《Effective Java》读书笔记

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第02章：创建和销毁对象

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（1）优先考虑静态工厂方法而不是构造函数

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一、优势

1. 名称灵活性

• 构造函数必须与类名相同（如new ArrayList()），而静态工厂方法可以自定义名称（如Collections.emptyList()），更清晰地表达方法的功能。

• 示例：

  // 构造函数
  List<String> list = new ArrayList(); // 无法体现"空列表"的语义
  // 静态工厂方法
  List<String> emptyList = Collections.emptyList(); // 名称直接表明用途
  

2. 避免重复创建对象

• 静态工厂方法可以通过缓存或单例模式重用已有实例，减少内存开销和垃圾回收（GC）压力。
• 示例（单例模式）：

  public class Logger {
      private static final Logger INSTANCE = new Logger();
      private Logger() {} // 私有构造函数
  
      public static Logger getInstance() { // 静态工厂方法
          return INSTANCE;
      }
  }
  

3. 返回子类对象

• 静态工厂方法可以隐藏具体实现类，直接返回子类实例，客户端无需知道继承关系。
• 示例（按需返回不同子类）：

  interface Shape {
      double area();
  }
  
  class Circle implements Shape { /* ... */ }
  class Square implements Shape { /* ... */ }
  
  class ShapeFactory {
      public static Shape createShape(String type) {
          switch (type) {
              case "circle": return new Circle();
              case "square": return new Square();
              default: throw new IllegalArgumentException();
          }
      }
  }
  

4. 无需创建对象时返回null

• 构造函数必须返回新对象，而静态工厂方法可以返回null或特定占位对象（如空集合），避免客户端处理NullPointerException。
• 示例：

  // 静态工厂方法返回空集合（不可变）
  List<String> list = Collections.emptyList(); // 不会为null
  // 构造函数无法直接返回空对象
  

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二、对比

特性	静态工厂方法	构造函数
名称	自定义名称，语义更明确	固定为new ClassName(...)
实例化控制	可重用对象、返回子类或占位对象	必须新建对象
可读性	方法名可描述行为（如fromJson()）	仅依赖参数列表传递意图
与单例模式的集成	天然支持单例（如getInstance()）	需额外私有化构造函数

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三、业务

1. 工具类（如Collections、Arrays）：
   提供静态工厂方法生成不可变集合、数组视图等。

   Set<Integer> uniqueNumbers = Sets.newHashSet(numbers); // 静态工厂
   

2. 枚举与常量：
   结合枚举实现工厂方法，返回预定义的实例。

   public enum Operation {
       ADD, SUBTRACT, MULTIPLY;
   
       public static Operation fromSymbol(String symbol) {
           switch (symbol) {
               case "+": return ADD;
               case "-": return SUBTRACT;
               case "*": return MULTIPLY;
               default: throw new IllegalArgumentException();
           }
       }
   }
   

3. 延迟初始化与缓存：
   静态工厂方法可以控制实例的创建时机。

   public class DatabaseConnection {
       private static volatile Connection INSTANCE;
   
       private DatabaseConnection() {} // 私有构造函数
   
       public static Connection getConnection() {
           if (INSTANCE == null) {
               synchronized (DatabaseConnection.class) {
                   if (INSTANCE == null) {
                       INSTANCE = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost");
                   }
               }
           }
           return INSTANCE;
       }
   }
   

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四、注意

1. 不要滥用：若类需要被实例化且无特殊需求，直接使用构造函数即可。
2. 文档清晰：静态工厂方法需明确标注其功能（如是否返回新对象或单例）。
3. 避免混淆：静态工厂方法应与构造函数职责分离，避免同名冲突。

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五、总结

静态工厂方法通过命名灵活性、实例化控制和隐藏实现细节，提供了比构造函数更强大的功能。尤其在需要优化性能、简化客户端调用或实现设计模式（如单例、工厂模式）时，静态工厂方法是更优选择。

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（2）优先考虑构建器(多参数)

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一、核心观点

1. 问题：多参数构造函数的痛点

• 问题描述：当类需要多个参数时，构造函数会变得冗长、难以阅读，且参数顺序容易混淆。
• 示例：

  public class User {
      private String name;
      private int age;
      private String email;
      private String phone;
  
      public User(String name, int age, String email, String phone) {
          this.name = name;
          this.age = age;
          this.email = email;
          this.phone = phone;
      }
  }
  // 调用时需记住参数顺序：
  User user = new User("Alice", 30, "alice@example.com", "123-456-7890");
  

2. 解决方案：构建器模式（Builder Pattern）

• 优势：
  • 明确参数语义：每个参数通过方法名清晰标识。
  • 支持可选参数：无需强制传递所有参数。
  • 链式调用：代码更流畅易读。
  • 避免构造函数歧义：参数顺序不影响结果。

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二、示例

1. 坏代码：多参数构造函数

public class NutritionFacts {
    private final int servingSize; // 每份克数
    private final int calories;    // 卡路里
    private final int fat;          // 脂肪含量
    private final int sodium;      // 钠含量
    private final int sugar;        // 糖含量;

    // 6个参数的构造函数，难以维护
    public NutritionFacts(int servingSize, int calories, int fat, int sodium, int sugar) {
        this.servingSize = servingSize;
        this.calories = calories;
        this.fat = fat;
        this.sodium = sodium;
        this.sugar = sugar;
    }
}

// 调用时参数顺序容易出错：
NutritionFacts facts = new NutritionFacts(240, 200, 10, 350, 5);

2. 好代码：使用构建器重构

public class NutritionFacts {
    private final int servingSize;
    private final int calories;
    private final int fat;
    private final int sodium;
    private final int sugar;

    // 私有构造函数，仅通过构建器创建实例
    private NutritionFacts(Builder builder) {
        this.servingSize = builder.servingSize;
        this.calories = builder.calories;
        this.fat = builder.fat;
        this.sodium = builder.sodium;
        this.sugar = builder.sugar;
    }

    // 静态内部构建器类
    public static class Builder {
        private final int servingSize;
        private int calories = 0;
        private int fat = 0;
        private int sodium = 0;
        private int sugar = 0;

        public Builder(int servingSize) {
            this.servingSize = servingSize;
        }

        public Builder calories(int calories) {
            this.calories = calories;
            return this;
        }

        public Builder fat(int fat) {
            this.fat = fat;
            return this;
        }

        public Builder sodium(int sodium) {
            this.sodium = sodium;
            return this;
        }

        public Builder sugar(int sugar) {
            this.sugar = sugar;
            return this;
        }

        public NutritionFacts build() {
            return new NutritionFacts(this);
        }
    }

    // 客户端调用示例
    public static void main(String[] args) {
        NutritionFacts facts = new NutritionFacts.Builder(240)
                .calories(200)
                .fat(10)
                .sodium(350)
                .sugar(5)
                .build();
    }
}

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三、核心设计原则

1. 静态内部构建器类

• 构建器通常定义为类的静态内部类，封装构造逻辑并控制实例化流程。

2. 必需参数优先设置

• 在构建器中，强制要求某些关键参数（如servingSize），其余参数提供默认值（如calories=0）。

3. 链式调用（Fluent Interface）

• 每个设置方法返回Builder自身，支持连续调用（如.calories(200).fat(10)）。

4. 不可变对象

• 构建器生成的实例应为不可变类（所有字段final），确保线程安全和一致性。

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四、对比

方案	优点	缺点
多参数构造函数	简单直接	参数顺序易错、可读性差、无法支持可选参数
静态工厂方法	支持灵活返回子类或缓存实例	参数较多时仍需传递完整参数列表
构建器模式	明确参数语义、支持可选参数、链式调用	需额外编码构建器类

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五、业务

1. 参数较多（如4个及以上参数）。
2. 存在可选参数（部分参数非必需）。
3. 参数类型相似（易导致调用顺序混淆）。
4. 需要生成不可变对象（如ImmutableSet、BigDecimal）。

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六、注意

1. 避免过度使用：若参数较少（如2-3个），直接使用构造函数更简洁。
2. 构建器与单例模式结合：可通过构建器限制实例化次数。
3. 性能影响：构建器会引入额外对象（Builder实例），需权衡开销。

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七、案例

• Java标准库：java.util.Locale、java.time.LocalDateTime均使用构建器模式。
• Google Guava：ImmutableMap.Builder生成不可变映射。

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八、总结

构建器模式通过分离参数设置与对象创建，显著提升了多参数场景下的代码可读性和可维护性。虽然需要额外编码，但其带来的长期收益（减少错误、简化客户端调用）远超初期成本。在参数较多或需要灵活配置时，优先考虑构建器而非传统的多参数构造函数。

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（3）用私有构造器或者枚举类型强化Singleton属性

一、核心观点

1. 问题：单例模式的必要性

• 目标：确保一个类在系统中仅有一个实例存在，避免资源浪费和逻辑冲突。
• 风险：若构造器公开，客户端可能随意创建多个实例。

2. 解决方案

• 私有构造器：禁止外部直接实例化，通过静态工厂方法控制实例化逻辑。
• 枚举类型：利用Java枚举的特性（天然单例、线程安全）简化单例实现。

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二、私有构造器实现单例模式

1. 基本实现

• 步骤：

  1. 将构造器设为private。
  2. 提供一个静态工厂方法返回唯一实例。

• 代码示例：

  public class Singleton {
      private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); // 静态初始化
  
      private Singleton() {} // 私有构造器
  
      public static Singleton getInstance() {
          return INSTANCE;
      }
  }
  

2. 延迟初始化（懒加载）

• 问题：静态初始化在类加载时即创建实例，可能导致资源浪费。

• 优化方案：使用双重检查锁定（Double-Checked Locking）实现延迟加载。

• 代码示例：

  public class LazySingleton {
      private static volatile LazySingleton INSTANCE; // 使用volatile防止指令重排序
  
      private LazySingleton() {} // 私有构造器
  
      public static LazySingleton getInstance() {
          if (INSTANCE == null) { // 第一次检查
              synchronized (LazySingleton.class) {
                  if (INSTANCE == null) { // 第二次检查
                      INSTANCE = new LazySingleton();
                  }
              }
          }
          return INSTANCE;
      }
  }
  

3. 防御反射攻击

• 问题：通过反射可绕过私有构造器创建实例。

• 解决方案：在构造器中抛出异常。

• 代码示例：

  public class SecureSingleton {
      private static final SecureSingleton INSTANCE = new SecureSingleton();
  
      private SecureSingleton() {
          if (INSTANCE != null) { // 检查是否已被实例化
              throw new IllegalStateException("Already initialized");
          }
      }
  
      public static SecureSingleton getInstance() {
          return INSTANCE;
      }
  }
  

三、枚举类型实现单例模式

1. 天然单例特性

• 优势：

  • Java保证枚举实例唯一且不可变。
  • 自动处理序列化（readResolve()方法）和克隆（禁止clone()操作）。

• 代码示例：

  public enum EnumSingleton {
      INSTANCE;
  
      public void doSomething() {
          System.out.println("Hello, Singleton!");
      }
  }
  

2. 使用场景

• 简单单例：无需额外功能（如延迟初始化、配置参数）。
• 常量集合：结合枚举定义一组固定常量（如颜色、状态）。

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四、私有构造器 vs 枚举类型的对比

特性	私有构造器	枚举类型
实现复杂度	较高（需手动控制实例化逻辑）	低（代码简洁）
线程安全性	双重检查锁定可保证线程安全	天然线程安全
延迟初始化	支持	不支持（实例在类加载时创建）
反射防御	需手动处理	自动防御（无法通过反射创建新实例）
序列化兼容性	需自定义readResolve()方法	自动处理

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五、业务

1. 私有构造器：

   • 需要灵活控制实例化时机（如延迟加载）。
   • 需要集成额外功能（如依赖注入、配置管理）。

2. 枚举类型：

   • 简单单例，无需复杂逻辑。
   • 需要定义一组相关常量（如枚举单例+状态码）。

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六、注意

1. 枚举的局限性：

   • 无法继承其他类（Java规定枚举必须继承Enum）。
   • 实例化后无法修改字段值（除非声明为transient）。

2. 序列化问题：

   • 私有构造器需实现readResolve()防止反序列化创建新实例：

     private Object readResolve() {
         return INSTANCE;
     }
     

3. 测试与调试：

   • 枚举单例的单元测试更简单，无需担心多实例问题。

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七、案例

• 私有构造器：java.util.Runtime、java.awt.Desktop。
• 枚举类型：java.util.concurrent.TimeUnit、java.nio.charset.Charset。

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八、总结

通过私有构造器和枚举类型，可以有效地强化单例属性，确保系统中仅存在一个实例。

• 优先选择枚举类型：若实现简单且无需延迟初始化。
• 使用私有构造器：若需要更复杂的控制逻辑（如延迟加载、依赖注入）。
  无论哪种方式，均需注意反射攻击和序列化漏洞的防护。

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（4）try-with-resources 优先于 try-finally

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一、核心观点

1. 问题：传统 try-finally 的痛点

• 手动关闭资源的繁琐性：需显式编写 finally 块，易遗漏或因异常中断导致资源泄漏。
• 代码冗余：多个资源需重复关闭逻辑，可读性差。

2. 解决方案：try-with-resources

• 优势：
  • 自动关闭资源：资源实现 AutoCloseable 接口后，无需手动关闭。
  • 简洁性：代码更短，减少重复逻辑。
  • 异常安全性：无论是否发生异常，资源都会被正确关闭。

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二、代码示例分析

1. 坏代码：传统的 try-finally

public void readFile(String filePath) {
    BufferedReader br = null;
    try {
        br = new BufferedReader(new FileReader(filePath));
        String line;
        while ((line = br.readLine()) != null) {
            System.out.println(line);
        }
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        if (br != null) { // 易遗漏或误写
            try {
                br.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

2. 好代码：try-with-resources

public void readFile(String filePath) {
    try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(filePath))) {
        String line;
        while ((line = br.readLine()) != null) {
            System.out.println(line);
        }
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    // 资源自动关闭，无需 finally 块
}

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三、核心特性

1. 自动关闭机制

• 资源必须实现 AutoCloseable 接口（如 BufferedReader、FileInputStream）。
• 语法结构：try (Resource res1, Resource res2) { ... }，多个资源可同时声明。

2. 执行顺序

• 资源关闭顺序：与资源声明顺序相反（LIFO）。
• 异常处理：关闭资源时发生的异常会掩盖原异常吗？
  • 答案：不会，原异常会被保留，但关闭资源的异常会被抑制（可通过 addSuppressed 记录）。

3. 缩短代码

• 对比：传统 try-finally 需 8~10 行，try-with-resources 可压缩至 3~4 行。

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四、对比

特性	try-with-resources	try-finally
资源关闭	自动关闭，无需手动编码	手动关闭，易遗漏或出错
代码简洁性	更简洁，减少冗余代码	代码冗长，重复关闭逻辑
异常处理	关闭资源异常被抑制，原异常不变	关闭资源异常需单独捕获处理
适用场景	资源明确且需快速释放（如 I/O、数据库连接）	资源关闭逻辑复杂或需额外清理操作

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五、适用场景

1. 资源需立即关闭：如文件、网络连接、数据库连接等。
2. 资源数量较少：多个资源可通过逗号分隔声明。
3. 代码简洁性优先：减少重复代码，提升可读性。

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六、注意事项

1. 资源必须实现 AutoCloseable

   • 若自定义资源，需实现 AutoCloseable 并重写 close() 方法：

     public class CustomResource implements AutoCloseable {
         @Override
         public void close() throws Exception {
             // 释放资源逻辑
         }
     }
     

2. 抑制异常的处理

   • 如需记录关闭资源时的异常，可使用 addSuppressed：

     try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("file.txt"))) {
         // 读取逻辑
     } catch (IOException e) {
         e.printStackTrace();
         Throwable suppressed = e.getSuppressed();
         if (suppressed != null) {
             suppressed.printStackTrace();
         }
     }
     

3. 不适用于所有场景

   • 需多次关闭同一资源：try-with-resources 仅关闭一次，重复关闭需手动控制。
   • 关闭逻辑依赖其他条件：如根据运行结果决定是否关闭资源。

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七、经典案例参考

• Java 标准库：java.util.Scanner、java.sql.Connection 均支持 try-with-resources。
• 框架示例：

  // Spring JDBC 使用 try-with-resources
  try (JdbcTemplate jdbcTemplate = new JdbcTemplate(dataSource)) {
      String sql = "SELECT * FROM users";
      List<User> users = jdbcTemplate.query(sql, new UserRowMapper());
  }
  

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八、总结

try-with-resources 通过自动关闭资源和简洁语法，显著提升了代码的可读性和健壮性，减少了资源泄漏风险。在资源管理场景中，优先选择 try-with-resources，仅在复杂关闭逻辑或老版本 Java（无 try-with-resources 支持）时使用 try-finally。

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（5）固定资源首选使用依赖注入

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（6）避免创建不需要的对象并手动清除过期对象

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第03章：对于所有对象都通用的方法

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（1）重写equal()和hashCode()

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（2）重写toString()

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（3）重写clone()

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一、核心观点

1. 避免浅拷贝陷阱

• 问题：默认的 Object.clone() 实现浅拷贝（仅复制字段值，而非引用对象的深层内容），可能导致数据不一致。
• 示例：

  public class ShallowClone implements Cloneable {
      private int id;
      private List<String> data;
  
      @Override
      protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
          return super.clone(); // 浅拷贝
      }
  }
  
  // 使用示例：
  ShallowClone original = new ShallowClone();
  original.data.add("value");
  ShallowClone cloned = (ShallowClone) original.clone();
  cloned.data.add("new value"); // 原对象的 data 也被修改！
  

2. 深拷贝的实现

• 解决方案：手动复制所有引用类型的成员变量（递归或显式构造新对象）。
• 示例：

  public class DeepCopy implements Cloneable {
      private int id;
      private List<String> data;
  
      @Override
      protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
          DeepCopy cloned = (DeepCopy) super.clone();
          cloned.data = new ArrayList<>(this.data); // 深拷贝集合
          return cloned;
      }
  }
  

3. 克隆与构造函数的冲突

• 问题：clone() 方法生成的实例应与构造函数独立，避免依赖构造函数逻辑。
• 示例：

  public class BadClone {
      private String name;
  
      public BadClone() {
          this.name = "Default";
      }
  
      @Override
      protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
          BadClone cloned = (BadClone) super.clone();
          cloned.name = "Cloned"; // 强行修改属性，破坏构造函数逻辑
          return cloned;
      }
  }
  

4. 不推荐使用 clone() 方法的原因

• 可读性与维护性差：需显式处理深拷贝逻辑，易出错。
• 与 final 字段冲突：若类包含 final 字段，clone() 方法无法正确复制。
• 序列化更优：现代 Java 中推荐使用 Serializable 和 readObject() 实现深拷贝。

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二、代码示例分析

1. 坏代码：浅拷贝导致数据共享

public class Address implements Cloneable {
    private String city;
    private List<String> streets;

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone(); // 未复制 streets 列表
    }
}

// 使用示例：
Address addr1 = new Address();
addr1.streets.add("Main St");
Address addr2 = (Address) addr1.clone();
addr2.streets.add("Second St"); // addr1.streets 也会包含 "Second St"

2. 好代码：深拷贝实现

public class SafeAddress implements Cloneable {
    private String city;
    private List<String> streets;

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        SafeAddress cloned = (SafeAddress) super.clone();
        cloned.streets = new ArrayList<>(this.streets); // 深拷贝 streets
        return cloned;
    }
}

3. 坏代码：克隆方法依赖构造函数

public class Config implements Cloneable {
    private String configPath;

    public Config(String path) {
        this.configPath = path;
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return new Config(this.configPath); // 调用构造函数，违背 clone 的语义
    }
}

4. 好代码：独立克隆逻辑

public class Config implements Cloneable {
    private String configPath;

    public Config() {} // 提供无参构造函数

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Config cloned = (Config) super.clone();
        cloned.configPath = this.configPath; // 直接复制字段，无需构造函数
        return cloned;
    }
}

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三、对比

方式	优点	缺点
clone() 方法	简单快速，语法直接	浅拷贝风险高，维护复杂
拷贝构造函数	明确复制逻辑，支持深拷贝	需显式调用构造函数
序列化	自动处理深拷贝，兼容性强	性能开销大，需实现 Serializable 接口

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四、适用场景

1. 简单对象的浅拷贝（如 Point、Rectangle）。
2. 需要快速复制且字段不可变（如 String、BigInteger）。
3. 无复杂引用关系的对象（避免深拷贝开销）。

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五、注意事项

1. 避免与 final 字段冲突：若类包含 final 字段，clone() 方法无法覆盖其值。

   public final class Immutable implements Cloneable {
       private final int value;
   
       @Override
       protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
           throw new UnsupportedOperationException(); // 不可克隆
       }
   }
   

2. 抑制克隆异常：通过 Cloneable 接口标记类可克隆，但仍需处理 CloneNotSupportedException。

3. 废弃 clone() 的替代方案：

   • 拷贝构造函数：

     public class User {
         private String name;
     
         public User() {} // 无参构造函数
     
         public User(User other) { // 拷贝构造函数
             this.name = other.name;
         }
     }
     

   • 序列化：

     public class SerializableExample implements Serializable {
         private int id;
         private String data;
     
         private Object readResolve() {
             return this; // 返回当前实例，避免重复克隆
         }
     }
     

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六、经典案例参考

• Java 标准库：java.util.Date 的 clone() 方法实现浅拷贝。
• 反面教材：HashMap 的克隆方法需手动复制所有条目以避免浅拷贝问题。

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七、总结

• 谨慎使用 clone()：仅在简单场景下使用，优先考虑拷贝构造函数或序列化。
• 深拷贝必手动处理：确保所有引用类型的字段均被独立复制。
• 避免克隆与构造函数的耦合：克隆生成的实例应独立于构造函数逻辑。

通过合理设计复制机制，可显著提升代码的健壮性和可维护性。

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（4）实现Comparable接口

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一、核心观点

1. 定义自然顺序

• 目标：通过 Comparable<T> 接口为对象提供统一的排序规则，使其能参与集合排序（如 TreeSet）和比较操作（如 Collections.sort()）。
• 关键方法：int compareTo(T o)，返回负数、零或正数表示当前对象小于、等于或大于 o。

2. 常见陷阱

• 不一致的比较逻辑：compareTo() 方法与 equals() 方法逻辑冲突。
• 未处理 null 值：比较时可能抛出 NullPointerException。
• 破坏传递性：若 a < b 且 b < c，但 a > c，会导致排序失败。

3. 与 Comparator 的对比

• Comparable：定义对象的自然顺序（一种固定排序规则）。
• Comparator：提供灵活的比较策略（多种排序方式）。

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二、代码示例分析

1. 坏代码：Comparable 实现不当

public class User implements Comparable<User> {
    private String name;
    private int age;

    @Override
    public int compareTo(User other) {
        // 未处理 null，且比较逻辑依赖于外部状态
        if (name == null || other.name == null) {
            return Integer.compare(age, other.age);
        }
        return name.compareTo(other.name); // 可能抛出 NullPointerException
    }
}

2. 好代码：规范的 Comparable 实现

public class User implements Comparable<User> {
    private final String name;
    private final int age;

    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public int compareTo(User other) {
        // 优先按年龄比较，年龄相同按姓名字典序
        int ageCompare = Integer.compare(this.age, other.age);
        if (ageCompare != 0) {
            return ageCompare;
        }
        return this.name.compareTo(other.name);
    }
}

3. 使用示例

List<User> users = Arrays.asList(
    new User("Alice", 30),
    new User("Bob", 25),
    new User("Charlie", 30)
);
Collections.sort(users); // 自然顺序：年龄升序，年龄相同按姓名升序

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三、Comparable vs Comparator 对比

特性	Comparable	Comparator
目的	定义对象的自然顺序	定义对象的多种比较策略
实现方式	类直接实现接口	外部类或匿名内部类实现
灵活性	单一排序规则	支持多规则（如按价格、评分排序）
语法复杂度	需在类中重写 compareTo() 方法	可分离比较逻辑，代码更模块化

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四、适用场景

1. 自然顺序明确：如日期（按时间先后）、数字（按大小）。
2. 唯一排序规则：如 String 的字典序、Integer 的数值顺序。
3. 需要集成到标准库：如 TreeMap、TreeSet 要求键实现 Comparable。

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五、注意事项

1. 一致性原则

   • compareTo() 方法必须与 equals() 方法逻辑一致：

     // 错误示例：equals() 与 compareTo() 冲突
     public class User {
         @Override
         public boolean equals(Object obj) {
             // 仅比较姓名
         }
     
         @Override
         public int compareTo(User other) {
             // 比较年龄和姓名
         }
     }
     

2. 处理 null 值

   • 在比较时避免调用可能为 null 的对象的 compareTo() 方法：

     public int compareTo(User other) {
         if (other == null) {
             throw new NullPointerException("Cannot compare with null");
         }
         // 安全比较逻辑
     }
     

3. 传递性保证

   • 确保比较关系满足传递性：若 a < b 且 b < c，则 a < c。
   • 反例：环形比较（如石头剪刀布规则）需使用 Comparator，而非 Comparable。

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六、经典案例参考

• Java 标准库：String（按字典序）、LocalDate（按日期先后）。
• 反面教材：早期版本的 Integer 比较（未优化前存在性能问题）。

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七、总结

• 优先使用 Comparable：当对象有明确的自然顺序时，简化排序逻辑。
• 配合 Comparator：当需要灵活的多规则排序时，使用 Comparator（如 Collections.sort(users, Comparator.comparingInt(User::getAge))）。
• 严格遵循原则：确保一致性、处理 null 和传递性，避免逻辑漏洞。

通过合理实现 Comparable 接口，可以显著提升代码的可维护性和功能性，使其更好地融入 Java 集合框架。

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第04章：类和接口

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（1）使可变性最小化

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（2）接口优先于抽象类

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（3）优先使用静态类

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一、核心观点

1. 问题：非静态成员类的潜在问题

• 内存泄漏风险：非静态成员类（Inner Class）默认持有外围类（Outer Class）的引用，若未被及时回收，可能导致内存泄漏。
• 不必要的耦合：非静态成员类强制依赖外围类的实例，增加了代码的耦合性。

2. 解决方案：静态成员类

• 优势：
  • 无额外开销：不持有外围类引用，内存占用更小。
  • 更灵活：适用于工具类或与外围类无关的辅助类。
  • 线程安全：避免因持有外围类引用导致的并发问题。

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二、代码示例分析

1. 坏代码：非静态成员类导致内存泄漏

public class OuterClass {
    private String data = "Sensitive Data";

    // 非静态成员类
    public class InnerClass {
        public void doSomething() {
            System.out.println("Data: " + data);
        }
    }
}

// 使用示例：
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        OuterClass outer = new OuterClass();
        // 持有 InnerClass 实例的引用，但未使用
        OuterClass.InnerClass inner = outer.new InnerClass();
        // 如果 outer 被丢弃，但 inner 仍持有 outer 的引用，导致内存泄漏
    }
}

2. 好代码：静态成员类替代

public class OuterClass {
    private String data = "Sensitive Data";

    // 静态成员类
    public static class StaticInnerClass {
        public void doSomething() {
            System.out.println("Data: " + OuterClass.getData()); // 需通过静态方法访问外围类数据
        }
    }

    // 提供静态方法暴露数据（可选）
    public static String getData() {
        return data;
    }
}

// 使用示例：
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 直接创建静态成员类实例，无需 OuterClass 对象
        OuterClass.StaticInnerClass inner = new OuterClass.StaticInnerClass();
        inner.doSomething();
    }
}

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三、静态成员类 vs 非静态成员类对比

特性	静态成员类	非静态成员类
对外围类的依赖	无（不持有外围类引用）	强制持有外围类引用
内存占用	更小	更大（可能引发内存泄漏）
访问权限	仅能访问外围类的 static 成员	可访问外围类的所有成员（包括实例变量）
使用场景	工具类、算法实现、与外围类无关的功能	需要访问外围类实例状态的场景

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四、适用场景

1. 纯工具类：如排序算法、字符串处理工具。
2. 事件监听器：若监听器不需要访问外围类的实例状态。
3. 避免内存泄漏：长期存活的对象（如缓存、线程池）应避免使用非静态成员类。

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五、注意事项

1. 访问外围类数据：

   • 静态成员类需通过静态方法访问外围类的非静态成员（如示例中的 getData()）。
   • 若需频繁访问外围类数据，可考虑将数据设为 static（如常量）或重构设计。

2. 与匿名内部类的区别：

• 匿名内部类通常是临时的、一次性使用的，而静态成员类更适合复用。

3. Java 8+ 的接口静态成员类：

   public interface RunnableWithFactory {
       void run();
   
       // 静态成员类实现工厂方法
       static RunnableWithFactory create() {
           return () -> System.out.println("Hello");
       }
   }
   

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六、经典案例参考

• Java 标准库：java.util.concurrent.ThreadLocal 的 withInitial() 方法使用静态成员类简化初始化逻辑。
• 框架示例：Spring 框架中 @Component 注解的静态内部类用于实现依赖注入。

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七、总结

• 优先选择静态成员类：若无需访问外围类实例状态，可显著减少内存占用和耦合性。
• 保留非静态成员类：仅在需要访问外围类非静态成员时使用（如事件处理器）。
• 避免滥用：过度使用静态成员类可能导致代码分散，需权衡设计简洁性与可读性。

通过合理设计成员类类型，可以提升代码的性能、可维护性和健壮性。

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第05章：优先使用泛型

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一、核心观点

1. 类型安全保障

• 问题：原始类型（如List）存在类型转换风险，易引发ClassCastException。
• 解决方案：使用泛型约束类型，编译器在编译阶段即可检查类型合法性。
• 示例：

  // 原始类型：存在运行时风险
  List list = new ArrayList();
  list.add(1);
  String s = (String) list.get(0); // ClassCastException
  

2. 消除类型转换

• 优势：泛型在编译时完成类型检查，避免运行时类型转换。
• 示例：

  // 泛型类型：编译时检查类型
  List<Integer> numbers = new ArrayList<>();
  numbers.add(1);
  int num = numbers.get(0); // 无需类型转换
  

3. 代码复用与抽象

• 优势：通过泛型编写通用代码（如Collections.sort()），适用于多种数据类型。
• 示例：

  // 泛型方法：对任意类型数组排序
  public static <T extends Comparable<T>> void sortArray(T[] array) {
      Arrays.sort(array);
  }
  

4. 避免原始类型警告

• 问题：使用原始类型会触发编译器警告（如unchecked），提示潜在风险。
• 解决方案：始终使用泛型替代原始类型。

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二、代码示例分析

1. 坏代码：原始类型的使用

public class Box {
    private Object item;

    public void setItem(Object item) {
        this.item = item;
    }

    public Object getItem() {
        return item;
    }
}

// 使用示例：
Box box = new Box();
box.setItem("Hello");
String s = (String) box.getItem(); // 可能抛出 ClassCastException

2. 好代码：泛型改进

public class GenericBox<T> {
    private T item;

    public void setItem(T item) {
        this.item = item;
    }

    public T getItem() {
        return item;
    }
}

// 使用示例：
GenericBox<String> box = new GenericBox<>();
box.setItem("Hello");
String s = box.getItem(); // 类型安全，无需转换

3. 坏代码：泛型使用不当（通配符滥用）

public static void printList(List<?> list) {
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        System.out.println(list.get(i)); // 输出 Object 类型，失去泛型信息
    }
}

4. 好代码：合理使用通配符

public static void printList(List<? extends Number> list) {
    for (Number num : list) { // 泛型擦除后仍保留类型约束
        System.out.println(num);
    }
}

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三、泛型 vs 原始类型的对比

特性	泛型	原始类型
类型安全	编译器检查，避免运行时异常	依赖手动转换，易出错
代码可读性	明确类型约束，提高可读性	类型模糊，需额外注释
性能影响	编译器擦除后运行时性能无显著差异	无明显区别
兼容性	支持 Java 5+，与老代码需谨慎混用	兼容所有 Java 版本

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四、适用场景

1. 集合框架：List<T>、Map<K, V> 等必须使用泛型确保类型安全。
2. 通用工具类：如排序、遍历方法（需泛型参数 T）。
3. API 设计：接口和抽象类需声明泛型类型以提高复用性。

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五、注意事项

1. 泛型擦除：

   • Java 泛型在运行时会擦除类型信息（如 List<Integer> 变为 List），需通过 instanceof 或反射处理类型（谨慎使用）。

2. 通配符边界：

   • 上界（? extends T）：用于读取操作（如 List<? extends Number>）。
   • 下界（? super T）：用于写入操作（如 List<? super Integer>）。

3. 避免泛型堆污染：

   • 不要将原始类型赋值给泛型类型变量（如 List<String> list = new ArrayList(); 会触发警告）。

4. 有限制的类型参数：

   • 使用 extends 或 super 明确类型约束（如 <T extends Comparable<T>>）。

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六、经典案例参考

• Java 标准库：java.util.Collections 中的泛型方法（如 addAll(Collection<? extends T> c)）。
• 框架示例：Spring 框架的 @Autowired 注解支持泛型类型注入。

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七、总结

• 优先使用泛型：在集合、工具类和 API 设计中强制使用泛型，确保类型安全和代码复用。
• 合理处理通配符：通过上下界约束（? extends/? super）优化泛型灵活性。
• 避免原始类型：将编译器警告视为代码缺陷，及时修复泛型相关问题。

通过泛型，可以显著提升代码的健壮性和可维护性，减少运行时错误。

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第06章： 枚举和注解

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一、枚举（Enums）

1. 核心优势

• 类型安全：替代魔法数字或字符串常量，避免类型错误。
• 简洁易读：集中管理一组相关常量。
• 可扩展性：支持添加方法、字段和实现接口。

2. 代码示例分析

• 坏代码：传统常量集合

  public class Constants {
      public static final int STATUS_SUCCESS = 1;
      public static final int STATUS_ERROR = -1;
  }
  // 使用时需手动记忆值含义
  int result = Constants.STATUS_ERROR;
  

• 好代码：枚举实现

  public enum StatusCode {
      SUCCESS(1),
      ERROR(-1),
      PENDING(0);
  
      private final int code;
  
      StatusCode(int code) {
          this.code = code;
      }
  
      public int getCode() {
          return code;
      }
  }
  // 使用时语义清晰
  StatusCode status = StatusCode.ERROR;
  System.out.println(status.getCode()); // 输出 -1
  

3. 高级用法

• 实现接口：

  public interface Runnable {
      void run();
  }
  
  public enum Operation implements Runnable {
      ADD {
          @Override
          public void run() { System.out.println("Add operation"); }
      },
      SUBTRACT {
          @Override
          public void run() { System.out.println("Subtract operation"); }
      };
  }
  

• 静态工厂方法：

  public enum Planet {
      MERCURY(3.3e6),
      VENUS(2.25e6),
      EARTH(1.0); // ... 其他行星
  
      private final double orbitalPeriod;
  
      Planet(double orbitalPeriod) {
          this.orbitalPeriod = orbitalPeriod;
      }
  
      public static Planet fromName(String name) {
          switch (name) {
              case "MERCURY": return MERCURY;
              case "VENUS": return VENUS;
              default: throw new IllegalArgumentException();
          }
      }
  }
  

---

二、注解（Annotations）

1. 核心优势

• 元数据标记：为代码添加附加信息，无需修改逻辑。
• 与编译器/工具集成：如@Override检测、单元测试框架标记。
• 运行时处理：通过反射读取注解信息。

2. 代码示例分析

• 坏代码：冗余标记

  public class Config {
      // 手动标记配置项
      public static final String DB_URL = "jdbc:mysql://localhost:3306/mydb";
      public static final String DB_USER = "root";
  }
  

• 好代码：自定义注解

  import java.lang.annotation.*;
  
  @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
  @Target(ElementType.FIELD)
  public @interface DbConfig {
      String url();
      String user();
      String password();
  }
  
  public class DatabaseConfig {
      @DbConfig(url = "jdbc:mysql://localhost:3306/mydb", user = "root", password = "password")
      private String config;
  }
  // 通过反射读取注解
  public class AnnotationProcessor {
      public static void process(DatabaseConfig config) {
          DbConfig annotation = config.getClass()
              .getDeclaredField("config")
              .getAnnotation(DbConfig.class);
          System.out.println("DB URL: " + annotation.url());
      }
  }
  

3. 常见注解使用

• @Override：确保方法覆盖父类。

  @Override
  public void toString() { /* 重写逻辑 */ }
  

• @Deprecated：标记过时方法。

  @Deprecated
  public void oldMethod() { /* 旧实现 */ }
  

• @SuppressWarnings：抑制编译器警告。

  @SuppressWarnings("unchecked")
  public void processList(List rawList) { /* 类型未检查操作 */ }
  

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三、枚举 vs 常量集合 vs 注解

特性	枚举	传统常量集合	注解
类型安全	✅ 支持编译时检查	❌ 依赖开发者记忆	✅ 可通过工具约束（如自定义注解处理器）
可读性	✅ 语义清晰	❌ 魔法数字难以维护	✅ 标记代码意图
扩展性	✅ 支持添加方法和字段	❌ 仅能定义静态常量	✅ 可动态处理运行时信息
适用场景	固定状态码、选项集合	简单常量集合（无需扩展功能）	代码标记、框架集成（如AOP）

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四、适用场景

1. 枚举：

   • 固定状态码（如HTTP状态码）。
   • 一组相关常量的逻辑分组（如星期、颜色）。
   • 实现接口或包含行为的常量类。

2. 注解：

   • 标记代码元数据（如配置项、缓存键）。
   • 与编译器或工具链集成（如单元测试、依赖注入）。
   • AOP框架中的切面标记（如Spring的@Transactional）。

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五、注意事项

1. 枚举：

   • 避免过度使用：枚举会增加类文件大小，复杂场景需权衡。
   • 序列化问题：枚举实例序列化后需保证版本兼容性。

2. 注解：

   • 元注解：合理使用@Retention（运行时/编译时）、@Target（字段/方法/类）。
   • 禁止滥用：避免用注解替代业务逻辑或破坏封装性。
   • 性能开销：反射读取注解存在一定性能损耗，需谨慎高频调用。

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六、经典案例参考

• Java标准库：
  • 枚举：java.util.concurrent.TimeUnit（时间单位）。
  • 注解：java.lang.annotation.Override、java.lang.annotation.Retention。
• 框架示例：
  • Spring的@RequestMapping（注解驱动MVC）。
  • Hibernate的@Entity（JPA实体标记）。

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七、总结

• 枚举：适用于需要类型安全和可读性的固定常量场景，是传统常量集合的现代化替代。
• 注解：通过元数据标记提升代码灵活性，是框架集成和自动化工具的核心机制。
• 最佳实践：
  • 用枚举替代魔法数字和字符串常量。
  • 用注解标记代码意图，而非直接嵌入逻辑。
  • 避免自定义注解过度复杂化代码。

第07章：Lambda和Stream

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一、Lambda表达式

1. 核心优势

• 简洁性：替代冗长的匿名内部类，减少样板代码。
• 函数式接口：通过 @FunctionalInterface 定义单一抽象方法的接口（如 Predicate<T>、Consumer<T>）。
• 可传递性：可作为参数传递给方法（如 Collections.forEach）。

2. 代码示例分析

• 坏代码：匿名内部类实现

  Runnable runnable = new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
          System.out.println("Hello, World!");
      }
  };
  new Thread(runnable).start();
  

• 好代码：Lambda表达式

  // 简洁且语义清晰
  new Thread(() -> System.out.println("Hello, World!")).start();
  

3. 函数式接口与默认方法

• 示例：

  @FunctionalInterface
  interface MathOperation {
      int operate(int a, int b);
  }
  
  public class Calculator {
      public static void main(String[] args) {
          MathOperation add = (a, b) -> a + b;
          System.out.println(add.operate(2, 3)); // 输出 5
      }
  }
  

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二、Stream API

1. 核心优势

• 声明式编程：通过链式调用中间操作（如 filter、map）和终端操作（如 collect、count）处理集合数据。
• 惰性求值：中间操作不会立即执行，仅在终端操作触发时计算。
• 并行流支持：自动利用多核CPU提升处理速度。

2. 代码示例分析

• 坏代码：传统集合遍历

  List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
  List<Integer> evenNumbers = new ArrayList<>();
  for (int num : numbers) {
      if (num % 2 == 0) {
          evenNumbers.add(num * 2);
      }
  }
  System.out.println(evenNumbers); // 输出 [2, 4, 10]
  

• 好代码：Stream API

  List<Integer> evenNumbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5)
      .stream()                          // 创建流
      .filter(n -> n % 2 == 0)          // 过滤偶数
      .map(n -> n * 2)                  // 映射为原值的两倍
      .collect(Collectors.toList());      // 收集结果
  System.out.println(evenNumbers); // 输出 [2, 4, 10]
  

3. 短路操作

• 示例：

  // 找到第一个大于10的元素
  OptionalInt firstLarge = Arrays.stream(new int[]{1, 5, 15, 8})
      .filter(n -> n > 10)
      .findFirst(); // 短路操作，找到后立即终止
  System.out.println(firstLarge.orElse(-1)); // 输出 15
  

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三、Lambda与Stream的对比

特性	Lambda表达式	Stream API
目标	替代匿名内部类，简化函数式代码	声明式处理集合数据
语法风格	匿名函数式表达式	链式调用中间操作和终端操作
适用场景	- 回调函数（如事件监听器） - 简单算法实现	- 集合数据处理 - 复杂数据转换和分析
核心接口	@FunctionalInterface 的函数式接口(方法引用)	Stream<T> 和收集器（Collectors）

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四、适用场景

1. Lambda表达式：

   • 事件处理（如按钮点击监听器）。
   • 简单算法或转换逻辑（如排序比较器）。
   • 并行任务（如 CompletableFuture）。

2. Stream API：

   • 数据过滤、映射、聚合（如统计、分组）。
   • 大数据处理和批处理任务。
   • 并行流计算（利用多核CPU加速）。

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五、注意事项

1. 线程安全问题

   • 并行流陷阱：

     List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
     // 错误：并行流中对共享变量进行非原子操作
     numbers.parallelStream().forEach(n -> {
         System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ": " + n);
     });
     

     • 解决方案：避免在并行流中使用可变共享状态。

2. 性能开销

   • 过度使用中间操作：如 distinct()、sorted() 可能增加计算成本，需结合实际场景权衡。
   • 避免不必要的装箱/拆箱：使用原始类型流（如 IntStream）提升性能。

3. 函数式接口的陷阱

   • 歧义方法：Lambda表达式可能因参数类型不匹配引发错误。

     // 错误：lambda参数类型不明确
     Comparator<String> comparator = (s1, s2) -> s1.length() - s2.length();
     

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六、经典案例参考

• Java标准库：
  • java.util.function 包中的函数式接口（如 Predicate<T>、Consumer<T>）。
  • java.util.stream 中的流操作（如 flatMap、reduce）。
• 框架示例：
  • Spring Data JPA 的查询方法（使用 Pageable 和 Lambda 表达式）。
  • Reactor 或 Vert.x 的响应式编程（基于函数式风格的回调）。

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七、总结

• Lambda表达式：用简洁的函数式语法替代冗长的匿名内部类，提升代码可读性。
• Stream API：通过声明式数据处理和惰性求值，简化集合操作逻辑。
• 最佳实践：
  • 在需要函数式回调的场景优先使用Lambda。
  • 处理复杂集合操作时优先使用Stream API。
  • 并行流需谨慎评估线程安全和性能收益。

通过合理使用Lambda和Stream，可以显著提升Java代码的简洁性和表达能力，同时适应函数式编程和大数据处理的需求。

方法引用(:😃
在使用方法引用可以更简短更清晰的地方，就使用方法引用，如果无法使代码更简短更清晰的地方就坚持使用 lambda

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第08章：方法(综合《代码简洁之道》)

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（1）驼峰有意义的命名

（2）功能专一

（3）行数尽可能<30

（4）参数<3个

（5）尽可能没有返回值

（6）空数组或集合来代替返回null

（7）谨慎返回optional

（8）不使用重载

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第09章：通用编程

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（1）for-each循环优先于传统的for循环

（2）BigDecimal代替float或double

（3）基本类型优先于封装类

（4）StringBuilder拼接字符

（5）尽量不使用本地方法(C++库)

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第10章：异常

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一、核心观点

1. 异常用于错误处理，而非控制流程

• 问题：不应通过抛出异常来替代条件判断（如循环退出或分支逻辑）。
• 示例：

  // 坏代码：用异常控制循环退出
  public void processInput(String input) {
      while (true) {
          try {
              int number = Integer.parseInt(input);
              break;
          } catch (NumberFormatException e) {
              System.out.println("Invalid input, please try again.");
          }
      }
  }
  

2. 区分 Checked 和 Unchecked 异常

• Checked Exception（如 IOException）：必须在代码中显式处理（try-catch 或声明抛出）。
• Unchecked Exception（如 NullPointerException）：继承自 RuntimeException，无需强制处理。
• 原则：
  • 用 Checked Exception 表示可恢复的错误（如文件未找到）。
  • 用 Unchecked Exception 表示程序逻辑错误（如无效参数）。

3. 避免空的 catch 块

• 问题：空的 catch 块会掩盖异常细节，导致调试困难。
• 示例：

  // 坏代码：忽略异常
  try {
      readFile("nonexistent.txt");
  } catch (IOException e) {
      // 空 catch 块
  }
  

4. 提供有意义的异常信息

• 优势：通过异常消息和上下文信息（如参数、文件路径）快速定位问题。
• 示例：

  // 好代码：包含详细信息
  public void divide(int a, int b) throws IllegalArgumentException {
      if (b == 0) {
          throw new IllegalArgumentException("Division by zero: a=" + a);
      }
      System.out.println(a / b);
  }
  

5. 自定义异常的合理使用

• 问题：滥用自定义异常会增加代码复杂性。
• 原则：仅在以下场景创建自定义异常：
  • 捕捉到多个 Checked Exception 需统一处理。
  • 需要向调用者传递特定业务错误码。

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二、代码示例分析

1. 坏代码：用异常控制流程

public class FileProcessor {
    public String readFile(String filePath) {
        try {
            return new String(Files.readAllBytes(Paths.get(filePath)));
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException("Failed to read file", e);
        }
    }
}

• 问题：未处理 IOException，直接抛出 RuntimeException，隐藏原始错误细节。

2. 好代码：合理分层异常处理

public class FileProcessor {
    public String readFile(String filePath) throws IOException {
        byte[] data = Files.readAllBytes(Paths.get(filePath));
        return new String(data);
    }
}

// 调用方：
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            String content = new FileProcessor().readFile("config.txt");
            System.out.println(content);
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("Error reading config file: " + e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3. 坏代码：空的 catch 块

public class DatabaseService {
    public void updateUser(int userId, String newName) {
        try (Connection conn = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost/db")) {
            String sql = "UPDATE users SET name = ? WHERE id = ?";
            PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement(sql);
            pstmt.setString(1, newName);
            pstmt.setInt(2, userId);
            pstmt.executeUpdate();
        } catch (SQLException e) {
            // 空 catch 块，未记录日志或重新抛出
        }
    }
}

4. 好代码：记录异常并重新抛出

public class DatabaseService {
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(DatabaseService.class);

    public void updateUser(int userId, String newName) {
        try (Connection conn = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost/db")) {
            String sql = "UPDATE users SET name = ? WHERE id = ?";
            PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement(sql);
            pstmt.setString(1, newName);
            pstmt.setInt(2, userId);
            pstmt.executeUpdate();
        } catch (SQLException e) {
            logger.error("Error updating user with ID {}: {}", userId, e.getMessage(), e);
            throw new DataAccessException("Failed to update user", e);
        }
    }
}

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三、Checked vs Unchecked 异常对比

特性	Checked Exception	Unchecked Exception
编译器检查	是（强制处理）	否（运行时才抛出）
典型场景	I/O 操作、数据库访问、网络通信	逻辑错误、参数无效、空指针
处理方式	try-catch 或 throws	无需显式处理（可捕获或忽略）
自定义异常	建议通过继承 Exception 实现	建议通过继承 RuntimeException 实现

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四、适用场景

1. Checked Exception：

   • 文件读写、网络请求、数据库操作等可能失败的 I/O 任务。
   • 需要调用方明确处理恢复逻辑的场景（如重试、回滚事务）。

2. Unchecked Exception：

   • 程序逻辑错误（如无效参数、索引越界）。
   • 无法或难以恢复的致命错误（如 NullPointerException）。

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五、注意事项

1. 异常链（Chained Exceptions）

   • 通过 initCause() 或 Throwable 构造函数传递原始异常：

     public class DataAccessException extends RuntimeException {
         public DataAccessException(String message, Throwable cause) {
             super(message, cause);
         }
     }
     

2. 避免过度包装异常

• 不要为每个异常都创建自定义类，导致类膨胀。

3. finally 块的局限性

   • 问题：finally 块中的代码可能因异常被跳过（如 System.exit()）。
   • 示例：

     public void closeResource() {
         Resource resource = new Resource();
         try {
             resource.open();
         } finally {
             resource.close(); // 总会被执行，除非 JVM 退出
         }
     }
     

4. 日志记录的最佳实践

   • 捕获异常时记录堆栈跟踪（通过 printStackTrace() 或日志框架）。
   • 避免重复记录：在高层代码记录异常后，低层代码可仅抛出异常。

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六、经典案例参考

• Java 标准库：
  • IOException（Checked Exception）用于文件操作。
  • NullPointerException（Unchecked Exception）用于空指针检查。
• 框架示例：
  • Spring 框架的 DataAccessException 自定义异常，封装 JDBC 异常。
  • Hibernate 的 ConstraintViolationException 处理数据校验失败。

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七、总结

• 优先使用 Checked Exception：处理可恢复的 I/O 或外部服务错误。
• 用 Unchecked Exception：标记程序逻辑错误，避免强制调用方处理。
• 避免空 catch 块：始终记录异常或重新抛出。
• 自定义异常需谨慎：仅在必要时抽象公共错误类型。

通过合理设计异常处理机制，可以提升代码的健壮性和可维护性，同时简化调试和错误排查流程。

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第11章：并发

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一、核心观点

1. 线程安全类设计

• 问题：多线程环境下，共享数据的非原子操作可能导致竞态条件（Race Condition）和内存可见性问题。
• 解决方案：
  • 原子操作：使用 synchronized 关键字或 java.util.concurrent.atomic 包。
  • 不可变对象：通过 final 字段和不可变类（如 String）确保线程安全。

2. 同步机制的选择

• synchronized 关键字：简单易用，但可能导致阻塞和性能瓶颈。
• Lock 接口（如 ReentrantLock）：提供更灵活的控制（如尝试加锁、超时机制）。

3. 并发集合框架

• Java 并发包（java.util.concurrent）提供线程安全的集合类（如 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList），显著优于传统的 ArrayList/HashMap。

4. 原子操作类

• AtomicInteger/LongAdder：支持无锁的原子递增操作，适用于高并发计数场景。

5. 线程池与任务调度

• ExecutorService：避免频繁创建线程，复用线程资源。
• ThreadPoolExecutor：自定义线程池参数（核心线程数、最大线程数等）。

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二、代码示例分析

1. 坏代码：线程不安全的ArrayList

public class UnsafeList {
    private static List<Integer> list = new ArrayList<>();

    public static void main(String[] args) {
        Runnable task = () -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                list.add(i);
            }
        };

        // 启动多个线程
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(task).start();
        }

        // 结果可能小于 1000（数据丢失）
        System.out.println("List size: " + list.size());
    }
}

2. 好代码：使用并发集合

public class SafeList {
    private static List<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

    public static void main(String[] args) {
        Runnable task = () -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                list.add(i);
            }
        };

        // 启动多个线程
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(task).start();
        }

        // 结果一定是 1000
        System.out.println("List size: " + list.size());
    }
}

3. 坏代码：滥用 synchronized 方法

public class BankAccount {
    private int balance = 100;

    public synchronized void deposit(int amount) {
        balance += amount;
    }

    public synchronized void withdraw(int amount) {
        if (balance >= amount) {
            balance -= amount;
        }
    }
}

• 问题：每个方法都加锁，导致不必要的阻塞（如 deposit 和 withdraw 无法并发执行）。

4. 好代码：细粒度锁优化

public class BankAccount {
    private final Object lock = new Object();
    private int balance = 100;

    public void deposit(int amount) {
        synchronized (lock) {
            balance += amount;
        }
    }

    public void withdraw(int amount) {
        synchronized (lock) {
            if (balance >= amount) {
                balance -= amount;
            }
        }
    }
}

• 改进：使用单独的锁对象，减少锁的粒度，提高并发性能。

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三、同步机制对比

特性	synchronized 关键字	Lock 接口
语法简洁性	✅ 直接修饰方法或代码块	❌ 需手动调用 lock()/unlock()
灵活性	❌ 无法中断等待锁的线程	✅ 支持 tryLock()（可超时）和 lockInterruptibly()
性能	✅ 轻量级锁优化（偏向锁、轻量级锁）	❌ 可能引入额外开销
适用场景	简单同步需求（如计数器）	复杂并发控制（如生产者-消费者模型）

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四、适用场景

1. 原子操作：

   • 使用 AtomicInteger 替代 int 类型的计数器。

     AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
     counter.incrementAndGet(); // 原子递增
     

2. 并发集合：

   • ConcurrentHashMap 替代 HashMap（避免死锁和数据不一致）。

     ConcurrentHashMap<String, Integer> concurrentMap = new ConcurrentHashMap<>();
     concurrentMap.putIfAbsent("key", 1); // 原子插入
     

3. 线程池：

   • 使用 ExecutorService 执行批量任务：

     ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
     for (int i = 0; i < 100; i++) {
         executor.submit(() -> System.out.println("Task executed by " + Thread.currentThread().getName()));
     }
     executor.shutdown();
     

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五、注意事项

1. 避免死锁：

   • 确保线程获取锁的顺序一致，避免循环等待。

     // 错误示例：死锁风险
     synchronized (lockA) {
         synchronized (lockB) {
             // 业务逻辑
         }
     }
     

2. 可见性问题：

   • 使用 volatile 关键字确保变量的可见性：

     private volatile boolean running = true;
     

3. 线程池大小调优：

• 核心线程数和最大线程数的设置需根据任务类型（CPU密集型或IO密集型）调整。

4. 处理中断异常：
   • 捕获 InterruptedException 并恢复中断状态：

     public void run() {
         while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
             try {
                 // 可中断操作
             } catch (InterruptedException e) {
                 Thread.currentThread().interrupt(); // 恢复中断标志
                 break;
             }
         }
     }
     

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六、经典案例参考

• Java 标准库：
  • java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger（原子操作）。
  • java.util.concurrent.locks.ReentrantLock（可重入锁）。
• 框架示例：
  • Spring 框架的 @Async 注解（基于线程池的异步方法调用）。
  • Netty 的 EventLoopGroup（非阻塞I/O模型）。

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七、总结

• 优先使用并发集合和原子类：避免手动同步带来的复杂性和性能损耗。
• 合理设计锁粒度：细粒度锁减少线程阻塞，提高并发性能。
• 善用线程池：控制线程数量，避免资源耗尽。
• 处理中断和异常：确保程序健壮性，避免死锁和资源泄漏。

通过合理应用并发工具和遵循最佳实践，可以显著提升Java程序的性能和可靠性，适应高并发场景的需求。

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第12章：序列化

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一、核心观点

1. 序列化机制的作用

• 问题：对象需跨网络传输或持久化存储时，需将其转换为字节流。
• 解决方案：通过 Serializable 接口标记类，实现 writeObject() 和 readObject() 方法自定义序列化逻辑。

2. 潜在风险与优化

• 性能开销：默认序列化（Serializable）较慢且生成冗余数据。
• 安全漏洞：恶意反序列化可能导致远程代码执行（RCE）。
• 版本兼容性：类结构变更后需处理序列化版本冲突（serialVersionUID）。

3. 替代方案

• Externalizable：手动控制序列化流程，提升性能。
• JSON/XML 序列化：如 Jackson、Gson，更灵活且易读。

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二、代码示例分析

1. 坏代码：默认序列化的问题

public class User implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String name;
    private transient int age; // 不参与序列化

    // 默认序列化会保存所有非 transient 字段
}

// 使用示例：
User user = new User();
user.setName("Alice");
user.setAge(30);

// 序列化后 age 字段丢失
byte[] data = serialize(user);
User deserializedUser = deserialize(data);
System.out.println(deserializedUser.getAge()); // 输出 0（默认值）

2. 好代码：自定义序列化逻辑

public class User implements Externalizable {
    private String name;
    private int age;

    @Override
    public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
        out.writeObject(name);
        out.writeInt(age);
    }

    @Override
    public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {
        name = (String) in.readObject();
        age = in.readInt();
    }
}

// 使用示例：
User user = new User();
user.setName("Bob");
user.setAge(25);
byte[] data = serialize(user);
User deserializedUser = deserialize(data);
System.out.println(deserializedUser.getAge()); // 输出 25

3. 坏代码：未声明 serialVersionUID

public class Book implements Serializable {
    private String title;
    private int publicationYear;
}

// 修改类结构后未更新 serialVersionUID，导致反序列化失败
public class Book {
    private String title;
    private String author; // 新增字段
    private int publicationYear;
}

4. 好代码：显式声明 serialVersionUID

public class Book implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String title;
    private int publicationYear;
}

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三、序列化机制对比

特性	默认 Serializable	Externalizable	JSON/XML 序列化
控制权	自动生成字节流（不可控）	手动控制序列化/反序列化逻辑	完全自定义格式（如字段顺序、忽略空值）
性能	较低（冗余数据多）	较高（仅写入必要字段）	较高（高效解析库支持）
安全性	存在反序列化漏洞	可拦截非法数据	依赖解析库的安全配置
版本兼容性	依赖 serialVersionUID	手动处理字段变更	易扩展（新增字段不影响旧客户端）

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四、适用场景

1. 默认 Serializable：快速实现简单对象的持久化，无需手动编码。
2. Externalizable：需要高性能或完全控制序列化流程的场景（如网络传输）。
3. JSON/XML：跨平台通信、Web API 或配置文件存储（人类可读性高）。

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五、注意事项

1. 安全防护：

   • 使用安全可靠的序列化库（如 Jackson 的 @JsonTypeInfo 防止类型混淆）。
   • 避免反序列化未知来源的数据（防止 RCE 攻击）。

2. 性能优化：

   • 对大数据量对象使用 BufferedOutputStream 加速写入。
   • 使用 SerializationProxy 实现轻量级代理序列化（Java 9+）。

3. 字段管理：

   • transient 关键字：标记不需要序列化的字段（如临时缓存）。
   • writeObject()/readObject()：手动处理敏感字段（如密码）。

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六、经典案例参考

• Java 标准库：
  • java.io.Serializable 接口的基础实现。
  • java.util.zip.GZIPInputStream 结合序列化压缩数据。
• 框架示例：
  • Hibernate 的 hibernate Serialization 提供ORM 序列化支持。
  • Jackson 的 ObjectMapper 实现 JSON 序列化（示例代码见下文）。

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七、总结

• 优先选择 JSON/XML：在跨平台或需要灵活格式的场景中，优先使用 Jackson/Gson 等库。
• 谨慎使用默认序列化：仅用于简单场景，避免性能和安全风险。
• 手动控制序列化流程：通过 Externalizable 或代理模式优化性能与安全性。

// Jackson JSON 序列化示例
public class JsonSerializerExample {
    public static void main(String[] args) throws JsonProcessingException {
        ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
        User user = new User("Charlie", 35);
        String json = mapper.writeValueAsString(user);
        System.out.println(json); // {"name":"Charlie","age":35}
        
        User deserializedUser = mapper.readValue(json, User.class);
        System.out.println(deserializedUser.getAge()); // 输出 35
    }
}

通过合理设计序列化策略，可以在性能、安全和可维护性之间取得平衡。

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资源

电子书

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