Java基礎總結

Java基礎

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面向對象的特性

• 封裝，將程序實現的細節隱藏起來，公開的方法顯示對象的功能。
• 繼承，子類繼承父類後，具有父類的功能和屬性，避免代碼重複。
• 多態，父類可以聲明子類，運行時依然保持子類的特徵。

Java與C++的區別

1 Java是解釋型語言，一次編譯到處運行，Java首先需要將代碼編譯爲字節碼文件，之後由虛擬機解釋執行，C++爲編譯型語言，則編譯時將代碼編譯爲機器指令，機器可以直接運行效率高但是不能跨平臺。

2 Java不具有指針的概念，由虛擬機負責管理內存，消除了野指針帶來的影響，C++可以使用指針操作內存，程序運行有風險。

3 Java不需要程序員釋放內存，釋放內存的操作由虛擬機的垃圾回收來完成，C++需要在使用完對象後析構函數釋放內存。

4 Java不支持多繼承，但提供了接口，可以實現多個接口，C++支持多繼承的語法。

初始化順序

Java的類加載過程決定了初始化的順序，靜態對象或者代碼加載過一次之後就不再進行加載，如果類未曾被虛擬機加載過，則按照以下順序加載：

1 父類的靜態對象和靜態代碼

2 子類的靜態對象和靜態代碼

3 父類的非靜態對象和代碼

4 父類的構造器

5 子類的非靜態對象和代碼

6 子類的構造器

權限訪問控制

Java中採用了4個關鍵字進行類、方法、變量的權限控制，分別爲：

• public 可以被所有類訪問
• protected 同一個包下的類或者不同包下的子類
• default 在同一個包下的類訪問
• private 只能在同一個類中訪問

深複製、淺複製

• 淺複製只會複製對象的基本數據類型，對象如果存在引用的話只複製地址，當拷貝的對象改變引用中的基本數據類型時，被拷貝的對象的基本數據類型也會變化。
• 深複製需要將基本數據類型和引用類型中的所有數據均複製，兩個對象進行任何操作時不會相互影響。

反射機制

通過class.forname()可以獲取其他對象的類信息、方法信息以及變量信息，通過反射可以創建類的對象，調用對象方法等操作。

多態

多態分爲編譯時多態和運行時多態，分別通過重載和重寫實現的，重載在同一個類中實現，同一個方法可以具有不用的參數類型或者個數，而重寫指的是子類對父類重寫，子類可以獲取父類的方法和屬性，父類聲明的子類對象在編譯時爲父類類型，但在運行時爲調用子類的方法。

抽象和接口

• 抽象可以有自己的普通方法，而且可以聲明權限，接口只能包括抽象方法，子類在繼承抽象類或者實現接口時都需要實現抽象方法。
• 抽象中的變量權限範圍更加廣泛，接口中只能爲public final static類型的變量，在之後的版本中加入了default控制。
• 一個類只能繼承一個抽象類，但可以實現多個接口。
• 在設計理念上，接口反應的是like a的關係，而抽象指的是is a的關係。

內部類

內部類主要包括四種，分別爲靜態內部類，非靜態內部類，局部內部類，匿名類。

this super

this用來指代當前類的對象實例，super可以調用父類的方法。分別可以用於重載和重寫中。

final

final可以用來修飾成員變量，表示該變量不可修改，修飾成員方法則代表該方法不可以被重寫，修飾類則表明該類不能被繼承。

instanceof

instanceof是一個運算符，不是關鍵字，用於判斷前者實例是否爲後者類的子類對象。

基本數據類型

基本數據類型包括char、byte、short、int、double、float、long、boolean八種類型

基本類型	所佔字節	範圍
byte	1	-2^7~2*7-1
char	2	0~2^16-1
short	2	-2^15~2*15-1
int	4	-2^31~2*31-1
float	4	32位單精度
double	8	64位雙精度
long	8	-2^63~2*63-1

自動裝箱

自動裝箱是Java引入的語法糖，方便了引用與基本類型的轉換操作，可以將基本數據直接賦值給該數據類型的包裝類，即完成了自動裝箱操作，反之，也可以將包裝類型的數據賦值給基本類型的變量，即完成了拆箱操作。由於裝箱過程的底層實現原因，Integer範圍在[-128-127]的數值，不會創建新的對象，此範圍的的數值比較時返回爲true，而此範圍之外的數值比較返回值爲false。

類型轉換

類型轉換主要分爲兩種，自動類型轉換和強制類型轉換

範圍低的數據類型向範圍高的數據類型轉換時，發生自動類型轉換，未補滿的位置爲0

範圍高的數據類型向範圍低的數據類型轉換時，發生強制類型轉換，多餘的位強制丟棄

編碼方式

Java的編碼方式爲Unicode，每個字符佔有2個字節，範圍爲0-2*16-1，String是由char組成的，但是中英文所佔的字節不相同，中文佔用兩個字節，英文佔用一個字節。

euqals和hashcode

equals和hashcode都是Object類的默認方法，它們都是用來比較兩個類是否相同，兩個對象equals方法返回值爲true時，hashcode返回值也一定爲true，但是如果hashcode方法返回爲true時，equals方法返回值不一定爲true。hashcode()方法主要用於解決Java中的集合問題，向一個集合中添加元素時，判斷其中是否已經有一個同樣的值如果用equals方法遍歷耗費時間，所以採用hash結構存儲數據，可以減少查詢時間。

當重寫equals方法時，同時也需要重寫hashcode方法。

String StringBuffer StringBuilder

String是不可變類，當對象被創建後，字符串的值不能再改變。

StringBuffer是可變類，用於多線程下操作大量數據。

StringBuilder也是可變類，用於單線程下操作大量數據。

Error和Exception

異常主要分爲檢查型異常和非檢查型異常，檢查型異常在編譯器階段就會檢測出來，而非檢查型異常需要等到程序運行時才能檢測，主要分爲Error和Exception，Error是系統錯誤包括內存溢出，棧溢出等，程序無法控制，而Exception是程序可以控制的，出現異常時可能爲數組越界異常、空指針異常、參數類型錯誤異常、運算錯誤異常等。

字節流和字符流

文件傳輸時可以採用兩種方式傳輸，以字節的方式傳遞，主要繼承InputStream和OutputStream，以字符的方式傳遞，主要繼承Reader和Writer。

NIO BIO AIO

BIO是同步阻塞的IO，一個線程需要請求數據時，如果數據未能及時返回，則一直處於等待狀態。
NIO是同步非阻塞的，一個線程需要請求數據時，如果數據未能及時返回，則會將現在的狀態返回該線程，線程則不斷髮出請求直到返回數據。
BIO是異步非阻塞的，當一個線程請求數據時，可以先完成其他的任務，當數據返回時，發送給線程數據返回完成的狀態。

NIO操作面向緩衝區，數據從Channel讀取到Buffer緩衝區，隨後在Buffer中處理數據。NIO主要包括三個組件：

• buffer，當寫入數據到buffer中時，buffer會記錄已經寫入的數據大小。當需要讀數據時，通過flip()方法把buffer從寫模式調整爲讀模式；在讀模式下，可以讀取所有已經寫入的數據。當讀取完數據後，需要清空buffer，以滿足後續寫入操作。
• channel，提供map()方法可以將文件映射到內存也就是buffer中，通道可以進行讀和寫，也可以進行異步操作，通道不與程序直接交互，而是通過buffer進行傳遞。
• selector，用於檢查一個或多個NIO Channel的狀態是否處於可讀、可寫。

序列化

爲了使創建的Java對象保存在文件或者進行網絡傳輸，需要對其進行序列化處理，需要該類實現Serializable和Externalizable兩個接口之一。反序列化則是將保存的二進制文件轉化爲對象的操作。

ArrayList和LinkedList

ArrayList是基於數組實現的，默認數組大小爲10，當數組已滿時，擴展數組大小爲原來的1.5倍，按下標訪問或設置數組元素時效率很高，當按下標插入或者刪除元素時，則由於對齊原因，需要移動部分元素的位置。LinkedList則是基於鏈表實現的，方便插入和刪除元素，但是讀取元素使需要遍歷整個鏈表，用時較長，但是由於本身採用鏈表實現，沒有容量限制。

HashMap和TreeMap

HashMap採用hash的方法解決衝突問題，它是基於數組和鏈表實現的，當插入一個元素時，首先計算該元素的hash值，如何在數組中沒有衝突，則將此元素插入到該位置，如果在數組中有衝突，則需要在該衝突點的鏈表中查找是否有相同的元素，如果沒有，則在鏈表中插入新值，如果有相同元素，則新值不能插入，當插入新值時，map的容量已經達到臨界條件時，即容量*負載因子，需要進行擴容操作，將容量擴展爲原來的2倍，重新計算每個元素的hash值，完成元素的重新劃分。

TreeMap在插入新的元素時，會對其進行排序操作，當遍歷TreeMap時，得到的序列是有序的。

LinkedHashMap與HashMap不同的是，它是按照數據的插入順序存儲的，當遍歷LinkedHashMap存儲的元素時，得到的結果與插入時的順序一致。

創建對象

創建對象主要發生在以下的幾種情況下：

1 最常用的新建一個對象
2 實現clone方法實現對象克隆
3 序列化一個對象，之後反序列
4 反射方法創建對象

內存劃分

JVM負責內存的劃分，主要包括程序計數器、虛擬機棧、虛擬機堆、方法區等部分。

程序計數器，記錄當前正在執行指令的行號，是線程私有的。

虛擬機棧，是方法的運行空間，局部變量都存儲在棧中，當方法運行結束後，虛擬機棧重新置爲空，是線程私有的。

虛擬機堆，Java創建的對象都存在堆中，引用存在棧中，引用指向堆中的地址，是線程共享的。

方法區，用於存儲類加載的信息，是線程共享的。

常量池，是方法區的一部分，用於存儲符號引用以及字符串信息，是線程公有的。

垃圾回收

垃圾回收是Java特有的內存回收機制，Java創建對象後會佔用大量的內存，在對象不再使用後需要將該內存區域釋放，判斷對象是否還需使用主要採用了引用計數法和可達性分析。

引用計數法指的是每個對象在創建後會有一個引用指向堆中的位置，當引用被改變或者達到生命週期時，引用變量-1，當有一個新的引用指向該實例後，該實例的引用變量+1，當引用變量爲0時，就可以釋放該區域了，引用計數法存在的問題是如果有兩個對象中的變量互相指向對方，則無法釋放兩個對象的內存。

可達性分析算法是指建立一個根節點，其他對象實例的節點都指向根節點，當某個實例與根節點不再相連時，即可以釋放該實例內存區域。

常用垃圾回收算法主要包括三種，標記清理算法、複製算法和標記整理算法。

• 標記清理算法指的是當內存佔用空間已滿時，清理需要釋放的內存區域，不能釋放的區域位置不變。
• 複製算法指的是將內存區域分爲兩個部分，當其中部分已滿時，將不能釋放的區域複製在另外半邊，之前半邊的內存區域全部清空。
• 標記整理算法指的是當內存佔有空間已滿時，清理需要釋放的內存區域，將不能釋放的區域移至內存區域的一邊對齊。

另外根據對象的生存時間不同，將其分爲新生代和老生代，新生代又被分爲Eden和Surviver區，新生代按照複製算法清理垃圾，老生代按照標記清理或標記整理算法回收內存。當新建一個對象實例後，首先在Eden區分配空間，當Eden空間已滿並且該對象實例不需要清理，則將此實例轉入Surviver區，如果在該區經過多次GC後依然存在，則將其轉入老年代。

類加載

類的加載是由類加載器完成的，類加載器分爲根加載器、擴展類加載器、自定義類加載器，當一個類需要加載時，按照以上順序依次加載，類加載器完成的工作包括加載、連接和初始化，其中連接包括驗證、準備和解析。

• 加載，裝載二進制文件
• 驗證，驗證class文件是否符合要求
• 準備，爲類變量分配空間，在方法區完成
• 解析，將符號引用轉化爲直接引用
• 初始化，調用類加載器完成類的初始化

類的初始化發生情況如下所示：

• 新建一個對象
• 獲取或重置類靜態變量
• 調用類的靜態方法
• 反射方式創建對象
• 子類初始化前對父類初始化