多线程编程笔记 Java 多线程编程笔记一、多线程概述1.1 什么是多线程Multi‑threading：一个程序内同时运行多个线程，并发执行不同任务。线程：CPU 调度的最小单位。比进程更轻量（创建/切换开销小）。1.2 多线程的优势提高持续响应性（UI 不卡顿）充分利用多核 CPU改善用户体验提高系统吞吐量1.3 多线程面临的问题问题说明线程安全数据竞争、共享资源并发访问、原子性被破坏死锁线程相互等待资源，程序永久阻塞内存一致性缓存、指令重排、可见性问题调试困难并发 Bug 不可复现、时序依赖、执行路径复杂二、Java 多线程模型JVM 线程模型：线程映射（通常 1:1 映射到 OS 线程）线程调度：由操作系统调度器决定（抢占式 + 时间片轮转）Java 内存模型（JMM）：定义变量的可见性、有序性、原子性规则三、线程创建方式（4 种）方式实现特点继承 Thread 类class MyThread extends Thread { run() }简单，但受单继承限制实现 Runnableclass MyRunnable implements Runnable { run() }避免单继承，可共享任务实例实现 Callableclass MyCallable implements Callable<T> { call() }有返回值、可抛异常线程池Executors.newFixedThreadPool(n)生产首选，资源复用示例（Lambda 简化）：new Thread(() -> System.out.println("run")).start();3.1 Callable + Future 工作流程（“点菜模型”）你点菜 → 提交 Callable 任务厨师做菜 → 线程池异步执行服务员给你叫号器 → 返回 Future 对象你玩手机 → 主线程不阻塞想吃饭了，去取餐 → 调用 future.get()没做好就等（阻塞），做好了直接拿走Future<Integer> future = executor.submit(() -> 100); Integer result = future.get(); // 阻塞直到结果返回四、线程基础操作 & 常用方法4.1 核心方法清单方法作用状态变化start()启动线程NEW → RUNNABLEThread.sleep(millis)休眠RUNNABLE → TIMED_WAITINGjoin()等待该线程结束RUNNABLE → WAITINGjoin(timeout)等待超时RUNNABLE → TIMED_WAITINGyield()让出 CPU（仍在就绪队列）RUNNABLE（不改变状态）Thread.currentThread()获取当前线程-setName() / getName()设置/获取线程名-setDaemon(true)设为守护线程必须在 start() 前调用4.2 线程属性优先级：setPriority(1~10)，仅建议，不保证顺序。守护线程：JVM 退出时自动终止（如 GC 线程）。4.3 异常处理（重点）普通 try-catch 抓不住子线程里的异常。使用 UncaughtExceptionHandler：Thread thread = new Thread(() -> { throw new RuntimeException("崩了"); }); thread.setUncaughtExceptionHandler((t, e) -> { System.out.println("线程 " + t.getName() + " 异常：" + e.getMessage()); }); thread.start();五、线程生命周期（完整 6 种状态）NEW → RUNNABLE → BLOCKED / WAITING / TIMED_WAITING → TERMINATED状态触发条件NEWnew Thread()，尚未 start()RUNNABLEstart() 后，等待 CPU 调度BLOCKED进入 synchronized 但锁被占用WAITINGwait()、join() 无超时、LockSupport.park()TIMED_WAITINGsleep(time)、wait(time)、join(time)TERMINATEDrun() 执行完毕或异常退出六、线程调度机制抢占式调度：高优先级可抢占低优先级（但不保证）。时间片轮转：同优先级线程轮流获得时间片。公平调度：JVM 尽量避免线程饥饿。七、线程监控工具工具用途jstack命令行生成线程堆栈快照（定位死锁）jconsole图形化监控（线程、内存、类加载）VisualVM功能最强大的可视化工具八、线程间协作（wait / notify / notifyAll）必须在 synchronized 块内调用，否则 IllegalMonitorStateException。wait()：释放锁，进入 WAITING，等待 notify/notifyAll。notify()：随机唤醒一个等待线程。notifyAll()：唤醒所有等待线程。synchronized (lock) { while (条件不满足) lock.wait(); // 条件满足，执行操作 lock.notifyAll(); }九、同步机制详解（从简单到复杂）9.1 synchronized（内置锁，无脑首选）自动加锁/解锁，不会忘记释放。锁某个对象 → 最小粒度，性能最好。锁当前对象 this → 整个方法串行。锁 Class 对象 → 全局锁。// 同步代码块（推荐） private final Object lock = new Object(); public void deduct() { synchronized(lock) { /* 临界区 */ } } // 同步方法 public synchronized void add() { count++; } // 静态同步方法（类锁） public static synchronized void globalMethod() { }9.2 ReentrantLock（显式锁，更灵活）需要手动 lock() / unlock()，必须放在 finally 中。高级功能：tryLock(timeout)：超时放弃，避免死锁。lockInterruptibly()：可中断抢锁。new ReentrantLock(true)：公平锁（排队不插队）。多 Condition：精准唤醒指定线程。private final Lock lock = new ReentrantLock(); public void update() { lock.lock(); try { // 业务逻辑 } finally { lock.unlock(); } }9.3 volatile（轻量级同步）只保证：可见性 + 禁止指令重排。不保证：原子性（不能用于 count++）。适用场景：布尔状态标记、单例双重检查中的 instance。private volatile boolean stop = false; public void run() { while (!stop) { /* 执行任务 */ } } public void stopTask() { stop = true; }9.4 原子类（无锁，CAS）AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference 等。高并发计数用 LongAdder（分段累加，性能更高）。private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); count.incrementAndGet(); // 原子+19.5 线程安全集合（必记两个）ConcurrentHashMap：分段锁 + CAS，高并发 Map。CopyOnWriteArrayList：读多写少场景，写时复制数组，不阻塞读。Map<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>(); List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();9.6 ThreadLocal（线程隔离）每个线程拥有自己的变量副本，不竞争。必须 remove()，否则内存泄漏（尤其在线程池中）。private ThreadLocal<String> userLocal = new ThreadLocal<>(); userLocal.set("张三"); String user = userLocal.get(); userLocal.remove(); // 用完必须清9.7 同步机制选择总结（背诵）场景推荐方案简单逻辑同步（库存、判断）synchronized需要超时、中断、公平锁ReentrantLock线程开关、状态标记volatile计数、累加、ID 生成AtomicInteger / LongAdder多线程操作 Map / ListConcurrentHashMap / CopyOnWriteArrayList单例中存线程私有数据ThreadLocal禁忌：❌ 不要用 volatile 做 i++❌ 不要在单例 Bean 中写普通成员变量（若多线程修改）❌ 不要用 HashMap / ArrayList 做并发写入❌ 不要只锁一半逻辑（如只锁修改，不锁判断）十、死锁10.1 死锁的四个必要条件（缺一不可）互斥：资源只能被一个线程占用。请求与保持：拿着自己的资源，还请求别人的资源。不可剥夺：资源不能被强行抢走。循环等待：线程间形成等待闭环。10.2 避免死锁的方法破坏任意一个条件（如规定锁的顺序、使用 tryLock 超时放弃）。十一、优雅停止线程废弃：stop()、suspend()、resume()（不安全）。推荐方式：中断机制：thread.interrupt() 设置中断标志，线程内检查 Thread.currentThread().isInterrupted() 自行停止。标志位：volatile boolean running，线程定期检查。// 标志位方式 public class MyTask implements Runnable { private volatile boolean running = true; public void stop() { running = false; } public void run() { while (running) { /* 任务 */ } // 清理资源 } }十二、线程间通信（5 种实战方式）方式说明常用场景共享变量（volatile / 原子类）一个线程改，另一个读状态标记、计数器wait()/notify()配合 synchronized生产者‑消费者Condition（配合 ReentrantLock）多路等待，精准唤醒复杂协调Semaphore控制同时访问的线程数限流、连接池CountDownLatch / CyclicBarrier线程协调工具主等子、互相等待12.1 Semaphore 示例Semaphore semaphore = new Semaphore(3); // 最多3个线程同时访问 semaphore.acquire(); // 获取许可（阻塞） semaphore.release(); // 释放许可12.2 CountDownLatch（倒计时门栓）CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3); for (int i = 0; i < 3; i++) { new Thread(() -> { // 执行任务 latch.countDown(); }).start(); } latch.await(); // 主线程等待3个任务完成12.3 CyclicBarrier（循环栅栏）CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3, () -> System.out.println("三人齐了，出发")); for (int i = 0; i < 3; i++) { new Thread(() -> { barrier.await(); // 互相等待 }).start(); }十三、线程池（企业开发核心）13.1 为什么需要线程池资源复用（避免频繁创建/销毁线程）响应速度快（任务来了直接执行）可管理（控制并发数、监控）13.2 ThreadPoolExecutor 7 大核心参数（必背）new ThreadPoolExecutor( corePoolSize, // 核心线程数（常驻） maximumPoolSize, // 最大线程数（核心+临时） keepAliveTime, // 临时线程空闲存活时间 TimeUnit unit, // 时间单位 BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 任务队列 ThreadFactory threadFactory, // 线程工厂（一般用默认） RejectedExecutionHandler handler // 拒绝策略 );13.3 执行流程（5 步，必背）提交任务 → 核心线程未满 → 新建核心线程执行核心线程满 → 任务加入阻塞队列队列满 → 新建临时线程执行总线程数 = 最大线程数 → 执行拒绝策略临时线程空闲超时 → 销毁（回到核心线程数）13.4 4 种拒绝策略（背）策略行为比喻AbortPolicy（默认）抛 RejectedExecutionException直接赶走客人，还吵架CallerRunsPolicy调用者线程自己执行任务让老板自己服务客人DiscardPolicy悄悄丢弃任务，不报错悄悄赶走客人，不吭声DiscardOldestPolicy丢弃队列中最老的任务，然后重提赶走排队最久的，让新人进13.5 Executors 提供的 4 种常用线程池（开发规范禁止使用，需手动创建）工厂方法特点适用场景newFixedThreadPool(n)固定线程数，无界队列重负载服务器newCachedThreadPool()动态线程数，空闲60s回收大量短期异步任务newSingleThreadExecutor()单线程，顺序执行任务需顺序处理newScheduledThreadPool(n)支持定时/延迟执行定时任务规范：不要用 Executors 创建，因为 FixedThreadPool 使用无界队列可能 OOM，CachedThreadPool 可能创建过多线程。必须使用 new ThreadPoolExecutor 自定义。13.6 线程数设置公式（背）CPU 密集型（计算为主）：线程数 = CPU 核心数 + 1IO 密集型（网络、磁盘）：线程数 = CPU 核心数 × 2 （或更多）十四、定时任务线程池（ScheduledThreadPoolExecutor）14.1 三种定时任务类型方法作用特点schedule(Runnable, delay, unit)延迟执行一次-scheduleAtFixedRate(...)固定频率执行不关心上次任务是否完成，可能叠加scheduleWithFixedDelay(...)固定延迟执行必须等上次完成，再等延迟时间ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(2); scheduler.scheduleAtFixedRate(() -> System.out.println("ping"), 0, 2, TimeUnit.SECONDS);14.2 对比 Timer 的优势多线程，任务互不干扰（Timer 单线程，一个任务异常会影响全部）支持线程池复用十五、线程池优雅关闭（餐厅下班逻辑）挂出「停止接客」牌子 → shutdown()（不再接收新任务）让客人慢慢吃完 → awaitTermination(timeout, unit) 等待现有任务完成等了很久还没吃完 → 直接清场 → shutdownNow()（强制中断所有任务）executor.shutdown(); try { if (!executor.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS)) { executor.shutdownNow(); } } catch (InterruptedException e) { executor.shutdownNow(); }十六、性能调优与监控16.1 关键指标活跃线程数：< 最大线程数的 80%队列长度：< 队列容量的 70%任务完成数：持续增长，增长停滞说明处理异常拒绝任务数：应为 0，频繁拒绝需优化配置16.2 监控工具JMX（ThreadPoolExecutor 暴露的 getActiveCount() 等）Micrometer（配合 Prometheus + Grafana）jstack 检查死锁十七、快速记忆口诀创建线程四种法：继承、实现、Callable、池。同步锁的选择：简单用 syn，灵活用 Re，开关用 volatile，计数用原子类。线程池七参数：核心最大时单队工拒。关闭优雅三步走：shutdown → 等待 → shutdownNow。死锁四条件：互斥请求不剥夺，循环等待一把锁。

Java 集合框架笔记（基于 Java 8） Java 集合框架笔记（基于 Java 8）一、集合框架概述集合框架是一个统一的架构，用于存储和操作一组对象。根接口是 Iterable，核心接口包括 Collection（单列集合）和 Map（双列集合）。1.1 接口继承关系图Iterable<E> ↓ Collection<E> ├── List<E> │ ├── ArrayList<E> │ ├── LinkedList<E> │ ├── Vector<E> │ └── Stack<E> ├── Set<E> │ ├── HashSet<E> │ ├── LinkedHashSet<E> │ └── SortedSet<E> (接口) │ └── TreeSet<E> └── Queue<E> ├── PriorityQueue<E> └── Deque<E> └── ArrayDeque<E> Map<K,V> (独立体系) ├── HashMap<K,V> ├── LinkedHashMap<K,V> ├── Hashtable<K,V> └── SortedMap<K,V> (接口) └── TreeMap<K,V>1.2 核心接口简介接口描述特点Collection所有单列集合的根接口定义基本操作如添加、删除、大小等List有序集合，允许重复元素支持索引访问，元素顺序与插入顺序一致Set不允许重复元素无索引，通常基于哈希或排序实现Queue队列（先进先出）支持队首队尾操作，也有双端队列 DequeMap键值对映射键唯一，每个键映射到一个值二、Collection 接口所有集合类的根接口，定义了集合的基本操作。2.1 基本方法方法描述boolean add(E e)添加元素boolean remove(Object o)移除元素int size()返回元素个数boolean isEmpty()是否为空void clear()清空所有元素boolean contains(Object o)是否包含某元素Iterator<E> iterator()返回迭代器Object[] toArray()转换为数组三、List 接口有序集合，允许重复元素，支持通过索引操作。3.1 List 特有方法方法描述E get(int index)获取指定位置元素E set(int index, E element)替换指定位置元素void add(int index, E element)在指定位置插入元素E remove(int index)删除指定位置元素int indexOf(Object o)返回首次出现的索引int lastIndexOf(Object o)返回最后一次出现的索引List<E> subList(int from, int to)获取子列表3.2 ArrayList数据结构：动态数组 初始容量：10（默认构造函数） 扩容机制：新容量 = 旧容量 + 旧容量 >> 1（即 1.5 倍） 时间复杂度：get(index) / set(index, element)：O(1)add(E e) 平均 O(1)，最坏 O(n)（扩容）add(index, E e) / remove(index)：O(n) 线程安全：否创建方式// 默认初始容量10 ArrayList<String> list1 = new ArrayList<>(); // 指定初始容量 ArrayList<String> list2 = new ArrayList<>(20); // 从其他集合创建（Java 9+ List.of 返回不可变List） List<String> source = List.of("Java", "Python", "C++"); ArrayList<String> list3 = new ArrayList<>(source); // 使用接口引用（推荐） List<String> list4 = new ArrayList<>();常用操作// 添加 list.add("Java"); // 末尾添加 list.add(1, "C++"); // 指定位置插入 list.addAll(List.of("Go", "Rust")); // 添加多个 // 访问与修改 String first = list.get(0); String last = list.get(list.size() - 1); list.set(1, "Python"); // 查找 int idx = list.indexOf("Java"); boolean has = list.contains("C++"); // 删除 list.remove(0); // 按索引 list.remove("Java"); // 按对象（删除第一个匹配） list.removeAll(List.of("Go", "Rust")); list.removeIf(s -> s.length() > 4); // Java 8+ list.clear(); // 缩容释放内存 list.trimToSize();线程安全解决方案Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())CopyOnWriteArrayList（读多写少场景）手动 synchronized 同步注意事项遍历时（增强 for 或迭代器）不能直接调用 list.remove() 或 list.add()，应使用迭代器的 remove() 或 removeIf()。List.of() 返回的集合不可修改。3.3 LinkedList数据结构：双向链表 时间复杂度：get(index) / set(index, element)：O(n)addFirst / addLast / removeFirst / removeLast：O(1)中间插入/删除：O(n)（需先定位）特点：实现 List 和 Deque 接口，可作列表、队列、双端队列、栈。创建与添加LinkedList<String> list = new LinkedList<>(); List<String> list2 = new LinkedList<>(); // 接口引用 list.add("Apple"); // 末尾 list.addFirst("Grape"); // 头部 list.addLast("Banana"); // 尾部 list.add(1, "Orange"); // 指定位置 list.offer("Cherry"); // 队列入队（末尾）访问操作String first = list.getFirst(); String last = list.getLast(); String element = list.get(2); // O(n) // 队列/双端队列查看 String head = list.peek(); String headFirst = list.peekFirst(); String headLast = list.peekLast(); int index = list.indexOf("Apple");删除操作list.removeFirst(); list.removeLast(); list.remove(1); list.remove("Apple"); // 队列出队 String polled = list.poll(); list.pollFirst(); list.pollLast();作为队列（FIFO）Queue<String> queue = new LinkedList<>(); queue.offer("客户1"); queue.offer("客户2"); String head = queue.peek(); // 查看队首 String customer = queue.poll(); // 出队作为栈（LIFO）Deque<String> stack = new LinkedList<>(); stack.push("方法A"); stack.push("方法B"); String top = stack.peek(); // 查看栈顶 String method = stack.pop(); // 出栈作为双端队列Deque<Integer> deque = new LinkedList<>(); deque.addFirst(2); deque.addLast(3); deque.addFirst(1); deque.addLast(4); // 结果 [1,2,3,4] deque.peekFirst(); deque.peekLast(); deque.removeFirst(); deque.removeLast();注意事项get(index) 在大列表上频繁使用会导致性能问题（O(n)）。没有 trimToSize 方法（链表动态分配）。3.4 Vector 和 StackVector：早期动态数组，方法使用 synchronized 实现线程安全，性能较差，现已不推荐使用。Stack：继承 Vector，提供栈操作 push、pop、peek。同样不推荐，建议使用 Deque 实现（如 ArrayDeque）。四、Set 接口不允许重复元素（最多一个 null），无索引。底层依赖 equals() 和 hashCode() 判断重复。4.1 实现类对比实现类排序性能允许 null线程安全适用场景HashSet无序最高是否一般用途，高性能LinkedHashSet插入顺序中等是否需要保持插入顺序TreeSet自然排序/定制排序较低否否需要排序和范围查询4.2 使用示例Set<String> fruits = new HashSet<>(); fruits.add("苹果"); fruits.add("香蕉"); fruits.add("苹果"); // 重复，不会添加 System.out.println(fruits.size()); // 24.3 最佳实践默认使用 HashSet，需要有序用 LinkedHashSet，需要排序用 TreeSet。线程安全包装：Collections.synchronizedSet(new HashSet<>()) 或 ConcurrentHashMap.newKeySet()。自定义对象存入 Set 时必须重写 equals() 和 hashCode()；存入 TreeSet 还需实现 Comparable 或提供 Comparator。合理设置 HashSet 初始容量（避免频繁扩容），负载因子默认 0.75。4.4 注意事项HashSet 迭代顺序不确定，不要依赖。TreeSet 不允许 null，会抛出 NullPointerException。修改已添加到 Set 中的对象可能导致数据丢失或重复。五、Queue 接口FIFO 队列，提供队首队尾操作。Deque 子接口支持双端操作。5.1 主要方法方法描述失败时offer(E e)入队返回 falsepoll()出队并移除返回 nullpeek()查看队首不移除返回 nulladd(E e)入队抛出异常remove()出队并移除抛出异常element()查看队首抛出异常推荐使用：offer、poll、peek（避免异常）。5.2 实现类对比实现类数据结构是否支持 null特点LinkedList双向链表是同时实现 List 和 Deque，插入删除效率高ArrayDeque动态数组否性能优于 LinkedList，一般队列首选PriorityQueue堆（数组）否按优先级排序（自然排序或 Comparator）5.3 使用示例Queue<String> queue = new ArrayDeque<>(); queue.offer("A"); queue.offer("B"); String head = queue.peek(); // A String out = queue.poll(); // A // 优先级队列 Queue<Integer> pq = new PriorityQueue<>(); pq.offer(5); pq.offer(1); pq.offer(3); System.out.println(pq.poll()); // 15.4 线程安全队列ArrayBlockingQueue（有界阻塞队列）LinkedBlockingQueue（可选有界）PriorityBlockingQueue（无界优先级队列）六、Map 接口键值对映射，键唯一，值可重复。不继承 Collection。6.1 常用方法方法描述V put(K key, V value)添加键值对，返回旧值V get(Object key)根据键获取值V remove(Object key)删除键值对boolean containsKey(Object key)是否包含键boolean containsValue(Object value)是否包含值int size()元素个数Set<K> keySet()返回所有键的 Set 视图Collection<V> values()返回所有值的 Collection 视图Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()返回所有键值对的 Set 视图6.2 实现类对比实现类排序允许 null线程安全底层结构适用场景HashMap无序键/值均可否哈希表通用，最高性能LinkedHashMap插入顺序/访问顺序键/值均可否哈希表+双向链表需要保持顺序TreeMap自然排序/定制排序键不可为 null否红黑树需要排序和范围查询Hashtable无序键/值均不可是（全表锁）哈希表已淘汰，不推荐6.3 使用示例Map<String, Integer> map = new HashMap<>(); map.put("apple", 10); map.put("banana", 20); int value = map.get("apple"); // 10 map.remove("banana"); // 遍历 for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) { System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue()); }6.4 最佳实践声明时使用接口类型：Map<K,V> map = new HashMap<>()。作为键的类必须重写 equals() 和 hashCode()，最好使用不可变对象。合理设置 HashMap 初始容量，避免频繁 rehash。多线程环境使用 ConcurrentHashMap（不要使用 Hashtable）。七、迭代器（Iterator）7.1 Iterator 接口统一遍历集合的方式，支持安全删除。Iterator<String> it = list.iterator(); while (it.hasNext()) { String s = it.next(); if (condition) it.remove(); // 安全删除 }方法：boolean hasNext()E next()void remove()（可选）7.2 ListIterator 接口Iterator 的子接口，专门用于 List，支持双向遍历和修改。额外方法：boolean hasPrevious()E previous()int nextIndex() / int previousIndex()void set(E e) 修改当前元素void add(E e) 在当前位置插入7.3 增强 for 循环（for-each）语法糖，编译器自动转换为 Iterator 遍历。int[] numbers = {1,2,3,4,5}; for (int num : numbers) { System.out.println(num); } List<String> list = ...; for (String s : list) { // 不能修改 list 结构（添加/删除） }限制：无法获取当前索引遍历时不能修改集合结构（否则抛出 ConcurrentModificationException）不能修改基本类型数组的元素值（但可以修改引用类型对象的属性）八、并发集合（java.util.concurrent）8.1 ConcurrentHashMapJava 7 及之前：分段锁（Segment），默认 16 个段。Java 8+：Node 数组 + CAS + synchronized 对链表/红黑树头节点加锁，锁粒度更细。支持并发读（无锁）和并发写（部分加锁）。不允许 null 键/值。8.2 CopyOnWriteArrayList写时复制策略：修改时复制整个数组，修改后替换原数组。读操作无锁，性能极高。适用于读多写极少的场景（如配置列表、监听器列表）。缺点：写操作内存开销大，数据一致性弱（可能读到旧数据）。8.3 BlockingQueue 阻塞队列实现类特点ArrayBlockingQueue有界，基于数组，FIFO，支持公平/非公平锁LinkedBlockingQueue可选有界（默认 Integer.MAX_VALUE），基于链表PriorityBlockingQueue无界，按优先级排序核心阻塞方法：put(E e)：队列满时阻塞take()：队列空时阻塞典型应用：生产者-消费者模式。九、选择指南9.1 根据数据结构选择需求推荐实现需要索引访问List（ArrayList / LinkedList）不允许重复元素Set（HashSet / LinkedHashSet / TreeSet）键值对存储Map（HashMap / LinkedHashMap / TreeMap）FIFO 队列Queue（ArrayDeque 首选）频繁随机访问ArrayList频繁插入/删除（中间）LinkedList需要排序TreeSet / TreeMap保持插入顺序LinkedHashSet / LinkedHashMap线程安全（单元素操作）Vector / Hashtable（不推荐），推荐 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList 等9.2 时间复杂度速查操作ArrayListLinkedListHashSetTreeSet添加（末尾）O(1)*O(1)O(1)**O(log n)插入（中间）O(n)O(n)--删除（中间）O(n)O(n)O(1)**O(log n)按值查找O(n)O(n)O(1)**O(log n)按索引查找O(1)O(n)--扩容时 O(n) ** 假设哈希函数良好十、常见问题与注意事项ConcurrentModificationException：在遍历集合时直接修改结构（增删），应使用迭代器的 remove() 或 removeIf()。HashSet / HashMap 中自定义对象：必须正确重写 equals() 和 hashCode()，否则无法去重或查找。TreeSet / TreeMap 中元素：必须实现 Comparable 或传入 Comparator，否则抛出 ClassCastException。ArrayList 删除元素后不会自动缩容：可调用 trimToSize() 释放多余内存。LinkedList 的 get(index)：效率低（O(n)），避免在循环中频繁调用。Arrays.asList() 返回的 List：是固定大小的视图，不支持 add / remove，会抛出 UnsupportedOperationException。优先使用接口类型声明：List<String> list = new ArrayList<>();，便于更换实现。

Java基础笔记 Java基础笔记一、数据类型与变量1. 8种基本数据类型（4大类）类型关键字字节默认值包装类整型byte10Byte short20Short int40Integer long80LLong浮点型float40.0fFloat double80.0dDouble字符型char2'\u0000' (空)Character布尔型boolean1位falseBooleanlong 后缀 L，float 后缀 f，char 字面量用单引号。所有数值类型默认值都是 0（或 0.0）。2. 变量类型局部变量：声明在方法/构造/代码块中，必须显式初始化，作用域仅限于当前块，存储在栈内存。实例变量：声明在类中但方法外，属于对象，有默认值，存储在堆内存，随对象销毁。类变量（静态变量）：使用 static 声明，属于类，所有实例共享，类加载时初始化，可通过类名直接访问，存储在方法区（元空间）。3. 类型转换自动类型转换：小范围→大范围，编译器自动完成，不会丢失精度（long→float 可能丢失精度）。强制类型转换：大范围→小范围，需显式使用 (类型)，可能丢失精度或溢出。包装类转换：自动装箱/拆箱。例如 Integer b = 10;（装箱），int d = b;（拆箱）。 注意：-128~127 范围内的 Integer 会被缓存，复用同一对象。字符串转换：基本类型→字符串用 String.valueOf()，字符串→基本类型用 parseXxx()。二、运算符与表达式优先级：* / % > + - > == != > && > ||。建议使用括号明确顺序。复合赋值：+=、-= 等可简化代码。浮点数比较：使用误差范围（如 Math.abs(a - b) < 1e-6），避免直接 ==。字符串比较：== 比较引用地址。equals() 比较内容。compareTo() 返回大小关系（正/零/负）。自增/自减：避免在复杂表达式中使用，如 i++ + ++i。三、输入输出（Scanner）Scanner sc = new Scanner(System.in); int n = sc.nextInt(); // 读取整数 double d = sc.nextDouble(); // 读取浮点数 String s1 = sc.next(); // 读到空格或换行 String s2 = sc.nextLine(); // 读取整行 boolean b = sc.nextBoolean(); // 检查方法 if (sc.hasNextInt()) { ... }缓存问题：nextInt() 后调用 nextLine() 需先执行一次 nextLine() 吸收换行符。资源关闭：sc.close()，建议使用 try-catch 处理异常。格式化输出：System.out.printf("%.2f", d);四、数组1. 一维数组声明：int[] arr; （不能指定长度）创建：arr = new int[5]; → 元素自动初始化为默认值 [0,0,0,0,0]静态初始化：int[] arr = {1,2,3}; 或 new int[]{1,2,3}动态初始化：先声明后创建，再逐个赋值。访问：索引从0开始，arr[0]，注意 ArrayIndexOutOfBoundsException。长度：arr.length（不是方法）。2. 多维数组（以二维为例）int[][] matrix = new int[3][4]; // 规则3行4列 int[][] ragged = new int[3][]; // 不规则 ragged[0] = new int[2]; ragged[1] = new int[5];获取行数：matrix.length，获取当前行列数：matrix[i].length。遍历时注意每一行长度可能不同。3. 数组操作复制：System.arraycopy()（原生高效）、Arrays.copyOf()、clone()。排序：Arrays.sort(arr)（Dual-Pivot Quicksort）、手写冒泡/选择/快排。搜索：线性搜索（未排序）。二分搜索（已排序）：Arrays.binarySearch(arr, key)，返回下标或负数插入点。五、类与对象1. 类的组成实例变量/方法：属于对象，通过对象访问。静态变量/方法：属于类，通过类名访问，不能直接访问实例成员。构造函数：与类同名，无返回类型，可重载。一旦定义了有参构造，默认无参构造不再自动提供。2. 封装使用 private 隐藏字段，提供 public 的 getter/setter。保护内部实现，提供清晰的公共接口。3. 方法定义：[修饰符] [static] 返回值 方法名(参数) { ... }调用：静态方法：类名.方法名()实例方法：对象.方法名()参数传递：基本类型：传值副本，不影响原变量。引用类型：传引用副本，可修改对象内容，但不能改变原引用指向。4. 构造方法链式调用使用 this(参数) 调用同一类的另一个构造方法，必须是构造方法的第一条语句。public class Person { private String name; public Person() { this("Unknown"); } public Person(String name) { this.name = name; } }5. this 关键字引用当前对象，用于区分成员变量和参数。不能在静态上下文中使用。this() 必须是构造方法第一条语句。6. 访问修饰符修饰符同类同包子类（不同包）任意private✔✘✘✘default✔✔✘✘protected✔✔✔✘public✔✔✔✔7. 包（package）文件第一行非注释代码：package com.example.util;import 语句位于 package 之后，类定义之前。静态导入：import static java.lang.Math.PI; 可直接使用 PI。六、继承使用 extends 关键字，Java 只支持单继承。所有类隐式继承 Object。方法重写（Override）：子类重新定义父类方法，方法签名必须相同。使用 @Override 注解。访问修饰符不能比父类更严格（父类 protected → 子类 public 可以，反之不行）。返回类型可以是子类类型（协变返回）。不能抛出比父类更宽泛的检查异常。final 方法不能被重写；static 方法不能被重写（但可以隐藏）；private 方法不可见，不能重写。重载（Overload）：同一类中方法名相同，参数列表不同。super 关键字：调用父类构造方法：super() 必须是子类构造的第一条语句。访问父类成员：super.method()、super.field。不能与 this() 同时使用。final 关键字final 类：不能被继承（如 String、Integer）。final 方法：不能被重写。final 变量：静态 final：声明时或静态代码块初始化。实例 final：声明时或构造方法中初始化。局部 final：使用前赋值即可。参数 final：方法内不能修改参数值。七、抽象类与接口特性抽象类（abstract class）接口（interface）关键字abstract classinterface继承/实现单继承多实现构造方法有无成员变量可以是实例变量或常量只能是 public static final 常量方法抽象方法 + 具体方法抽象方法 + default/static 方法（JDK8+）访问修饰符任意方法默认 public abstract使用场景代码复用、模板方法模式定义规范、多继承能力抽象类不能实例化，子类必须实现所有抽象方法（除非子类也是抽象类）。接口中的 default 方法提供默认实现，static 方法属于接口本身。八、多态实现条件：继承 + 重写 + 父类引用指向子类对象。编译时多态：方法重载。运行时多态：通过父类引用调用被子类重写的方法，实际执行子类版本。向上转型：Parent p = new Child(); 安全，自动进行。向下转型：Child c = (Child) p; 可能抛出 ClassCastException，推荐先用 instanceof 检查。instanceof：object instanceof ClassName 返回 true/false。用于类型检查，避免转换异常。null instanceof X 总是 false。不能用于基本类型。注意：静态方法、私有方法、构造方法不支持多态。九、内部类与嵌套类类型关键字能否访问外部类实例成员持有外部类引用能否定义静态成员创建方式成员内部类无✔✔不能（常量除外）外部类实例.new 内部类()静态嵌套类static✘（只能访问外部静态）✘✔new 外部类.静态嵌套类()局部内部类方法内✔✔不能在作用域内直接 new匿名类无名字✔✔不能new 接口/父类() { ... }内存泄漏风险：成员内部类隐式持有外部类引用，可能导致外部类无法被GC。局部内部类访问局部变量：变量必须是 final 或事实不可变（effectively final）。十、枚举（Enum）enum Color { RED, GREEN, BLUE }继承 java.lang.Enum，不能手动继承其他类。常用方法：name()：返回常量名（如 "RED"）ordinal()：返回索引（从0开始）toString()：默认返回 name()valueOf(String)：根据名称获取枚举常量values()：返回所有枚举常量的数组compareTo()：比较顺序（基于 ordinal）避免在业务逻辑中使用 ordinal()，因为顺序改变会出错。可添加字段和构造方法来实现语义属性。十一、注解（Annotation）内置注解：@Override、@Deprecated、@SuppressWarnings、@SafeVarargs、@FunctionalInterface。元注解（用于自定义注解）：@Retention：指定生命周期（SOURCE、CLASS、RUNTIME）@Target：指定可放置位置（TYPE、FIELD、METHOD、PARAMETER、CONSTRUCTOR 等）@Documented：生成Javadoc时包含该注解@Inherited：允许子类继承父类的注解@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) @Target(ElementType.METHOD) public @interface MyAnnotation { String value() default ""; }十二、泛型参数化类型：List<String> 保证类型安全，避免强制转换。泛型类/接口：class Box<T> { private T t; ... }泛型方法：public <T> T getValue(T t) { return t; }通配符：?? extends T：上界通配符，用于读取（生产者）。? super T：下界通配符，用于写入（消费者）。PECS原则：Producer Extends, Consumer Super。有界类型参数：<T extends Number> 限定 T 必须是 Number 或其子类。注意：泛型在编译时擦除，运行时无法获知具体类型参数。十三、反射（Reflection）获取 Class 对象的三种方式：类名.class（编译时确定）对象.getClass()（运行时）Class.forName("全限定类名")（动态加载）常用操作：创建实例：clazz.newInstance() 或构造器 newInstance()获取方法：getMethod()、getDeclaredMethod()调用方法：method.invoke(obj, args)访问字段：getField()、setAccessible(true)反射会破坏封装，带来性能开销，慎用。十四、递归定义：方法调用自身。线性递归：每次调用一个子问题，深度 = 规模，时间复杂度 O(n)。二分递归：每次调用两个子问题，如斐波那契 fib(n-1) + fib(n-2)，存在重复计算，可优化（记忆化）。注意防止栈溢出，确保有终止条件。十五、String 字符串不可变：任何修改都会产生新字符串对象。字符串池：字面量 "abc" 会放入常量池，复用相同内容；new String("abc") 创建堆中新对象，不自动入池，可调用 intern() 手动入池。常用方法：length()、isEmpty()、isBlank()（Java 11+）indexOf()、lastIndexOf()equals()、equalsIgnoreCase()、compareTo()contains()、startsWith()、endsWith()substring()replace()、replaceAll()trim()、strip()（Java 11+）toUpperCase()、toLowerCase()split()、join()高效拼接：使用 StringBuilder（线程不安全）或 StringBuffer（线程安全）。十六、代码最佳实践提示使用括号明确运算优先级。浮点数比较使用误差范围。字符串内容比较用 equals() 而非 ==。关闭 Scanner 资源，处理异常。数组遍历注意边界，多用 length 属性。重写方法时加 @Override。优先使用多态和接口而非 instanceof 链。枚举代替常量整数。泛型提供编译时类型安全。合理使用内部类，注意内存泄漏。反射仅用于框架或特殊场景。