Java面向对象程序设计(上海交通大学出版社）12章及以后的课后问题解析

 

（1）字节流和字符流的区别是什么？

字节流（Byte Stream）和字符流（Character Stream）是 Java I/O 操作中的两种基本的输入/输出流。它们的主要区别在于处理数据的单位不同。

1. **字节流（Byte Stream）：**
- 处理的是原始的字节数据（8 位二进制数据）。
- 主要用于处理二进制数据，如图像、音频、视频等。
- 以字节为单位进行读写。

示例：
```java
InputStream inputStream = new FileInputStream("example.txt");
int byteData = inputStream.read(); // 读取一个字节
```

2. **字符流（Character Stream）：**
- 处理的是字符数据，采用 Unicode 编码。
- 主要用于处理文本数据。
- 以字符为单位进行读写。

示例：
```java
Reader reader = new FileReader("example.txt");
int charData = reader.read(); // 读取一个字符
```

3. **区别总结：**
- 字节流适用于处理所有类型的数据，包括二进制数据，而字符流主要用于处理文本数据。
- 字节流是以字节为单位进行操作，字符流是以字符为单位进行操作。
- 字节流通常用于处理图像、音频、视频等二进制数据，而字符流通常用于处理文本文件。
- 字符流会自动处理字符的编码和解码，而字节流不会。

选择使用字节流还是字符流取决于你处理的数据类型。如果是处理文本文件，推荐使用字符流，因为它们提供了更方便的处理字符串的方法。如果是处理二进制文件，就需要使用字节流。通常，使用字符流时会搭配使用缓冲流，以提高性能。

（2）简述常见的几种字符编码。

字符编码是将字符映射到数字的规则，用于在计算机中存储和传输文本数据。以下是几种常见的字符编码：

1. **ASCII（American Standard Code for Information Interchange）：**
- ASCII 编码是最早的字符编码，使用 7 位二进制数表示字符，共有 128 个字符。
- 适用于英语等基本拉丁字母表的字符。

2. **ISO-8859-1（Latin-1）：**
- ISO-8859-1 是 ASCII 的扩展，使用 8 位二进制数表示字符，共有 256 个字符。
- 包括了拉丁字母、希腊字母、西里尔字母等。

3. **UTF-8（Unicode Transformation Format - 8-bit）：**
- UTF-8 是 Unicode 的一种变长字符编码，可以表示几乎所有的字符。
- 使用 8 位二进制数，根据字符的不同而变化编码长度，英文字符占用一个字节，中文字符占用三个字节。
- 在互联网上广泛使用。

4. **UTF-16：**
- UTF-16 是 Unicode 的一种编码方式，使用 16 位二进制数表示字符，对于大部分字符占用两个字节。
- 有大端序和小端序两种存储方式。

5. **UTF-32：**
- UTF-32 是 Unicode 的一种编码方式，使用 32 位二进制数表示字符，每个字符占用四个字节。
- 固定长度，不像 UTF-8 和 UTF-16 那样变长。

6. **GBK（Guojia Biaozhun Kuozhan）：**
- GBK 是在 GB2312 的基础上扩展的字符集，兼容 GB2312。
- 包括简体中文、繁体中文等字符。

7. **Big5：**
- Big5 是主要用于繁体中文的字符编码。
- 主要用于台湾、香港等地区。

8. **EUC-JP（Extended Unix Code - Japanese）：**
- EUC-JP 是用于日语的字符编码，兼容 ASCII。
- 在 Unix 环境中广泛使用。

选择字符编码时，应根据实际需求和数据特点来选择合适的编码方式。在多语言环境中，UTF-8 是一个常见的选择，因为它能够覆盖几乎所有的字符。

 

（1）简述多线程常见的两种实现方式。

多线程常见的两种实现方式分别是继承 `Thread` 类和实现 `Runnable` 接口。

1. **继承 Thread 类：**
- 创建一个新的类，继承自 `Thread` 类。
- 重写 `run()` 方法，该方法包含线程的执行代码。
- 创建类的实例并调用 `start()` 方法启动线程。

```java
class MyThread extends Thread {
public void run() {
// 线程执行的代码
}
}

public class Main {
public static void main(String[] args) {
MyThread myThread = new MyThread();
myThread.start();
}
}
```

2. **实现 Runnable 接口：**
- 创建一个新的类，实现 `Runnable` 接口。
- 实现 `run()` 方法，该方法包含线程的执行代码。
- 创建类的实例，将其传递给 `Thread` 类的构造函数，并调用 `start()` 方法启动线程。

```java
class MyRunnable implements Runnable {
public void run() {
// 线程执行的代码
}
}

public class Main {
public static void main(String[] args) {
MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(myRunnable);
thread.start();
}
}
```

使用 `Runnable` 接口的方式更加灵活，因为一个类可以同时实现多个接口，而 Java 不支持多继承。此外，通过实现 `Runnable` 接口，可以更好地实现资源的共享。

在实际应用中，通常推荐使用 `Runnable` 接口的方式，因为它提供更好的扩展性和代码组织性。可以通过创建一个 `Runnable` 实例，并将其传递给多个线程来实现资源共享，而继承 `Thread` 类的方式则会将线程的执行代码和线程本身紧密耦合在一起。

 

（2）简述多线程的生命周期与状态转换。

多线程在 Java 中有多个生命周期状态，线程在这些状态之间转换。以下是多线程的生命周期及状态转换：

1. **新建状态（New）：**
- 当通过 `new` 关键字创建一个线程对象时，线程处于新建状态。
- 此时还没有调用 `start()` 方法。

2. **就绪状态（Runnable）：**
- 当调用线程对象的 `start()` 方法后，线程进入就绪状态。
- 线程处于就绪状态时，表示线程已经被创建，并且已经加载到 JVM 中，但是还没有执行。

3. **运行状态（Running）：**
- 当线程得到 CPU 时间片，开始执行 `run()` 方法时，线程进入运行状态。
- 在运行状态中，线程可以执行自己的任务。

4. **阻塞状态（Blocked）：**
- 阻塞状态表示线程因为某种原因放弃 CPU 使用权，暂时停止执行。
- 可能的原因包括等待 I/O 操作、等待锁、调用 `sleep()` 方法等。

5. **等待状态（Waiting）：**
- 当线程因为调用 `Object.wait()`、`Thread.join()`、`LockSupport.park()` 等方法而进入等待状态。
- 线程会等待某个条件满足后才能继续执行。

6. **超时等待状态（Timed Waiting）：**
- 类似于等待状态，但是在等待一定的时间后，线程会自动唤醒。
- 包括调用 `Thread.sleep()`、`Object.wait(long timeout)` 等方法。

7. **终止状态（Terminated）：**
- 线程执行完成，或者因为异常退出 `run()` 方法，进入终止状态。
- 线程一旦进入终止状态，就不能再次启动。

这些状态之间的转换如下：
- 线程从新建状态到就绪状态，调用 `start()` 方法。
- 线程从就绪状态到运行状态，获取 CPU 时间片。
- 线程从运行状态到阻塞状态，可能是等待 I/O、等待锁、调用 `sleep()` 等。
- 线程从运行状态到等待状态，调用 `wait()`、`join()` 等方法。
- 线程从等待状态到就绪状态，条件满足或超时。
- 线程从运行状态到终止状态，`run()` 方法执行完成或发生异常。

 

1）简述采用PreparedStatement 的好处。

`PreparedStatement` 是 Java JDBC API 提供的一种用于执行预编译 SQL 语句的接口。与普通的 `Statement` 相比，`PreparedStatement` 具有以下好处：

1. **性能优化：**
- `PreparedStatement` 对象在执行之前已经被编译，因此可以多次执行相同的 SQL 语句而无需重新编译。这带来了更好的性能，特别是在需要多次执行相同 SQL 语句的情况下。

2. **防止 SQL 注入攻击：**
- `PreparedStatement` 使用占位符（`?`）来表示参数，而不是通过字符串拼接将参数直接嵌入 SQL 语句。这样可以有效地防止 SQL 注入攻击，因为用户输入不会被直接嵌入到 SQL 语句中。

3. **参数绑定：**
- `PreparedStatement` 允许通过方法如 `setInt()`, `setString()`, 等将参数绑定到 SQL 语句中。这样可以方便地处理不同数据类型的参数，而无需手动进行类型转换。

4. **可读性和维护性：**
- 使用 `PreparedStatement` 可以将 SQL 语句和参数的设置分开，使代码更清晰易读。这有助于维护和修改 SQL 语句，而不必担心参数的处理。

5. **自动处理特殊字符：**
- `PreparedStatement` 可以自动处理特殊字符，比如单引号 `'`，不需要手动进行转义。这提高了代码的可靠性和安全性。

6. **支持批处理：**
- `PreparedStatement` 支持批处理操作，可以一次性执行多个 SQL 语句，提高了数据库操作的效率。

总的来说，`PreparedStatement` 提供了更好的性能、更高的安全性、更好的可读性和更好的维护性，是执行 SQL 操作时的首选。

 

（2）简述JDBC操作数据库的步骤。

JDBC（Java Database Connectivity）是 Java 提供的一种用于与数据库进行交互的 API。以下是使用 JDBC 操作数据库的一般步骤：

1. **加载数据库驱动程序：**
- 使用 `Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver")` 或者 `DriverManager.registerDriver(new com.mysql.cj.jdbc.Driver())` 加载数据库驱动程序。这一步通常在应用程序启动时执行一次。

2. **建立数据库连接：**
- 使用 `Connection` 接口建立与数据库的连接。可以通过 `DriverManager.getConnection(url, username, password)` 方法获取连接对象，其中 `url` 是数据库的 URL，`username` 和 `password` 是登录数据库的用户名和密码。

3. **创建 Statement 或者 PreparedStatement 对象：**
- 使用 `Connection` 对象的 `createStatement()` 或者 `prepareStatement(sql)` 方法创建 `Statement` 或 `PreparedStatement` 对象。`Statement` 用于执行静态 SQL 语句，而 `PreparedStatement` 用于执行动态 SQL 语句。

4. **执行 SQL 语句：**
- 调用 `Statement` 或 `PreparedStatement` 对象的 `executeQuery(sql)` 或 `executeUpdate(sql)` 方法执行 SQL 查询或更新操作。

5. **处理结果集（仅查询时）：**
- 如果执行的是查询操作，通过 `ResultSet` 对象获取查询结果。可以使用 `while (resultSet.next())` 循环遍历结果集。

6. **关闭资源：**
- 在使用完数据库连接和其他 JDBC 对象后，要及时关闭这些对象，以释放资源。使用 `close()` 方法关闭连接、语句和结果集对象。

以下是一个简单的 JDBC 操作数据库的示例代码：

```java
import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.Statement;

public class JdbcExample {
public static void main(String[] args) {
try {
// 加载数据库驱动程序
Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");

// 建立数据库连接
String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/mydatabase";
String username = "root";
String password = "password";
Connection connection = DriverManager.getConnection(url, username, password);

// 创建 Statement 对象
Statement statement = connection.createStatement();

// 执行 SQL 查询
String query = "SELECT * FROM mytable";
ResultSet resultSet = statement.executeQuery(query);

// 处理结果集
while (resultSet.next()) {
// 处理每一行数据
String column1 = resultSet.getString("column1");
int column2 = resultSet.getInt("column2");
System.out.println(column1 + ", " + column2);
}

// 关闭资源
resultSet.close();
statement.close();
connection.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
```

注意：在实际应用中，为了更好地处理异常、资源关闭等情况，建议使用 `try-with-resources` 语句或手动在 `finally` 块中关闭资源。

（1）简述 UDP和TCP数据传输的区别。

UDP（User Datagram Protocol）和TCP（Transmission Control Protocol）是两种不同的传输层协议，它们在数据传输方面有一些重要的区别：

1. **连接性：**
- **TCP：** 面向连接的协议，使用三次握手建立连接，确保数据的可靠传输，保证数据的顺序性。有连接的概念，数据传输前需要先建立连接，然后再进行数据传输，传输完毕后需要释放连接。
- **UDP：** 无连接的协议，不需要在发送数据前建立连接，也不需要在传输结束后释放连接。每个数据包（数据报）都是独立的，互相之间没有关联。

2. **可靠性：**
- **TCP：** 提供可靠的数据传输，通过序列号、确认和重传机制来确保数据的可靠性。如果数据包丢失或损坏，TCP 会负责重新发送数据。
- **UDP：** 不提供可靠性，数据传输是不可靠的。UDP 不会对数据进行确认或重传，因此可能会出现丢失或乱序的情况。

3. **传输效率：**
- **TCP：** 传输效率相对较低，因为它保证了数据的可靠性和顺序性，这会增加一些额外的开销。适用于要求可靠性和有序性的场景，如文件传输、网页访问等。
- **UDP：** 传输效率较高，因为它不关心数据的可靠性和顺序性，直接将数据发送出去。适用于实时性要求较高的场景，如音视频流、实时游戏等。

4. **连接数：**
- **TCP：** 面向连接的协议，一对一通信，每一次通信都需要建立连接，连接数量有一定限制。
- **UDP：** 无连接的协议，支持一对一、一对多、多对一和多对多通信，连接数量更加灵活。

5. **头部开销：**
- **TCP：** 头部开销较大，包含序列号、确认号、窗口大小等信息，以保证可靠性和有序性。
- **UDP：** 头部开销较小，只包含基本的源端口、目标端口、长度和校验和等信息。

总体来说，选择 TCP 还是 UDP 取决于具体的应用场景和需求。如果需要可靠的数据传输和顺序性，可以选择 TCP；如果追求更高的传输效率，可以选择 UDP。在某些应用中，也会使用两者结合的方式，例如在实时通信中，使用 UDP 传输音视频流，同时使用 TCP 传输控制信息。

（2）简述TCP数据传输过程。

TCP（Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议。以下是 TCP 数据传输的基本过程：

1. **建立连接（三次握手）：**
- **客户端发送SYN（同步）包给服务器：** 客户端想要和服务器建立连接，发送一个带有SYN标志的数据包给服务器。
- **服务器收到SYN包并发送确认ACK（确认）和SYN包：** 服务器接收到客户端的SYN包后，确认收到，并向客户端发送一个带有SYN和ACK标志的数据包。
- **客户端发送确认ACK包给服务器：** 客户端收到服务器的SYN和ACK包后，向服务器发送一个确认ACK包。至此，连接建立完成。


2. **数据传输：**
- 数据传输阶段是建立连接后的正常数据交换阶段。
- 客户端和服务器可以互相发送数据包，这些数据包包含应用层的数据，由TCP负责分段、封装和传输。

3. **连接的释放（四次挥手）：**
- **客户端发送FIN（结束）包给服务器：** 客户端希望关闭连接，发送一个带有FIN标志的数据包给服务器。
- **服务器收到FIN包并发送确认ACK包：** 服务器接收到客户端的FIN包后，发送一个带有ACK标志的确认数据包。
- **服务器发送FIN包给客户端：** 服务器也希望关闭连接，向客户端发送一个带有FIN标志的数据包。
- **客户端收到FIN包并发送确认ACK包：** 客户端接收到服务器的FIN包后，发送一个带有ACK标志的确认数据包。至此，连接关闭。


在整个过程中，TCP使用序列号、确认号、窗口大小、校验和等机制来确保数据的可靠性、有序性和流量控制。这样的机制使得TCP能够在不可靠的网络环境中提供稳定可靠的数据传输服务。

 

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