# API-语言基础类库 (Package `java.lang`)

# `Object`类

# 基本信息

Package java.lang
public class Object

Object类是所有类的父类。在 Java 中处于顶级父类的地位，是类层级结构的根类。
任何类对象都可以用Object类的对象来接收。

# 重要方法

clone()
- 克隆一个对象。
- 当一个对象要被克隆时，它所对应的类必须实现Cloneable接口。
- 克隆完成后会产生一个新的对象。新对象和原对象的地址不同，但属性值相同。
- Cloneable接口
  其中没有任何属性和方法，仅用于标识此类产生的对象可以被克隆。
finalize()
- 通知GC回收当前对象。
- 即使GC已经开始运行，也只回收当前对象而不回收其他对象。
- * System.gc()通知GC回收所有可以回收的对象。→System类
getClass()
获取对象的运行时类对象（如，后续可用于反射）。
hashCode()
获取该对象的哈希码值，在一定范围内可以认为是唯一的。哈希码为一串 32 位的二进制数据。
toString()
打印对象。实际调用对象本身的toString()。
equals(Object obj)
比较两个对象是否相等。默认比较对象的地址，但对于File，String，Date和包装类来说，它们比较地是对象值。
特别地

当手动重写equals()时，思路为:
1. 判断地址是否一致(if (this == obj))
2. 判断参数是否为空(if (obj == null))
3. 判断类型是否一致(if (this.getClass() != obj.getClass()))
4. 判断属性值是否一致

# `System`类

# 基本信息

Package java.lang

public final class System

System类提供了标准输入输出、错误输入输出和一些访问系统属性的方法。
它是一个静态类，不能被继承，不能被实例化，所有方法都是静态方法。

# 重要方法

static void gc()

强制 Java 虚拟机启动垃圾回收机制，收集内存中所有不再被引用的对象所占用的内存空间。
static void exit(int status)

强制终止当前正在运行的 Java 虚拟机，并将参数status返回给系统。通常来讲，status为 0 表示正常终止；非 0 表示异常终止。
static long currentTimeMillis()
返回从 1970 年 1 月 1 日到当前系统时间的毫秒数。

关于System类的属性

in
从键盘输入信息，只能按字节读取
out
将信息标准输出到显示器（是PrintStream类的对象，声明：static final PrintStream out）
err
将错误提示信息（使用红色字体）输出到显示器（是PrintStream类的对象，声明：static final PrintStream err）

*这三个属性都是字节流，见 I/O Stream.

# 异常

异常是一套处理和反馈问题的机制。

# 基本信息

Package java.lang

public class Throwable

Throwable类是异常 (Exception) 和错误 (Error) 的父类。
错误无法处理，而异常可以处理。

# `Exception`

分类

编译时异常（或称已检查异常）：编译期出现的异常，要求必须处理，抛出或者捕获。
如：CloneNotSupportedException和ParseException
运行时异常（或称未检查异常）：编译期不报错，但运行时出现。在编译期处理与否均可，往往非语法错误。
如：ArithmeticException、ArrayIndexOutOfBoundException、NullPointerException、ClassCastException和NumberFormatException
自定义异常：编程者通过继承某个异常类自己编写的异常。

关于异常处理

运行时异常可以随意抛出和捕获
编译时异常只能在抛出时捕获

关于异常捕获

使用多个catch来分别捕获不同的异常
可以捕获一个父类异常，统一处理
在一个catch语句中，可以使用|分割不同的异常来分组处理，避免了写多个catch语句> Java SE 7.0
当一个方法声明抛出父类异常时，处理中必须处理父类异常
在捕获异常时，需要先捕获子类异常再捕获父类异常

关于 finally

无论是否发生异常都会执行

# `Error`

错误。不应试图捕获的严重问题。无法处理。

# 线程

# 基本信息

Package java.lang
public class Thread

# 进程与线程

线程是操作系统中的重要概念之一，是程序运行的基本单元。
进程是线程的集合。每一个进程可以创建一个或多个线程。

# 自定义线程

线程执行没有顺序性，相互抢占资源。这个抢占过程不只存在于线程执行的开始，而是存在于执行的全过程。在这种抢占模式下，会导致不合常理的情况发生（多线程并发安全问题）。

继承Thread类
- 在run()中重写线程执行逻辑。
- 类实例通过start()启动线程。
实现Runnable接口
- 重写run()。
- 通过Thread类对象启动线程。
实现Callable<T>接口
- 重写call()

# 线程同步

使用synchronized关键字来同步多个线程，一定程度上解决线程冲突。

同步代码块

   synchronized(同步锁 *所有线程可见*) {
      …
   }

可以传入类字节码，this对象，共享资源

同步方法
使用synchronized修饰方法，此时锁对象为this对象。

# 线程通信

通过等待唤醒机制调节线程之间的执行顺序。

线程在等待期间存在于线程池中，线程池本质上是一个存储线程的队列。
A1 A2 C1 C2 → ()
A1(Running)
A1 A2 C1 C2 → ()
A1(Running, wait()[A1])
A2 C1 C2 → (A1)
A2(Running, wait()[A2])
C1 C2 → (A1 A2)
C1(Running, notify()[A1])
A1 C1 C2 → (A2)
C1(Running, wait()[C1])
A1 C2 → (A2, C1)
C2(Running, wait()[C2])
A1 → (A2, C1, C2)
A1(Running, notify()[A2])
A1 A2 → (C1, C2)
A1(Running, wait()[A1])
A2 → (C1, C2, A1)
A2(Running, wait()[A2])
→ (C1, C2, A1, A2)

sleep()需要制定睡眠时间，结束自然恢复。释放执行权，不释放锁对象，在Thread类中，为静态方法 wait()可以指定等待时间，也可不指定，此时需要唤醒。释放执行权，释放锁对象。在Object类中，为普通方法。必须结合锁使用（两对象相同）。

# 死锁

产生原因
多个线程；共享资源过多；锁对象不统一；锁嵌套。

避免死锁
统一锁对象、减少锁嵌套。

同步与异步

若某对象在某时间段内只允许一个线程操作即为同步，反之异步。
同步一定安全。
不安全一定异步。

# 线程状态

线程状态

阻塞：不执行代码抢占资源
冻结：不执行代码，不抢占资源

# 守护线程

守护其他线程的执行，被守护线程结束后，守护线程无论完成与否随之结束
只要代码中出现守护线程，程序中的线程只能是守护线程或者被守护线程
若存在多个被守护线程，则最后一个被守护线程为结束标志

# 线程优先级

线程拥有 1-10 共十级优先级
优先级越高，理论上抢到资源的概率越大
相邻两个优先级几乎没有差别
相差5级以上，略有差别

# 枚举

# 基本信息

Package java.lang
public abstract class Enum<E extends Enum<E>>

取值固定且能一一列举
枚举常量必须定义在首行，用,隔开，以;结尾
枚举类中允许定义属性和方法
枚举类构造函数默认且只能为私有
可以携带参数，在枚举后添加括号
可以定义抽象方法，以匿名内部类的形式实现
switch(表达式)
表达式值新添Enum常量

# `String`类

# 基本信息

Package java.lang
public final class String

String类是一个最终类，表示字符串。
所有字符串都是String类的实例。
字符串是常量，创建后不可更改，但可以被共享。

# 重要方法

char chatAt()
获取字符串指定下标字符。
int length()
获取字符串长度。
char[] toCharArray()
将字符串转化为字符数组。

其他不改变原串的方法

方法	描述	备注
`int compareTo(String another)`	判断两个字符串大小，根据返回值政府来确定
`String concat(String str)`	拼接字符串，不该面原字符串
`boolean contains(String str)`	是否包含该子串
`boolean equals(Object o)`	是否相等
`byte[] getBytes()`	将字符串转化为字节数组	通过`String`的构造方法将字节数组转化为字符串
`int indexOf(int ch, int index)`	指定下标开始寻找指定字符第一次出现的位置
`static String valueOf()`	将传入值转换为字符串	传入对象则会调用对象的`toString()`；传入字符数组对象，则打印其内容
`String replaceAll(String reg, String str)`	替换指定内容
`boolean matches(String reg)`	是否匹配指定规则
`String[] split(String reg)`	按指定规则切割字符串	作为切割的符号会被消除；若两个切割符号相连，则会被分出一个空字符串`""`

特别地

拼接字符串可以使用运算符"+"，本质上 Java 编译器会调用StringBuffer（或类似技术）来实现这个拼接操作。
拼接多个字符串建议使用StringBuilder类，少量字符串使用+运算符
StringBuilder和StringBuffer使用方法完全一致
- StringBuilder线程不安全
- StringBuffer线程安全
故代码：
Input
```
String s = "a";
s += "b";
```
实际上的执行效果是：
```
String s = "a";
s = new StringBuilder("a").append("b").toString();
```
在最后的toString()中生成了新的字符串对象，类似于（真实过程更加复杂）：
```
s = new String ("ab");
```

分析代码
Input

String s1 = "ab";
String s2 = new String("ab");
String s4 = "a";
s4 += "b";

第一句
```
String s1 = "ab";
```
内存图：
第二句
```
String s2 = new String("ab");
```
内存图：
第三句
```
String s4 = "a";
```
内存图：
第四句
```
s4 += "b";
```
由StringBuilder实现+=操作，具体步骤为：
1. 生成StringBuilder对象
```
new StringBuilder("a")
```
  内存图：
2. StringBuilder对象取append()方法拼接字符串
```
new StringBuilder("a").append("b")
```
  内存图：
  堆内存0x3f4c断开与常量"a"(0x45fa)的链接，转而链接常量"ab"(0x003d)。
3. 调用toString()生成新的String对象
```
new StringBuilder("a").append("b").toString()
```
  内存图：
4. 将新生成的String对象的管理权交给s4（赋值）
```
s4 = new StringBuilder("a").append("b").toString();
```
  内存图：
  栈内存内s4断开与常量"a"(0x45fa)的链接，转而链接堆内存0x7bce。
5. 结束操作，最终结果
  内存图：

关于编码

按照某些规律将字符映射成字节。这个记录规则就是编码表

名称	内容	特点
ASCII	0 至 127	不完全
西欧码表 ISO-8859-1	西欧字符	一个字母占 1 字节
GB2312	常见基本简体汉字和部分常用繁体汉字	一个字符占 2 字节
UTF-8	常见语言的常见字符	一个字符占 3 字节

→ 关于Scanner类

# 正则表达式

正则表达式本质上是指定匹配或筛选规则的一系列表达式。

规则

元字符与限定符：正则表达式中含有表达特殊意义的字符，这些字符成为元字符；在正则表达式中，需要表示元字符出现次数等逻辑规则时，使用限定符来表示。
在 Java 中，由于使用\转义且某些元字符中本身包含\，故在使用时需要写作\\。如：表示任意一个数字的正则表达式在 Java 中写作\\d。

元字符/限定符	描述
`.`	任意字符
`\d`	0至9任意一个数字
`\D`	任意一个非数字
`\s`	空格类字符，如`\t`, `\n`, `\x0B`, `\f`, `\r`
`\S`	任意一个非空格类字符
`\w`	除`$`外的可用于标识符的字符（字母(a-zA-Z)、数字(0-9)、下划线(_)）
`\W`	任意一个不能用于标识符的字符
`^`	串开头
`$`	串结尾
`\|`	或
`+`	出现1次或多次
`?`	出现0次或1次
`*`	出现0次或多次
`{n}`	出现n次
`{n,}`	出现至少n次
`{n,m}`	出现n至m次
`()`	捕获组
`[]`	单个字符
`\n`	编号为n的捕获组

这里：{n,m|n,m∈N₊}

捕获组

起编号作用
从左括号出现的位置开始计算

例如：(A((BC(D))E))F)

捕获组	内容
`\\1`	`A((BC(D))E)`
`\\2`	`(BC(D))E`
`\\3`	`BC(D)`
`\\4`	`D`
`\\5`	`F`

String类中的使用

使用boolean matches(String regex)来使用正则表达式验证字符串是否符合规则。
String类还提供了其他的验证规则函数，如：boolean startsWith(String prefix)用来验证是否由某字符串打头。

# 包装类

# 基本信息

对于每种基本数据类型, Java 都提供了与其对应的类。这些类称为包装类。

基本数据类型	`byte`	`short`	`int`	`long`	`float`	`double`	`char`	`boolean`
包装类	`Byte`	`Short`	`Integer`	`Long`	`Float`	`Double`	`Character`	`Boolean`

int和char所对应的包装类为单词的全拼。

# 装箱

将基本数据类型转换为对应的引用数据类型对象的操作。

# 自动装箱 Java SE 5.0+

将一个基本数据类型变量直接赋值给对应的引用数据类型对象。本质上调用了对应的valueOf()。

例如：

Integer integer = 3;

相当于：

Integer integer = Integer.valueOf(3);

注意

所有相同类型地包装类对象之间值的比较，应当全部使用equals()。

在值范围在 -128 到 127内的赋值，Integer对象会在IntegerCache.cache中产生，会服用已有对象。此时使用==比较是安全的。
但在范围之外的所有数据会在堆中产生，不会复用已有对象。
故推荐全部使用equals()来规避风险。

# 自动拆箱 Java SE 5.0+

将一个引用数据类型对象直接赋值给对应基本数据类型变量。本质上调用了对象的xxxValue()。

例如：

int i = integer;

相当于：

int i = integer.intValue();

当发生基本数据类型和包装类运算时，会发生自动拆箱。

关于哈希码

整数的哈希码是其本身，但小数的哈希码需要经过计算才能得到。
字符的哈希码是其对应的编码。
布尔类型的哈希码为特殊值，如true的哈希码为1231；false为1237。
八种基本数据类型的哈希码都为固定值。

# `Math`类

# 基本信息

Package java.lang
public final class Math

Math类是一个最终类，其构造函数是私有的。

该类提供了一系列静态方法，这些方法实现了基本的数学运算，如三角函数、绝对值、平方根等。

# 重要方法

static double ceil(double a)
向上取整
static double floor(double a)
向下取整
static long round(double a)/static int round(float a)
四舍五入
static double sqrt(double a)
求平方根
static double pow(double a, double b)
求幂 (a^b)
static double random()
返回一个随机数 (0.0≤x<1.0)

# `strictfp`关键字

精确浮点(strict float point)，用于修饰类、接口和方法。

被修饰的代码在执行中以80位二进制数来运算小数，结果会保留为64位。

特别的

当适用精确运算时，Java 提供了BigDecimal类。

这个类中对基础运算（如加、减、乘、除）提供了方法支持，故，不能使用运算符（如+、-、*、/）来进行运算。

← 面向对象 API-工具类库 (Package java.util) →

# API-语言基础类库 (Package java.lang)

# Object类

# 基本信息

# 重要方法

# System类

# 基本信息

# 重要方法

# 异常

# 基本信息

# Exception

# Error

# 线程

# 基本信息

# 进程与线程

# 自定义线程

# 线程同步

# 线程通信

# 死锁

# 线程状态

# 守护线程

# 线程优先级

# 枚举

# 基本信息

# String类

# 基本信息

# 重要方法

# 正则表达式

# 包装类

# 基本信息

# 装箱

# 自动装箱 Java SE 5.0+

# 自动拆箱 Java SE 5.0+

# Math类

# 基本信息

# 重要方法

# strictfp关键字

# API-语言基础类库 (Package `java.lang`)

# `Object`类

# `System`类

# `Exception`

# `Error`

# `String`类

# `Math`类

# `strictfp`关键字