皆非的万事屋

Java基础知识总结

文章内容整理自JavaGuide

概念与常识

Java特点：

JVM、JDK、JRE

JVM：Java虚拟机（JVM）是运行Java字节码的虚拟机。JVM有针对不同系统的特定实现（Windows，Linux，macOS），目的是使用相同的字节码，它们都会给出相同的结果。（跨平台）

Oracle JDK 和 OpenJDK的对比

Java 与 c++

基本语法

字符和字符串

注释

// check to see if the employee is eligible for full benefits
if ((employee.flags & HOURLY_FLAG) && (employee.age > 65))

替换为

if (employee.isEligibleForFullBenefits())

去掉复杂的注释，只需要创建一个与注释所言同一事物的函数即可

泛型

常用的通配符为： T，E，K，V，？

泛型详解

== and equals

equals:

[scode type="green"]推荐使用Objects.equals(null,"SnailClimb")比较两个对象，因为Object的equals方法容易抛空指针异常，应使用常量或确定有值的对象来调用 equals[/scode]
[scode type="green"]浮点数之间的等值判断，基本数据类型不能用==来比较，包装数据类型不能用 equals 来判断，建议使用BigDecimal来做比较[/scode]

hashCode()与equals()

hashCode()

作用：减少了 equals 的次数，相应就大大提高了执行速度。
[scode type="green"]两个对象相等（即equals()返回true），则hashCode()相等；反之则不然[/scode]

基本数据类型

Java 中有 8 种基本数据类型


这八种基本类型都有对应的包装类分别为：Byte、Short、Integer、Long、Float、Double、Character、Boolean 。
包装类型不赋值就是Null，而基本类型有默认值且不是 Null。
[scode type="share"]局部变量表主要存放了编译期可知的基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference 类型，它不同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置[/scode]

自动装箱与拆箱

常量池与缓存

值传递

[scode type="green"]Java 程序设计语言总是采用按值调用。也就是说，方法得到的是所有参数值的一个拷贝，也就是说，方法不能修改传递给它的任何参数变量的内容。[/scode]
下面再总结一下 Java 中方法参数的使用情况：

重载和重写


综上：重载就是同一个类中多个同名方法根据不同的传参来执行不同的逻辑处理。
重写：
重写发生在运行期，是子类对父类的允许访问的方法的实现过程进行重新编写。

方法的重写要遵循“两同两小一大”：

面向对象和面向过程

成员变量与局部变量

封装继承多态

封装：

String、StringBuffer、StringBuilder

线程安全：

性能：

总结：

Object常见方法

public final native Class<?> getClass()//native方法，用于返回当前运行时对象的Class对象，使用了final关键字修饰，故不允许子类重写。

public native int hashCode() //native方法，用于返回对象的哈希码，主要使用在哈希表中，比如JDK中的HashMap。
public boolean equals(Object obj)//用于比较2个对象的内存地址是否相等，String类对该方法进行了重写用户比较字符串的值是否相等。

protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException//naitive方法，用于创建并返回当前对象的一份拷贝。一般情况下，对于任何对象 x，表达式 x.clone() != x 为true，x.clone().getClass() == x.getClass() 为true。Object本身没有实现Cloneable接口，所以不重写clone方法并且进行调用的话会发生CloneNotSupportedException异常。

public String toString()//返回类的名字@实例的哈希码的16进制的字符串。建议Object所有的子类都重写这个方法。

public final native void notify()//native方法，并且不能重写。唤醒一个在此对象监视器上等待的线程(监视器相当于就是锁的概念)。如果有多个线程在等待只会任意唤醒一个。

public final native void notifyAll()//native方法，并且不能重写。跟notify一样，唯一的区别就是会唤醒在此对象监视器上等待的所有线程，而不是一个线程。

public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException//native方法，并且不能重写。暂停线程的执行。注意：sleep方法没有释放锁，而wait方法释放了锁 。timeout是等待时间。

public final void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException//多了nanos参数，这个参数表示额外时间（以毫微秒为单位，范围是 0-999999）。 所以超时的时间还需要加上nanos毫秒。

public final void wait() throws InterruptedException//跟之前的2个wait方法一样，只不过该方法一直等待，没有超时时间这个概念

protected void finalize() throws Throwable { }//实例被垃圾回收器回收的时候触发的操作

抽象类与接口

在Java中，可以通过两种形式来体现OOP的抽象：接口和抽象类。这两者有太多相似的地方，又有太多不同的地方。

抽象类

抽象方法是一种特殊的方法：它只有声明，而没有具体的实现。抽象方法的声明格式为：

public abstract void open();

抽象方法必须使用abstract关键字进行修饰。

如果一个类含有抽象方法，则称这个类为抽象类，抽象类必须在类前用abstract关键字修饰。但抽象类不一定必须含有抽象方法。

因为抽象类中无具体实现的方法，所以不能用抽象类创建对象。

从这里可以看出，抽象类就是为了继承而存在的，如果你定义了一个抽象类，却不去继承它，那么等于白白创建了这个抽象类，因为你不能用它来做任何事情。

对于一个父类，如果它的某个方法在父类中没有任何意义，必须根据子类的实际需求来进行

不同的实现，那么就可以将这个方法声明为abstract方法，此时这个类就不是abstract类了。

注意，抽象类和普通类的主要有三点区别：

接口

接口，英文称作interface，在软件工程中，接口泛指供别人调用的方法或者函数。

从这里，我们可以体会到Java语言设计者的初衷，它是对行为的抽象。

接口中可以含有变量和方法。但是要注意，接口中的变量会被隐式地指定为public static final变量（并且只能是public static final变量，用private修饰会报编译错误）

而方法会被隐式地指定为public abstract方法且只能是public abstract方法（用其他关键字，比如private、protected、static、 final等修饰会报编译错误）

并且接口中所有的方法不能有具体的实现，也就是说，接口中的方法必须都是抽象方法。

接口是一种极度抽象的类型，它比抽象类更加“抽象”，并且一般情况下不在接口中定义变量。

允许一个类遵循多个特定的接口。

如果一个非抽象类遵循了某个接口，就必须实现该接口中的所有方法。

对于遵循某个接口的抽象类，可以不实现该接口中的抽象方法。

区别

语法层面上的区别

设计层面

反射

反射赋予了我们在运行时分析类以及执行类中方法的能力。
通过反射可以获取任意一个类的所有属性和方法，还可以调用这些方法和属性。

获取class对象的四种方式

//知道具体类的情况下可以使用
Class alunbarClass = TargetObject.class;
//但是我们一般是不知道具体类的，基本都是通过遍历包下面的类来获取 Class 对象，通过此方式获取 Class 对象不会进行初始化
//
//通过 Class.forName()传入类的路径获取
Class alunbarClass1 = Class.forName("cn.javaguide.TargetObject");
//
//通过对象实例instance.getClass()获取
TargetObject o = new TargetObject();
Class alunbarClass2 = o.getClass();
//
//通过类加载器xxxClassLoader.loadClass()传入类路径获取
Class clazz = ClassLoader.loadClass("cn.javaguide.TargetObject");
//通过类加载器获取 Class 对象不会进行初始化，意味着不进行包括初始化等一些列步骤，静态块和静态对象不会得到执行

例子

public class TargetObject {
    private String value;
    public TargetObject() {
        value = "JavaGuide";
    }
    public void publicMethod(String s) {
        System.out.println("I love " + s);
    }
    private void privateMethod() {
        System.out.println("value is " + value);
    }
}
//
public class Main {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InstantiationException, InvocationTargetException, NoSuchFieldException {
        /**
         * 获取TargetObject类的Class对象并且创建TargetObject类实例
         */
        Class<?> tagetClass = Class.forName("cn.javaguide.TargetObject");
        TargetObject targetObject = (TargetObject) tagetClass.newInstance();
        /**
         * 获取所有类中所有定义的方法
         */
        Method[] methods = tagetClass.getDeclaredMethods();
        for (Method method : methods) {
            System.out.println(method.getName());
        }
        /**
         * 获取指定方法并调用
         */
        Method publicMethod = tagetClass.getDeclaredMethod("publicMethod",
                String.class);

        publicMethod.invoke(targetObject, "JavaGuide");
        /**
         * 获取指定参数并对参数进行修改
         */
        Field field = tagetClass.getDeclaredField("value");
        //为了对类中的参数进行修改我们取消安全检查
        field.setAccessible(true);
        field.set(targetObject, "JavaGuide");
        /**
         * 调用 private 方法
         */
        Method privateMethod = tagetClass.getDeclaredMethod("privateMethod");
        //为了调用private方法我们取消安全检查
        privateMethod.setAccessible(true);
        privateMethod.invoke(targetObject);
    }
}

异常

受检查异常
Java 代码在编译过程中，如果受检查异常没有被 catch/throw 处理的话，就没办法通过编译 。除了RuntimeException及其子类以外，其他的Exception类及其子类都属于受检查异常 。常见的受检查异常有： IO 相关的异常、ClassNotFoundException 、SQLException...。

不受检查异常（运行时异常）
Java 代码在编译过程中 ，我们即使不处理不受检查异常也可以正常通过编译。RuntimeException 及其子类都统称为非受检查异常，例如：NullPointerException、NumberFormatException（字符串转换为数字）、ArrayIndexOutOfBoundsException（数组越界）、ClassCastException（类型转换错误）、ArithmeticException（算术错误）等。

Throwable 类常用方法

try-catch-finally

try-with-resources

序列化

如果我们需要持久化 Java 对象比如将 Java 对象保存在文件中，或者在网络传输 Java 对象，这些场景都需要用到序列化。

枚举

枚举的优势：以这种方式定义的常量使代码更具可读性，允许进行编译时检查，预先记录可接受值的列表，并避免由于传入无效值而引起的意外行为。

EnumSet

EnumSet 是一种专门为枚举类型所设计的 Set 类型。它是特定 Enum 常量集的非常有效且紧凑的表示形式。

EnumMap

EnumMap是一个专门化的映射实现，用于将枚举常量用作键。与对应的 HashMap 相比，它是一个高效紧凑的实现，并且在内部表示为一个数组:
EnumMap<Pizza.PizzaStatus, Pizza> map;

设计模式

单例模式

public enum PizzaDeliverySystemConfiguration {
    INSTANCE;
    PizzaDeliverySystemConfiguration() {
        // Initialization configuration which involves
        // overriding defaults like delivery strategy
    }
    private PizzaDeliveryStrategy deliveryStrategy = PizzaDeliveryStrategy.NORMAL;
 
    public static PizzaDeliverySystemConfiguration getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
    public PizzaDeliveryStrategy getDeliveryStrategy() {
        return deliveryStrategy;
    }
}
//use
PizzaDeliveryStrategy deliveryStrategy = PizzaDeliverySystemConfiguration.getInstance().getDeliveryStrategy();

策略模式
通常，策略模式由不同类实现同一个接口来实现的。这也就意味着添加新策略意味着添加新的实现类。使用枚举，可以轻松完成此任务，添加新的实现意味着只定义具有某个实现的另一个实例。

JSON

使用Jackson库，可以将枚举类型的JSON表示为POJO。

关键字

final

final 关键字，意思是最终的、不可修改的，最见不得变化 ，用来修饰类、方法和变量，具有以下特点:

[scode type="green"]使用 final 方法的原因有两个。第一个原因是把方法锁定，以防任何继承类修改它的含义；第二个原因是效率。在早期的 Java 实现版本中，会将 final 方法转为内嵌调用。但是如果方法过于庞大，可能看不到内嵌调用带来的任何性能提升（现在的 Java 版本已经不需要使用 final 方法进行这些优化了）。类中所有的 private 方法都隐式地指定为 final。[/scode]

static

this和super

static{}静态代码块与{}非静态代码块(构造代码块)

动态代理

代理模式

简单来说就是 我们使用代理对象来代替对真实对象(real object)的访问，这样就可以在不修改原目标对象的前提下，提供额外的功能操作，扩展目标对象的功能。

代理模式的主要作用是扩展（增强）目标对象的功能，比如说在目标对象的某个方法执行前后你可以增加一些自定义的操作。

举例：你找了小红来帮你问话，小红就可以看作是代理你的代理对象，代理的行为（方法）是问话。

代理模式有静态代理和动态代理两种实现方式

静态代理

静态代理中，我们对目标对象的每个方法的增强都是手动完成的，非常不灵活（比如接口一旦新增加方法，目标对象和代理对象都要进行修改）且麻烦(需要对每个目标类都单独写一个代理类)。 实际应用场景非常非常少，日常开发几乎看不到使用静态代理的场景。

从 JVM 层面来说， 静态代理在编译时就将接口、实现类、代理类这些都变成了一个个实际的 class 文件。

静态代理实现步骤：

动态代理

相比于静态代理来说，动态代理更加灵活。我们不需要针对每个目标类都单独创建一个代理类，并且也不需要我们必须实现接口，我们可以直接代理实现类( CGLIB 动态代理机制)。

从 JVM 角度来说，动态代理是在运行时动态生成类字节码，并加载到 JVM 中的。

说到动态代理，Spring AOP、RPC 框架应该是两个不得不提的，它们的实现都依赖了动态代理。

JDK动态代理

在 Java 动态代理机制中 InvocationHandler 接口和 Proxy类是核心。

Proxy 类中使用频率最高的方法是：newProxyInstance() ，这个方法主要用来生成一个代理对象。

    public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, //类加载器，用于加载代理对象
                                          Class<?>[] interfaces,  //被代理类实现的一些接口
                                          InvocationHandler h)  //实现了 InvocationHandler 接口的对象
        throws IllegalArgumentException
    {
        //
    }

步骤：

CGLIB动态代理

JDK 动态代理有一个最致命的问题是其只能代理实现了接口的类。我们可以用 CGLIB 动态代理机制来避免。

CGLIB(Code Generation Library)是一个基于ASM的字节码生成库，它允许我们在运行时对字节码进行修改和动态生成。CGLIB 通过继承方式实现代理。Spring 中的 AOP 模块中：如果目标对象实现了接口，则默认采用 JDK 动态代理，否则采用 CGLIB 动态代理。

在 CGLIB 动态代理机制中 MethodInterceptor 接口和 Enhancer 类是核心。

你需要自定义 MethodInterceptor 并重写 intercept 方法，intercept 用于拦截增强被代理类的方法。

public interface MethodInterceptor
extends Callback{
    // 拦截被代理类中的方法
    public Object intercept(Object obj,   //被代理的对象（需要增强的对象）
                           java.lang.reflect.Method method,    //被拦截的方法（需要增强的方法）
                           Object[] args,   //方法入参
                           MethodProxy proxy   //用于调用原始方法
    ) throws Throwable;
}

你可以通过 `Enhancer类来动态获取被代理类，当代理类调用方法的时候，实际调用的是 MethodInterceptor 中的 intercept 方法。

步骤：

对比

静态代理和动态代理的对比

I/O

I/O（Input/Outpu） 即输入／输出。
根据冯.诺依曼结构，计算机结构分为 5 大部分：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。

输入设备（比如键盘）和输出设备（比如显示器）都属于外部设备。网卡、硬盘这种既可以属于输入设备，也可以属于输出设备。

输入设备向计算机输入数据，输出设备接收计算机输出的数据。

从计算机结构的视角来看的话， I/O 描述了计算机系统与外部设备之间通信的过程。

我们再先从应用程序的角度来解读一下 I/O。

根据大学里学到的操作系统相关的知识：为了保证操作系统的稳定性和安全性，一个进程的地址空间划分为 用户空间（User space） 和 内核空间（Kernel space ） 。

像我们平常运行的应用程序都是运行在用户空间，只有内核空间才能进行系统态级别的资源有关的操作，比如文件管理、进程通信、内存管理等等。也就是说，我们想要进行 IO 操作，一定是要依赖内核空间的能力。

并且，用户空间的程序不能直接访问内核空间。

当想要执行 IO 操作时，由于没有执行这些操作的权限，只能发起系统调用请求操作系统帮忙完成。

因此，用户进程想要执行 IO 操作的话，必须通过系统调用来间接访问内核空间

我们在平常开发过程中接触最多的就是 磁盘 IO（读写文件） 和 网络 IO（网络请求和响应）

从应用程序的视角来看的话，我们的应用程序对操作系统的内核发起 IO 调用（系统调用），操作系统负责的内核执行具体的 IO 操作。也就是说，我们的应用程序实际上只是发起了 IO 操作的调用而已，具体 IO 的执行是由操作系统的内核来完成的。

当应用程序发起 I/O 调用后，会经历两个步骤：

常见I/O模型

UNIX 系统下， IO 模型一共有 5 种： 同步阻塞 I/O、同步非阻塞 I/O、I/O 多路复用、信号驱动 I/O 和异步 I/O。

Java中常见I/O模型

BIO

BIO(Blocking I/O) 属于同步阻塞 IO 模型 。

同步阻塞 IO 模型中，应用程序发起 read 调用后，会一直阻塞，直到内核把数据拷贝到用户空间。


在客户端连接数量不高的情况下，是没问题的。但是，当面对十万甚至百万级连接的时候，传统的 BIO 模型是无能为力的。因此，我们需要一种更高效的 I/O 处理模型来应对更高的并发量。

NIO

NIO(Non-blocking/New I/O)提供了 Channel , Selector，Buffer 等抽象。NIO 中的 N 可以理解为 Non-blocking，不单纯是 New。它支持面向缓冲的，基于通道的 I/O 操作方法。 对于高负载、高并发的（网络）应用，应使用 NIO 。

Java 中的 NIO 可以看作是 I/O 多路复用模型。也有很多人认为，Java 中的 NIO 属于同步非阻塞 IO 模型。

同步非阻塞 IO 模型：

同步非阻塞 IO 模型中，应用程序会一直发起 read 调用，等待数据从内核空间拷贝到用户空间的这段时间里，线程依然是阻塞的，直到在内核把数据拷贝到用户空间。

相比于同步阻塞 IO 模型，同步非阻塞 IO 模型确实有了很大改进。通过轮询操作，避免了一直阻塞。

但是，这种 IO 模型同样存在问题：应用程序不断进行 I/O 系统调用轮询数据是否已经准备好的过程是十分消耗 CPU 资源的。

这个时候，I/O 多路复用模型 就上场了。

IO 多路复用模型中，线程首先发起 select 调用，询问内核数据是否准备就绪，等内核把数据准备好了，用户线程再发起 read 调用。read 调用的过程（数据从内核空间->用户空间）还是阻塞的。

IO 多路复用模型，通过减少无效的系统调用，减少了对 CPU 资源的消耗。

Java 中的 NIO ，有一个非常重要的选择器 ( Selector ) 的概念，也可以被称为 多路复用器。通过它，只需要一个线程便可以管理多个客户端连接。当客户端数据到了之后，才会为其服务。

AIO

AIO(Asynchronous I/O) 也就是 NIO 2。Java 7 中引入了 NIO 的改进版 NIO 2,它是异步 IO 模型

异步 IO 是基于事件和回调机制实现的，也就是应用操作之后会直接返回，不会堵塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。

目前来说 AIO 的应用还不是很广泛。Netty 之前也尝试使用过 AIO，不过又放弃了。这是因为，Netty 使用了 AIO 之后，在 Linux 系统上的性能并没有多少提升。

总结

最后，来一张图，简单总结一下 Java 中的 BIO、NIO、AIO。

I/O流

[scode type="blue"]既然有了字节流,为什么还要有字符流?[/scode]
字符流是由 Java 虚拟机将字节转换得到的，问题就出在这个过程还算是非常耗时，并且，如果我们不知道编码类型就很容易出现乱码问题。所以， I/O 流就干脆提供了一个直接操作字符的接口，方便我们平时对字符进行流操作。如果音频文件、图片等媒体文件用字节流比较好，如果涉及到字符的话使用字符流比较好。

当前页面是本站的「Google AMP」版。查看和发表评论请点击：完整版 »