JAVA-SE笔记4

JAVA学习笔记第四部分:
Maven，网络编程，XML与JSON，JDBC，函数式编程，设计模式

Maven基础

Maven是一个Java项目管理和构建工具。它可以定义项目结构、项目依赖，并使用统一的方式进行自动化构建。

Maven项目结构

一个使用Maven管理的普通的Java项目，它的目录结构默认如下：

a-maven-project
├── pom.xml
├── src
│   ├── main
│   │   ├── java
│   │   └── resources
│   └── test
│       ├── java
│       └── resources
└── target

项目的根目录a-maven-project是项目名，它有一个项目描述文件pom.xml，存放Java源码的目录是src/main/java，存放资源文件的目录是src/main/resources，存放测试源码的目录是src/test/java，存放测试资源的目录是src/test/resources，最后，所有编译、打包生成的文件都放在target目录里。这些就是一个Maven项目的标准目录结构。

项目描述文件pom.xml，它的内容长得像下面：

<project ...>
	<modelVersion>4.0.0</modelVersion>
	<groupId>com.itranswarp.learnjava</groupId>
	<artifactId>hello</artifactId>
	<version>1.0</version>
	<packaging>jar</packaging>
	<properties>
        ...
	</properties>
	<dependencies>
        <dependency>
            <groupId>commons-logging</groupId>
            <artifactId>commons-logging</artifactId>
            <version>1.2</version>
        </dependency>
	</dependencies>
</project>

其中，groupId类似于Java的包名，通常是公司或组织名称，artifactId类似于Java的类名，通常是项目名称，再加上version，一个Maven工程就是由groupId，artifactId和version作为唯一标识。我们在引用其他第三方库的时候，也是通过这3个变量确定。例如，依赖commons-logging：

Maven使用groupId，artifactId和version唯一定位一个依赖。
<dependency>
    <groupId>commons-logging</groupId>
    <artifactId>commons-logging</artifactId>
    <version>1.2</version>
</dependency>

使用<dependency>声明一个依赖后，Maven就会自动下载这个依赖包并把它放到classpath中。

安装Maven

下载地址：https://maven.apache.org

依赖关系

Maven定义了几种依赖关系，分别是compile、test、runtime和provided：

scope	说明	示例
compile	编译时需要用到该jar包（默认）	commons-logging
test	编译Test时需要用到该jar包	junit
runtime	编译时不需要，但运行时需要用到	mysql
provided	编译时需要用到，但运行时由JDK或某个服务器提供	servlet-api

<dependency>
    <groupId>org.junit.jupiter</groupId>
    <artifactId>junit-jupiter-api</artifactId>
    <version>5.3.2</version>
    <scope>test</scope>
</dependency>

唯一ID

对于某个依赖，Maven只需要3个变量即可唯一确定某个jar包：

• groupId：属于组织的名称，类似Java的包名；
• artifactId：该jar包自身的名称，类似Java的类名；
• version：该jar包的版本。

Maven镜像

中国区用户可以使用阿里云提供的Maven镜像仓库。使用Maven镜像仓库需要一个配置，在用户主目录下进入.m2目录，创建一个settings.xml配置文件，内容如下：

<settings>
    <mirrors>
        <mirror>
            <id>aliyun</id>
            <name>aliyun</name>
            <mirrorOf>central</mirrorOf>
            <!-- 国内推荐阿里云的Maven镜像 -->
            <url>http://maven.aliyun.com/nexus/content/groups/public/</url>
        </mirror>
    </mirrors>
</settings>

搜索第三方组件

最后一个问题：如果我们要引用一个第三方组件，比如okhttp，如何确切地获得它的groupId、artifactId和version？方法是通过search.maven.org搜索关键字，找到对应的组件后，直接复制。

命令行编译

在命令中，进入到pom.xml所在目录，输入以下命令：

$ mvn clean package

生命周期

Maven有三套相互独立的生命周期，请注意这里说的是“三套”，而且“相互独立”，初学者容易将Maven的生命周期看成一个整体，其实不然。这三套生命周期分别是：

• Clean Lifecycle 在进行真正的构建之前进行一些清理工作。
• Default Lifecycle 构建的核心部分，编译，测试，打包，部署等等。
• Site Lifecycle 生成项目报告，站点，发布站点。

Clean

运行mvn clean ，这个的clean是Clean生命周期的一个阶段。有点绕？要知道有Clean生命周期，也有clean阶段。Clean生命周期一共包含了三个阶段：

• pre-clean 执行一些需要在clean之前完成的工作
• clean 移除所有上一次构建生成的文件
• post-clean 执行一些需要在clean之后立刻完成的工作

mvn clean 中的clean就是上面的clean，在一个生命周期中，运行某个阶段的时候，它之前的所有阶段都会被运行，也就是说，mvn clean 等同于 mvn pre-clean clean ，如果我们运行 mvn post-clean ，那么 pre-clean，clean 都会被运行。这是Maven很重要的一个规则，可以大大简化命令行的输入。

Site

Site生命周期的各个阶段：

• pre-site 执行一些需要在生成站点文档之前完成的工作
• site 生成项目的站点文档
• post-site 执行一些需要在生成站点文档之后完成的工作，并且为部署做准备
• site-deploy 将生成的站点文档部署到特定的服务器上

Default

Maven的最重要的Default生命周期，绝大部分工作都发生在这个生命周期中，这里，我只解释一些比较重要和常用的阶段：

• validate
• generate-sources
• process-sources
• generate-resources
• process-resources 复制并处理资源文件，至目标目录，准备打包。
• compile 编译项目的源代码。
• process-classes
• generate-test-sources
• process-test-sources
• generate-test-resources
• process-test-resources 复制并处理资源文件，至目标测试目录。
• test-compile 编译测试源代码。
• process-test-classes
• test 使用合适的单元测试框架运行测试。这些测试代码不会被打包或部署。
• prepare-package
• package 接受编译好的代码，打包成可发布的格式，如 JAR 。
• pre-integration-test
• integration-test
• post-integration-test
• verify
• install 将包安装至本地仓库，以让其它项目依赖。
• deploy 将最终的包复制到远程的仓库，以让其它开发人员与项目共享。

构建流程

如果我们运行mvn package，Maven就会执行default生命周期，它会从开始一直运行到package这个phase为止。

Maven另一个常用的生命周期是clean，它会执行3个phase：

• pre-clean
• clean （注意这个clean不是lifecycle而是phase）
• post-clean

经常使用的命令有：

mvn clean：清理所有生成的class和jar；

mvn clean compile：先清理，再执行到compile；

mvn clean test：先清理，再执行到test，因为执行test前必须执行compile，所以这里不必指定compile；

mvn clean package：先清理，再执行到package。

经常用到的phase：

• clean：清理
• compile：编译
• test：运行测试
• package：打包

Goal

执行一个phase又会触发一个或多个goal：

执行的Phase	对应执行的Goal
compile	compiler:compile
test	compiler:testCompile surefire:test

goal的命名总是abc:xyz这种形式。

其实我们类比一下就明白了：

• lifecycle相当于Java的package，它包含一个或多个phase；
• phase相当于Java的class，它包含一个或多个goal；
• goal相当于class的method，它其实才是真正干活的。

大多数情况，我们只要指定phase，就默认执行这些phase默认绑定的goal，只有少数情况，我们可以直接指定运行一个goal，例如，启动Tomcat服务器：

mvn tomcat:run

使用插件

使用Maven实际上就是配置好需要使用的插件，然后通过phase调用它们。

Maven内置的插件：

插件名称	对应执行的phase
clean	clean
compiler	compile
surefire	test
jar	package

自定义插件，使用maven-shade-plugin可以创建一个可执行的jar，要使用这个插件，需要在pom.xml中声明它：

<project>
    ...
	<build>
		<plugins>
			<plugin>
				<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
				<artifactId>maven-shade-plugin</artifactId>
                <version>3.2.1</version>
				<executions>
					<execution>
						<phase>package</phase>
						<goals>
							<goal>shade</goal>
						</goals>
						<configuration>
                            ...
						</configuration>
					</execution>
				</executions>
			</plugin>
		</plugins>
	</build>
</project>

自定义插件往往需要一些配置，例如，maven-shade-plugin需要指定Java程序的入口，它的配置是：

<configuration>
    <transformers>
        <transformer implementation="org.apache.maven.plugins.shade.resource.ManifestResourceTransformer">
            <mainClass>com.itranswarp.learnjava.Main</mainClass>
        </transformer>
    </transformers>
</configuration>

注意，Maven自带的标准插件例如compiler是无需声明的，只有引入其它的插件才需要声明。

下面列举了一些常用的插件：

• maven-shade-plugin：打包所有依赖包并生成可执行jar；
• cobertura-maven-plugin：生成单元测试覆盖率报告；
• findbugs-maven-plugin：对Java源码进行静态分析以找出潜在问题。

模块管理

通常一个大的项目分为多个模块进行单独开发。

mutiple-project
├── module-a
│   ├── pom.xml
│   └── src
├── module-b
│   ├── pom.xml
│   └── src
└── module-c
    ├── pom.xml
    └── src

Maven可以有效地管理多个模块，我们只需要把每个模块当作一个独立的Maven项目，它们有各自独立的pom.xml。例如，模块A的pom.xml：

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
    xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <groupId>com.itranswarp.learnjava</groupId>
    <artifactId>module-a</artifactId>
    <version>1.0</version>
    <packaging>jar</packaging>

    <name>module-a</name>

    <properties>
        <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
        <project.reporting.outputEncoding>UTF-8</project.reporting.outputEncoding>
        <maven.compiler.source>11</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>11</maven.compiler.target>
        <java.version>11</java.version>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.slf4j</groupId>
            <artifactId>slf4j-api</artifactId>
            <version>1.7.28</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>ch.qos.logback</groupId>
            <artifactId>logback-classic</artifactId>
            <version>1.2.3</version>
            <scope>runtime</scope>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.junit.jupiter</groupId>
            <artifactId>junit-jupiter-engine</artifactId>
            <version>5.5.2</version>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
    </dependencies>
</project>

模块B的pom.xml：

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
    xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <groupId>com.itranswarp.learnjava</groupId>
    <artifactId>module-b</artifactId>
    <version>1.0</version>
    <packaging>jar</packaging>

    <name>module-b</name>

    <properties>
        <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
        <project.reporting.outputEncoding>UTF-8</project.reporting.outputEncoding>
        <maven.compiler.source>11</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>11</maven.compiler.target>
        <java.version>11</java.version>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.slf4j</groupId>
            <artifactId>slf4j-api</artifactId>
            <version>1.7.28</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>ch.qos.logback</groupId>
            <artifactId>logback-classic</artifactId>
            <version>1.2.3</version>
            <scope>runtime</scope>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.junit.jupiter</groupId>
            <artifactId>junit-jupiter-engine</artifactId>
            <version>5.5.2</version>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
    </dependencies>
</project>

可以看出来，模块A和模块B的pom.xml高度相似，因此，我们可以提取出共同部分作为parent：

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
    xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <groupId>com.itranswarp.learnjava</groupId>
    <artifactId>parent</artifactId>
    <version>1.0</version>
    <packaging>pom</packaging>

    <name>parent</name>

    <properties>
        <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
        <project.reporting.outputEncoding>UTF-8</project.reporting.outputEncoding>
        <maven.compiler.source>11</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>11</maven.compiler.target>
        <java.version>11</java.version>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.slf4j</groupId>
            <artifactId>slf4j-api</artifactId>
            <version>1.7.28</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>ch.qos.logback</groupId>
            <artifactId>logback-classic</artifactId>
            <version>1.2.3</version>
            <scope>runtime</scope>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.junit.jupiter</groupId>
            <artifactId>junit-jupiter-engine</artifactId>
            <version>5.5.2</version>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
    </dependencies>
</project>

注意到parent的<packaging>是pom而不是jar，因为parent本身不含任何Java代码。编写parent的pom.xml只是为了在各个模块中减少重复的配置。现在我们的整个工程结构如下：

multiple-project
├── pom.xml
├── parent
│   └── pom.xml
├── module-a
│   ├── pom.xml
│   └── src
├── module-b
│   ├── pom.xml
│   └── src
└── module-c
    ├── pom.xml
    └── src

这样模块A就可以简化为：

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
    xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <parent>
        <groupId>com.itranswarp.learnjava</groupId>
        <artifactId>parent</artifactId>
        <version>1.0</version>
        <relativePath>../parent/pom.xml</relativePath>
    </parent>

    <artifactId>module-a</artifactId>
    <packaging>jar</packaging>
    <name>module-a</name>
</project>

模块B、模块C都可以直接从parent继承，大幅简化了pom.xml的编写。

如果模块A依赖模块B，则模块A需要模块B的jar包才能正常编译，我们需要在模块A中引入模块B：

...
<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>com.itranswarp.learnjava</groupId>
        <artifactId>module-b</artifactId>
        <version>1.0</version>
    </dependency>
</dependencies>

最后，在编译的时候，需要在根目录创建一个pom.xml统一编译：

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
    xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/maven-v4_0_0.xsd">

    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <groupId>com.itranswarp.learnjava</groupId>
    <artifactId>build</artifactId>
    <version>1.0</version>
    <packaging>pom</packaging>
    <name>build</name>

    <modules>
        <module>parent</module>
        <module>module-a</module>
        <module>module-b</module>
        <module>module-c</module>
    </modules>
</project>

这样，在根目录执行mvn clean package时，Maven根据根目录的pom.xml找到包括parent在内的共4个<module>，一次性全部编译。

中央仓库

其实我们使用的大多数第三方模块都是这个用法，例如，我们使用commons logging、log4j这些第三方模块，就是第三方模块的开发者自己把编译好的jar包发布到Maven的中央仓库中。

私有仓库

私有仓库是指公司内部如果不希望把源码和jar包放到公网上，那么可以搭建私有仓库。私有仓库总是在公司内部使用，它只需要在本地的~/.m2/settings.xml中配置好，使用方式和中央仓位没有任何区别。

本地仓库

本地仓库是指把本地开发的项目“发布”在本地，这样其他项目可以通过本地仓库引用它。但是我们不推荐把自己的模块安装到Maven的本地仓库，因为每次修改某个模块的源码，都需要重新安装，非常容易出现版本不一致的情况。更好的方法是使用模块化编译，在编译的时候，告诉Maven几个模块之间存在依赖关系，需要一块编译，Maven就会自动按依赖顺序编译这些模块。

使用mvnw

使用特定版本的mvn：”Maven Wrapper”

安装

在项目的根目录运行安装命令：mvn -N io.takari:maven:0.7.6:wrapper

使用

使用时，只需要把mvn替换为mvnw即可（linux或macos使用./mvnw）

发布Artifact

https://www.liaoxuefeng.com/wiki/1252599548343744/1347981037010977

将自己的库发布到Maven的repo中：

以静态文件发布

现在生成到本地，然后上传到github，再制定repo

使用Nexus发布到中央仓库

发布到私有仓库

网络编程

网络编程基础

IPv4采用32位地址，类似101.202.99.12，而IPv6采用128位地址，类似2001:0DA8:100A:0000:0000:1020:F2F3:1428。

TCP编程

┌───────────┐                                   ┌───────────┐
│Application│                                   │Application│
├───────────┤                                   ├───────────┤
│  Socket   │                                   │  Socket   │
├───────────┤                                   ├───────────┤
│    TCP    │                                   │    TCP    │
├───────────┤      ┌──────┐       ┌──────┐      ├───────────┤
│    IP     │<────>│Router│<─────>│Router│<────>│    IP     │
└───────────┘      └──────┘       └──────┘      └───────────┘

使用Socket进行网络编程时，本质上就是两个进程之间的网络通信。其中一个进程必须充当服务器端，它会主动监听某个指定的端口，另一个进程必须充当客户端，它必须主动连接服务器的IP地址和指定端口，如果连接成功，服务器端和客户端就成功地建立了一个TCP连接，双方后续就可以随时发送和接收数据。

服务器端

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket ss = new ServerSocket(6666); // 监听指定端口
        System.out.println("server is running...");
        for (;;) {
            Socket sock = ss.accept();
            System.out.println("connected from " + sock.getRemoteSocketAddress());
            Thread t = new Handler(sock);
            t.start();
        }
    }
}

class Handler extends Thread {
    Socket sock;

    public Handler(Socket sock) {
        this.sock = sock;
    }

    @Override
    public void run() {
        try (InputStream input = this.sock.getInputStream()) {
            try (OutputStream output = this.sock.getOutputStream()) {
                handle(input, output);
            }
        } catch (Exception e) {
            try {
                this.sock.close();
            } catch (IOException ioe) {
            }
            System.out.println("client disconnected.");
        }
    }

    private void handle(InputStream input, OutputStream output) throws IOException {
        var writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(output, StandardCharsets.UTF_8));
        var reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input, StandardCharsets.UTF_8));
        writer.write("hello\n");
        writer.flush();
        for (;;) {
            String s = reader.readLine();
            if (s.equals("bye")) {
                writer.write("bye\n");
                writer.flush();
                break;
            }
            writer.write("ok: " + s + "\n");
            writer.flush();
        }
    }
}

客户端：

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket sock = new Socket("localhost", 6666); // 连接指定服务器和端口
        try (InputStream input = sock.getInputStream()) {
            try (OutputStream output = sock.getOutputStream()) {
                handle(input, output);
            }
        }
        sock.close();
        System.out.println("disconnected.");
    }

    private static void handle(InputStream input, OutputStream output) throws IOException {
        var writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(output, StandardCharsets.UTF_8));
        var reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input, StandardCharsets.UTF_8));
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("[server] " + reader.readLine());
        for (;;) {
            System.out.print(">>> "); // 打印提示
            String s = scanner.nextLine(); // 读取一行输入
            writer.write(s);
            writer.newLine();
            writer.flush(); // 刷新缓冲区的数据
            String resp = reader.readLine();
            System.out.println("<<< " + resp);
            if (resp.equals("bye")) {
                break;
            }
        }
    }
}

UDP编程

服务器端

DatagramSocket ds = new DatagramSocket(6666); // 监听指定端口
for (;;) { // 无限循环
    // 数据缓冲区:
    byte[] buffer = new byte[1024];
    DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
    ds.receive(packet); // 收取一个UDP数据包
    // 收取到的数据存储在buffer中，由packet.getOffset(), packet.getLength()指定起始位置和长度
    // 将其按UTF-8编码转换为String:
    String s = new String(packet.getData(), packet.getOffset(), packet.getLength(), StandardCharsets.UTF_8);
    // 发送数据:
    byte[] data = "ACK".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
    packet.setData(data);
    ds.send(packet);
}

客户端

DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
ds.setSoTimeout(1000);
ds.connect(InetAddress.getByName("localhost"), 6666); // 连接指定服务器和端口
// 发送:
byte[] data = "Hello".getBytes();
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length);
ds.send(packet);
// 接收:
byte[] buffer = new byte[1024];
packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
ds.receive(packet);
String resp = new String(packet.getData(), packet.getOffset(), packet.getLength());
ds.disconnect();

发送Email

             ┌─────────┐    ┌─────────┐    ┌─────────┐
             │░░░░░░░░░│    │░░░░░░░░░│    │░░░░░░░░░│
┌───────┐    ├─────────┤    ├─────────┤    ├─────────┤    ┌───────┐
│░░░░░░░│    │░░░░░░░░░│    │░░░░░░░░░│    │░░░░░░░░░│    │░░░░░░░│
├───────┤    ├─────────┤    ├─────────┤    ├─────────┤    ├───────┤
│       │───>│O ░░░░░░░│───>│O ░░░░░░░│───>│O ░░░░░░░│<───│       │
└───────┘    └─────────┘    └─────────┘    └─────────┘    └───────┘
   MUA           MTA            MTA            MDA           MUA

类似Outlook这样的邮件软件称为MUA：Mail User Agent，意思是给用户服务的邮件代理；邮件服务器则称为MTA：Mail Transfer Agent，意思是邮件中转的代理；最终到达的邮件服务器称为MDA：Mail Delivery Agent，意思是邮件到达的代理。电子邮件一旦到达MDA，就不再动了。

MUA到MTA发送邮件的协议就是SMTP协议，它是Simple Mail Transport Protocol的缩写，使用标准端口25，也可以使用加密端口465或587。

SMTP协议是一个建立在TCP之上的协议，任何程序发送邮件都必须遵守SMTP协议。使用Java程序发送邮件时，我们无需关心SMTP协议的底层原理，只需要使用JavaMail这个标准API就可以直接发送邮件。

首先，我们需要创建一个Maven工程，并把JavaMail相关的两个依赖加入进来：

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>javax.mail</groupId>
        <artifactId>javax.mail-api</artifactId>
        <version>1.6.2</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>com.sun.mail</groupId>
        <artifactId>javax.mail</artifactId>
        <version>1.6.2</version>
    </dependency>
    ...

然后，我们通过JavaMail API连接到SMTP服务器上：

// 服务器地址:
String smtp = "smtp.office365.com";
// 登录用户名:
String username = "jxsmtp101@outlook.com";
// 登录口令:
String password = "********";
// 连接到SMTP服务器587端口:
Properties props = new Properties();
props.put("mail.smtp.host", smtp); // SMTP主机名
props.put("mail.smtp.port", "587"); // 主机端口号
props.put("mail.smtp.auth", "true"); // 是否需要用户认证
props.put("mail.smtp.starttls.enable", "true"); // 启用TLS加密
// 获取Session实例:
Session session = Session.getInstance(props, new Authenticator() {
    protected PasswordAuthentication getPasswordAuthentication() {
        return new PasswordAuthentication(username, password);
    }
});
// 设置debug模式便于调试:
session.setDebug(true);

以587端口为例，连接SMTP服务器时，需要准备一个Properties对象，填入相关信息。最后获取Session实例时，如果服务器需要认证，还需要传入一个Authenticator对象，并返回指定的用户名和口令。

当我们获取到Session实例后，打开调试模式可以看到SMTP通信的详细内容，便于调试。

发送邮件

发送邮件时，我们需要构造一个Message对象，然后调用Transport.send(Message)即可完成发送：

MimeMessage message = new MimeMessage(session);
// 设置发送方地址:
message.setFrom(new InternetAddress("me@example.com"));
// 设置接收方地址:
message.setRecipient(Message.RecipientType.TO, new InternetAddress("xiaoming@somewhere.com"));
// 设置邮件主题:
message.setSubject("Hello", "UTF-8");
// 设置邮件正文:
message.setText("Hi Xiaoming...", "UTF-8");
// 发送:
Transport.send(message);

绝大多数邮件服务器要求发送方地址和登录用户名必须一致，否则发送将失败。

接收Email

HTTP编程

RMI远程调用(远程接口)

这部分内容使用时参见廖雪峰博客。

XML与JSON

XML

由于使用了<、>以及引号等标识符，如果内容出现了特殊符号，需要使用&???;表示转义。例如，Java<tm>必须写成：

<name>Java&lt;tm&gt;</name>

常见的特殊字符如下：

字符	表示
<	<
>	>
&	&
“	"
‘	'

XML解析

XML是一种树形结构的文档，它有两种标准的解析API：

• DOM：一次性读取XML，并在内存中表示为树形结构；
• SAX：以流的形式读取XML，使用事件回调。

DOM

Java提供了DOM API来解析XML，它使用下面的对象来表示XML的内容：

• Document：代表整个XML文档；
• Element：代表一个XML元素；
• Attribute：代表一个元素的某个属性。

InputStream input = Main.class.getResourceAsStream("/book.xml");
DocumentBuilderFactory dbf = DocumentBuilderFactory.newInstance();
DocumentBuilder db = dbf.newDocumentBuilder();
Document doc = db.parse(input);

void printNode(Node n, int indent) {
    for (int i = 0; i < indent; i++) {
        System.out.print(' ');
    }
    switch (n.getNodeType()) {
    case Node.DOCUMENT_NODE: // Document节点
        System.out.println("Document: " + n.getNodeName());
        break;
    case Node.ELEMENT_NODE: // 元素节点
        System.out.println("Element: " + n.getNodeName());
        break;
    case Node.TEXT_NODE: // 文本
        System.out.println("Text: " + n.getNodeName() + " = " + n.getNodeValue());
        break;
    case Node.ATTRIBUTE_NODE: // 属性
        System.out.println("Attr: " + n.getNodeName() + " = " + n.getNodeValue());
        break;
    default: // 其他
        System.out.println("NodeType: " + n.getNodeType() + ", NodeName: " + n.getNodeName());
    }
    for (Node child = n.getFirstChild(); child != null; child = child.getNextSibling()) {
        printNode(child, indent + 1);
    }
}

SAX

SAX解析会触发一系列事件：

• startDocument：开始读取XML文档；
• startElement：读取到了一个元素，例如<book>；
• characters：读取到了字符；
• endElement：读取到了一个结束的元素，例如</book>；
• endDocument：读取XML文档结束。

如果我们用SAX API解析XML，Java代码如下：

InputStream input = Main.class.getResourceAsStream("/book.xml");
SAXParserFactory spf = SAXParserFactory.newInstance();
SAXParser saxParser = spf.newSAXParser();
saxParser.parse(input, new MyHandler());

关键代码SAXParser.parse()除了需要传入一个InputStream外，还需要传入一个回调对象，这个对象要继承自DefaultHandler：

class MyHandler extends DefaultHandler {
    public void startDocument() throws SAXException {
        print("start document");
    }

    public void endDocument() throws SAXException {
        print("end document");
    }

    public void startElement(String uri, String localName, String qName, Attributes attributes) throws SAXException {
        print("start element:", localName, qName);
    }

    public void endElement(String uri, String localName, String qName) throws SAXException {
        print("end element:", localName, qName);
    }

    public void characters(char[] ch, int start, int length) throws SAXException {
        print("characters:", new String(ch, start, length));
    }

    public void error(SAXParseException e) throws SAXException {
        print("error:", e);
    }

    void print(Object... objs) {
        for (Object obj : objs) {
            System.out.print(obj);
            System.out.print(" ");
        }
        System.out.println();
    }
}

Jackson

XML文档的结构：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<book id="1">
    <name>Java核心技术</name>
    <author>Cay S. Horstmann</author>
    <isbn lang="CN">1234567</isbn>
    <tags>
        <tag>Java</tag>
        <tag>Network</tag>
    </tags>
    <pubDate/>
</book>

我们发现，它完全可以对应到一个定义好的JavaBean中：

public class Book {
    public long id;
    public String name;
    public String author;
    public String isbn;
    public List<String> tags;
    public String pubDate;
}

Jackson的开源的第三方库可以轻松做到XML到JavaBean的转换。我们要使用Jackson，先添加两个Maven的依赖：

• com.fasterxml.jackson.dataformat:jackson-dataformat-xml:2.10.1
• org.codehaus.woodstox:woodstox-core-asl:4.4.1

然后，定义好JavaBean，就可以用下面几行代码解析：

InputStream input = Main.class.getResourceAsStream("/book.xml");
JacksonXmlModule module = new JacksonXmlModule();
XmlMapper mapper = new XmlMapper(module);
Book book = mapper.readValue(input, Book.class);
System.out.println(book.id);
System.out.println(book.name);
System.out.println(book.author);
System.out.println(book.isbn);
System.out.println(book.tags);
System.out.println(book.pubDate);

JSON

一个典型的JSON如下：

{
    "id": 1,
    "name": "Java核心技术",
    "author": {
        "firstName": "Abc",
        "lastName": "Xyz"
    },
    "isbn": "1234567",
    "tags": ["Java", "Network"]
}

JSON作为数据传输的格式，有几个显著的优点：

• JSON只允许使用UTF-8编码，不存在编码问题；
• JSON只允许使用双引号作为key，特殊字符用\转义，格式简单；
• 浏览器内置JSON支持，如果把数据用JSON发送给浏览器，可以用JavaScript直接处理。

JSON适合表示层次结构，因为它格式简单，仅支持以下几种数据类型：

• 键值对：{"key": value}
• 数组：[1, 2, 3]
• 字符串："abc"
• 数值（整数和浮点数）：12.34
• 布尔值：true或false
• 空值：null

// JSON string to JavaScript object:
jsObj = JSON.parse(jsonStr);

// JavaScript object to JSON string:
jsonStr = JSON.stringify(jsObj);

常用的用于解析JSON的第三方库有：

• Jackson
• Gson
• Fastjson
• …

只需要引入以下Maven依赖：

• com.fasterxml.jackson.core:jackson-databind:2.10.0

就可以使用下面的代码解析一个JSON文件：

InputStream input = Main.class.getResourceAsStream("/book.json");
ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
// 反序列化时忽略不存在的JavaBean属性:
mapper.configure(DeserializationFeature.FAIL_ON_UNKNOWN_PROPERTIES, false);
Book book = mapper.readValue(input, Book.class);

把JSON解析为JavaBean的过程称为反序列化。如果把JavaBean变为JSON，那就是序列化。要实现JavaBean到JSON的序列化，只需要一行代码：

String json = mapper.writeValueAsString(book);

要把JSON的某些值解析为特定的Java对象，例如LocalDate，也是完全可以的。例如：

{
    "name": "Java核心技术",
    "pubDate": "2016-09-01"
}

要解析为：

public class Book {
    public String name;
    public LocalDate pubDate;
}

只需要引入标准的JSR 310关于JavaTime的数据格式定义至Maven：

• com.fasterxml.jackson.datatype:jackson-datatype-jsr310:2.10.0

然后，在创建ObjectMapper时，注册一个新的JavaTimeModule：

ObjectMapper mapper = new ObjectMapper().registerModule(new JavaTimeModule());

有些时候，内置的解析规则和扩展的解析规则如果都不满足我们的需求，还可以自定义解析。

举个例子，假设Book类的isbn是一个BigInteger：

public class Book {
	public String name;
	public BigInteger isbn;
}

但JSON数据并不是标准的整形格式：

{
    "name": "Java核心技术",
    "isbn": "978-7-111-54742-6"
}

直接解析，肯定报错。这时，我们需要自定义一个IsbnDeserializer，用于解析含有非数字的字符串：

public class IsbnDeserializer extends JsonDeserializer<BigInteger> {
    public BigInteger deserialize(JsonParser p, DeserializationContext ctxt) throws IOException, JsonProcessingException {
        // 读取原始的JSON字符串内容:
        String s = p.getValueAsString();
        if (s != null) {
            try {
                return new BigInteger(s.replace("-", ""));
            } catch (NumberFormatException e) {
                throw new JsonParseException(p, s, e);
            }
        }
        return null;
    }
}

然后，在Book类中使用注解标注：

public class Book {
    public String name;
    // 表示反序列化isbn时使用自定义的IsbnDeserializer:
    @JsonDeserialize(using = IsbnDeserializer.class)
    public BigInteger isbn;
}

类似的，自定义序列化时我们需要自定义一个IsbnSerializer，然后在Book类中标注@JsonSerialize(using = ...)即可。

JDBC编程

JDBC是一套接口规范，Java通过JDBC接口查询数据库。

JDBC接口的实现类由驱动厂商提供。某个数据库实现了JDBC接口的jar包称为JDBC驱动。

查询

依赖

Maven依赖(MySQL)：

<dependency>
    <groupId>mysql</groupId>
    <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
    <version>5.1.47</version>
    <scope>runtime</scope> 
    <!--坚决不要设置为compile-->
</dependency>

JDBC连接

URL由数据库厂商指定。MySQL的URL是：jdbc:mysql://<hostname>:<port>/<db>?key1=value1&key2=value2

// JDBC连接的URL, 不同数据库有不同的格式:
String JDBC_URL = "jdbc:mysql://localhost:3306/test";
String JDBC_USER = "root";
String JDBC_PASSWORD = "password";
// 获取连接:
try (Connection conn = DriverManager.getConnection(JDBC_URL, JDBC_USER, JDBC_PASSWORD)) {
    // TODO: 访问数据库...
    
}

JDBC CRUD

try (Connection conn = DriverManager.getConnection(JDBC_URL, JDBC_USER, JDBC_PASSWORD)) {
    try (Statement stmt = conn.createStatement()) {
        try (ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT id, grade, name, gender FROM students WHERE gender=1")) {
            while (rs.next()) {
                long id = rs.getLong(1); // 注意：索引从1开始
                long grade = rs.getLong(2);
                String name = rs.getString(3);
                int gender = rs.getInt(4);
            }
        }
    }
}

// 为了防止SQL注入，使用PreparedStatement
try (Connection conn = DriverManager.getConnection(JDBC_URL, JDBC_USER, JDBC_PASSWORD)) {
    try (PreparedStatement ps = conn.prepareStatement("SELECT id, grade, name, gender FROM students WHERE gender=? AND grade=?")) {
        ps.setObject(1, "M"); // 注意：索引从1开始
        ps.setObject(2, 3);
        try (ResultSet rs = ps.executeQuery()) {
            while (rs.next()) {
                long id = rs.getLong("id");
                long grade = rs.getLong("grade");
                String name = rs.getString("name");
                String gender = rs.getString("gender");
            }
        }
    }
}

使用Java对数据库进行操作时，必须使用PreparedStatement，严禁任何通过参数拼字符串的代码！

// 插入
try (Connection conn = DriverManager.getConnection(JDBC_URL, JDBC_USER, JDBC_PASSWORD)) {
    try (PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(
            "INSERT INTO students (id, grade, name, gender) VALUES (?,?,?,?)")) {
        ps.setObject(1, 999); // 注意：索引从1开始
        ps.setObject(2, 1); // grade
        ps.setObject(3, "Bob"); // name
        ps.setObject(4, "M"); // gender
        int n = ps.executeUpdate(); // 1
    }
}

// 插入并获取主键
try (Connection conn = DriverManager.getConnection(JDBC_URL, JDBC_USER, JDBC_PASSWORD)) {
    try (PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(
            "INSERT INTO students (grade, name, gender) VALUES (?,?,?)",
            Statement.RETURN_GENERATED_KEYS)) {
        ps.setObject(1, 1); // grade
        ps.setObject(2, "Bob"); // name
        ps.setObject(3, "M"); // gender
        int n = ps.executeUpdate(); // 1
        try (ResultSet rs = ps.getGeneratedKeys()) {
            if (rs.next()) {
                long id = rs.getLong(1); // 注意：索引从1开始
            }
        }
    }
}

// 更新
try (Connection conn = DriverManager.getConnection(JDBC_URL, JDBC_USER, JDBC_PASSWORD)) {
    try (PreparedStatement ps = conn.prepareStatement("UPDATE students SET name=? WHERE id=?")) {
        ps.setObject(1, "Bob"); // 注意：索引从1开始
        ps.setObject(2, 999);
        int n = ps.executeUpdate(); // 返回更新的行数
    }
}

// 删除
try (Connection conn = DriverManager.getConnection(JDBC_URL, JDBC_USER, JDBC_PASSWORD)) {
    try (PreparedStatement ps = conn.prepareStatement("DELETE FROM students WHERE id=?")) {
        ps.setObject(1, 999); // 注意：索引从1开始
        int n = ps.executeUpdate(); // 删除的行数
    }
}

JDBC事务

Connection conn = openConnection();
try {
    // 关闭自动提交:
    conn.setAutoCommit(false);
    // 执行多条SQL语句:
    insert(); update(); delete();
    // 提交事务:
    conn.commit();
} catch (SQLException e) {
    // 回滚事务:
    conn.rollback();
} finally {
    conn.setAutoCommit(true);
    conn.close();
}

设定事务的隔离级别(MySQL的默认隔离级别是REPEATABLE READ。)

conn.setTransactionIsolation(Connection.TRANSACTION_READ_COMMITTED);

JDBC Batch

批量执行要比单个执行多个语句快的多：

try (PreparedStatement ps = conn.prepareStatement("INSERT INTO students (name, gender, grade, score) VALUES (?, ?, ?, ?)")) {
    // 对同一个PreparedStatement反复设置参数并调用addBatch():
    for (Student s : students) {
        ps.setString(1, s.name);
        ps.setBoolean(2, s.gender);
        ps.setInt(3, s.grade);
        ps.setInt(4, s.score);
        ps.addBatch(); // 添加到batch
    }
    // 执行batch:
    int[] ns = ps.executeBatch();
    for (int n : ns) {
        System.out.println(n + " inserted."); // batch中每个SQL执行的结果数量
    }
}

JDBC连接池

以HikariCP为例

<dependency>
    <groupId>com.zaxxer</groupId>
    <artifactId>HikariCP</artifactId>
    <version>2.7.1</version>
</dependency>

HikariConfig config = new HikariConfig();
config.setJdbcUrl("jdbc:mysql://localhost:3306/test");
config.setUsername("root");
config.setPassword("password");
config.addDataSourceProperty("connectionTimeout", "1000"); // 连接超时：1秒
config.addDataSourceProperty("idleTimeout", "60000"); // 空闲超时：60秒
config.addDataSourceProperty("maximumPoolSize", "10"); // 最大连接数：10
DataSource ds = new HikariDataSource(config);

try (Connection conn = ds.getConnection()) { // 在此获取连接
    ...
} // 在此“关闭”连接

创建DataSource也是一个非常昂贵的操作，所以通常DataSource实例总是作为一个全局变量存储，并贯穿整个应用程序的生命周期。

函数式编程

函数式编程的一个特点就是，允许把函数本身作为参数传入另一个函数，还允许返回一个函数！

函数式编程最早是数学家阿隆佐·邱奇研究的一套函数变换逻辑，又称Lambda Calculus（λ-Calculus），所以也经常把函数式编程称为Lambda计算。

Lambda表达式

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String[] array = new String[] { "Apple", "Orange", "Banana", "Lemon" };
        Arrays.sort(array, (s1, s2) -> {
            return s1.compareTo(s2);
        });
        System.out.println(String.join(", ", array));
    }
}

FunctionalInterface

只定义了单方法的接口称之为FunctionalInterface，用注解@FunctionalInterface标记。

对于模板类，如果只有一个抽象方法，也可以用FunctionalInterface注解。

方法引用

方法引用：如果某个方法的签名和接口恰好一致，就可以直接传入方法引用。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String[] array = new String[] { "Apple", "Orange", "Banana", "Lemon" };
        Arrays.sort(array, Main::cmp);
        System.out.println(String.join(", ", array));
    }

    static int cmp(String s1, String s2) {
        return s1.compareTo(s2);
    }
}

构造方法引用

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = List.of("Bob", "Alice", "Tim");
        List<Person> persons = names.stream().map(Person::new).collect(Collectors.toList());
        System.out.println(persons);
    }
}

class Person {
    String name;
    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String toString() {
        return "Person:" + this.name;
    }
}

使用Stream

	java.io	java.util.stream
存储	顺序读写的byte或char	顺序输出的任意Java对象实例
用途	序列化至文件或网络	内存计算／业务逻辑

List的用途是操作一组已存在的Java对象，而Stream实现的是惰性计算，两者对比如下：

	java.util.List	java.util.stream
元素	已分配并存储在内存	可能未分配，实时计算
用途	操作一组已存在的Java对象	惰性计算

Stream可以储存有限或无限个元素。

Stream API的基本用法就是：创建一个Stream，然后做若干次转换，最后调用一个求值方法获取真正计算的结果：

int result = createNaturalStream() // 创建Stream
             .filter(n -> n % 2 == 0) // 任意个转换
             .map(n -> n * n) // 任意个转换
             .limit(100) // 任意个转换
             .sum(); // 最终计算结果

创建Stream

Stream.of()

Stream<String> stream = Stream.of("A", "B", "C", "D");
// forEach()方法相当于内部循环调用，
// 可传入符合Consumer接口的void accept(T t)的方法引用：
stream.forEach(System.out::println);

基于数组或Collection

Stream<String> stream1 = Arrays.stream(new String[] { "A", "B", "C" });
Stream<String> stream2 = List.of("X", "Y", "Z").stream();
stream1.forEach(System.out::println);
stream2.forEach(System.out::println);

基于Supplier

Stream<String> s = Stream.generate(Supplier<String> sp);

实例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<Integer> natual = Stream.generate(new NatualSupplier());
        // 注意：无限序列必须先变成有限序列再打印:
        natual.limit(20).forEach(System.out::println);
    }
}

class NatualSupplier implements Supplier<Integer> {
    int n = 0;
    public Integer get() {
        n++;
        return n;
    }
}

其他方法

使用API提供的接口，直接获得。

try(Stream<String> lines = Files.lines(Paths.get("/path/to/file.tct"))){
    ...
}

Pattern p = Pattern.compile("\\s+");
Stream<String> s = p.splitAsStream("The quick brown fox jumps over the lazy dog");
s.forEach(...);

由于java的范型不支持基本类型，如果使用Stream就会产生频繁的装箱、拆箱操作。为了提高效率，java标准库提供了IntStream\LongStream\DoubleStream这三种使用基本类型的Stream。

使用map

Map:将一个Stream转换为另一个Stream

Stream<Integer> s = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5);
Stream<Integer> s2 = s.map(n -> n * n);

使用filter

IntStream.of(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9)
    .filter(n -> n % 2 != 0)
    .forEach(System.out::println);

使用reduce

int sum = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9).reduce(0, (acc, n) -> acc + n);
System.out.println(sum); // 45

综合使用案例

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 按行读取配置文件:
        List<String> props = List.of("profile=native", "debug=true", "logging=warn", "interval=500");
        Map<String, String> map = props.stream()
                // 把k=v转换为Map[k]=v:
                .map(kv -> {
                    String[] ss = kv.split("\\=", 2);
                    return Map.of(ss[0], ss[1]);
                })
                // 把所有Map聚合到一个Map:
                .reduce(new HashMap<String, String>(), (m, kv) -> {
                    m.putAll(kv);
                    return m;
                });
        // 打印结果:
        map.forEach((k, v) -> {
            System.out.println(k + " = " + v);
        });
    }
}

输出集合

输出为List

Stream<String> stream = Stream.of("Apple","",null,"Pear"," ","Orange");
List<String> list = stream.filter(s -> s!=null && !s.isBlank()).collect(Collections.toList());

输出为数组

List<String> list = List.of("Apple", "Banana", "Orange");
String[] array = list.stream().toArray(String[]::new);

输出为Map

Stream<String> stream = Stream.of("APPL:Apple", "MSFT:Microsoft");
Map<String, String> map = stream
    .collect(Collectors.toMap(
        // 把元素s映射为key:
        s -> s.substring(0, s.indexOf(':')),
        // 把元素s映射为value:
        s -> s.substring(s.indexOf(':') + 1)));           

分组输出

List<String> list = List.of("Apple", "Banana", "Blackberry", "Coconut", "Avocado", "Cherry", "Apricots");
Map<String, List<String>> groups = list.stream()
    .collect(Collectors.groupingBy(s -> s.substring(0, 1), Collectors.toList()));
System.out.println(groups);

其他操作

//排序
List<String> list = List.of("Orange", "apple", "Banana")
    .stream()
    .sorted()
    .collect(Collectors.toList());

List<String> list = List.of("Orange", "apple", "Banana")
    .stream()
    .sorted(String::compareToIgnoreCase)
    .collect(Collectors.toList());

//去重
List.of("A", "B", "A", "C", "B", "D")
    .stream()
    .distinct()
    .collect(Collectors.toList()); // [A, B, C, D]

//截取
List.of("A", "B", "C", "D", "E", "F")
    .stream()
    .skip(2) // 跳过A, B
    .limit(3) // 截取C, D, E
    .collect(Collectors.toList()); // [C, D, E]

//合并
Stream<String> s1 = List.of("A", "B", "C").stream();
Stream<String> s2 = List.of("D", "E").stream();
Stream<String> s = Stream.concat(s1, s2);
System.out.println(s.collect(Collectors.toList())); // [A, B, C, D, E]

//flatMap
Stream<List<Integer>> s = Stream.of(
        Arrays.asList(1, 2, 3),
        Arrays.asList(4, 5, 6),
        Arrays.asList(7, 8, 9));

Stream<Integer> i = s.flatMap(list -> list.stream());

//并行
Stream<String> s = ...
String[] result = s.parallel() // 变成一个可以并行处理的Stream
                   .sorted() // 可以进行并行排序
                   .toArray(String[]::new);

其他聚合方法

除了reduce()和collect()外，Stream还有一些常用的聚合方法：

• count()：用于返回元素个数；
• max(Comparator<? super T> cp)：找出最大元素；
• min(Comparator<? super T> cp)：找出最小元素。

针对IntStream、LongStream和DoubleStream，还额外提供了以下聚合方法：

• sum()：对所有元素求和；
• average()：对所有元素求平均数。

还有一些方法，用来测试Stream的元素是否满足以下条件：

• boolean allMatch(Predicate<? super T>)：测试是否所有元素均满足测试条件；
• boolean anyMatch(Predicate<? super T>)：测试是否至少有一个元素满足测试条件。

最后一个常用的方法是forEach()，它可以循环处理Stream的每个元素，我们经常传入System.out::println来打印Stream的元素：

Stream<String> s = ...
s.forEach(str -> {
    System.out.println("Hello, " + str);
});

设计模式

设计模式基于OOP编程提炼，基于以下几个原则：

• 开闭原则：软件应该对扩展开放，而对修改关闭。这里的意思是在增加新功能的时候，能不改代码就尽量不要改，如果只增加代码就完成了新功能，那是最好的。
• 里氏替换原则：如果我们调用一个父类的方法可以成功，那么替换成子类调用也应该完全可以运行。

创建型模式

创建型模式包括：

• 工厂方法：Factory Method
• 抽象工厂：Abstract Factory
• 建造者：Builder
• 原型：Prototype
• 单例：Singleton

工厂方法

定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。Factory Method使一个类的实例化延迟到其子类。

工厂方法的目的是使得创建对象和使用对象是分离的，并且客户端总是引用抽象工厂和抽象产品：

┌─────────────┐      ┌─────────────┐
│   Product   │      │   Factory   │
└─────────────┘      └─────────────┘
       ▲                    ▲
       │                    │
┌─────────────┐      ┌─────────────┐
│ ProductImpl │<─ ─ ─│ FactoryImpl │
└─────────────┘      └─────────────┘

public interface NumberFactory{
    // 创建方法
    Number parse(String s);
    
    // 获取工厂实例
    static NumberFactory getFactory(){
        return impl;
    }
    
    static NumberFactory impl = new NumberFactoryImpl();
}

public class NumberFactoryImpl implements NumberFactory{
    public Number parse(String s){
        return new BigDecimal(s);
    }
}

另一种形式(静态工厂方法)：

public class NumberFactory {
    public static Number parse(String s) {
        return new BigDecimal(s);
    }
}

工厂方法可以隐藏创建产品的细节，且不一定每次都会真正创建产品，完全可以返回缓存的产品，从而提升速度并减少内存消耗。

抽象工厂

提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。

生成器

将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

生成器模式（Builder）是使用多个“小型”工厂来最终创建出一个完整对象。

public class HtmlBuilder {
    private HeadingBuilder headingBuilder = new HeadingBuilder();
    private HrBuilder hrBuilder = new HrBuilder();
    private ParagraphBuilder paragraphBuilder = new ParagraphBuilder();
    private QuoteBuilder quoteBuilder = new QuoteBuilder();

    public String toHtml(String markdown) {
        StringBuilder buffer = new StringBuilder();
        markdown.lines().forEach(line -> {
            if (line.startsWith("#")) {
                buffer.append(headingBuilder.buildHeading(line)).append('\n');
            } else if (line.startsWith(">")) {
                buffer.append(quoteBuilder.buildQuote(line)).append('\n');
            } else if (line.startsWith("---")) {
                buffer.append(hrBuilder.buildHr(line)).append('\n');
            } else {
                buffer.append(paragraphBuilder.buildParagraph(line)).append('\n');
            }
        });
        return buffer.toString();
    }
}

原型

用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。

原型模式，即Prototype，是指创建新对象的时候，根据现有的一个原型来创建。

我们举个例子：如果我们已经有了一个String[]数组，想再创建一个一模一样的String[]数组，怎么写？

实际上创建过程很简单，就是把现有数组的元素复制到新数组。如果我们把这个创建过程封装一下，就成了原型模式。用代码实现如下：

// 原型:
String[] original = { "Apple", "Pear", "Banana" };
// 新对象:
String[] copy = Arrays.copyOf(original, original.length);

//使用原型模式更好的方式是定义一个copy()方法，返回明确的类型：

public class Student {
    private int id;
    private String name;
    private int score;

    public Student copy() {
        Student std = new Student();
        std.id = this.id;
        std.name = this.name;
        std.score = this.score;
        return std;
    }
}

单例

保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

public class Singleton {
    // 静态字段引用唯一实例:
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    // 通过静态方法返回实例:
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

    // private构造方法保证外部无法实例化:
    private Singleton() {
    }
}

另一种实现Singleton的方式是利用Java的enum，因为Java保证枚举类的每个枚举都是单例，所以我们只需要编写一个只有一个枚举的类即可：

public enum World {
    // 唯一枚举:
	INSTANCE;

	private String name = "world";

	public String getName() {
		return this.name;
	}

	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
}

String name = World.INSTANCE.getName();

通常是通过约定让框架（例如Spring）来实例化这些类，保证只有一个实例，调用方自觉通过框架获取实例而不是new操作符：

@Component // 表示一个单例组件
public class MyService {
    ...
}

延迟加载

延迟加载，即在调用方第一次调用getInstance()时才初始化全局唯一实例，类似这样：

public class Singleton {
    private static Singleton INSTANCE = null;

    public static Singleton getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            INSTANCE = new Singleton();
        }
        return INSTANCE;
    }

    private Singleton() {
    }
}

遗憾的是，这种写法在多线程中是错误的，在竞争条件下会创建出多个实例。必须对整个方法进行加锁：

public synchronized static Singleton getInstance() {
    if (INSTANCE == null) {
        INSTANCE = new Singleton();
    }
    return INSTANCE;
}

但加锁会严重影响并发性能。还有些童鞋听说过双重检查，类似这样：

public static Singleton getInstance() {
    if (INSTANCE == null) {
        synchronized (Singleton.class) {
            if (INSTANCE == null) {
                INSTANCE = new Singleton();
            }
        }
    }
    return INSTANCE;
}

然而，由于Java的内存模型，双重检查在这里不成立。要真正实现延迟加载，只能通过Java的ClassLoader机制完成。如果没有特殊的需求，使用Singleton模式的时候，最好不要延迟加载，这样会使代码更简单。

结构型模式

结构型模式有：

• 适配器
• 桥接
• 组合
• 装饰器
• 外观
• 享元
• 代理

适配器

将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。

public class RunnableAdapter implements Runnable {
    // 引用待转换接口:
    private Callable<?> callable;

    public RunnableAdapter(Callable<?> callable) {
        this.callable = callable;
    }

    // 实现指定接口:
    public void run() {
        // 将指定接口调用委托给转换接口调用:
        try {
            callable.call();
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

桥接

将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。

       ┌───────────┐
       │    Car    │
       └───────────┘
             ▲
             │
       ┌───────────┐       ┌─────────┐
       │RefinedCar │ ─ ─ ─>│ Engine  │
       └───────────┘       └─────────┘
             ▲                  ▲
    ┌────────┼────────┐         │ ┌──────────────┐
    │        │        │         ├─│  FuelEngine  │
┌───────┐┌───────┐┌───────┐     │ └──────────────┘
│BigCar ││TinyCar││BossCar│     │ ┌──────────────┐
└───────┘└───────┘└───────┘     ├─│ElectricEngine│
                                │ └──────────────┘
                                │ ┌──────────────┐
                                └─│ HybridEngine │
                                  └──────────────┘

组合

将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构，使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

使用Composite模式时，需要先统一单个节点以及“容器”节点的接口：

             ┌───────────┐
             │   Node    │
             └───────────┘
                   ▲
      ┌────────────┼────────────┐
      │            │            │
┌───────────┐┌───────────┐┌───────────┐
│ElementNode││ TextNode  ││CommentNode│
└───────────┘└───────────┘└───────────┘

组合模式一般用于层级结构

装饰器

动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能来说，相比生成子类更为灵活。

给FileInputStream增加缓冲和解压缩功能，用Decorator模式写出来如下：

// 创建原始的数据源:
InputStream fis = new FileInputStream("test.gz");
// 增加缓冲功能:
InputStream bis = new BufferedInputStream(fis);
// 增加解压缩功能:
InputStream gis = new GZIPInputStream(bis);

或者一次性写成这样：

InputStream input = new GZIPInputStream( // 第二层装饰
                        new BufferedInputStream( // 第一层装饰
                            new FileInputStream("test.gz") // 核心功能
                        ));

设计自己的装饰器

public interface TextNode {
    // 设置text:
    void setText(String text);
    // 获取text:
    String getText();
}


public abstract class NodeDecorator implements TextNode {
    protected final TextNode target;

    protected NodeDecorator(TextNode target) {
        this.target = target;
    }

    public void setText(String text) {
        this.target.setText(text);
    }
}

public class BoldDecorator extends NodeDecorator {
    public BoldDecorator(TextNode target) {
        super(target);
    }

    public String getText() {
        return "<b>" + target.getText() + "</b>";
    }
}

外观

为子系统中的一组接口提供一个一致的界面。Facade模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。

它的基本思想如下：

如果客户端要跟许多子系统打交道，那么客户端需要了解各个子系统的接口，比较麻烦。如果有一个统一的“中介”，让客户端只跟中介打交道，中介再去跟各个子系统打交道，对客户端来说就比较简单。所以Facade就相当于搞了一个中介。

享元

运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

享元（Flyweight）的核心思想很简单：如果一个对象实例一经创建就不可变，那么反复创建相同的实例就没有必要，直接向调用方返回一个共享的实例就行，这样即节省内存，又可以减少创建对象的过程，提高运行速度。

public class Student {
    // 持有缓存:
    private static final Map<String, Student> cache = new HashMap<>();

    // 静态工厂方法:
    public static Student create(int id, String name) {
        String key = id + "\n" + name;
        // 先查找缓存:
        Student std = cache.get(key);
        if (std == null) {
            // 未找到,创建新对象:
            System.out.println(String.format("create new Student(%s, %s)", id, name));
            std = new Student(id, name);
            // 放入缓存:
            cache.put(key, std);
        } else {
            // 缓存中存在:
            System.out.println(String.format("return cached Student(%s, %s)", std.id, std.name));
        }
        return std;
    }

    private final int id;
    private final String name;

    public Student(int id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }
}

代理

为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

Adapter模式，它用于把A接口转换为B接口：

public BAdapter implements B {
    private A a;
    public BAdapter(A a) {
        this.a = a;
    }
    public void b() {
        a.a();
    }
}

而Proxy模式不是把A接口转换成B接口，它还是转换成A接口：

public AProxy implements A {
    private A a;
    public AProxy(A a) {
        this.a = a;
    }
    public void a() {
        this.a.a();
    }
}

用Proxy实现权限检查，我们可以获得更清晰、更简洁的代码：

• A接口：只定义接口；
• ABusiness类：只实现A接口的业务逻辑；
• APermissionProxy类：只实现A接口的权限检查代理。

如果我们希望编写其他类型的代理，可以继续增加类似ALogProxy，而不必对现有的A接口、ABusiness类进行修改。

远程代理、虚代理、保护代理

行为型模式

行为型模式主要涉及算法和对象间的职责分配。通过使用对象组合，行为型模式可以描述一组对象应该如何协作来完成一个整体任务。

行为型模式有：

• 责任链
• 命令
• 解释器
• 迭代器
• 中介
• 备忘录
• 观察者
• 状态
• 策略
• 模板方法
• 访问者

责任链

使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它为止。

命令

将一个请求封装为一个对象，从而使你可用不同的请求对客户进行参数化，对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操作。

解释器

给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。

解释器模式（Interpreter）是一种针对特定问题设计的一种解决方案。例如，匹配字符串的时候，由于匹配条件非常灵活，使得通过代码来实现非常不灵活。举个例子，针对以下的匹配条件：

• 以+开头的数字表示的区号和电话号码，如+861012345678；
• 以英文开头，后接英文和数字，并以.分隔的域名，如www.liaoxuefeng.com；
• 以/开头的文件路径，如/path/to/file.txt；
• …

因此，需要一种通用的表示方法——正则表达式来进行匹配。正则表达式就是一个字符串，但要把正则表达式解析为语法树，然后再匹配指定的字符串，就需要一个解释器。

实现一个完整的正则表达式的解释器非常复杂，但是使用解释器模式却很简单：

String s = "+861012345678";
System.out.println(s.matches("^\\+\\d+$"));

类似的，当我们使用JDBC时，执行的SQL语句虽然是字符串，但最终需要数据库服务器的SQL解释器来把SQL“翻译”成数据库服务器能执行的代码，这个执行引擎也非常复杂，但对于使用者来说，仅仅需要写出SQL字符串即可。

迭代器

提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不需要暴露该对象的内部表示。

中介

用一个中介对象来封装一系列的对象交互。中介者使各个对象不需要显式地相互引用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变它们之间的交互。

例如可以用于多个界面控件。

备忘录

在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。

备忘录模式是为了保存对象的内部状态，并在将来恢复，大多数软件提供的保存、打开，以及编辑过程中的Undo、Redo都是备忘录模式的应用。

观察者

备忘录模式是为了保存对象的内部状态，并在将来恢复，大多数软件提供的保存、打开，以及编辑过程中的Undo、Redo都是备忘录模式的应用。

观察者模式（Observer）又称发布-订阅模式（Publish-Subscribe：Pub/Sub）。它是一种通知机制，让发送通知的一方（被观察方）和接收通知的一方（观察者）能彼此分离，互不影响。

┌─────────┐      ┌───────────────┐
│  Store  │─ ─ ─>│ProductObserver│
└─────────┘      └───────────────┘
     │                   ▲
                         │
     │             ┌─────┴─────┐
     ▼             │           │
┌─────────┐   ┌─────────┐ ┌─────────┐
│ Product │   │  Admin  │ │Customer │ ...
└─────────┘   └─────────┘ └─────────┘

状态

允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它的类。

状态模式的设计思想是把不同状态的逻辑分离到不同的状态类中，从而使得增加新状态更容易；

状态模式的实现关键在于状态转换。简单的状态转换可以直接由调用方指定，复杂的状态转换可以在内部根据条件触发完成。

策略

定义一系列的算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可相互替换。本模式使得算法可独立于使用它的客户而变化。

模板方法

定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中，使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。

访问者

表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。它使你可以在不改变各元素的类的前提下定义作用于这些元素的新操作。