Java新手极简指北手册

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Java新手极简指北手册

程序员诗人 2017-03-18 15:15:00 浏览528
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在理论上, 理论和实践是没有差异的; 但在实践中, 是有的。
In theory, there is no difference between theory and practice. But in practice, there is.
——Snepscheut

为了方便阅读,把本系列帖子的目录整理如下:

1 对算法和数据结构不熟悉

为什么我先拿“数据结构和算法”说事捏?这玩意是写程序最最基本的东东。不管你使用 Java 还是其它的什么语言,都离不开它。而且这玩意是跨语言的,学好之后不管在哪门语言中都能用得上。

既然“数据结构和算法”这么重要,为什么很多 Java 新手却很不熟悉捏?我琢磨了一下,估计有两种可能。有些人虽然是计算机系毕业的,但是当初压根没好好学过这门课程,到工作时早都还给老师了;还有一些人是中途转行干编程,转行后又没有好好地打基础(都指望速成)。

下面列出几个很基本的问题,如果你每一个问题都搞得很清楚,那说明你过了这关,可以去看看下一个帖子了。否则的话,你赶紧去找本算法和数据结构的书恶补一下吧。

什么时候该用数组型容器、什么时候该用链表型容器?

什么是散列函数?HashMap 的实现原理是什么?

什么是递归?如果你以前从来没写过递归函数,尝试着写一个(比如用递归函数进行目录树遍历)。

什么是算法复杂度?

你是否理解空间换时间的思想?

写一个针对整数数组的冒泡排序函数,看看你要修改几次才能跑通。

写一个针对整数数组的二分查找函数,看看你要修改几次才能跑通。

2 缺乏面向对象的基本功

按理说 Java 是一个很 OO 的语言,Java 社区也一向是充满了“对象”的氛围。但俺在面试 Java 程序员时,却屡屡碰到令人大跌眼镜的事情。俺碰到不止一个求职者,连什么是“多态”都讲不清楚。很多人号称用过设计模式,但一半以上都仅限于单键模式和抽象工厂模式。当我深入问他/她抽象工厂模式到底有什么好处时,很多人语焉不详。

为什么很多 Java 程序员会缺乏面向对象基本功?这得怪那些 Java 框架。现在 Java 的各种框架太发达、太傻瓜化了,导致很多程序员只需要按部就班、照着框架进行代码填空,基本已经丧失了 OOA 和 OOD 的能力。我手下有些个 Java 程序员,对 Spring、Hibernate 等框架了如指掌;但如果给他一个简单需求,让他写一个脱离 Web 框架的独立 Application,他就不知所措了。这样的开发人员,将来只能成为所谓的“软件蓝领”,岗位很难得到提升。

同上一个帖子一样,我这次也提如下几个问题:

基于接口的继承和基于实现的继承各有什么优缺点?
继承(包括 extend 和 implement)有什么【缺点】?
多态(polymorphism)有什么【缺点】?
为什么 Java 可以多继承 interface,而不可以多继承 class?
假如让你写一个小游戏(比如人机对战的五子棋),你会如何设计类结构?
类结构设计时,如何考虑可扩展性?

如果上述这些问题你都能够搞得比较清楚,说明你的 OO 基础还过得去。否则的话,我建议你一边找些 OOAD 和设计模式的书看看,同时自己动手写些简单的小程序(不依赖那些框架),把学到的模式理论结合到实践中。通过这种方式来提高自己 OOAD 的能力,效果会比较好。

3 缺少良好的编程习惯

目录
随意地命名
习惯于代码的 copy & paste
Magic Number 满天飞
代码耦合度太大
被 GC 宠坏
  上次聊了“缺乏面向对象基本功”,今天来说说编程习惯的问题。今天说的这些坏习惯大部分都是跨语言的(C++、Python 新手也有),而且大部分都需要靠平时不断地努力才能慢慢改掉。

随意地命名

有些新手写程序,当需要定义某个变量名(也可能是函数名、类名、包名等)时,随意地一敲键盘,名字就起好了......若干星期后,碰到某 bug,再来看自己写的代码时,心中暗自嘀咕:“这代码是我写的吗?咋都看不懂捏?”
  所以我常跟新来的菜鸟说,命名不规范害死人啊!鉴于该问题相当普遍,我整理了几种典型的作为反面教材,具体如下:使用单字母命名变量;使用一些没太大意义的变量名(例如 s1、s2、s3);对同一个业务概念使用不同的术语/缩写(容易让读代码的人神经分裂);使用拼音命名(如果你团队中有港台人士或者老外,就惨了)。

习惯于代码的 copy & paste

这是一个很普遍的问题。很多新手写代码的时候,如果发现要写的某个函数和前几天写的某个函数差不多,就把原来的那个函数贴过来,然后稍微改几下,心中还暗喜:“又快速搞定了一个功能”......
  同学,如果你也喜欢这么干,可要注意了。这种做法是代码臭味(借用《重构 - 改善既有代码的设计》的提法)的主要来源,导致代码可维护性大大下降。当你将来需要增加功能或修改 bug 的时候,要同时改动多个地方,而那时你估计已经想不起来这砣代码有几个克隆了。

Magic Number 满天飞

如果你没有听说过“Magic Number”,先看“这里”了解一下。
为了说明Magic Number的问题,咱找个例子来说事儿:假设有个业务逻辑中需要进行10秒的超时等待,你会怎么写这个sleep语句?我估计大部分人不外乎下面三种写法:
1、直接写上 sleep(101000); 了事
2、定义一个常量 TIMEOUT_XXX = 10
1000; 然后 sleep(TIMEOUT_XXX);
3、在配制文件中加入一个超时项,然后程序读取配制文件获得超时值,然后调用 sleep。(此处提到的“配置文件”是广义的,泛指各种可用于存储配置信息的机制,如:xml 文件、ini 文件、数据库 ...)
  如果你的做法类似于写法1,你多半喜欢随手硬编码。硬编码不光缺乏可读性,而且具有和“代码拷贝粘贴”类似的代码臭味(可能会存在多个 Magic Number 克隆),不利于日后维护。
  至于写法2,比写法1稍好(至少可读性好了)。但是,将来一旦发生需求变更,要求在【运行时】调整超时间隔(甚至要求让用户来配制超时间隔),则写法2的缺点立马暴露无遗。

代码耦合度太大

每当说到 MVC 或者设计模式,几乎每个 Java 开发人员都能说得头头是道?但是说归说,真正写代码的时候,鲜有人写出的代码是层次清楚的。至于说到代码耦合分别由哪些情况引起?什么是正交的设计?(关于耦合与正交设计,我后面会专门讨论一下)能完全搞明白的人就更少了。
  所以很多 Java 新手的代码耦合度大也就不足为奇了。我曾经抽查过试用期员工的代码,各种业务逻辑纠缠在一起,代码臭味都要熏死人。想重构都无从下手,只好让他推倒重写。

被 GC 宠坏

由于 Java 在语言层面提供了内存的垃圾回收机制,程序员只管申请内存,不需要再关心释放的问题。因此很多新手养成了坏习惯,对于其它资源(比如数据库连接)也只申请不释放(有些人甚至天真地以为 JVM 会帮你搞定资源回收)。
  还有些人虽然知道资源需要释放,但是常常忘记(比如写了打开数据库连接和相关代码,【即将】写关闭数据库连接时,突然有人叫你去吃中饭,回来后就把这茬给忘了)。
  这个坏习惯会导致资源的泄露,而资源泄露往往比内存泄露更要命。如果你写的程序是长时间运行的(比如运行在 Web Server 上),时间长了会由于资源耗尽而导致整个进程出问题。

4 异常处理使用不当

目录
空的 catch 语句块
没有使用 finally
笼统的 catch 语句块
使用函数返回值进行错误处理
不清楚“Checked Exception”和“Runtime Exception”的区别
  上一个帖子讨论了“编程习惯的问题”,今天来聊聊关于异常处理的话题。

空的 catch 语句块

犯这种错误的人比较少,一般发生在刚学会 Java 或者刚参加工作不久的人身上。
  所谓“空 catch 语句块”就是在 catch 语句块中没有对异常作任何处理(比如记错误日志),导致异常信息被丢弃/忽略。一旦程序不能正确运行,由于查不到任何 log 信息,只好从头看代码,靠肉眼找 bug。

没有使用 finally

很多人在 catch 语句之后不使用 finally 语句。由于在 try 语句中可能会涉及资源的申请和释放。如果在资源申请之后、资源释放之前抛出异常,就会发生资源泄露。
  (资源泄露的严重性,上一个帖子已经聊过了)

笼统的 catch 语句块

有些人为了省事,只在自己模块的最外层代码包一个 try 语句块,然后 catch(Exception)。不管捕获到什么异常,都作统一 log 了事。这种做法比“空 catch 语句块”稍好,但由于不能对具体的异常进行具体处理,对一些可恢复的异常(下面会提到),丧失了恢复的机会。而且也可能导致上述提到的资源泄露的问题。

使用函数返回值进行错误处理

有些人放着 Java 的异常机制不用,而用函数返回值来表示成功/失败(比如:返回 true 表示成功、false 表示失败),简直是“捧着金碗要饭”。个人感觉,从 C 转到 Java 的人比较容易有此毛病。这种做法会导致如下几个问题:

  1. 返回值一般用整数值或布尔值表示,传递的信息过于简陋;
  2. 一旦调用者忽略了错误返回码,就会导致和“空 catch 语句块”类似的问题;
  3. 对同一个函数的多处调用,都需要对返回值进行重复判断,导致代码冗余(代码冗余的坏处,上一个帖子也已经聊过了)。

不清楚“Checked Exception”和“Runtime Exception”的区别

这个现象比较普遍,俺发现很多2年以上 Java 工作经验的人尚未完全搞明白两者的区别。看来这个问题得详细说一下。
当初Java的设计者有意区分这两种异常,是别有深意的。其中“Checked Exception”用于表示可恢复的异常(也就是你必须检查的异常);而“Runtime Exception”表示不可恢复的异常(也就是运行时异常,主要是程序 bug 和致命错误,你【不需要】检查)。不过这种做法引来了很多争议(包括很多 Java 大牛),鉴于本帖子主要针对新手,以后再专门来聊这个争议的话题。
  为了便于理解,下面我举一个例子来说明。假设你要写一个 Download 函数,根据传入的 URL(String 参数)返回对应网页的内容文本。这时候有两种情况你需要处理:

  1. 如果传入的 URL 参数是 null,这表明该函数的调用者出 bug 了,而程序本身的 bug 是很难在运行时自我恢复的。这时候 Download 函数必须抛出 Runtime Exception。并且 Download 函数的调用者【不应该】尝试去处理这个异常,必须让它【尽早】暴露出来(比如让 JVM 自己终止运行)。
  2. 如果传入的 URL 参数非 null,但是它包含的字符串不是一个合法的URL格式(可能由于用户输入错误导致)。这时候 Download 函数必须抛出 Checked Exception。并且 Download 函数的调用者必须捕获该异常并进行相应的处理(比如提示用户重新输入 URL)。

上面就是几种常见的Java异常处理的误用。下一个帖子我们来聊一下“对虚拟机(JVM)了解不足”。

5 对虚拟机(JVM)了解不足

目录
关于基本类型和引用类型
关于垃圾回收(Garbage Collection)
关于字符串
关于范型(Generic Programming)
关于多线程
  上次的帖子讨论了Java异常机制的几种误用,今天咱们来说说 JVM(以及 Java 编译器)相关的话题。为啥要聊 JVM 捏?因为有很多 Java 程序员,由于对 JVM 缺乏了解,在碰到某些技术问题时无从下手;另外,由于缺乏对 JVM 的了解,可能导致写出来的代码性能巨差或者有严重的 Bug。所以俺在之前的帖子“学习技术的三部曲:WHAT、HOW、WHY”中,强调了掌握内部机制的重要性。对于一个 Java 程序员来说,你不一定要非常清楚 JVM 的细节,但是对于一些关键的运作机制,还是要掌握大致的概念。
  按照本系列的惯例,俺会问几个和 JVM 相关的问题,你如果对这些问题不是很明白,那得考虑花点时间去了解一下了。另外,鉴于有网友批评“本系列”帖子:光诊断毛病,不开出药方。(说得很形象,也很中肯)俺会针对下面提出的问题,写一些帖子来解答。

关于基本类型和引用类型

很多新手不理解Java的基本类型和引用类型在本质上有什么区别。请看如下的问题:
◇这两种类型在内存存储上有什么区别?
◇这两种类型在性能上有什么区别?
◇这两种类型对于 GC 有什么区别?
  关于前两个问题,请看之前的帖子“Java性能优化[1]:基本类型 vs 引用类型”。

关于垃圾回收(Garbage Collection)

很多新手不理解 GC 的实现机制。请看如下的问题:
◇GC 是如何判断哪些对象已经失效?
◇GC 对性能会有哪些影响?
◇如何通过 JVM 的参数调优 GC 的性能?
  关于 GC 的问题,可以参见之前的帖子“Java性能优化[3]:关于垃圾回收(GC)”。

关于字符串

对于 Java 提供的 String 和 StringBuilder,想必很多人都知道:String 用于常量字符串,StringBuilder 用于可变字符串。那 Java 当初为什么要这样设计捏?为啥不用一个类来统一搞定捏?

关于范型(Generic Programming)

从 JDK 1.5开始,Java 引入了一个重量级的语法:范型。不过捏,很多新手仅仅知道范型的皮毛,而对于很多本质的东东,不甚了解。
◇GP 是在编译时实现的还是在运行时实现的?为什么要这么实现?
◇GP 的类型擦除机制是咋回事?有啥优点/缺点?
◇使用范型容器(相对于传统容器)在性能上有啥影响?为什么?

关于多线程

另外,多线程也是大部分 Java 新手的短板。所以俺最后再来提几个关于多线程的问题。
◇synchronized 关键字是怎么起作用滴?
◇synchronized 的颗粒度(或者说作用域)如何?是针对某个类还是针对某个类对象实例?
◇synchronized 对性能有没有影响?为什么?
◇volatile 关键字又是派啥用滴?啥时候需要用这个关键字捏?

参考: Java核心技术(极简教程)

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