Java Precisely, third edition (The MIT Press)

212 Pages·2016·2.69 MB·English

by  Peter Sestoft

Java Precisely
Third Edition

Peter Sestoft
Java Precisely
Third Edition
TheMITPress
Cambridge,Massachusetts
London,England
(cid:2)c 2016MassachusettsInstituteofTechnology
Allrightsreserved.Nopartofthisbookmaybereproducedinanyformbyanyelectronicormechanical
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America.
LibraryofCongressCataloging-in-PublicationData
Names:Sestoft,Peter.
Title: Javaprecisely/PeterSestoft.
Description:Thirdedition. |Cambridge,MA:TheMITPress,[2016]|Includesbibliographicalreferences
andindex.
Identifiers:LCCN2015038522|ISBN9780262529075(pbk.:alk. paper)
Subjects:LCSH:Java(Computerprogramlanguage)
Classification: LCCQA76.73.J38S4352015|DDC005.13/3–dc23LCrecordavailableat
http://lccn.loc.gov/2015038522
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Contents
Preface xi
NotationalConventions xii
1 RunningJava:Compilation,Loading,andExecution 2
2 NamesandReservedNames 2
3 JavaNamingConventions 2
4 CommentsandProgramLayout 2
5 Types 4
5.1 PrimitiveTypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
5.2 ReferenceTypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
5.3 ArrayTypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
5.4 Boxing:WrappingPrimitiveTypesasReferenceTypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
5.5 SubtypesandCompatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
5.6 SignaturesandSubsumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
5.7 TypeConversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
6 Variables,Parameters,Fields,andScope 8
6.1 ValuesBoundtoVariables,Parameters,orFields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
6.2 VariableDeclarations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
6.3 ScopeofVariables,Parameters,andFields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
7 Strings 10
7.1 StringFormatting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
8 Arrays 16
8.1 ArrayCreationandAccess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
8.2 ArrayInitializers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
8.3 MultidimensionalArrays. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
8.4 TheUtilityClassArrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
9 Classes 22
9.1 ClassDeclarationsandClassBodies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
9.2 Top-LevelClasses,NestedClasses,MemberClasses,andLocalClasses . . . . . . . . . . . . 22
9.3 ClassModifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
9.4 TheClassModifierspublic,final,abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
9.5 Subclasses,Superclasses,ClassHierarchy,Inheritance,andOverriding . . . . . . . . . . . . 24
9.6 FieldDeclarationsinClasses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
9.7 TheMemberAccessModifiersprivate,protected,public . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
9.8 MethodDeclarations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
9.9 ParameterArraysandVariable-ArityMethods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
vi Contents
9.10 ConstructorDeclarations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
9.11 NestedClasses,MemberClasses,LocalClasses,andInnerClasses . . . . . . . . . . . . . . 32
9.12 AnonymousClasses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
9.13 InitializerBlocks,FieldInitializers,andInitializers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
10 ClassesandObjectsintheComputer 34
10.1 WhatIsaClass? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
10.2 WhatIsanObject? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
10.3 InnerObjects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
11 Expressions 36
11.1 TableofExpressionForms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
11.2 ArithmeticOperators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
11.3 LogicalOperators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
11.4 BitwiseOperatorsandShiftOperators. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
11.5 AssignmentExpressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
11.6 ConditionalExpressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
11.7 ObjectCreationExpressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
11.8 InstanceTestExpressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
11.9 FieldAccessExpressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
11.10 TheCurrentObjectReferencethis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
11.11 TypeCastExpression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
11.12 MethodCallExpressions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
11.13 LambdaExpressions(Java8.0) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
11.14 MethodReferenceExpressions(Java8.0) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
12 Statements 52
12.1 ExpressionStatements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
12.2 BlockStatements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
12.3 TheEmptyStatement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
12.4 ChoiceStatements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
12.5 LoopStatements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
12.6 Returns,LabeledStatements,Exits,andExceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
12.7 TheTry-with-ResourcesStatement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
12.8 TheassertStatement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
13 Interfaces 66
13.1 InterfaceDeclarations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
13.2 ClassesImplementingInterfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
13.3 DefaultandStaticMethodsonInterfaces(Java8.0) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
13.4 AnnotationTypeDeclarations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
14 EnumTypes 70
15 Exceptions,CheckedandUnchecked 72
16 Compilation,SourceFiles,ClassNames,andClassFiles 74
Contents vii
17 PackagesandJarFiles 74
18 MathematicalFunctions 76
19 StringBuildersandStringBuffers 78
20 Threads,ConcurrentExecution,andSynchronization 80
20.1 ThreadsandConcurrentExecution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
20.2 LocksandthesynchronizedStatement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
20.3 OperationsonThreads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
20.4 OperationsonLockedObjects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
20.5 TheJavaMemoryModelandVisibilityAcrossThreads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
21 GenericTypesandMethods 88
21.1 Generics:Safety,Generality,andEfficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
21.2 GenericTypes,TypeParameters,andTypeInstances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
21.3 HowCanTypeInstancesBeUsed? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
21.4 GenericClasses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
21.5 ConstraintsonTypeParameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
21.6 HowCanTypeParametersBeUsed? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
21.7 GenericInterfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
21.8 GenericMethods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
21.9 WildcardTypeArguments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
21.10 TheRawType . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
21.11 TheImplementationofGenericTypesandMethods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
22 GenericCollectionsandMaps 102
22.1 InterfaceCollection<T> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
22.2 InterfaceList<T>andItsImplementationsLinkedList<T>andArrayList<T> . . . . . . . . . 105
22.3 InterfaceSet<T>andItsImplementationsHashSet<T>andLinkedHashSet<T>. . . . . . . . 106
22.4 InterfaceSortedSet<T>andImplementationTreeSet<T> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
22.5 InterfaceMap<K,V>andImplementationHashMap<K,V> . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
22.6 InterfaceSortedMap<K,V>andImplementationTreeMap<K,V> . . . . . . . . . . . . . . . 110
22.7 GoingthroughaCollection:InterfacesIterator<T>andIterable<T> . . . . . . . . . . . . . . 112
22.8 InterfaceListIterator<T> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
22.9 Equality,HashCodes,andComparison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
22.10 TheComparator<T>Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
22.11 TheUtilityClassCollections. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
22.12 ChoosingtheRightCollectionClassorMapClass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
23 FunctionalInterfaces(Java8.0) 122
23.1 FunctionalProgramming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
23.2 GenericFunctionalInterfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
23.3 Primitive-TypeSpecializedFunctionalInterfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
23.4 CovarianceandContravarianceinFunctionalInterfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
23.5 InterfaceFunction<T,R> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
23.6 InterfaceUnaryOperator<T>. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
viii Contents
23.7 InterfacesPredicate<T>andBiPredicate<T,U> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
23.8 InterfacesConsumer<T>andBiConsumer<T,U> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
23.9 InterfaceSupplier<T> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
23.10 InterfaceBiFunction<T,U,R> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
23.11 InterfaceBinaryOperator<T> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
24 StreamsforBulkData(Java8.0) 132
24.1 CreatingStreams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
24.2 StreamBuilders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
24.3 MethodsonStreams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
24.4 NumericStreams:DoubleStream,IntStream,andLongStream . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
24.5 SummaryStatisticsforNumericStreams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
24.6 CollectorsonStreams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
25 ClassOptional<T>(Java8.0) 146
26 InputandOutput 148
26.1 CreatinganIOStreamfromAnotherOne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
26.2 KindsofInputandOutputMethods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
26.3 Imports,Exceptions,ThreadSafety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
26.4 SequentialCharacterInput:Readers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
26.5 SequentialCharacterOutput:Writers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
26.6 PrintingPrimitiveDatatoaCharacterStream:PrintWriter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
26.7 TheAppendableInterfaceandtheCharSequenceInterface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
26.8 ReadingPrimitiveDatafromaCharacterStream:StreamTokenizer . . . . . . . . . . . . . . 156
26.9 SequentialByteInput:InputStream . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
26.10 SequentialByteOutput:OutputStream . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
26.11 BinaryInput-OutputofPrimitiveData:DataInputandDataOutput . . . . . . . . . . . . . . . 160
26.12 SerializationofObjects:ObjectInputandObjectOutput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
26.13 BufferedInputandOutput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
26.14 RandomAccessFiles: RandomAccessFile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
26.15 Files,Directories,andFileDescriptors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
26.16 ThreadCommunication:PipedInputStreamandPipedOutputStream . . . . . . . . . . . . . . 168
26.17 SocketCommunication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
27 Reflection 172
27.1 ReflectiveUseofTypes:TheClass<T>Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
27.2 Reflection: TheFieldClass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
27.3 Reflection: TheMethodClassandtheConstructor<T>Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
27.4 ExceptionsThrownWhenUsingReflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
28 MetadataAnnotations 176
29 WhatIsNewinJava8.0 178
References 180
Contents ix
Index 181