提供了特设类。比如：Dictionary, Vector, Stack, 和Properties这些类用来存储和操作对象组。虽然这些类都非常有用，但是它们缺少一个核心的，统一的主题。由于这个原因，使用Vector类的方式和使用Properties类的方式有着很大不同。集合框架是一个用来代表和操纵集合的统一架构。所有的集合框架都包含如下内容：

接口：是代表集合的抽象数据类型。接口允许集合独立操纵其代表的细节。在面向对象的语言，接口通常形成一个层次。
实现（类）：是集合接口的具体实现。从本质上讲，它们是可重复使用的数据结构。
算法：是实现集合接口的对象里的方法执行的一些有用的计算，例如：搜索和排序。这些算法被称为多态，那是因为相同的方法可以在相似的接口上有着不同的实现。

除了集合，该框架也定义了几个Map接口和类。Map里存储的是键/值对。尽管Map不是collections，但是它们完全整合在集合中。

2.1 Set和List的区别：

Set接口实例存放的是对象的引用，没有重复对象，存储的是无序的，不重复的数据。List 接口实例其元素以线性方式存储，存储的是有序的，可以重复的元素。
Set检索效率低下，删除和插入效率高，插入和删除不会引起元素位置改变 <实现类有HashSet,TreeSet>。
List和数组类似，可以动态增长，根据实际存储的数据的长度自动增长List的长度。查找元素效率高，插入删除效率低，因为会引起其他元素位置改变 <实现类有ArrayList,LinkedList,Vector> 。

3.1如何使用迭代器

通常情况下，你会希望遍历一个集合中的元素。例如，显示集合中的每个元素。一般遍历数组都是采用for循环或者增强for，这两个方法也可以用在集合框架，但是还有一种方法是采用迭代器遍历集合框架，它是一个对象，实现了Iterator 接口或ListIterator接口。迭代器，使你能够通过循环来得到或删除集合的元素。ListIterator 继承了Iterator，以允许双向遍历列表和修改元素。

3.Java 泛型

泛型的本质是参数化类型，也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。

假定我们有这样一个需求：写一个排序方法，能够对整形数组、字符串数组甚至其他任何类型的数组进行排序，该如何实现？答案是可以使用 Java 泛型。

3.1泛型方法：

你可以写一个泛型方法，该方法在调用时可以接收不同类型的参数。根据传递给泛型方法的参数类型，编译器适当地处理每一个方法调用。下面是定义泛型方法的规则：

所有泛型方法声明都有一个类型参数声明部分（由尖括号分隔），该类型参数声明部分在方法返回类型之前（在下面例子中的<E>）。
每一个类型参数声明部分包含一个或多个类型参数，参数间用逗号隔开。一个泛型参数，也被称为一个类型变量，是用于指定一个泛型类型名称的标识符。
类型参数能被用来声明返回值类型，并且能作为泛型方法得到的实际参数类型的占位符。
泛型方法体的声明和其他方法一样。注意类型参数只能代表引用型类型，不能是原始类型（像int,double,char的等）。

3.2泛型类

泛型类的声明和非泛型类的声明类似，除了在类名后面添加了类型参数声明部分。和泛型方法一样，泛型类的
类型参数声明部分也包含一个或多个类型参数，参数间用逗号隔开。一个泛型参数，也被称为一个类型变量，是用于指定一个泛型类型名称的标识符。因为他们接受一个或多个参数，这些类被称为参数化的类或参数化的类型。

3.3类型通配符

类型通配符一般是使用?代替具体的类型参数。例如 List<?> 在逻辑上是List<String>>,List<Integer> 等所有List<具体类型实参>的父类。

类型通配符上限通过形如List来定义，如此定义就是通配符泛型值接受Number及其下层子类类型。

解析：在(//1)处会出现错误，因为getUperNumber()方法中的参数已经限定了参数泛型上限为Number，所以泛型为String是不在这个范围之内，所以会报错

类型通配符下限通过形如 List<? super Number>来定义，表示类型只能接受Number及其上层父类类型，如Objec类型的实例。

4.Java 序列化

Java 提供了一种对象序列化的机制，该机制中，一个对象可以被表示为一个字节序列，该字节序列包括该对象的数据、有关对象的类型的信息和存储在对象中数据的类型。将序列化对象写入文件之后，可以从文件中读取出来，并且对它进行反序列化，也就是说，对象的类型信息、对象的数据，还有对象中的数据类型可以用来在内存中新建对象。整个过程都是 Java 虚拟机（JVM）独立的，也就是说，在一个平台上序列化的对象可以在另一个完全不同的平台上反序列化该对象。类 ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream 是高层次的数据流，它们包含序列化和反序列化对象的方法。

类 ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream 是高层次的数据流，它们包含序列化和反序列化对象的方法。ObjectOutputStream 类包含很多写方法来写各种数据类型，但是一个特别的方法例外：

  public final void writeObject(Object x) throws IOException

上面的方法序列化一个对象，并将它发送到输出流。相似的 ObjectInputStream 类包含如下反序列化一个对象的方法：

  public final Object readObject() throws IOException, ClassNotFoundException

该方法从流中取出下一个对象，并将对象反序列化。它的返回值为Object，因此，你需要将它转换成合适的数据类型。为了演示序列化在Java中是怎样工作的，我将使用之前教程中提到的Employee类，假设我们定义了如下的Employee类，该类实现了Serializable 接口。

请注意，一个类的对象要想序列化成功，必须满足两个条件：

该类必须实现 java.io.Serializable 对象。
该类的所有属性必须是可序列化的。如果有一个属性不是可序列化的，则该属性必须注明是短暂的。

如果你想知道一个 Java 标准类是否是可序列化的，请查看该类的文档。检验一个类的实例是否能序列化十分简单，只需要查看该类有没有实现 java.io.Serializable接口。

4.1序列化对象

ObjectOutputStream 类用来序列化一个对象，如下的 SerializeDemo 例子实例化了一个 Employee 对象，并将该对象序列化到一个文件中。该程序执行后，就创建了一个名为 employee.ser 文件。该程序没有任何输出，但是你可以通过代码研读来理解程序的作用。

4.2反序列化对象

下面的 DeserializeDemo 程序实例了反序列化，/tmp/employee.ser 存储了 Employee 对象。

这里要注意以下要点：

readObject() 方法中的 try/catch代码块尝试捕获 ClassNotFoundException 异常。对于 JVM 可以反序列化对象，它必须是能够找到字节码的类。如果JVM在反序列化对象的过程中找不到该类，则抛出一个 ClassNotFoundException 异常。
注意，readObject() 方法的返回值被转化成 Employee 引用。
当对象被序列化时，属性 SSN 的值为 111222333，但是因为该属性是短暂的，该值没有被发送到输出流。所以反序列化后 Employee 对象的 SSN 属性为 0。

5.Java 网络编程

网络编程是指编写运行在多个设备（计算机）的程序，这些设备都通过网络连接起来。

java.net 包中提供了两种常见的网络协议的支持：

TCP：TCP 是传输控制协议的缩写，它保障了两个应用程序之间的可靠通信。通常用于互联网协议，被称 TCP / IP。
UDP：UDP 是用户数据报协议的缩写，一个无连接的协议。提供了应用程序之间要发送的数据的数据包。

5.1Socket 编程

套接字使用TCP提供了两台计算机之间的通信机制。客户端程序创建一个套接字，并尝试连接服务器的套接字。当连接建立时，服务器会创建一个 Socket 对象。客户端和服务器现在可以通过对 Socket 对象的写入和读取来进行进行通信。java.net.Socket 类代表一个套接字，并且 java.net.ServerSocket 类为服务器程序提供了一种来监听客户端，并与他们建立连接的机制。

以下步骤在两台计算机之间使用套接字建立TCP连接时会出现：

服务器实例化一个 ServerSocket 对象，表示通过服务器上的端口通信。
服务器调用 ServerSocket 类的 accept() 方法，该方法将一直等待，直到客户端连接到服务器上给定的端口。
服务器正在等待时，一个客户端实例化一个 Socket 对象，指定服务器名称和端口号来请求连接。
Socket 类的构造函数试图将客户端连接到指定的服务器和端口号。如果通信被建立，则在客户端创建一个 Socket 对象能够与服务器进行通信。
在服务器端，accept() 方法返回服务器上一个新的 socket 引用，该 socket 连接到客户端的 socket。

连接建立后，通过使用 I/O 流在进行通信，每一个socket都有一个输出流和一个输入流，客户端的输出流连接到服务器端的输入流，而客户端的输入流连接到服务器端的输出流。TCP 是一个双向的通信协议，因此数据可以通过两个数据流在同一时间发送.

5.2ServerSocket 类的方法

服务器应用程序通过使用 java.net.ServerSocket 类以获取一个端口,并且侦听客户端请求。

5.3Socket 类的方法

java.net.Socket 类代表客户端和服务器都用来互相沟通的套接字。客户端要获取一个 Socket 对象通过实例化，而服务器获得一个 Socket 对象则通过 accept() 方法的返回值。

当 Socket 构造方法返回，并没有简单的实例化了一个 Socket 对象，它实际上会尝试连接到指定的服务器和端口。下面列出了一些感兴趣的方法，注意客户端和服务器端都有一个 Socket 对象，所以无论客户端还是服务端都能够调用这些方法。

5.4InetAddress 类的方法

这个类表示互联网协议(IP)地址。下面列出了 Socket 编程时比较有用的方法：

5.5Socket 客户端实例

5.6Socket 服务端实例

5.7Java URL处理

URL（Uniform Resource Locator）中文名为统一资源定位符，有时也被俗称为网页地址。表示为互联网上的资源，如网页或者FTP地址。本章节我们将介绍Java是如处理URL的。URL可以分为如下几个部分。

  protocol://host:port/path?query#fragment

protocol(协议)可以是 HTTP、HTTPS、FTP 和 File，port 为端口号，path为文件路径及文件名。HTTP 协议的 URL 实例如下:

  http://www.runoob.com/index.html?language=cn#j2se

URL 解析：

协议为(protocol)：http
主机为(host:port)：www.runoob.com
端口号为(port): 80 ，以上URL实例并未指定端口，因为 HTTP 协议默认的端口号为 80。
文件路径为(path)：/index.html
请求参数(query)：language=cn
定位位置(fragment)：j2se，定位到网页中 id 属性为 j2se 的 HTML 元素位置。

URL 类方法：在java.net包中定义了URL类，该类用来处理有关URL的内容。对于URL类的创建和使用，下面分别进行介绍。java.net.URL提供了丰富的URL构建方式，并可以通过java.net.URL来获取资源。

URL类中包含了很多方法用于访问URL的各个部分，具体方法及描述如下：

URLConnections 类方法：openConnection() 返回一个 java.net.URLConnection。

如果你连接HTTP协议的URL, openConnection() 方法返回 HttpURLConnection 对象。
如果你连接的URL为一个 JAR 文件, openConnection() 方法将返回 JarURLConnection 对象。

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