Java基础知识整理笔记

目录

1.关于Java概念

1.1 谈谈对Java的理解？

1.2 Java的基础数据类型？

1.3 关于面向对象的设计理解

1.3.1 面向对象的特性有哪些？

1.3.2 重写和重载的区别？

1.3.3 面向对象的设计原则是什么？

1.4 关于变量与方法的理解？

1.4.1 什么是变量、成员变量、局部变量，以及成员变量和局部变量的区别？

1.4.2 静态变量和实例变量的区别？

1.4.3 静态方法与实例方法的区别？

2.关于Java基础知识

2.1 Error和Exception的有什么关系和区别？

2.2 关于final、finally、finalize的区别？

2.3 什么是强引用、软引用、弱引用、虚引用？

2.4 关于String、StringBuffer和Stringbuilder的区别？

2.5 ==和equals的区别？

2.6 hashCode()和equals()两种方法是什么关系?

2.7 深拷贝和浅拷贝的区别？

2.8 int和Integer的区别？

2.9 接口和抽象类有什么区别？

2.10 Java提供哪些IO方式？

2.11 什么是阻塞和非阻塞、同步和异步？

2.12 描述BIO、NIO、AIO有什么区别？

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1.关于Java概念

1.1 谈谈对Java的理解？

Java是一门面向对象编程语言，简单易学，吸收了C++语言的优秀特点，摒弃了C++中难以理解多继承、指针等概念，是一种跨平台的编程语言，支持网络编程、多线程，编译与解释并存，具有健壮性和安全性。

• 面向对象的特性：抽象、封装、继承、多态。
• 跨平台特性：“一次编译，处处运行”。Java虚拟机的实现，原理是：Java编译器编译Java代码后生成的是与平台无关的字节码，这些字节码面向JVM，而不同的平台有不同的JVM，因此Java是可以跨平台的。
• JVM和JRE和JDK的关系：JDK是Java开发工具包，JRE是Java虚拟机和Java程序所需的核心类库，JVM就是Java虚拟机。三者的包含关系是JDK > JRE > JDK
• 编译与解释并存：就要提到Java代码执行的三个过程，编译（将源代码（.java）编译成虚拟机可以识别理解的.class字节码文件）、解释（虚拟机执行字节码文件，将字节码翻译成机器能识别的机器码）、运行（对应的机器执行二进制机器码）

1.2 Java的基础数据类型？

数据类型分类和占用内存大小如下图：

1.3 关于面向对象的设计理解

1.3.1 面向对象的特性有哪些？

• 封装：目的是隐藏事务内部的实现细节，以便提高安全性和简化编程。封装提供了合理的边界，避免外部调用者接触到内部的细节。
• 继承：是代码复用的基础机制，类似于我们对于马、白马、黑马的归纳总结。但要注意，继承可以看作是非常紧耦合的一种关系，父类代码修改，子类行为也会变动。在实践中，过度滥用继承，可能会起到反效果。
• 多态：你可能立即会想到重写（override）和重载（overload）、向上转型。简单说，重写是父子类中相同名字和参数的方法，不同的实现；重载则是相同名字的方法，但是不同的参数，本质上这些方法签名是不一样的。

1.3.2 重写和重载的区别？

都是多态的表现形式，只是多态可以分为多态编译时多态（重载）和运行时多态（重写）：

• 重载发生在一个类中，方法名相同但方法的入参类型、个数可不相同
• 重写发生在父类和子类中，方法名、入参类型、个数都相同

1.3.3 面向对象的设计原则是什么？

设计模式都是基于此原则展开，也就是SOLID原则，具体如下：

• 单一职责原则（SRP：Single Responsibility Principle）：类的功能单一，不能包罗万象，太过杂糅；
• 开放封闭原则（OCP：open-close Principle）：对于扩展开放，对于修改封闭；
• 里氏替换原则（LSP）：子类可以替换父类能够出现的任何地方（继承是在基类的基础上增加的）；
• 接口分离原则（ISP）：设计时采用多个与特性客户的接口比通用一个好，方便公用和扩展；
• 依赖倒置原则（DIP）：高层次的模块不应该依赖低层次的模块，他们都应该依赖抽象。抽象不依赖具体实现，具体实现依赖抽象。比如出国，你说你是中国人，不能说你是哪个村的人，也就是说不依赖其下某个省县，而是抽象的中国人。

1.4 关于变量与方法的理解？

1.4.1 什么是变量、成员变量、局部变量，以及成员变量和局部变量的区别？

变量是指在程序执行过程中，在某个范围内其值可以变化的量，从本质上讲变量就是内存中的一小块区域。

• 成员变量：方法外部，类的内部定义的变量；作用范围是整个类；随着对象创建而存在，随着对象销毁而消失，因此存储在堆内存中；有默认的初始值。
• 局部变量：类的方法内部中定义的变量；作用范围是方法/语句内；方法被调用、语句被执行时存在，因此存储在栈内存中，方法调用完或者语句结束后自动释放；没有默认的初始值，使用前需要手动赋值。

在使用变量时需要遵循“就近原则”，首先在局部范围找，然后在全局范围找。

1.4.2 静态变量和实例变量的区别？

静态变量：静态变量不属于任何实例对象，是属于类的，所以在内存中只有一份。在类的加载过程中，JVM只为静态变量分配一次存储空间（jdk 1.7放在方法去，jdk 1.8放在堆中）。

实例变量：每次创建对象都会为每个对象分配成员变量的内存空间，实例变量属于实例对象的，在内存中对象创建几次就有几份成员变量（作为对象的一部分，和对象一样保存在堆中）。

1.4.3 静态方法与实例方法的区别？

1. 在外部调用静态方法时，可以使用“类名.方法名”的方式，也可以使用“对象名.方法名”的形式，而实例方法只能使用“对象名.方法名”的形式。也就是说，调用静态方法可以不用创建对象。
2. 静态方法在访问本类成员时，只能访问静态成员（静态成员变量和静态方法），不允许访问实例成员和实例方法。但实例方法无此限制。

2.关于Java基础知识

2.1 Error和Exception的有什么关系和区别？

Exception和Error的关系：

• Exception 和 Error 都是继承了 Throwable 类：在 Java 中只有 Throwable 类型的实例才可以被抛出（throw）或者捕获（catch） ，它是异常处理机制的基本组成类型。
• Exception 和 Error 体现了 Java 平台设计者对不同异常情况的分类：Exception 是程序正常运行中，可以预料的意外情况，可能并且应该被捕获，进行相应处理。

Exception和Error的区别：

• Error 是指在正常情况下，不大可能出现的情况，绝大部分的 Error 都会导致程序（比如 JVM 自身）处于非正常的、不可恢复状态。既然是非正常情况，所以不便于也不需要捕获，常见的比如 OutOfMemoryError 之类，都是 Error 的子类。
• Exception 又分为可检查（checked）异常和不检查（unchecked）异常，可检查异常在源代码里必须显式地进行捕获处理，这是编译期检查的一部分。前面我介绍的不可查的 Error，是 Throwable 不是 Exception。不检查异常就是所谓的运行时异常，类似 NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException 之类，通常是可以编码避免的逻辑错误，具体根据需要来判断是否需要捕获，并不会在编译期强制要求。

2.2 关于final、finally、finalize的区别？

1. final是Java中用来做修饰类、方法、变量的关键字：final修饰类表示该类不可以被继承扩展，final修饰的方法表示该方法不可以被重写，final修饰的变量表示该变量是不可以被修改的；
2. finally是用于异常捕获的try...catch...组合使用的，用于保证被捕获代码逻辑后一定要执行的代码逻辑，常用于执行比如关闭数据库连接、手动释放锁等；
3. finalize是基础类java.lang.object中的一个方法，它的设计目的是用于保证对象在被垃圾回收期回收前完成资源回收，在JDK9被标记@Deprecated.

2.3 什么是强引用、软引用、弱引用、虚引用？

不同的对象引用类型主要是体现对象不同的可达性状态，影响的是垃圾回收。

• 强引用：就是常见的普通对象引用，只要对象被强引用着垃圾回收器就不会回收它；

MyObject myObject = new MyObject(); //此处 myObject 即是强引用

• 软引用：软引用需要使用SoftReference 来做特殊声明，当系统内存充足时不会回收，在OOM之前会被垃圾回收；

SoftReference<MyObject> softReference = new SoftReference<>(new MyObject());

• 弱引用：弱引用需要使用WeakReference类来做特殊声明，不论内存是否充足，只要垃圾回收执行它就会被回收；

SoftReference<MyObject> softReference = new SoftReference<>(new MyObject());

• 虚引用：不影响对象的生命周期，在任何时候都可能会被垃圾回收。虚引用其实形同虚设的，作用仅仅是提供了一种确保对象被 finalize 以后，做某些事情的机制，比如，通常用来做所谓的 Post-Mortem 清理机制。虚引用必须和引用队列（ReferenceQueue）联合使用，需要使用引用队列（ReferenceQueue）来实现对应的通知机制，被垃圾回收后的虚应用的对象会被放入到引用队列中。

2.4 关于String、StringBuffer和Stringbuilder的区别？

• String 是 Java 语言非常基础和重要的类，提供了构造和管理字符串的各种基本逻辑。它是典型的 Immutable 类，被声明成为 final class，所有属性也都是 final 的。也由于它的不可变性，类似拼接、裁剪字符串等动作，都会产生新的 String 对象。由于字符串操作的普遍性，所以相关操作的效率往往对应用性能有明显影响。
• StringBuffer 是为解决上面提到拼接产生太多中间对象的问题而提供的一个类，我们可以用 append 或者 add 方法，把字符串添加到已有序列的末尾或者指定位置。StringBuffer 本质是一个线程安全的可修改字符序列，它保证了线程安全，也随之带来了额外的性能开销，所以除非有线程安全的需要，不然还是推荐使用它的后继者，也就是 StringBuilder。
• StringBuilder 是 Java 1.5 中新增的，在能力上和 StringBuffer 没有本质区别，但是它去掉了线程安全的部分，有效减小了开销，是绝大部分情况下进行字符串拼接的首选。

• 实现：String是final的，复制修改会产生新对象；StringBuffer和StringBulider方法实现一样，通过append和add拼接，唯一的区别是StringBuffer的方法被Synchonized修饰，简单粗暴影响性能
• 缓存：String 在 Java 6 以后提供了 intern() 方法，目的是提示 JVM 把相应字符串缓存起来，以备重复使用。但是被显式排重的字符串对象放在永久代，使用不当就会产生OOM（在后续版本中，这个缓存被放置在堆中，这样就极大避免了永久代占满的问题，甚至永久代在 JDK 8 中被 MetaSpace（元数据区）替代了）。
• 自身演化：历史版本中，它是使用 char 数组来存数据的，这样非常直接，但无区别的实现就造成了一定的浪费。在 Java 9 中，我们引入了 Compact Strings 的设计，对字符串进行了大刀阔斧的改进。将数据存储方式从 char 数组，改变为一个 byte 数组加上一个标识编码的所谓 coder，并且将相关字符串操作类都进行了修改。另外，所有相关的 Intrinsic 之类也都进行了重写，以保证没有任何性能损失。

2.5 ==和equals的区别？

• ==的作用是判断两个对象的地址是不是相等，即判断两个对象是不是同一个对象。也就是说：
  • 作用于基本数据类型==比较的是值；
  • 作用于引用数据类型==比较的是内存地址；
• equals的作用也是判断两个对象是否相等（注意它并不能用于比较基本数据类型）。equals的两种使用情况：
  • 类没有重写equals方法：此时通过 equals() 比较该类的两个对象时，等价于通过 == 比较这两个对象，还是相当于比较内存地址。
  • 类重写了equals方法：一般来说，我们都会覆盖 equals() 方法来比较两个对象的内容而不是其引用。我们平时覆盖的equals()方法一般是比较两个对象的内容是否相同，自定义了一个相等的标准，也就是两个对象的值是否相等。

2.6 hashCode()和equals()两种方法是什么关系?

• 如果两个对象 equals 相等，则它们必须有相同的哈希码——相同地址的hash值相同。
• 如果两个对象有相同的哈希码，则它们未必 equals 相等——由于hash碰撞，哈希值相等的地址不一定相同。
• 重写equals方法必须重写hashCode是因为：HashSet 首先会调用对象的 hashCode() 方法获取其哈希码，并通过哈希码确定该对象在集合中存放的位置。假设这个位置之前已经存了一个对象，则 HashSet 会进一步调用 equals() 对两个对象进行比较：若相等则说明对象重复，此时不会保存新加的对象，若不等说明对象不重复，但是它们存储的位置发生了碰撞， 此时 HashSet 会采用链式结构在同一位置保存多个对象，即将新加对象链接到原来对象的之后。而 Object 类提供的 equals() 方法默认是用 == 来进行比较的，也就是说只有两个对象是同一个对象时（地址相同），才能返回相等的结果。而实际的业务中，我们通常的需求是，若两个不同的对象它们的内容是相同的，就认为它们相等。

2.7 深拷贝和浅拷贝的区别？

• 浅拷贝：仅拷贝被拷贝对象的成员变量的值，也就是基本数据类型变量的值，和引用数据类型变量的地址值，而对于引用类型变量指向的堆中的对象不会拷贝。
• 深拷贝：完全拷贝一个对象，拷贝被拷贝对象的成员变量的值，堆中的对象也会拷贝一份。

2.8 int和Integer的区别？

首先，int是Java的原始基本数据类型，Integer是int的包装类。Integer中有int类型字段存储数据，并且提供了基本操作，比如数学运算、int与字符串之间的转换等。在Java5后，Java引入了自动装箱和自动拆箱机制，可以根据上下文自动进行转换，极大的简化了编程。并且经常数据操作都是一个小范围的数值，因此在Java5中提供了静态工厂方法valueOf()方法，在调用它的时候会有一个缓存机制，缓存范围是-128到127之间。

2.9 接口和抽象类有什么区别？

抽象类是用来捕捉类的通用特性的，接口是抽象方法的集合。从设计层面上讲，抽象类是对类的抽象，是一种模板设计；接口时行为的抽象，是一种行为的规范。

相同点：

• 接口和抽象类都不能被实例化；
• 都位于继承的顶端，用于被其他类实现或继承；
• 都包含抽象方法，其子类必须重写覆盖这些方法。

不同点：

• 声明：抽象类使用abstract关键字；接口使用interface关键字；
• 实现：抽象类使用extends关键字来继承抽象类，如果子类不是抽象类时它需提供抽象类中所有抽象声明的方法实现；接口使用implement关键字来实现，实现类必须提供接口中所有声明的方法的实现；
• 构造器：抽象类可以有构造器；接口不能有构造器；
• 访问修饰符：抽象类中的方法可以是任意访问修饰符；接口中默认是public的，不能被定义为private或者protected；
• 继承：一个类只能继承一个抽象类；一个类可以实现多个接口；
• 字段声明：抽象类的字段声明可以是任意的；接口的字段默认都是static和final的。

Ps：严格说，Java 8 以后，接口也是可以有方法实现的。从 Java 8 开始，interface 增加了对 default method 的支持。Java 9 以后，甚至可以定义 private default method。Default method 提供了一种二进制兼容的扩展已有接口的办法。比如，我们熟知的 java.util.Collection，它是 collection 体系的 root interface，在 Java 8 中添加了一系列 default method，主要是增加 Lambda、Stream 相关的功能。我在专栏前面提到的类似 Collections 之类的工具类，很多方法都适合作为 default method 实现在基础接口里面。

2.10 Java提供哪些IO方式？

传统的IO包java.io中的几种划分方式：

• 按照流划分：输入流和输出流
• 按照操作单元划分：字节流和字符流
• 按照角色划分：字节流和处理流

流的交互方式是：同步、阻塞的。也就是说读写过程中线程会阻塞在那里，他们之间调用时可靠的线性顺序。优点是：交互简单、直观；缺点是：IO的效率和扩展性存在局限，容易形成性能瓶颈。

Java 4中引入了NIO包，提供了 Channel、Selector、Buffer 等新的抽象，可以构建多路复用的、同步非阻塞 IO 程序，同时提供了更接近操作系统底层的高性能数据操作方式。

Java 7 中，NIO 有了进一步的改进，也就是 NIO 2，引入了异步非阻塞 IO 方式，也有很多人叫它 AIO（Asynchronous IO）。异步 IO 操作基于事件和回调机制，可以简单理解为，应用操作直接返回，而不会阻塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应线程进行后续工作。

2.11 什么是阻塞和非阻塞、同步和异步？

• 在常见IO模型中，线程存在两种状态，分别是：等待就绪和操作状态。阻塞是指线程在没有达到某种条件时会持续等待，不会进行其他操作。非阻塞是指线程不用关心前一个IO是否返回，仍然可以执行一些其他操作。
• 同步是一种可靠的顺序执行机制，严格保证行为的执行顺序，当我们进行同步操作时，后一任务会依赖前面任务的执行完成。相对的，异步就是多个操作中不用保证严格的顺序，在执行A操作的时候B操作也可以同时执行，两者之间没有任何依赖关系。

2.12 描述BIO、NIO、AIO有什么区别？

Java提供的常见IO 模型有3种，分别是： 传统Java.io包中基于流实现的BIO(排队打饭模式)、Java1.4后引入的框架NIO（点单等待被叫模式）、java1.7后引入的AIO（包厢模式）。

BIO：同步阻塞I/O，数据的读取写入必须阻塞在同一线程内，使用简单方便，在单机活动链接数小（小于1000）的情况下可以用，可不用太过于考虑系统过载，线程池本身就是一个天然漏斗，可以缓冲一些处理不了的连接或者请求。但面对并发量更高的场景时不建议使用了。

NIO：同步非阻塞I/O，Java1.4中引入的Java.nio包。提供了Channel、Selector、Buffer等抽象，它提供的是面向缓冲的，基于通道的I/O操作方法。提供了与传统BIO模型中Socket和ServerSocket对应的SocketChannel和ServerSocketChannel两种不同的嵌套字通道实现，两种通道都实现了阻塞和非阻塞两种支持。

Ps：NIO使用多路复用机制实现，即对比NIO的一次只能处理一个连接，NIO支持一个线程连接多个客户端连接，使用Redis的I/O多路复用模型（更多的Redis线程模型在后续缓存篇再整理）。

AIO：异步非阻塞I/O，java1.7中引入。异步IO是基于事件和回调机制实现的，也就是应用操作后会直接返回，不会阻塞在那里，当后台处理完成后操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。