全新Java编程的逻辑马俊昌 著9787111587729

读者评论
前言
部编程基础与二进制
章编程基础2
1.1数据类型和变量3
1.2赋值4
1.2.1基本类型4
1.2.2数组类型6
1.3基本运算8
1.3.1算术运算8
1.3.2比较运算10
1.3.3逻辑运算10
1.3.4小结11
1.4条件执行11
1.4.1语法和陷阱11
1.4.2实现原理14
1.5循环16
1.5.1循环的4种形式16
1.5.2循环控制19
1.5.3实现原理20
1.5.4小结20
1.6函数的用法21
1.6.1基本概念21
1.6.2进一步理解函数
1.6.3小结27
1.7函数调用的基本原理27
1.7.1栈的概念27
1.7.2函数执行的基本原理28
1.7.3数组和对象的内存分配29
1.7.4递归调用的原理30
1.7.5小结31
第2章理解数据背后的二进制33
2.1整数的二进制表示与位运算33
2.1.1正整数的二进制表示33
2.1.2负整数的二进制表示34
2.1.3十六进制35
2.1.4位运算36
2.2小数的二进制表示37
2.2.1小数计算为什么会出错37
2.2.2二进制表示38
.字符的编码与乱码39
..1常见非Unicode编码39
..2Unicode编码42
..编码转换44
..4乱码的原因45
..5从乱码中恢复46
2.4char的真正含义49
第二部分面向对象
第3章类的基础52
3.1类的基本概念52
3.1.1函数容器52
3.1.2自定义数据类型53
3.1.3定义个类55
3.1.4使用个类55
3.1.5变量默认值57
3.1.6private变量57
3.1.7构造方法58
3.1.8类和对象的生命周期60
3.1.9小结61
3.2类的组合61
3.2.1String和Date61
3.2.2图形类62
3..用类描述电商概念63
3.2.4用类描述人之间的血缘关系65
3.2.5目录和文件66
3.2.6一些说明67
3.2.7小结68
3.3代码的组织机制68
3.3.1包的概念68
3.3.2jar包71
3.3.3程序的编译与链接71
3.3.4小结72
第4章类的继承73
4.1基本概念73
4.1.1根父类Object74
4.1.2方法重写74
4.1.3图形类继承体系75
4.1.4小结80
4.2继承的细节80
4.2.1构造方法81
4.2.2重名与静态绑定82
4..重载和重写83
4.2.4父子类型转换85
4.2.5继承访问权限protected85
4.2.6可见重写6
4.2.7防止继承final87
4.3继承实现的基本原理88
4.3.1示例88
4.3.2类加载过程90
4.3.3对象创建的过程91
4.3.4方法调用的过程92
4.3.5变量访问的过程93
4.4为什么说继承是把双刃剑94
4.4.1继承破坏封装94
4.4.2封装是如何被破坏的94
4.4.3继承没有反映is-a关系97
4.4.4如何应对继承的双面97
第5章类的扩展100
5.1接口的本质100
5.1.1接口的概念101
5.1.2定义接口101
5.1.3实现接口102
5.1.4使用接口103
5.1.5接口的细节105
5.1.6使用接口替代继承106
5.1.7Java 8和Java 9对接口的106
5.1.8小结108
5.2抽象类108
5.2.1抽象方法和抽象类108
5.2.2为什么需要抽象类109
5..抽象类和接口109
5.2.4小结110
5.3内部类的本质111
5.3.1静态内部类111
5.3.2成员内部类113
5.3.3方法内部类115
5.3.4匿名内部类117
5.4枚举的本质119
5.4.1基础120
5.4.2典型场景122
第6章异常125
6.1初识异常125
6.1.1NullPointerException（空指针异常）125
6.1.2NumberFormatException（数字格式异常）126
6.2异常类128
6.2.1Throwable128
6.2.2异常类体系129
6..自定义异常130
6.3异常处理131
6.3.1catch匹配131
6.3.2重新抛出异常131
6.3.3finally132
6.3.4try-with-resources133
6.3.5thrws34
6.3.6对比受检和未受检异常135
6.4如何使用异常135
6.4.1异常应该且仅用于异常情况136
6.4.2异常处理的目标136
6.4.3异常处理的一般逻辑137
第7章常用基础类138
7.1包装类138
7.1.1基本用法139
7.1.2共同点140
7.1.3剖析Integer与二进制算法144
7.1.4剖析Character149
7.2剖析String155
7.2.1基本用法156
7.2.2走进String内部157
7..编码转换157
7.2.4不可变15
7.2.5常量字符串159
7.2.6hashCde60
7.2.7正则表达式161
7.3剖析StringBuilder162
7.3.1基本用法162
7.3.2基本实现原理162
7.3.3String的 和 =运算符165
7.4剖析Arrays166
7.4.1用法166
7.4.2多维数组171
7.4.3实现原理172
7.4.4小结174
7.5剖析日期和时间174
7.5.1基本概念174
7.5.2日期和时间API175
7.5.3局限12
7.6随机183
7.6.1Math.randm83
7.6.2Randm84
7.6.3随机的基本原理185
7.6.4随机密码187
7.6.5洗牌189
7.6.6带权重的随机选择189
7.6.7抢红包算法191
7.6.8北京购车摇号算法192
7.6.9小结193
第三部分泛型与容器
第8章泛型196
8.1基本概念和原理196
8.1.1一个简单泛型类197
8.1.2容器类199
8.1.3泛型方法201
8.1.4泛型接口202
8.1.5类型参数的限定202
8.1.6小结205
8.2解析通配符205
8.2.1更简洁的参数类型限定205
8.2.2理解通配符206
8..超类型通配符208
8.2.4通配符比较211
8.3细节和局限211
8.3.1使用泛型类、方法和接口211
8.3.2定义泛型类、方法和接口213
8.3.3泛型与数组214
8.3.4小结217
第9章列表和队列218
9.1剖析ArrayList218
9.1.1基本用法218
9.1.2基本原理219
9.1.3迭代221
9.1.4ArrayList实现的接口225
9.1.5ArrayList的方法227
9.1.6ArrayList特点分析229
9.1.7小结229
9.2剖析LinkedList229
9.2.1用法0
9.2.2实现原理2
9..LinkedList特点分析
9.3剖析ArrayDeque
9.3.1实现原理
9.3.2ArrayDeque特点分析244
0章Map和Set245
10.1剖析HashMap245
10.1.1Map接口245
10.1.2HashMap247
10.1.3实现原理247
10.1.4小结256
10.2剖析HashSet256
10.2.1用法256
10.2.2实现原理258
10..小结259
10.3排序二叉树260
10.3.1基本概念260
10.3.2基本算法261
10.3.3平衡的排序二叉树263
10.3.4小结264
10.4剖析TreeMap264
10.4.1基本用法265
10.4.2实现原理267
10.4.3小结273
10.5剖析TreeSet274
10.5.1基本用法274
10.5.2实现原理275
10.5.3小结276
10.6剖析LinkedHashMap276
10.6.1基本用法276
10.6.2实现原理279
10.6.3LinkedHashSet282
10.6.4小结282
10.7剖析EnumMap283
10.7.1基本用法283
10.7.2实现原理285
10.7.3小结287
10.8剖析EnumSet287
10.8.1基本用法287
10.8.2应用场景288
10.8.3实现原理291
10.8.4小结294
1章堆与优先级队列295
11.1堆的概念与算法296
11.1.1基本概念296
11.1.2堆的算法298
11.1.3小结302
11.2剖析Priorityeue302
11.2.1基本用法302
11.2.2实现原理304
11..小结09
11.3堆和Priorityeue的应用309
11.3.1求前K个优选的元素309
11.3.2求中值311
11.3.3小结314
2章通用容器类和总结315
12.1抽象容器类315
12.1.1AbstractCollection316
12.1.2AbstractList319
12.1.3AbstractSequentialList321
12.1.4AbstractMap3
12.1.5AbstractSet325
12.1.6Abstracteue325
12.1.7小结326
12.2Collections326
12.2.1查找和替换327
12.2.2排序和调整顺序329
12..添加和修改332
12.2.4适配器333
12.2.5装饰器338
12.2.6小结342
1.容器类总结342
1..1用法和特点342
1..2数据结构和算法344
1..设计思维和模式344
第四部分文件
3章文件基本技术348
13.1文件概述348
13.1.1基本概念和常识348
13.1.2Java文件概述352
13.2二进制文件和字节流355
13.2.1InputStream/OutputStream355
13.2.2FileInputStream/File-OutputStream357
13..ByteArrayInputStream/ByteArrayOutputStream359
13.2.4DataInputStream/Data-OutputStream361
13.2.5BufferedInputStream/BufferedOutputStream363
13.2.6实用方法364
13.2.7小结365
13.3文本文件和字符流365
13.3.1基本概念366
13.3.2Reader/Writer368
13.3.3InputStreamReader/Output-StreamWriter368
13.3.4FileReader/FileWriter369
13.3.5CharArrayReader/Char-ArrayWriter370
13.3.6StringReader/StringWriter370
13.3.7BufferedReader/Buffered-Writer371
13.3.8PrintWriter372
13.3.9Scanner374
13.3.10标准流374
13.3.11实用方法376
13.3.1小结7
13.4文件和目录操作378
13.4.1构造方法378
13.4.2文件元数据378
13.4.3文件操作379
13.4.4目录操作380
4章文件高级技术383
14.1常见文件类型处理384
14.1.1属文件384
14.1.2CSV文件385
14.1.3Excel388
14.1.4HTML389
14.1.5压缩文件391
14.2随机读写文件394
14.2.1用法394
14.2.2设计一个键值数据库BasicDB396
14..BasicDB的实现397
14.2.4小结401
14.3存映文件402
14.3.1基本概念402
14.3.2用法403
14.3.3设计一个消息队列Basiceue404
14.3.4实现消息队列406
14.3.5小结409
14.4标准序列化机制409
14.4.1基本用法409
14.4.2复杂对象411
14.4.3定制序列化411
14.4.4序列化的基本原理413
14.4.5版本问题414
14.4.6序列化特点分析414
14.5使用Jackson序列化为JSON/XML/MessagePack415
14.5.1基本概念415
14.5.2基本用法415
14.5.3容器对象418
14.5.4复杂对象419
14.5.5定制序列化420
14.5.6Jackson对XML支持的局限42
14.5.7小结428
第五部分并发
5章并发基础知识430
15.1线程的基本概念430
15.1.1创建线程430
15.1.2线程的基本属和方法432
15.1.3共享内存及可能存在的问题435
15.1.4线程的优点及成本438
15.2理解synchronized439
15.2.1用法和基本原理439
15.2.2进一步理解synchronized443
15..同步容器及其注意事项445
15.3线程的基本协作机制450
15.3.1协作的场景450
15.3.2wait/notify450
15.3.3生产者/消费者模式453
15.3.4同时开始455
15.3.5等待结束456
15.3.6异步结果458
15.3.7集合点461
15.3.8小结462
15.4线程的中断463
15.4.1取消/关闭的场景463
15.4.2取消/关闭的机制463
15.4.3线程对中断的反应464
15.4.4如何正确地取消/关闭线程467
15.4.5小结467
……
6章并发包的基石468
16.1原子变量和CAS468
16.2显式锁473
16.3显式条件483
7章并发容器490
17.1写时复制的List和Set490
17.2ConcurrentHashMap493
17.3基于跳表的Map和Set498
17.4并发队列501
8章异步任务执行服务505
18.1基本概念和原理505
18.2线程池513
18.3定时任务的那些陷阱518
9章同步和协作工具类527
19.1读写锁ReentrantReadWrite-Lock527
19.2信号量Semaphore529
19.3即将开始门栓CountDownLatch531
19.4循环栅栏CyclicBarrier533
19.5理解ThreadLocal535
第20章并发总结541
20.1线程安全的机制541
20.2线程的协作机制543
20.3容器类544
20.4任务执行服务546
第六部分动态与函数式编程
2章反550
21.1Class类551
21.2应用示例559
21.3反与泛型561
第22章注解564
22.1内置注解564
22.2框架和库的注解566
2.创建注解568
22.4查看注解信息570
22.5注解的应用：定制序列化571
22.6注解的应用：DI容器573
第章动态代理577
.1静态代理577
.2Java SDK动态代理579
.cglib动态代理584
.4Java SDK代理与cglib代理比较585
.5动态代理的应用：AOP585
第24章类加载机制592
24.1类加载的基本机制和过程593
24.2理解ClassLoader594
24.3类加载的应用：可配置的策略597
24.4自定义ClassLoader598
24.5自定义ClassLoader的应用：热部署599
第25章正则表达式603
25.1语法603
25.2Java API612
25.3模板引擎618
25.4剖析常见表达式619
第26章函数式编程628
26.1Lambda表达式628
26.2函数式数据处理：基本用法637
26.3函数式数据处理：强大方便的收集器647
26.4组合式异步编程658
26.5Java 8的日期和时间API668

马俊昌，邻家科技CTO和联合创始人。北京理工大学博士，曾就职于IBM，从事中间件、云计算架构和开发工作，在万普世纪负责移动广告平台大数据分析和算法优化工作。2014年联合创立邻家科技，主要产品“到位APP”是一个到家生活服务平台。十多年来，一直从事Java编程，积累了比较丰富的经验。平时喜欢读书，研究技术与创新，乐于分享编程心得，欢迎关注我的公众号“老马说编程”，和你一起探索编程本质。

Preface 前言为什么要写这本书写一本关于编程的书，是我大概15年前就有的一个想法，当时，我体会到了编程中数据结构的美妙和，有一种收获的喜悦和分享的冲动。这种收获是我反复阅读教程十几遍，花大量时间上机练习调试得到的，这是一个比较痛苦的过程。我想，如果把我学到的知识更为清晰易懂地表达出来，人不就可以掌握编程容易一些，并体会到那种喜悦了吗？不过，当时感觉自己学识太浅，要学习的东西太多，想一想也就算了。 触发我开始写作是在2016年年初，可汗学院的事迹震撼了我。可汗学院的创始人是萨尔曼·可汗，他自己录制了3000多个，主要教中小学生基础课。他为每门课程建立了知识地图，地图由知识点组成，知识点之间有依赖关系。每个知识点都有一个视频，每个视频10分钟左右，他的讲解清晰透彻，极受欢迎。比尔·盖茨声称可汗是他欣赏的老师，邀请其在TED发表演讲，同时可汗成立了非营利机构可汗学院，可汗也受到了来自谷歌等公司的。可以说，可汗以一己之力推动了全世界的教育。 我就想，我可不可以学习可汗，为计算机编程教育做一点事情？也就是说，为编程的核心知识建立知识地图，从基础的概念开始，分解为知识点，一个知识点一个知识点地讲解，每一个知识点都力争清晰透彻，阐述知识点是什么、怎么用、有什么用途、实现原理是什么、思维逻辑是什么、与知识点有什么关系等。可汗的形式是视频，但我想先从文字总结开始。我希望表达的是编程的通用知识，但编程总要用一个具体语言，我想就用我熟悉的Java吧。 过去十几年，Java一直是软件开发领域主的语言之一，在可以预见的未来，Java还将是主的语言之一。但关于Java编程的书比比皆是，也不乏经典之作，市场还需要一本关于Java编程的书吗？甚至，还需要编程的书吗？如果需要，需要什么样的书呢？关于编程的需求，我想是肯定的。过去几十年，IT深刻地改变了人们的生活，但这次还远远没有停止，在可以预见的未来，人工智能等前沿技术必将进一步改变世界，而要掌握人工智能技术，必须先掌握基本编程技术。人工智能在我国已经上升为战略。2017年7月，印发了《新一代人工智能发展规划》，其中提到“实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育”，未来，可能大部分人都需要学习编程。 关于编程的书是很多，但对于非计算机专业学生而言，掌握编程依然是一件困难的事情。绝大部分教程以及培训班过于追求应用，读者学完之后虽然能照着例子写一些程序，但却懵懵懂懂，知其然而不知其所以然，无法灵活应用，当希望进一步深入学习时，发现大部分专业书籍晦涩难懂，难以找到通俗易懂的与学过的应用相结合的进阶原理类书籍。 即使计算机专业的学生，学习编程也不容易。学校开设了很多理论课程，但学习理论的时候往往感觉比较枯燥，比如二进制、编码、数据结构和算法、设计模式、操作系统中的线程和文件系统知识等。而学习具体编程语言的时候，又侧重学习的是语法和API。学习计算机理论的重要目的是为了更好地编程，但学生却难以在理论和编程之间建立密切的联系。 这样，我的想法基本就确定了，用Java语言写一本帮理解编程到底是怎么回事的书，尽量用通俗易懂的方式循序渐进地介绍编程中的主要概念、语法和类库，不仅介绍用法和应用，还剖析背后的实现原理，以与基础理论相结合，同时包含一些实用经验和教训，并解释一些更为高层的框架和库的基本原理，以与实践应用相结合，在此过程中，融合编程的一些通用思维逻辑。 我有能力写好吗？我并不是编程大师，但我想，可汗也不是每个领域的大师，但他讲授了很多领域的知识，的确帮了很多人。过去十几年我一直从事编程方面的工作，也在不断学习和思考，我想，只要用心写，至少会给一些人带来一点帮吧。 于是，我在2016年3月创建了公众号“老马说编程”，开始发布系列文章“计算机程序的思维逻辑”。每一篇文章对我都是一个挑战，每一个知识点我都花大量时间用心思考，反复琢磨，力求表达清晰透彻，做到优选。写作是一个痛苦和快乐交织的过程，痛苦的就是满脑子都是相关的内容，但就是不知道该怎么表达的时候，而快乐的就是写完一篇文章的时候。令人欣慰的是，这些文章受到了大量读者的极高评价，他们的溢美之词、自发分享和红包赞赏进一步了我写作的信心和动力。到2017年7月底，共写了95篇文章，关于Java编程的基本内容也就写完了。 在写作过程中，很多读者反馈希望文章可以尽快整理成书，以便阅读。2016年9月，机械工业出版社的高婧雅女士联系到了我，商讨出版的可能，在她的鼎力帮和出版社的大力支持下，就有了大家看到的这本书。 本书特色本书致力于帮读者真正理解Java编程。对于每个语言特和API，不仅介绍其概念和用法，还分析了为什么要有这个概念，实现原理是什么，背后的思维逻辑是什么；对于类库，分析了大量源码，使读者不仅知其然，还知其所以然，以透彻理解相关知识点。 本书虽然是Java语言描述，但以更为通用的编程逻辑为主，融入了很多通用的编程相关知识，如二进制、编码、数据结构和算法、设计模式、操作系统、编程思维等，使读者不仅能够学习Java语言，还可以提升整体的编程和计算机水平。 本书不仅注重实现原理，而且重视实用。本书介绍了很多实践中常用的技术，包含不少实际开发中积累的经验和教训，使读者可以少走一些弯路。在实际开发中，我们经常使用一些高层的系统程序、框架和库，以提升开发效率，本书也介绍了如何利用基本API开发一些系统程序和框架，比如键值数据库、消息队列、序列化框架、DI（依赖注入）容器、AOP（面向切面编程）框架、热部署、模板引擎等，讲解这些内容的目的不是为了“重新发明轮子”，而是为了帮读者更好地理解和应用高层的系统程序与框架。 本书高度注重表述，尽力站在读者的角度，循序渐进、简洁透彻，从基本的概念开始，一步步推导出更为高级的概念，在介绍每个知识点时，都会尽力先介绍用法、示例和应用，再分析实现原理和思维逻辑，并与知识点建立联系，以便读者能够容易地、全面透彻地理解相关知识。 本书侧重于Java编程的主要概念，绝大部分内容适用于Java 5以上的版本，但也包含了近几年Java的主要更新，包括Java 8引入的重要更新—Lambda表达式和函数化编程。 读者对象本书面向所有希望进一步理解编程的主要概念、实现原理和思维逻辑的读者，具体来说有以下几种。 初中级Java开发者：本书采用Java语言，侧重于剖析编程概念背后的实现原理和内在逻辑，同时包含很多实际编程中的经验教训，所以，对于Java编程经历不多，对计算机原理不太了解、对Java的很多概念一知半解的开发人员，阅读本书的收获可能优选，通过本书可以快速提升Java编程水平。而零基础Java开发者，可跳过原理内容阅读。 非Java语言的开发者：本书不设读者有任何Java编程基础，系统、全面、细致地讲述了Java的语法和类库，给出了很多示例。另外，本书介绍了很多编程的通用概念、知识、数据结构、设计模式、算法、实现原理和思维逻辑。同时，全书的讨论都尽量站在一个通用的编程语言角度，而非Java语言特定的角度。通过阅读本书，读者可以快速学习和掌握Java，建立与语言之间的联系，提升整体编程思维和水平。 中高级Java开发者：经验丰富的Java开发者阅读本书的收获也会很大，可以通过本书对编程有更为系统、更为深刻的认识。 如何阅读本书本书分为六大部分，共26章内容。 部（～2章）介绍编程基础与二进制。章介绍编程的基础知识，包括数据类型、变量、赋值、基本运算、条件执行、循环和函数。第2章帮读者理解数据背后的二进制，包括整数的二进制表示与位运算、小数计算为什么会出错、字符的编码与乱码。 第二部分（第3～7章）介绍面向对象。第3章介绍类的基础知识，包括类的基本概念、类的组合以及代码的基本组织机制。第4章介绍类的继承，包括继承的基本概念、细节、实现原理，分析为什么说继承是把双刃剑。第5章介绍类的一些扩展概念，包括接口、抽象类、内部类和枚举。第6章介绍异常。第7章剖析一些常用基础类，包括包装类、String、StringBuilder、Arrays、日期和时间、随机。 第三部分（8～2章）介绍泛型与容器及其背后的数据结构和算法。第8章介绍泛型，包括其基本概念和原理、通配符，以及一些细节和局限。第9章介绍列表和队列，剖析ArrayList、LinkedList以及ArrayDeque。0章介绍各种Map和Set，剖析HashMap、HashSet、排序二叉树、TreeMap、TreeSet、LinkedHashMap、LinkedHashSet、EnumMap和EnumSet。1章介绍堆与优先级队列，包括堆的概念和算法及其应用。2章介绍一些抽象容器类，分析通用工具类Collections，对整个容器类体系从多个角度进行系统总结。 第四部分（3～14章）介绍文件。3章主要介绍文件的基本技术，包括文件的一些基本概念和常识、Java中处理文件的基本结构、二进制文件和字节流、文本文件和字符流，以及文件和目录操作。4章介绍文件处理的一些高级技术，包括一些常见文件类型的处理、随机读写文件、存映文件、标准序列化机制，以及Jackson序列化。 第五部分（5～20章）介绍并发。5章介绍并发的传统基础知识，包括线程的基本概念、线程同步的基本机制synchronized、线程协作的基本机制wait/notify，以及线程的中断。6章介绍并发包的基石，包括原子变量和CAS、显式锁与显式条件。7章介绍并发容器，包括写时复制的List和Set、ConcurrentHashMap、基于跳表的Map和Set，以及各种并发队列。8章介绍异步任务执行服务，包括基本概念和实现原理、主的实机制线程池，以及定时任务。9章介绍一些专门的同步和协作工具类，包括读写锁、信号量、即将开始门栓、循环栅栏，以及ThreadLocal。第20章对整个并发部分从多个角度进行系统总结。 第六部分（2～26章）介绍动态与函数式编程。2章介绍反，包括反的用法和应用。第22章介绍注解，包括注解的使用、创建，以及两个应用：定制序列化和DI容器。第章介绍动态代理的用法