Java工程实践：从基础语法到高级特性的应用

Java工程实践：从基础语法到高级特性的应用

引言

Java作为一门成熟的面向对象编程语言，在企业级应用开发中占据着重要地位。本文将带您从Java基础语法开始，逐步深入到高级特性，并通过实际工程案例展示如何将这些知识应用到真实项目中。

一、Java基础语法精要

1.1 面向对象编程基础

public class BankAccount {

// 封装：私有字段

private String accountNumber;

private double balance;

// 构造方法

public BankAccount(String accountNumber, double initialBalance) {

this.accountNumber = accountNumber;

this.balance = initialBalance;

}

// 方法抽象

public void deposit(double amount) {

if (amount > 0) {

balance += amount;

}

}

public void withdraw(double amount) throws InsufficientFundsException {

if (amount > balance) {

throw new InsufficientFundsException("余额不足");

}

balance -= amount;

}

// 继承和多态将在后面展示

}

1.2 集合框架的使用

public class CollectionExamples {

public static void main(String[] args) {

// List示例

List names = new ArrayList<>();

names.add("Alice");

names.add("Bob");

names.sort(String::compareTo);

// Map示例

Map wordCount = new HashMap<>();

wordCount.put("Java", 10);

wordCount.put("Python", 5);

// Java 8 Stream API

long count = names.stream()

.filter(name -> name.startsWith("A"))

.count();

}

}

二、Java高级特性实战

2.1 并发编程实践

public class ConcurrentBankAccount {

private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

private double balance;

public void transfer(ConcurrentBankAccount to, double amount) {

// 避免死锁：按特定顺序获取锁

ConcurrentBankAccount first = this.hashCode() < to.hashCode() ? this : to;

ConcurrentBankAccount second = this.hashCode() < to.hashCode() ? to : this;

first.lock.lock();

try {

second.lock.lock();

try {

if (this.balance >= amount) {

this.balance -= amount;

to.balance += amount;

}

} finally {

second.lock.unlock();

}

} finally {

first.lock.unlock();

}

}

// 使用CompletableFuture进行异步处理

public CompletableFuture asyncTransfer(ConcurrentBankAccount to, double amount) {

return CompletableFuture.runAsync(() -> transfer(to, amount));

}

}

2.2 Java 8函数式编程

public class FunctionalProgramming {

public static void main(String[] args) {

// Lambda表达式

List numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);

numbers.forEach(n -> System.out.println(n));

// 方法引用

numbers.forEach(System.out::println);

// Stream API高级用法

Map wordFrequency = Files.lines(Paths.get("data.txt"))

.flatMap(line -> Arrays.stream(line.split("\\s+")))

.filter(word -> word.length() > 0)

.collect(Collectors.groupingBy(

word -> word,

Collectors.counting()

));

}

}

三、工程实践中的设计模式应用

3.1 策略模式在支付系统中的应用

public interface PaymentStrategy {

void pay(BigDecimal amount);

}

public class CreditCardPayment implements PaymentStrategy {

private String cardNumber;

private String cvv;

@Override

public void pay(BigDecimal amount) {

// 信用卡支付逻辑

}

}

public class PaymentProcessor {

private PaymentStrategy strategy;

public void setStrategy(PaymentStrategy strategy) {

this.strategy = strategy;

}

public void executePayment(BigDecimal amount) {

strategy.pay(amount);

}

}

// 使用示例

PaymentProcessor processor = new PaymentProcessor();

processor.setStrategy(new CreditCardPayment("1234-5678-9012-3456", "123"));

processor.executePayment(new BigDecimal("100.00"));

3.2 观察者模式实现事件通知

public class Order {

private List observers = new ArrayList<>();

private String status;

public void addObserver(OrderObserver observer) {

observers.add(observer);

}

public void setStatus(String newStatus) {

this.status = newStatus;

notifyObservers();

}

private void notifyObservers() {

observers.forEach(observer -> observer.update(this));

}

}

@FunctionalInterface

public interface OrderObserver {

void update(Order order);

}

// 使用示例

Order order = new Order();

order.addObserver(o -> System.out.println("订单状态更新为: " + o.getStatus()));

order.setStatus("SHIPPED");

四、性能优化与JVM调优

4.1 内存泄漏检测与预防

public class MemoryLeakExample {

private static final Map CACHE = new HashMap<>();

// 错误示范：会导致内存泄漏

public void addToCache(Long id, Object data) {

CACHE.put(id, data);

}

// 正确做法：使用WeakHashMap或定期清理

private static final Map SAFE_CACHE = new WeakHashMap<>();

public void safeAddToCache(Long id, Object data) {

SAFE_CACHE.put(id, data);

}

}

// 使用Java VisualVM或JProfiler检测内存泄漏

4.2 JVM参数调优实例

# 生产环境推荐配置示例

java -Xms2g -Xmx2g \

-XX:MaxMetaspaceSize=256m \

-XX:+UseG1GC \

-XX:MaxGCPauseMillis=200 \

-jar your-application.jar

五、现代Java工程实践

5.1 模块化开发(Java 9+)

// module-info.java

module com.example.banking {

requires java.base;

requires java.sql;

requires transitive com.fasterxml.jackson.databind;

exports com.example.banking.api;

exports com.example.banking.model;

opens com.example.banking.internal to spring.core;

}

5.2 使用Records简化DTO(Java 14+)

public record Customer(

Long id,

String name,

String email,

LocalDate joinDate

) {}

// 自动生成equals, hashCode, toString等方法

// 使用示例

Customer customer = new Customer(1L, "Alice", "alice@example.com", LocalDate.now());

结语

Java语言经过20多年的发展，已经形成了一个丰富而成熟的生态系统。从基础语法到高级特性，Java为开发者提供了强大的工具来解决各种工程问题。掌握这些知识并合理运用，将帮助你构建更健壮、更高效的企业级应用。

在实际项目中，建议：

根据团队规模选择合适的特性子集

保持代码风格一致

定期进行代码审查

持续学习Java的新特性