java基础学习笔记总结

Java的集合类被定义在Java.util包中，主要有 4种集合，分别为List、Queue、Set和Map，每种

集合的具体分类如图

List：可重复

List是非常常用的数据类型，是有序的Collection，一共有三个实现类，分别是ArrayList、

Vector和LinkedList。

1.ArrayList：基于数组实现，增删慢，查询快，线程不安全

ArrayList是使用最广泛的List实现类，其内部数据结构基于数组实现，提供了对List的增加

（add）、删除（remove）和访问（get）功能。

ArrayList的缺点是对元素必须连续存储，当需要在ArrayList的中间位置插入或者删除元素时，

需要将待插入或者删除的节点后的所有元素进行移动，其修改代价较高，因此，ArrayList不适合随

机插入和删除的操作，更适合随机查找和遍历的操作。

ArrayList不需要在定义时指定数组的长度，在数组长度不能满足存储要求时，ArrayList会创建

一个新的更大的数组并将数组中已有的数据复制到新的数组中。

2.Vector：基于数组实现，增删慢，查询快，线程安全

Vector的数据结构和ArrayList一样，都是基于数组实现的，不同的是Vector支持线程同步，即

同一时刻只允许一个线程对Vector进行写操作（新增、删除、修改），以保证多线程环境下数据的一致性，但需要频繁地对Vector实例进行加锁和释放锁操作，因此，Vector的读写效率在整体上比

ArrayList低。

3.LinkedList：基于双向链表实现，增删快，查询慢，线程不安全

LinkedList采用双向链表结构存储元素，在对LinkedList进行插入和删除操作时，只需在对应的

节点上插入或删除元素，并将上一个节点元素的下一个节点的指针指向该节点即可，数据改动较

小，因此随机插入和删除效率很高。但在对LinkedList进行随机访问时，需要从链表头部一直遍历

到该节点为止，因此随机访问速度很慢。除此之外，LinkedList还提供了在List接口中未定义的方

法，用于操作链表头部和尾部的元素，因此有时可以被当作堆栈、队列或双向队列使用。

2.1.2 Queue

Queue是队列结构，Java中的常用队列如下。

◎ ArrayBlockingQueue：基于数组数据结构实现的有界阻塞队列。

◎ LinkedBlockingQueue：基于链表数据结构实现的有界阻塞队列。

◎ PriorityBlockingQueue：支持优先级排序的无界阻塞队列。

◎ DelayQueue：支持延迟操作的无界阻塞队列。

◎ SynchronousQueue：用于线程同步的阻塞队列。

◎ LinkedTransferQueue：基于链表数据结构实现的无界阻塞队列。

◎ LinkedBlockingDeque：基于链表数据结构实现的双向阻塞队列。

Set：不可重复

Set核心是独一无二的性质，适用于存储无序且值不相等的元素。对象的相等性在本质上是对

象的HashCode值相同，Java依据对象的内存地址计算出对象的HashCode值。如果想要比较两个对

象是否相等，则必须同时覆盖对象的hashCode方法和equals方法，并且hashCode方法和equals方法的

返回值必须相同。

1.HashSet：HashTable实现，无序

HashSet存放的是散列值，它是按照元素的散列值来存取元素的。元素的散列值是通过元素的

hashCode方法计算得到的，HashSet首先判断两个元素的散列值是否相等，如果散列值相等，则接

着通过equals方法比较，如果equls方法返回的结果也为true，HashSet就将其视为同一个元素；如果

equals方法返回的结果为false，HashSet就不将其视为同一个元素。

2.TreeSet：二叉树实现

TreeSet基于二叉树的原理对新添加的对象按照指定的顺序排序（升序、降序），每添加一个

对象都会进行排序，并将对象插入二叉树指定的位置。

Integer和String等基础对象类型可以直接根据TreeSet的默认排序进行存储，而自定义的数据类

型必须实现Comparable接口，并且覆写其中的compareTo函数才可以按照预定义的顺序存储。若覆

写compare函数，则在升序时在this.对象小于指定对象的条件下返回-1，在降序时在this.对象大于指

定对象的条件下返回1。

3.LinkHashSet：HashTable实现数据存储，双向链表记录顺序

LinkedHashSet在底层使用LinkedHashMap存储元素，它继承了HashSet，所有的方法和操作都

与HashSet相同，因此LinkedHashSet的实现比较简单，只提供了 4个构造方法，并通过传递一个标

识参数调用父类的构造器，在底层构造一个LinkedHashMap来记录数据访问，其他相关操作与父类

HashSet相同，直接调用父类HashSet的方法即可。2.1.4 Map

1.HashMap：数组+链表存储数据，线程不安全

HashMap基于键的HashCode值唯一标识一条数据，同时基于键的HashCode值进行数据的存

取，因此可以快速地更新和查询数据，但其每次遍历的顺序无法保证相同。HashMap的key和value

允许为null。

HashMap是非线程安全的，即在同一时刻有多个线程同时写HashMap时将可能导致数据的不一

致。如果需要满足线程安全的条件，则可以用Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有线

程安全的能力，或者使用ConcurrentHashMap。

HashMap的数据结构如图 2-2所示，其内部是一个数组，数组中的每个元素都是一个单向链

表，链表中的每个元素都是嵌套类Entry的实例，Entry实例包含4个属性：key、value、hash值和用

于指向单向链表下一个元素的next。

 

HashMap常用的参数如下。

◎ capacity：当前数组的容量，默认为 16，可以扩容，扩容后数组的大小为当前的两倍，因此

该值始终为2 n 。

◎ loadFactor：负载因子，默认为0.75。

◎ threshold：扩容的阈值，其值等于capacity×loadFactor。

HashMap在查找数据时，根据HashMap的Hash值可以快速定位到数组的具体下标，但是在找到

数组下标后需要对链表进行顺序遍历直到找到需要的数据，时间复杂度为O(n )。

为了减少链表遍历的开销，Java 8对HashMap进行了优化，将数据结构修改为数组+链表或红黑

树。在链表中的元素超过 8个以后，HashMap会将链表结构转换为红黑树结构以提高查询效率，因

此其时间复杂度为O(log N )。Java 8 HashMap的数据结构如图

2.ConcurrentHashMap：分段锁实现，线程安全

与HashMap不同，ConcurrentHashMap采用分段锁的思想实现并发操作，因此是线程安全的。

ConcurrentHashMap由多个Segment组成（Segment的数量也是锁的并发度），每个Segment均继承自

ReentrantLock并单独加锁，所以每次进行加锁操作时锁住的都是一个Segment，这样只要保证每个Segment都是线程安全的，也就实现了全局的线程安全。

在ConcurrentHashMap中有个concurrencyLevel参数表示并行级别，默认是 16，也就是说

ConcurrentHashMap默认由 16个Segments组成，在这种情况下最多同时支持 16个线程并发执行写操作，只要它们的操作分布在不同的Segment上即可。并行级别concurrencyLevel可以在初始化时设置，一旦初始化就不可更改。ConcurrentHashMap的每个Segment内部的数据结构都和HashMap相同。

 

3.HashTable：线程安全

HashTable是遗留类，很多映射的常用功能都与HashMap类似，不同的是它继承自Dictionary

类，并且是线程安全的，同一时刻只有一个线程能写HashTable，并发性不如ConcurrentHashMap。

4.TreeMap：基于二叉树数据结构

TreeMap基于二叉树数据结构存储数据，同时实现了SortedMap接口以保障元素的顺序存取，

默认按键值的升序排序，也可以自定义排序比较器。

TreeMap常用于实现排序的映射列表。在使用TreeMap时其key必须实现Comparable接口或采用

自定义的比较器，否则会抛出java.lang.ClassCastException异常。

5.LinkedHashMap：基于HashTable数据结构，使用链表保存插入顺序

LinkedHashMap为HashMap的子类，其内部使用链表保存元素的插入顺序，在通过Iterator遍历

LinkedHashMap时，会按照元素的插入顺序访问元素。

异常的概念

异常指在方法不能按照正常方式完成时，可以通过抛出异常的方式退出该方法，在异常中封装

了方法执行过程中的错误信息及原因，调用方在获取该异常后可根据业务的情况选择处理该异常或

者继续抛出该异常。

在方法在执行过程中出现异常时，Java异常处理机制会将代码的执行权交给异常处理器，异常

处理器根据在系统中定义的异常处理规则执行不同的异常处理逻辑（抛出异常或捕捉并处理异

常）。

2.2.2 异常分类

在Java中，Throwable是所有错误或异常的父类，Throwable又可分为Error和Exception，常见的

Error有AWTError、ThreadDeath，Exception又可分为RuntimeException和CheckedException

Error指Java程序运行错误，如果程序在启动时出现Error，则启动失败；如果程序在运行过程中

出现Error，则系统将退出进程。出现Error通常是因为系统的内部错误或资源耗尽，Error不能被在

运行过程中被动态处理。如果程序出现Error，则系统能做的工作也只能有记录错误的成因和安全

终止。

Exception指Java程序运行异常，即运行中的程序发生了人们不期望发生的事件，可以被Java异

常处理机制处理。Exception也是程序开发中异常处理的核心，可分为RuntimeException（运行时异

常）和CheckedException（检查异常），如图2-7所示。

◎ RuntimeException：指在Java虚拟机正常运行期间抛出的异常，RuntimeException可以被捕获

并处理，如果出现RuntimeException，那么一定是程序发生错误导致的。我们通常需要抛出该异常

或者捕获并处理该异常。常见的RuntimeException有NullPointerException、ClassCastException、

ArrayIndexOutOf BundsException等。

◎ CheckedException：指在编译阶段Java编译器会检查CheckedException异常并强制程序捕获和

处理此类异常，即要求程序在可能出现异常的地方通过try catch语句块捕获并处理异常。常见的

CheckedException有由于I/O 错误导致的IOException、SQLException、ClassNotFoundException等。 该类异常一般由于打开错误的文件、SQL语法错误、类不存在等引起。

 

反射机制

2.3.1 动态语言的概念

动态语言指程序在运行时可以改变其结构的语言，比如新的属性或方法的添加、删除等结构上

的变化。JavaScript、Ruby、Python等都属于动态语言；C、C++不属于动态语言。从反射的角度来

说，Java属于半动态语言。

2.3.2 反射机制的概念

反射机制指在程序运行过程中，对任意一个类都能获取其所有属性和方法，并且对任意一个对

象都能调用其任意一个方法。这种动态获取类和对象的信息，以及动态调用对象的方法的功能被称

为Java语言的反射机制。

2.3.3 反射的应用

Java中的对象有两种类型：编译时类型和运行时类型。编译时类型指在声明对象时所采用的类

型，运行时类型指为对象赋值时所采用的类型。

在如下代码中，persion对象的编译时类型为Person，运行时类型为Student，因此无法在编译时

获取在Student类中定义的方法：

因此，程序在编译期间无法预知该对象和类的真实信息，只能通过运行时信息来发现该对象和

类的真实信息，而其真实信息（对象的属性和方法）通常通过反射机制来获取，这便是Java语言中

反射机制的核心功能。

2.3.4 Java的反射API

Java的反射API主要用于在运行过程中动态生成类、接口或对象等信息，其常用API如下。

◎ Class类：用于获取类的属性、方法等信息。

◎ Field类：表示类的成员变量，用于获取和设置类中的属性值。

◎ Method类：表示类的方法，用于获取方法的描述信息或者执行某个方法。

◎ Constructor类：表示类的构造方法。

2.3.5 反射的步骤

反射的步骤如下。

（1）获取想要操作的类的Class对象，该Class对象是反射的核心，通过它可以调用类的任意方

法。

（2）调用Class对象所对应的类中定义的方法，这是反射的使用阶段。

（3）使用反射API来获取并调用类的属性和方法等信息。

获取Class对象的3种方法如下。

（1）调用某个对象的getClass方法以获取该类对应的Class对象：

（2）调用某个类的class属性以获取该类对应的Class对象：

（3）调用Class类中的forName静态方法以获取该类对应的Class对象，这是最安全、性能也最

好的方法：

 

我们在获得想要操作的类的Class对象后，可以通过Class类中的方法获取并查看该类中的方法

和属性，具体代码如下：

创建对象的两种方式

创建对象的两种方式如下。

◎ 使用Class对象的newInstance方法创建该Class对象对应类的实例，这种方法要求该Class对象

对应的类有默认的空构造器。

◎ 先使用Class对象获取指定的Constructor对象，再调用Constructor对象的newInstance方法创建

Class对象对应类的实例，通过这种方法可以选定构造方法创建实例。创建对象的具体代码如下

 

Method的invoke方法

Method提供了关于类或接口上某个方法及如何访问该方法的信息，那么在运行的代码中如何

动态调用该方法呢？答案就通过调用Method的invoke方法。我们通过invoke方法可以实现动态调

用，比如可以动态传入参数及将方法参数化。具体过程为：获取对象的Method，并调用Method的

invoke方法，如下所述。

（ 1 ） 获 取 Method 对 象 ： 通 过 调 用 Class 对 象 的 getMethod(String name, Class<?>...

parameterTypes)返回一个Method对象，它描述了此Class对象所表示的类或接口指定的公共成员方法。name参数是String类型，用于指定所需方法的名称。parameterTypes参数是按声明顺序标识该方法的形参类型的Class对象的一个数组，如果parameterTypes为null，则按空数组处理。

（2）调用invoke方法：指通过调用Method对象的invoke方法来动态执行函数。invoke方法的具

体使用代码如下：

的getMethod("setName",String.class) 获取一个method 对象；接着使用Class 对象获取指定的

Constructor对象并调用Constructor对象的newInstance方法创建Class对象对应类的实例；最后通过调

用method.invoke方法实现动态调用，这样就通过反射动态生成类的对象并调用其方法。

2.4 注解

2.4.1 注解的概念

注解（Annotation）是Java提供的设置程序中元素的关联信息和元数据（MetaData）的方法，

它是一个接口，程序可以通过反射获取指定程序中元素的注解对象，然后通过该注解对象获取注解中的元数据信息。

2.4.2 标准元注解：@Target、@Retention、@Documented、@Inherited

元注解（Meta-Annotation）负责注解其他注解。在Java中定义了 4个标准的元注解类型

@Target、@Retention、@Documented、@Inherited，用于定义不同类型的注解。

（1）@Target：@Target说明了注解所修饰的对象范围。注解可被用于packages、types（类、

接口、枚举、注解类型）、类型成员（方法、构造方法、成员变量、枚举值）、方法参数和本地变

量（循环变量、catch参数等）。在注解类型的声明中使用了target，可更加明确其修饰的目标，

target的具体取值类型如表2-1所示。