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Java基础总结

JAVA 基础对象数据

2023-03-02 11:11:04 时间

### **Java基础** ###

--------------------

#### 面向对象的特性 ####

*  封装，将程序实现的细节隐藏起来，公开的方法显示对象的功能。
 *  继承，子类继承父类后，具有父类的功能和属性，避免代码重复。
 *  多态，父类可以声明子类，运行时依然保持子类的特征。

#### **Java与C++的区别** ####

1 Java是解释型语言，一次编译到处运行，Java首先需要将代码编译为字节码文件，之后由虚拟机解释执行，C++为编译型语言，则编译时将代码编译为机器指令，机器可以直接运行效率高但是不能跨平台。

2 Java不具有指针的概念，由虚拟机负责管理内存，消除了野指针带来的影响，C++可以使用指针操作内存，程序运行有风险。

3 Java不需要程序员释放内存，释放内存的操作由虚拟机的垃圾回收来完成，C++需要在使用完对象后析构函数释放内存。

4 Java不支持多继承，但提供了接口，可以实现多个接口，C++支持多继承的语法。

#### 初始化顺序 ####

Java的类加载过程决定了初始化的顺序，静态对象或者代码加载过一次之后就不再进行加载，如果类未曾被虚拟机加载过，则按照以下顺序加载：

1 父类的静态对象和静态代码

2 子类的静态对象和静态代码

3 父类的非静态对象和代码

4 父类的构造器

5 子类的非静态对象和代码

6 子类的构造器

#### 权限访问控制 ####

Java中采用了4个关键字进行类、方法、变量的权限控制，分别为：

*  public 可以被所有类访问
 *  protected 同一个包下的类或者不同包下的子类
 *  default 在同一个包下的类访问
 *  private 只能在同一个类中访问

#### 深复制、浅复制 ####

*  浅复制只会复制对象的基本数据类型，对象如果存在引用的话只复制地址，当拷贝的对象改变引用中的基本数据类型时，被拷贝的对象的基本数据类型也会变化。
 *  深复制需要将基本数据类型和引用类型中的所有数据均复制，两个对象进行任何操作时不会相互影响。

#### 反射机制 ####

通过class.forname()可以获取其他对象的类信息、方法信息以及变量信息，通过反射可以创建类的对象，调用对象方法等操作。

#### 多态 ####

多态分为编译时多态和运行时多态，分别通过重载和重写实现的，重载在同一个类中实现，同一个方法可以具有不用的参数类型或者个数，而重写指的是子类对父类重写，子类可以获取父类的方法和属性，父类声明的子类对象在编译时为父类类型，但在运行时为调用子类的方法。

#### 抽象和接口 ####

*  抽象可以有自己的普通方法，而且可以声明权限，接口只能包括抽象方法，子类在继承抽象类或者实现接口时都需要实现抽象方法。
 *  抽象中的变量权限范围更加广泛，接口中只能为public final static类型的变量，在之后的版本中加入了default控制。
 *  一个类只能继承一个抽象类，但可以实现多个接口。
 *  在设计理念上，接口反应的是like a的关系，而抽象指的是is a的关系。

#### 内部类 ####

内部类主要包括四种，分别为静态内部类，非静态内部类，局部内部类，匿名类。

#### this super ####

this用来指代当前类的对象实例，super可以调用父类的方法。分别可以用于重载和重写中。

#### final ####

final可以用来修饰成员变量，表示该变量不可修改，修饰成员方法则代表该方法不可以被重写，修饰类则表明该类不能被继承。

#### instanceof ####

instanceof是一个运算符，不是关键字，用于判断前者实例是否为后者类的子类对象。

#### 基本数据类型 ####

基本数据类型包括char、byte、short、int、double、float、long、boolean八种类型

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center">基本类型</th> 
   <th align="center">所占字节</th> 
   <th align="center">范围</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center">byte</td> 
   <td align="center">1</td> 
   <td align="center">-2^7~2*7-1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">char</td> 
   <td align="center">2</td> 
   <td align="center">0~2^16-1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">short</td> 
   <td align="center">2</td> 
   <td align="center">-2^15~2*15-1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">int</td> 
   <td align="center">4</td> 
   <td align="center">-2^31~2*31-1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">float</td> 
   <td align="center">4</td> 
   <td align="center">32位单精度</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">double</td> 
   <td align="center">8</td> 
   <td align="center">64位双精度</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">long</td> 
   <td align="center">8</td> 
   <td align="center">-2^63~2*63-1</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 自动装箱 ####

自动装箱是Java引入的语法糖，方便了引用与基本类型的转换操作，可以将基本数据直接赋值给该数据类型的包装类，即完成了自动装箱操作，反之，也可以将包装类型的数据赋值给基本类型的变量，即完成了拆箱操作。由于装箱过程的底层实现原因，Integer范围在\[-128-127\]的数值，不会创建新的对象，此范围的的数值比较时返回为true，而此范围之外的数值比较返回值为false。

#### 类型转换 ####

类型转换主要分为两种，自动类型转换和强制类型转换

范围低的数据类型向范围高的数据类型转换时，发生自动类型转换，未补满的位置为0

范围高的数据类型向范围低的数据类型转换时，发生强制类型转换，多余的位强制丢弃

#### 编码方式 ####

Java的编码方式为Unicode，每个字符占有2个字节，范围为0-2\*16-1，String是由char组成的，但是中英文所占的字节不相同，中文占用两个字节，英文占用一个字节。

#### euqals和hashcode ####

equals和hashcode都是Object类的默认方法，它们都是用来比较两个类是否相同，两个对象equals方法返回值为true时，hashcode返回值也一定为true，但是如果hashcode方法返回为true时，equals方法返回值不一定为true。hashcode()方法主要用于解决Java中的集合问题，向一个集合中添加元素时，判断其中是否已经有一个同样的值如果用equals方法遍历耗费时间，所以采用hash结构存储数据，可以减少查询时间。

当重写equals方法时，同时也需要重写hashcode方法。

#### String StringBuffer StringBuilder ####

String是不可变类，当对象被创建后，字符串的值不能再改变。

StringBuffer是可变类，用于多线程下操作大量数据。

StringBuilder也是可变类，用于单线程下操作大量数据。

#### Error和Exception ####

异常主要分为检查型异常和非检查型异常，检查型异常在编译器阶段就会检测出来，而非检查型异常需要等到程序运行时才能检测，主要分为Error和Exception，Error是系统错误包括内存溢出，栈溢出等，程序无法控制，而Exception是程序可以控制的，出现异常时可能为数组越界异常、空指针异常、参数类型错误异常、运算错误异常等。

#### 字节流和字符流 ####

文件传输时可以采用两种方式传输，以字节的方式传递，主要继承InputStream和OutputStream，以字符的方式传递，主要继承Reader和Writer。

#### NIO BIO AIO ####

BIO是同步阻塞的IO，一个线程需要请求数据时，如果数据未能及时返回，则一直处于等待状态。  
NIO是同步非阻塞的，一个线程需要请求数据时，如果数据未能及时返回，则会将现在的状态返回该线程，线程则不断发出请求直到返回数据。  
BIO是异步非阻塞的，当一个线程请求数据时，可以先完成其他的任务，当数据返回时，发送给线程数据返回完成的状态。

NIO操作面向缓冲区，数据从Channel读取到Buffer缓冲区，随后在Buffer中处理数据。NIO主要包括三个组件：

*  buffer，当写入数据到buffer中时，buffer会记录已经写入的数据大小。当需要读数据时，通过flip()方法把buffer从写模式调整为读模式；在读模式下，可以读取所有已经写入的数据。当读取完数据后，需要清空buffer，以满足后续写入操作。
 *  channel，提供map()方法可以将文件映射到内存也就是buffer中，通道可以进行读和写，也可以进行异步操作，通道不与程序直接交互，而是通过buffer进行传递。
 *  selector，用于检查一个或多个NIO Channel的状态是否处于可读、可写。

#### 序列化 ####

为了使创建的Java对象保存在文件或者进行网络传输，需要对其进行序列化处理，需要该类实现Serializable和Externalizable两个接口之一。反序列化则是将保存的二进制文件转化为对象的操作。

#### ArrayList和LinkedList ####

ArrayList是基于数组实现的，默认数组大小为10，当数组已满时，扩展数组大小为原来的1.5倍，按下标访问或设置数组元素时效率很高，当按下标插入或者删除元素时，则由于对齐原因，需要移动部分元素的位置。LinkedList则是基于链表实现的，方便插入和删除元素，但是读取元素使需要遍历整个链表，用时较长，但是由于本身采用链表实现，没有容量限制。

#### HashMap和TreeMap ####

HashMap采用hash的方法解决冲突问题，它是基于数组和链表实现的，当插入一个元素时，首先计算该元素的hash值，如何在数组中没有冲突，则将此元素插入到该位置，如果在数组中有冲突，则需要在该冲突点的链表中查找是否有相同的元素，如果没有，则在链表中插入新值，如果有相同元素，则新值不能插入，当插入新值时，map的容量已经达到临界条件时，即容量\*负载因子，需要进行扩容操作，将容量扩展为原来的2倍，重新计算每个元素的hash值，完成元素的重新划分。

TreeMap在插入新的元素时，会对其进行排序操作，当遍历TreeMap时，得到的序列是有序的。

LinkedHashMap与HashMap不同的是，它是按照数据的插入顺序存储的，当遍历LinkedHashMap存储的元素时，得到的结果与插入时的顺序一致。

#### 创建对象 ####

创建对象主要发生在以下的几种情况下：

1 最常用的新建一个对象  
2 实现clone方法实现对象克隆  
3 序列化一个对象，之后反序列  
4 反射方法创建对象

#### 内存划分 ####

JVM负责内存的划分，主要包括程序计数器、虚拟机栈、虚拟机堆、方法区等部分。

程序计数器，记录当前正在执行指令的行号，是线程私有的。

虚拟机栈，是方法的运行空间，局部变量都存储在栈中，当方法运行结束后，虚拟机栈重新置为空，是线程私有的。

虚拟机堆，Java创建的对象都存在堆中，引用存在栈中，引用指向堆中的地址，是线程共享的。

方法区，用于存储类加载的信息，是线程共享的。

常量池，是方法区的一部分，用于存储符号引用以及字符串信息，是线程公有的。

#### 垃圾回收 ####

垃圾回收是Java特有的内存回收机制，Java创建对象后会占用大量的内存，在对象不再使用后需要将该内存区域释放，判断对象是否还需使用主要采用了引用计数法和可达性分析。

引用计数法指的是每个对象在创建后会有一个引用指向堆中的位置，当引用被改变或者达到生命周期时，引用变量-1，当有一个新的引用指向该实例后，该实例的引用变量+1，当引用变量为0时，就可以释放该区域了，引用计数法存在的问题是如果有两个对象中的变量互相指向对方，则无法释放两个对象的内存。

可达性分析算法是指建立一个根节点，其他对象实例的节点都指向根节点，当某个实例与根节点不再相连时，即可以释放该实例内存区域。

常用垃圾回收算法主要包括三种，标记清理算法、复制算法和标记整理算法。

*  标记清理算法指的是当内存占用空间已满时，清理需要释放的内存区域，不能释放的区域位置不变。
 *  复制算法指的是将内存区域分为两个部分，当其中部分已满时，将不能释放的区域复制在另外半边，之前半边的内存区域全部清空。
 *  标记整理算法指的是当内存占有空间已满时，清理需要释放的内存区域，将不能释放的区域移至内存区域的一边对齐。

另外根据对象的生存时间不同，将其分为新生代和老生代，新生代又被分为Eden和Surviver区，新生代按照复制算法清理垃圾，老生代按照标记清理或标记整理算法回收内存。当新建一个对象实例后，首先在Eden区分配空间，当Eden空间已满并且该对象实例不需要清理，则将此实例转入Surviver区，如果在该区经过多次GC后依然存在，则将其转入老年代。

#### 类加载 ####

类的加载是由类加载器完成的，类加载器分为根加载器、扩展类加载器、自定义类加载器，当一个类需要加载时，按照以上顺序依次加载，类加载器完成的工作包括加载、连接和初始化，其中连接包括验证、准备和解析。

*  加载，装载二进制文件
 *  验证，验证class文件是否符合要求
 *  准备，为类变量分配空间，在方法区完成
 *  解析，将符号引用转化为直接引用
 *  初始化，调用类加载器完成类的初始化

类的初始化发生情况如下所示：

*  新建一个对象
 *  获取或重置类静态变量
 *  调用类的静态方法
 *  反射方式创建对象
 *  子类初始化前对父类初始化

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