Java. Najlepsze rozwiązania zadań programistycznych. Receptury. Wydanie IV - ebook

Java jest jednym z najpopularniejszych języków programowania. Równocześnie należy do najbardziej innowacyjnych technologii informatycznych; zawsze stanowiła awangardę. Programiści cenią Javę za dojrzałość, bezpieczeństwo i wszechstronność. Jednak nawet tak znakomity język niekiedy przysparza problemów podczas pracy. Mogą się one okazać całkiem proste do rozwiązania, jeśli tylko wiadomo, jak się do tego zabrać.

Oto zbiór aktualnych i kompletnych receptur instruktażowych, z których każda pomaga w rozwiązaniu konkretnego problemu. Wszystkie zostały starannie przetestowane i wielokrotnie udowodniły swoją przydatność. Każdą poprzedzono krótkim wprowadzeniem i omówieniem zastosowanych mechanizmów działania. Ta książka nie jest klasycznym podręcznikiem programowania, jednak z pewnością przyśpieszy praktyczne wykorzystanie możliwości Javy. Wśród receptur znalazł się szeroki zakres zagadnień, od podstawowych operacji na ciągach znaków, poprzez programowanie funkcyjne, po komunikację sieciową, rozwiązania big data i współdziałanie z kodem napisanym w innych językach. W tym wydaniu uwzględniono zmiany wprowadzone w wersjach Javy 12, 13 i 14.

W książce między innymi:

• kompilacja kodu, uruchamianie i debugowanie oraz pakowanie klas Javy
• praca z tekstem, wyrażenia regularne i wzorce
• programowanie obiektowe i funkcyjne oraz programowanie sieciowe
• format JSON i wymiana danych
• wielowątkowość i współbieżność
• big data i Java

Java: najlepsze rozwiązania najważniejszych zadań!

Wstęp 13

1. Rozpoczynanie pracy: kompilacja i uruchamianie 27

• 1.0. Wprowadzenie 27
• 1.1. Kompilacja i uruchamianie programów napisanych w Javie - JDK 28
• 1.2. Kompilacja i uruchamianie: stosowanie GraalVM dla lepszej wydajności 30
• 1.3. Kompilacja, uruchamianie i testowanie programów przy użyciu IDE 32
• 1.4. Poznawanie Javy przy wykorzystaniu JShell 36
• 1.5. Efektywne wykorzystanie zmiennej środowiskowej CLASSPATH 39
• 1.6. Pobieranie przykładów dołączonych do tej książki i korzystanie z nich 41
• 1.7. Automatyzacja zależności, kompilacji, testowania i wdrażania przy użyciu programu Apache Maven 49
• 1.8. Automatyzacja zależności, kompilacji, testowania i wdrażania przy użyciu programu Gradle 53
• 1.9. Komunikaty o odrzuconych metodach 55
• 1.10. Zapewnianie poprawności kodu za pomocą testów jednostkowych: JUnit 57
• 1.11. Zarządzanie kodem z wykorzystaniem ciągłej integracji 60
• 1.12. Uzyskiwanie czytelnych komunikatów o wyjątkach 65
• 1.13. Poszukiwanie przykładowych kodów źródłowych 66
• 1.14. Poszukiwanie gotowych bibliotek Javy 67

2. Interakcja ze środowiskiem 71

• 2.0. Wprowadzenie 71
• 2.1. Pobieranie wartości zmiennych środowiskowych 71
• 2.2. Pobieranie informacji z właściwości systemowych 72
• 2.3. Stosowanie kodu zależnego od używanej wersji JDK lub systemu operacyjnego 74
• 2.4. Stosowanie rozszerzających interfejsów programistycznych lub innych API 79
• 2.5. Stosowanie systemu modułów Javy 80

3. Łańcuchy znaków i przetwarzanie tekstów 85

• 3.0. Wprowadzenie 85
• 3.1. Odczytywanie fragmentów łańcucha 88
• 3.2. Łączenie łańcuchów znaków przy użyciu klasy StringBuilder 93
• 3.3. Przetwarzanie łańcucha znaków po jednej literze 95
• 3.4. Wyrównywanie łańcuchów znaków 97
• 3.5. Konwersja pomiędzy znakami Unicode a łańcuchami znaków 100
• 3.6. Odwracanie kolejności słów lub znaków w łańcuchu 103
• 3.7. Rozwijanie i kompresja znaków tabulacji 104
• 3.8. Kontrola wielkości liter 108
• 3.9. Wprowadzanie znaków niedrukowalnych 109
• 3.10. Usuwanie odstępów z końca łańcucha 111
• 3.11. Tworzenie komunikatów z użyciem zasobów wielojęzycznych 113
• 3.12. Stosowanie konkretnych ustawień lokalnych 116
• 3.13. Tworzenie wiązki zasobów 117
• 3.14. Program - proste narzędzie do formatowania tekstów 118
• 3.15. Program - fonetyczne porównywanie nazwisk 121

4. Dopasowywanie wzorców przy użyciu wyrażeń regularnych 125

• 4.0. Wprowadzenie 125
• 4.1. Składnia wyrażeń regularnych 127
• 4.2. Wykorzystanie wyrażeń regularnych w języku Java - sprawdzanie występowania wzorca 134
• 4.3. Odnajdywanie tekstu pasującego do wzorca 138
• 4.4. Zastępowanie określonego tekstu 140
• 4.5. Wyświetlanie wszystkich wystąpień wzorca 143
• 4.6. Wyświetlanie wierszy zawierających fragment pasujący do wzorca 145
• 4.7. Kontrola wielkości znaków w metodach match() i subst() 147
• 4.8. Dopasowywanie znaków z akcentami lub znaków złożonych 148
• 4.9. Odnajdywanie znaków nowego wiersza 149
• 4.10. Program - analiza dziennika serwera Apache 151
• 4.11. Program - pełna wersja programu grep 153

5. Liczby 159

• 5.0. Wprowadzenie 159
• 5.1. Sprawdzanie, czy łańcuch znaków stanowi poprawną liczbę 162
• 5.2. Konwertowanie liczb na obiekty i na odwrót 163
• 5.3. Pobieranie ułamka z liczby całkowitej bez konwertowania go na postać zmiennoprzecinkową 164
• 5.4. Stosowanie liczb zmiennoprzecinkowych 166
• 5.5. Formatowanie liczb 170
• 5.6. Konwersje pomiędzy różnymi systemami liczbowymi -dwójkowym, ósemkowym, dziesiętnym i szesnastkowym 174
• 5.7. Operacje na grupie liczb całkowitych 175
• 5.8. Formatowanie z zachowaniem odpowiedniej postaci liczby mnogiej 177
• 5.9. Generowanie liczb losowych 179
• 5.10. Mnożenie macierzy 182
• 5.11. Operacje na liczbach zespolonych 184
• 5.12. Obsługa liczb o bardzo dużych wartościach 187
• 5.13. Program TempConverter 189
• 5.14. Program - generowanie liczbowych palindromów 191

6. Daty i godziny 195

• 6.0. Wprowadzenie 195
• 6.1. Określanie bieżącej daty 198
• 6.2. Wyświetlanie daty i czasu w zadanym formacie 200
• 6.3. Konwersja liczb określających datę i czas oraz liczbę sekund 202
• 6.4. Analiza łańcuchów znaków i ich zamiana na daty 203
• 6.5. Obliczanie różnicy pomiędzy dwiema datami 204
• 6.6. Dodawanie i odejmowanie dat 206
• 6.7. Obsługa zdarzeń cyklicznych 207
• 6.8. Obliczanie dat z uwzględnieniem stref czasowych 209
• 6.9. Stosowanie starych klas Date i Calendar 210

7. Strukturalizacja danych w języku Java 213

• 7.0. Wprowadzenie 213
• 7.1. Strukturalizacja danych przy użyciu tablic 214
• 7.2. Modyfikacja wielkości tablic 216
• 7.3. Framework kolekcji 217
• 7.4. Klasa podobna do tablicy, lecz bardziej dynamiczna 219
• 7.5. Stosowanie typów ogólnych we własnych klasach 222
• 7.6. Jak przeglądać zawartość kolekcji? Wyliczenie dostępnych sposobów 226
• 7.7. Unikanie powtórzeń dzięki zastosowaniu zbioru 229
• 7.8. Strukturalizacja danych z wykorzystaniem list połączonych 230
• 7.9. Odwzorowywanie z wykorzystaniem klas Hashtable oraz HashMap 235
• 7.10. Zapisywanie łańcuchów znaków w obiektach Properties i Preferences 237
• 7.11. Sortowanie kolekcji 242
• 7.12. Unikanie konieczności sortowania danych 246
• 7.13. Odnajdywanie obiektu w kolekcji 248
• 7.14. Zamiana kolekcji na tablicę 251
• 7.15. Zapewnianie możliwości przeglądania danych przy użyciu iteratora 252
• 7.16. Używanie stosu obiektów 254
• 7.17. Struktury wielowymiarowe 257
• 7.18. Upraszczanie obiektów danych przy wykorzystaniu bibliotek Lombok lub Record 259
• 7.19. Program - porównanie szybkości działania 262

8. Techniki obiektowe 265

• 8.0. Wprowadzenie 265
• 8.1. Metody klasy Object - formatowanie obiektów przyużyciu metody toString() i porównywanie ich metodą equals() 268
• 8.2. Wykorzystanie klas wewnętrznych 275
• 8.3. Tworzenie metod zwrotnych z wykorzystaniem interfejsów 278
• 8.4. Polimorfizm i metody abstrakcyjne 282
• 8.5. Wartości wyliczeniowe bezpieczne dla typów 283
• 8.6. Unikanie wyjątków NPE z użyciem klasy Optional 287
• 8.7. Wymuszanie użycia wzorca Singleton 289
• 8.8. Zgłaszanie własnych wyjątków 291
• 8.9. Wstrzykiwanie zależności 293
• 8.10. Program Plotter 296

9. Techniki programowania funkcyjnego: interfejsy funkcyjne, strumienie i kolekcje równoległe 301

• 9.0. Wprowadzenie 301
• 9.1. Stosowanie wyrażeń lambda lub domknięć zamiast klas wewnętrznych 304
• 9.2. Stosowanie predefiniowanych interfejsów lambda zamiast własnych 307
• 9.3. Upraszczanie przetwarzania z wykorzystaniem interfejsu Stream 311
• 9.4. Upraszczanie strumieni przy użyciu kolektorów 312
• 9.5. Poprawianie przepustowości dzięki wykorzystaniu strumieni i kolekcji równoległych 315
• 9.6. Używanie istniejącego kodu w sposób funkcyjny dzięki wykorzystaniu odwołań do metod 317
• 9.7. Wstawianie istniejącego kodu metod 321

10. Wejście i wyjście: odczyt, zapis i sztuczki z katalogami 323

• 10.0. Wprowadzenie 323
• 10.1. Klasy InputStream/OutputStream oraz Reader/Writer 325
• 10.2. Odczytywanie pliku tekstowego 327
• 10.3. Odczytywanie informacji ze standardowego strumienia wejściowego bądź z konsoli/terminala 329
• 10.4. Wyświetlanie tekstów przy użyciu klasy Formatter i metody printf 334
• 10.5. Analiza zawartości pliku przy użyciu klasy StringTokenizer 338
• 10.6. Analiza danych wejściowych przy użyciu klasy Scanner 342
• 10.7. Analiza danych wejściowych o strukturze gramatycznej 345
• 10.8. Kopiowanie pliku 349
• 10.9. Zmiana skojarzeń standardowych strumieni 350
• 10.10. Powielanie strumienia podczas realizacji operacji zapisu; zmiana skojarzeń standardowych strumieni 351
• 10.11. Odczyt i zapis danych zakodowanych w innym zbiorze znaków 354
• 10.12. Te kłopotliwe znaki końca wiersza 356
• 10.13. Kod operujący na plikach w sposób zależny od systemu operacyjnego 356
• 10.14. Odczytywanie i zapisywanie danych binarnych 358
• 10.15. Odczytywanie i zapisywanie danych w archiwach JAR oraz ZIP 358
• 10.16. Odnajdywanie plików w sposób niezależny odsystemu operacyjnego przy użyciu metod getResource() igetResourceAsStream() 362
• 10.17. Pobieranie informacji o pliku 364
• 10.18. Tworzenie nowego pliku lub katalogu 371
• 10.19. Zmiana nazwy pliku lub jego atrybutów 372
• 10.20. Usuwanie plików 375
• 10.21. Tworzenie plików tymczasowych 377
• 10.22. Tworzenie listy zawartości katalogu 379
• 10.23. Pobieranie katalogów głównych 380
• 10.24. Stosowanie usługi WatchService do uzyskiwania informacji o zmianach pliku 382
• 10.25. Zapisywanie danych użytkownika na dysku 384
• 10.26. Program Find - poruszanie się po drzewie katalogów 388

11. Nauka o danych i język R 393

• 11.1. Uczenie maszynowe z użyciem Javy 394
• 11.2. Stosowanie danych w Apache Spark 395
• 11.3. Interaktywne stosowanie R 398
• 11.4. Porównanie i wybór implementacji R 400
• 11.5. Używanie R w aplikacjach Javy: Renjin 401
• 11.6. Stosowanie kodu Javy w sesji R 403
• 11.7. Stosowanie FastR - implementacji R korzystającej z GraalVM 405
• 11.8. Stosowanie R w aplikacjach internetowych 406

12. Klienty sieciowe 409

• 12.0. Wprowadzenie 409
• 12.1. Internetowy klient HTTP/REST 412
• 12.2. Nawiązywanie połączenia z serwerem z użyciem gniazd 414
• 12.3. Odnajdywanie adresów sieciowych i zwracanie informacji o nich 415
• 12.4. Obsługa błędów sieciowych 417
• 12.5. Odczyt i zapis danych tekstowych 418
• 12.6. Odczyt i zapis danych binarnych 420
• 12.7. Datagramy UDP 423
• 12.8. URI, URL czy może URN? 426
• 12.9. Program - klient TFTP wykorzystujący protokół UDP 427
• 12.10. Program - klient pogawędek internetowych używający gniazd 432
• 12.11. Program - sprawdzanie odnośników HTTP 436

13. Programy Javy działające na serwerze 439

• 13.0. Wprowadzenie 439
• 13.1. Tworzenie serwera 440
• 13.2. Znajdowanie interfejsów sieciowych 443
• 13.3. Zwracanie odpowiedzi (łańcucha znaków bądź danych binarnych) 444
• 13.4. Zwracanie informacji o obiektach przez połączenie sieciowe 448
• 13.5. Obsługa wielu klientów 449
• 13.6. Serwer obsługujący protokół HTTP 454
• 13.7. Zabezpieczanie serwera WWW przy użyciu SSL i JSSE 456
• 13.8. Tworzenie usługi typu RESTful z użyciem JAX-RS 459
• 13.9. Rejestracja operacji sieciowych 462
• 13.10. Konfiguracja i stosowanie SLF4J 463
• 13.11. Rejestracja przez sieć przy użyciu Log4j 466
• 13.12. Rejestracja przez sieć przy użyciu pakietu java.util.logging 471

14. Przetwarzanie danych w formacie JSON 475

• 14.0. Wprowadzenie 475
• 14.1. Bezpośrednie generowanie danych w formacie JSON 477
• 14.2. Analiza i zapisywanie danych JSON przy użyciu pakietu Jackson 478
• 14.3. Analiza i zapis danych w formacie JSON przy użyciu pakietu org.json 480
• 14.4. Analiza i zapis danych w formacie JSON przy użyciu biblioteki JSON-B 481
• 14.5. Znajdowanie elementów danych w formacie JSON przy użyciu wskaźników 483

15. Pakiety i ich tworzenie 487

• 15.0. Wprowadzenie 487
• 15.1. Tworzenie pakietu 488
• 15.2. Tworzenie dokumentacji klas przy użyciu programu Javadoc 490
• 15.3. Więcej niż Javadoc - adnotacje i metadane 494
• 15.4. Tworzenie klasy w taki sposób, by była komponentem JavaBeans 496
• 15.5. Umieszczanie pakietów w plikach JAR 500
• 15.6. Wykonywanie programu spakowanego w pliku JAR 501
• 15.7. Pakowanie komponentów warstwy internetowej do pliku WAR 503
• 15.8. Tworzenie mniejszego pakietu dystrybucyjnego przy użyciu programu jlink 504
• 15.9. Stosowanie JPMS do tworzenia modułów 506

16. Stosowanie wątków w Javie 509

• 16.0. Wprowadzenie 509
• 16.1. Uruchamianie kodu w innym wątku 511
• 16.2. Animacja - wyświetlanie poruszających się obrazów 515
• 16.3. Zatrzymywanie działania wątku 519
• 16.4. Spotkania i ograniczenia czasowe 522
• 16.5. Synchronizacja wątków przy użyciu słowa kluczowego synchronized 523
• 16.6. Upraszczanie synchronizacji przy użyciu blokad 529
• 16.7. Upraszczanie programu producent-konsument przy użyciu interfejsu Queue 533
• 16.8. Optymalizacja działania równoległego przy użyciu Fork/Join 535
• 16.9. Planowanie zadań: operacje w przyszłości, zapis danych w tle w programach edycyjnych 539

17. Introspekcja lub "klasa o nazwie Class" 543

• 17.0. Wprowadzenie 543
• 17.1. Pobieranie deskryptora klasy 544
• 17.2. Określanie oraz stosowanie metod i pól 545
• 17.3. Uzyskiwanie dostępu do prywatnych pól i metod za pomocą introspekcji 549
• 17.4. Dynamiczne ładowanie i instalowanie klas 550
• 17.5. Tworzenie nowej klasy od podstaw przy użyciu obiektu ClassLoader 552
• 17.6. Tworzenie nowej klasy od podstaw z użyciem kompilatora Javy 554
• 17.7. Określanie efektywności działania 557
• 17.8. Wyświetlanie informacji o klasie 561
• 17.9. Wyświetlanie klas należących do pakietu 563
• 17.10. Stosowanie i definiowanie adnotacji 565
• 17.11. Zastosowanie adnotacji do odnajdywania klas pełniących rolę wtyczek 570
• 17.12. Program CrossRef 573

18. Wykorzystywanie Javy wraz z innymi językami programowania 577

• 18.0. Wprowadzenie 577
• 18.1. Uruchamianie zewnętrznego programu 578
• 18.2. Wykonywanie programu i przechwytywanie jego wyników 582
• 18.3. Wywoływanie kodu napisanego w innych językach przy użyciu javax.script 586
• 18.4. Łączenie różnych języków z użyciem GraalVM 588
• 18.5. Łączenie języków Java i Perl 590
• 18.6. Dołączanie kodu rodzimego 593
• 18.7. Wywoływanie kodu Javy z kodu rodzimego 599

Posłowie 603

A. Java kiedyś i obecnie 605