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第一部分 编程基础与二进制 2

第1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 23

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

2.3 字符的编码与乱码 39

2.3.1 常见非Unicode编码 39

2.3.2 Unicode编码 42

2.3.3 编码转换 44

2.3.4 乱码的原因 45

2.3.5 从乱码中恢复 46

2.4 char的真正含义 49

第二部分 面向对象 52

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 定义第一个类 55

3.1.4 使用第一个类 55

3.1.5 变量默认值 57

3.1.6 private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

3.2.1 String和Date 61

3.2.2 图形类 62

3.2.3 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

3.3.2 jar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Object 74

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

4.2.3 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protected 85

4.2.6 可见性重写 86

4.2.7 防止继承final 87

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性 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

5.1.7 Java 8和Java 9对接口的增强 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

5.2.3 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

6.1.1 NullPointerException（空指针异常） 125

6.1.2 NumberFormatException（数字格式异常） 126

6.2 异常类 128

6.2.1 Throwable 128

6.2.2 异常类体系 129

6.2.3 自定义异常 130

6.3 异常处理 131

6.3.1 catch匹配 131

6.3.2 重新抛出异常 131

6.3.3 finally 132

6.3.4 try-with-resources 133

6.3.5 throws 134

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Character 149

7.2 剖析String 155

7.2.1 基本用法 156

7.2.2 走进String内部 157

7.2.3 编码转换 157

7.2.4 不可变性 158

7.2.5 常量字符串 159

7.2.6 hashCode 160

7.2.7 正则表达式 161

7.3 剖析StringBuilder 162

7.3.1 基本用法 162

7.3.2 基本实现原理 162

7.3.3 String的＋和＋=运算符 165

7.4 剖析Arrays 166

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API 175

7.5.3 局限性 182

7.6 随机 183

7.6.1 Math.random 183

7.6.2 Random 184

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 196

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

8.2.3 超类型通配符 208

8.2.4 通配符比较 211

8.3 细节和局限性 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ArrayList 218

9.1.1 基本用法 218

9.1.2 基本原理 219

9.1.3 迭代 221

9.1.4 ArrayList实现的接口 225

9.1.5 ArrayList的其他方法 227

9.1.6 ArrayList特点分析 229

9.1.7 小结 229

9.2 剖析LinkedList 229

9.2.1 用法 230

9.2.2 实现原理 232

9.2.3 LinkedList特点分析 238

9.3 剖析ArrayDeque 239

9.3.1 实现原理 239

9.3.2 ArrayDeque特点分析 244

第10章 Map和Set 245

10.1 剖析HashMap 245

10.1.1 Map接口 245

10.1.2 HashMap 247

10.1.3 实现原理 247

10.1.4 小结 256

10.2 剖析HashSet 256

10.2.1 用法 256

10.2.2 实现原理 258

10.2.3 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TreeMap 264

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TreeSet 274

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LinkedHashMap 276

10.6.1 基本用法 276

10.6.2 实现原理 279

10.6.3 LinkedHashSet 282

10.6.4 小结 282

10.7 剖析EnumMap 283

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EnumSet 287

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

第11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PriorityQueue 302

11.2.1 基本用法 302

11.2.2 实现原理 304

112.3 小结 309

11.3 堆和PriorityQueue的应用 309

11.3.1 求前K个最大的元素 309

11.3.2 求中值 311

11.3.3 小结 314

第12章 通用容器类和总结 315

12.1 抽象容器类 315

12.1.1 AbstractCollection 316

12.1.2 AbstractList 319

12.1.3 AbstractSequentialList 321

12.1.4 AbstractMap 323

12.1.5 AbstractSet 325

12.1.6 AbstractQueue 325

12.1.7 小结 326

12.2 Collections 326

12.2.1 查找和替换 327

12.2.2 排序和调整顺序 329

12.2.3 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

12.3 容器类总结 342

12.3.1 用法和特点 342

12.3.2 数据结构和算法 344

12.3.3 设计思维和模式 344

第四部分 文件 348

第13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

13.1.2 Java文件概述 352

13.2 二进制文件和字节流 355

13.2.1 InputStream/OutputStream 355

13.2.2 FileInputStream/File-OutputStream 357

13.2.3 ByteArrayInputStream/ByteArrayOutputStream 359

13.2.4 DataInputStream/Data-OutputStream 361

13.2.5 BufferedInputStream/BufferedOutputStream 363

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

13.3.2 Reader/Writer 368

13.3.3 Input StreamReader/Output-StreamWriter 368

13.3.4 FileReader/FileWriter 369

13.3.5 CharArrayReader/Char-ArrayWriter 370

13.3.6 StringReader/StringWriter 370

13.3.7 BufferedReader/Buffered-Writer 371

13.3.8 PrintWriter 372

13.3.9 Scanner 374

13.3.10 标准流 374

13.3.11 实用方法 376

13.3.12 小结 377

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

第14章 文件高级技术 383

14.1 常见文件类型处理 384

14.1.1 属性文件 384

14.1.2 CSV文件 385

14.1.3 Excel 388

14.1.4 HTML 389

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BasicDB 396

14.2.3 BasicDB的实现 397

14.2.4 小结 401

14.3 内存映射文件 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BasicQueue 404

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/MessagePack 415

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

14.5.6 Jackson对XML支持的局限性 428

14.5.7 小结 428

第五部分 并发 430

第15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 线程的基本属性和方法 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synchronized 439

15.2.1 用法和基本原理 439

15.2.2 进一步理解synchronized 443

15.2.3 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

15.3.2 wait/notify 450

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

第16章 并发包的基石 468

16.1 原子变量和CAS 468

16.1.1 Atomiclnteger 469

16.1.2 ABA问题 472

16.1.3 小结 473

16.2 显式锁 473

16.2.1 接口Lock 473

16.2.2 可重入锁ReentrantLock 474

16.2.3 ReentrantLock的实现原理 478

16.2.4 对比ReentrantLock和synchronized 483

16.3 显式条件 483

16.3.1 用法 483

16.3.2 生产者/消费者模式 486

16.3.3 实现原理 487

16.3.4 小结 489

第17章 并发容器 490

17.1 写时复制的List和Set 490

17.1.1 CopyOnWriteArrayList 490

17.1.2 CopyOnWriteArraySet 493

17.2 ConcurrentHashMap 493

17.2.1 并发安全 494

17.2.2 原子复合操作 495

17.2.3 高并发的基本机制 495

17.2.4 迭代安全 496

17.2.5 弱一致性 497

17.2.6 小结 497

17.3 基于跳表的Map和Set 498

17.3.1 基本概念 498

17.3.2 基本实现原理 499

17.4 并发队列 501

17.4.1 无锁非阻塞并发队列 501

17.4.2 普通阻塞队列 502

17.4.3 优先级阻塞队列 503

17.4.4 延时阻塞队列 503

17.4.5 其他阻塞队列 503

第18章 异步任务执行服务 505

18.1 基本概念和原理 505

18.1.1 基本接口 505

18.1.2 基本用法 507

18.1.3 基本实现原理 509

18.1.4 小结 513

18.2 线程池 513

18.2.1 理解线程池 513

18.2.2 工厂类Executors 516

18.2.3 线程池的死锁 518

18.2.4 小结 518

18.3 定时任务的那些陷阱 518

18.3.1 Timer和TimerTask 518

18.3.2 ScheduledExecutorService 523

18.3.3 小结 526

第19章 同步和协作工具类 527

19.1 读写锁ReentrantReadWrite-Lock 527

19.2 信号量Semaphore 529

19.3 倒计时门栓CountDownLatch 531

19.4 循环栅栏CyclieBarrier 533

19.5 理解ThreadLocal 535

19.5.1 基本概念和用法 535

19.5.2 使用场景 536

19.5.3 基本实现原理 538

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 550

第21章 反射 550

21.1 Class类 551

21.2 应用示例 559

21.3 反射与泛型 561

第22章 注解 564

22.1 内置注解 564

22.2 框架和库的注解 566

22.3 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23章 动态代理 577

23.1 静态代理 577

23.2 Java SDK动态代理 579

23.2.1 用法 579

23.2.2 基本原理 581

23.2.3 动态代理的优点 582

23.3 cglib动态代理 584

23.4 Java SDK代理与cglib代理比较 585

23.5 动态代理的应用：AOP 585

23.5.1 用法 585

23.5.2 实现原理 587

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ClassLoader 594

24.3 类加载的应用：可配置的策略 597

24.4 自定义ClassLoader 598

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

25.2 Java API 612

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

26.1 Lambda表达式 628

26.1.1 通过接口传递代码 629

26.1.2 Lambda语法 630

26.1.3 函数式接口 632

26.1.4 预定义的函数式接口 632

26.1.5 方法引用 635

26.1.6 函数的复合 636

26.1.7 小结 637

26.2 函数式数据处理：基本用法 637

26.2.1 基本示例 638

26.2.2 中间操作 640

26.2.3 终端操作 642

26.2.4 构建流 646

26.2.5 函数式数据处理思维 646

26.3 函数式数据处理：强大方便的收集器 647

26.3.1 理解collect 647

26.3.2 容器收集器 648

26.3.3 字符串收集器 651

26.3.4 分组 651

26.4 组合式异步编程 658

26.4.1 异步任务管理 658

26.4.2 与Future/FutureTask对比 659

26.4.3 响应结果或异常 662

26.4.4 构建依赖单一阶段的任务流 664

26.4.5 构建依赖两个阶段的任务流 665

26.4.6 构建依赖多个阶段的任务流 666

26.4.7 小结 667

26.5 Java 8的日期和时间API 668

26.5.1 表示日期和时间 668

26.5.2 格式化 670

26.5.3 设置和修改时间 671

26.5.4 时间段的计算 673

26.5.5 与Date/Calendar对象的转换 674