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Java基础知识回顾(一)
1. 面向对象和面向过程的区别面向过程 :面向过程性能比面向对象高。 因为类调用时需要实例化,开销比较大,比较消耗...
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2019/07

Java基础知识回顾(一)

1. 面向对象和面向过程的区别

  • 面向过程面向过程性能比面向对象高。 因为类调用时需要实例化,开销比较大,比较消耗资源,所以当性能是最重要的考量因素的时候,比如单片机、嵌入式开发、Linux/Unix等一般采用面向过程开发。但是,面向过程没有面向对象易维护、易复用、易扩展。
  • 面向对象面向对象易维护、易复用、易扩展。 因为面向对象有封装、继承、多态性的特性,所以可以设计出低耦合的系统,使系统更加灵活、更加易于维护。但是,面向对象性能比面向过程低

2. Java 语言有哪些特点?

  1. 简单易学;
  2. 面向对象(封装,继承,多态);
  3. 平台无关性( Java 虚拟机实现平台无关性);
  4. 可靠性;
  5. 安全性;
  6. 支持多线程( C++ 语言没有内置的多线程机制,因此必须调用操作系统的多线程功能来进行多线程程序设计,而 Java 语言却提供了多线程支持);
  7. 支持网络编程并且很方便( Java 语言诞生本身就是为简化网络编程设计的,因此 Java 语言不仅支持网络编程而且很方便);
  8. 编译与解释并存;

3. 关于 JVM JDK 和 JRE 最详细通俗的解答

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。

什么是字节码?采用字节码的好处是什么?

在 Java 中,JVM可以理解的代码就叫做字节码(即扩展名为 .class 的文件),它不面向任何特定的处理器,只面向虚拟机。Java 语言通过字节码的方式,在一定程度上解决了传统解释型语言执行效率低的问题,同时又保留了解释型语言可移植的特点。所以 Java 程序运行时比较高效,而且,由于字节码并不针对一种特定的机器,因此,Java程序无须重新编译便可在多种不同操作系统的计算机上运行。

Java 程序从源代码到运行一般有下面3步:

Java 程序运行过程.png

我们需要格外注意的是 .class->机器码 这一步。在这一步 JVM 类加载器首先加载字节码文件,然后通过解释器逐行解释执行,这种方式的执行速度会相对比较慢。而且,有些方法和代码块是经常需要被调用的(也就是所谓的热点代码),所以后面引进了 JIT 编译器,而JIT 属于运行时编译。当 JIT 编译器完成第一次编译后,其会将字节码对应的机器码保存下来,下次可以直接使用。而我们知道,机器码的运行效率肯定是高于 Java 解释器的。这也解释了我们为什么经常会说 Java 是编译与解释共存的语言。

HotSpot采用了惰性评估(Lazy Evaluation)的做法,根据二八定律,消耗大部分系统资源的只有那一小部分的代码(热点代码),而这也就是JIT所需要编译的部分。JVM会根据代码每次被执行的情况收集信息并相应地做出一些优化,因此执行的次数越多,它的速度就越快。JDK 9引入了一种新的编译模式AOT(Ahead of Time Compilation),它是直接将字节码编译成机器码,这样就避免了JIT预热等各方面的开销。JDK支持分层编译和AOT协作使用。但是 ,AOT 编译器的编译质量是肯定比不上 JIT 编译器的。

总结:

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。字节码和不同系统的 JVM 实现是 Java 语言“一次编译,随处可以运行”的关键所在。

JDK 和 JRE

JDK是Java Development Kit,它是功能齐全的Java SDK。它拥有JRE所拥有的一切,还有编译器(javac)和工具(如javadoc和jdb)。它能够创建和编译程序。

JRE 是 Java运行时环境。它是运行已编译 Java 程序所需的所有内容的集合,包括 Java虚拟机(JVM),Java类库,java命令和其他的一些基础构件。但是,它不能用于创建新程序。

如果你只是为了运行一下 Java 程序的话,那么你只需要安装 JRE 就可以了。如果你需要进行一些 Java 编程方面的工作,那么你就需要安装JDK了。但是,这不是绝对的。有时,即使您不打算在计算机上进行任何Java开发,仍然需要安装JDK。例如,如果要使用JSP部署Web应用程序,那么从技术上讲,您只是在应用程序服务器中运行Java程序。那你为什么需要JDK呢?因为应用程序服务器会将 JSP 转换为 Java servlet,并且需要使用 JDK 来编译 servlet。

4. 字符型常量和字符串常量的区别?

  1. 形式上: 字符常量是单引号引起的一个字符; 字符串常量是双引号引起的若干个字符
  2. 含义上: 字符常量相当于一个整型值( ASCII 值),可以参加表达式运算; 字符串常量代表一个地址值(该字符串在内存中存放位置)
  3. 占内存大小 字符常量只占2个字节; 字符串常量占若干个字节(至少一个字符结束标志) (注意: char在Java中占两个字节)

java编程思想第四版:2.2.2节 86735519.jpg

5. 构造器 Constructor 是否可被 override?

在讲继承的时候我们就知道父类的私有属性和构造方法并不能被继承,所以 Constructor 也就不能被 override(重写),但是可以 overload(重载),所以你可以看到一个类中有多个构造函数的情况。

6. 重载和重写的区别

  • 重载: 发生在同一个类中,方法名必须相同,参数类型不同、个数不同、顺序不同,方法返回值和访问修饰符可以不同,发生在编译时。   
  • 重写: 发生在父子类中,方法名、参数列表必须相同,返回值范围小于等于父类,抛出的异常范围小于等于父类,访问修饰符范围大于等于父类;如果父类方法访问修饰符为 private 则子类就不能重写该方法。

7. Java 面向对象编程三大特性: 封装 继承 多态

封装

封装把一个对象的属性私有化,同时提供一些可以被外界访问的属性的方法,如果属性不想被外界访问,我们大可不必提供方法给外界访问。但是如果一个类没有提供给外界访问的方法,那么这个类也没有什么意义了。

继承

继承是使用已存在的类的定义作为基础建立新类的技术,新类的定义可以增加新的数据或新的功能,也可以用父类的功能,但不能选择性地继承父类。通过使用继承我们能够非常方便地复用以前的代码。

关于继承如下 3 点请记住:

  1. 子类拥有父类对象所有的属性和方法(包括私有属性和私有方法),但是父类中的私有属性和方法子类是无法访问,只是拥有
  2. 子类可以拥有自己属性和方法,即子类可以对父类进行扩展。
  3. 子类可以用自己的方式实现父类的方法。(以后介绍)。

多态

所谓多态就是指程序中定义的引用变量所指向的具体类型和通过该引用变量发出的方法调用在编程时并不确定,而是在程序运行期间才确定,即一个引用变量到底会指向哪个类的实例对象,该引用变量发出的方法调用到底是哪个类中实现的方法,必须在由程序运行期间才能决定。

在Java中有两种形式可以实现多态:继承(多个子类对同一方法的重写)和接口(实现接口并覆盖接口中同一方法)。

8. String StringBuffer 和 StringBuilder 的区别是什么? String 为什么是不可变的?

可变性

简单的来说:String 类中使用 final 关键字修饰字符数组来保存字符串,private final char value[],所以 String 对象是不可变的。而StringBuilder 与 StringBuffer 都继承自 AbstractStringBuilder 类,在 AbstractStringBuilder 中也是使用字符数组保存字符串char[]value 但是没有用 final 关键字修饰,所以这两种对象都是可变的。

StringBuilder 与 StringBuffer 的构造方法都是调用父类构造方法也就是 AbstractStringBuilder 实现的,大家可以自行查阅源码。

AbstractStringBuilder.java

abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
    char[] value;
    int count;
    AbstractStringBuilder() {
    }
    AbstractStringBuilder(int capacity) {
        value = new char[capacity];
    }

线程安全性

String 中的对象是不可变的,也就可以理解为常量,线程安全。AbstractStringBuilder 是 StringBuilder 与 StringBuffer 的公共父类,定义了一些字符串的基本操作,如 expandCapacity、append、insert、indexOf 等公共方法。StringBuffer 对方法加了同步锁或者对调用的方法加了同步锁,所以是线程安全的。StringBuilder 并没有对方法进行加同步锁,所以是非线程安全的。 

性能

每次对 String 类型进行改变的时候,都会生成一个新的 String 对象,然后将指针指向新的 String 对象。StringBuffer 每次都会对 StringBuffer 对象本身进行操作,而不是生成新的对象并改变对象引用。相同情况下使用 StringBuilder 相比使用 StringBuffer 仅能获得 10%~15% 左右的性能提升,但却要冒多线程不安全的风险。

对于三者使用的总结:

  1. 操作少量的数据: 适用String
  2. 单线程操作字符串缓冲区下操作大量数据: 适用StringBuilder
  3. 多线程操作字符串缓冲区下操作大量数据: 适用StringBuffer

9. 自动装箱与拆箱

  • 装箱:将基本类型用它们对应的引用类型包装起来;
  • 拆箱:将包装类型转换为基本数据类型;

10. 在一个静态方法内调用一个非静态成员为什么是非法的?

由于静态方法可以不通过对象进行调用,因此在静态方法里,不能调用其他非静态变量,也不可以访问非静态变量成员。

11. 在 Java 中定义一个不做事且没有参数的构造方法的作用

Java 程序在执行子类的构造方法之前,如果没有用 super()来调用父类特定的构造方法,则会调用父类中“没有参数的构造方法”。因此,如果父类中只定义了有参数的构造方法,而在子类的构造方法中又没有用 super()来调用父类中特定的构造方法,则编译时将发生错误,因为 Java 程序在父类中找不到没有参数的构造方法可供执行。解决办法是在父类里加上一个不做事且没有参数的构造方法。  

12. 接口和抽象类的区别是什么?

  1. 接口的方法默认是 public,所有方法在接口中不能有实现(Java 8 开始接口方法可以有默认实现),而抽象类可以有非抽象的方法。
  2. 接口中除了static、final变量,不能有其他变量,而抽象类中则不一定。
  3. 一个类可以实现多个接口,但只能实现一个抽象类。接口自己本身可以通过extends关键字扩展多个接口。
  4. 接口方法默认修饰符是public,抽象方法可以有public、protected和default这些修饰符(抽象方法就是为了被重写所以不能使用private关键字修饰!)。
  5. 从设计层面来说,抽象是对类的抽象,是一种模板设计,而接口是对行为的抽象,是一种行为的规范。

备注:在JDK8中,接口也可以定义静态方法,可以直接用接口名调用。实现类和实现是不可以调用的。如果同时实现两个接口,接口中定义了一样的默认方法,则必须重写,不然会报错。(详见issue:https://github.com/Snailclimb/JavaGuide/issues/146)

13. == 与 equals(重要))

== : 它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(基本数据类型==比较的是值,引用数据类型==比较的是内存地址)。

equals() : 它的作用也是判断两个对象是否相等。但它一般有两种使用情况:

  • 情况1:类没有覆盖 equals() 方法。则通过 equals() 比较该类的两个对象时,等价于通过“==”比较这两个对象。
  • 情况2:类覆盖了 equals() 方法。一般,我们都覆盖 equals() 方法来比较两个对象的内容是否相等;若它们的内容相等,则返回 true (即,认为这两个对象相等)。

举个例子:

public class test1 {
    public static void main(String[] args) {
        String a = new String("ab"); // a 为一个引用
        String b = new String("ab"); // b为另一个引用,对象的内容一样
        String aa = "ab"; // 放在常量池中
        String bb = "ab"; // 从常量池中查找
        if (aa == bb) // true
            System.out.println("aa==bb");
        if (a == b) // false,非同一对象
            System.out.println("a==b");
        if (a.equals(b)) // true
            System.out.println("aEQb");
        if (42 == 42.0) { // true
            System.out.println("true");
        }
    }
}

说明:

  • String 中的 equals 方法是被重写过的,因为 object 的 equals 方法是比较的对象的内存地址,而 String 的 equals 方法比较的是对象的值。
  • 当创建 String 类型的对象时,虚拟机会在常量池中查找有没有已经存在的值和要创建的值相同的对象,如果有就把它赋给当前引用。如果没有就在常量池中重新创建一个 String 对象。

14. hashCode 与 equals (重要)

面试官可能会问你:“你重写过 hashcode 和 equals 么,为什么重写equals时必须重写hashCode方法?”

hashCode()介绍

hashCode() 的作用是获取哈希码,也称为散列码;它实际上是返回一个int整数。这个哈希码的作用是确定该对象在哈希表中的索引位置。hashCode() 定义在JDK的Object.java中,这就意味着Java中的任何类都包含有hashCode() 函数。

散列表存储的是键值对(key-value),它的特点是:能根据“键”快速的检索出对应的“值”。这其中就利用到了散列码!(可以快速找到所需要的对象)

为什么要有 hashCode

我们先以“HashSet 如何检查重复”为例子来说明为什么要有 hashCode: 当你把对象加入 HashSet 时,HashSet 会先计算对象的 hashcode 值来判断对象加入的位置,同时也会与其他已经加入的对象的 hashcode 值作比较,如果没有相符的hashcode,HashSet会假设对象没有重复出现。但是如果发现有相同 hashcode 值的对象,这时会调用 equals()方法来检查 hashcode 相等的对象是否真的相同。如果两者相同,HashSet 就不会让其加入操作成功。如果不同的话,就会重新散列到其他位置。(摘自我的Java启蒙书《Head first java》第二版)。这样我们就大大减少了 equals 的次数,相应就大大提高了执行速度。

通过我们可以看出:hashCode() 的作用就是获取哈希码,也称为散列码;它实际上是返回一个int整数。这个哈希码的作用是确定该对象在哈希表中的索引位置。hashCode()在散列表中才有用,在其它情况下没用。在散列表中hashCode() 的作用是获取对象的散列码,进而确定该对象在散列表中的位置。

hashCode()与equals()的相关规定

  1. 如果两个对象相等,则hashcode一定也是相同的
  2. 两个对象相等,对两个对象分别调用equals方法都返回true
  3. 两个对象有相同的hashcode值,它们也不一定是相等的
  4. 因此,equals 方法被覆盖过,则 hashCode 方法也必须被覆盖
  5. hashCode() 的默认行为是对堆上的对象产生独特值。如果没有重写 hashCode(),则该 class 的两个对象无论如何都不会相等(即使这两个对象指向相同的数据)

推荐阅读:Java hashCode() 和 equals()的若干问题解答

15. 为什么Java中只有值传递?

首先回顾一下在程序设计语言中有关将参数传递给方法(或函数)的一些专业术语。按值调用(call by value)表示方法接收的是调用者提供的值,而按引用调用(call by reference)表示方法接收的是调用者提供的变量地址。一个方法可以修改传递引用所对应的变量值,而不能修改传递值调用所对应的变量值。 它用来描述各种程序设计语言(不只是Java)中方法参数传递方式。

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。

下面通过 3 个例子来给大家说明

example 1

public static void main(String[] args) {
    int num1 = 10;
    int num2 = 20;

    swap(num1, num2);

    System.out.println("num1 = " + num1);
    System.out.println("num2 = " + num2);
}

public static void swap(int a, int b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;

    System.out.println("a = " + a);
    System.out.println("b = " + b);
}

结果:

a = 20
b = 10
num1 = 10
num2 = 20

解析:

example01.jpg

在swap方法中,a、b的值进行交换,并不会影响到 num1、num2。因为,a、b中的值,只是从 num1、num2 的复制过来的。也就是说,a、b相当于num1、num2 的副本,副本的内容无论怎么修改,都不会影响到原件本身。

通过上面例子,我们已经知道了一个方法不能修改一个基本数据类型的参数,而对象引用作为参数就不一样,请看 example2.

example 2

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = { 1, 2, 3, 4, 5 };
        System.out.println(arr[0]);
        change(arr);
        System.out.println(arr[0]);
    }

    public static void change(int[] array) {
        // 将数组的第一个元素变为0
        array[0] = 0;
    }

结果:

1
0

解析:

example02.jpg

array 被初始化 arr 的拷贝也就是一个对象的引用,也就是说 array 和 arr 指向的时同一个数组对象。 因此,外部对引用对象的改变会反映到所对应的对象上。

通过 example2 我们已经看到,实现一个改变对象参数状态的方法并不是一件难事。理由很简单,方法得到的是对象引用的拷贝,对象引用及其他的拷贝同时引用同一个对象。

很多程序设计语言(特别是,C++和Pascal)提供了两种参数传递的方式:值调用和引用调用。有些程序员(甚至本书的作者)认为Java程序设计语言对对象采用的是引用调用,实际上,这种理解是不对的。由于这种误解具有一定的普遍性,所以下面给出一个反例来详细地阐述一下这个问题。

example 3

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        Student s1 = new Student("小张");
        Student s2 = new Student("小李");
        Test.swap(s1, s2);
        System.out.println("s1:" + s1.getName());
        System.out.println("s2:" + s2.getName());
    }

    public static void swap(Student x, Student y) {
        Student temp = x;
        x = y;
        y = temp;
        System.out.println("x:" + x.getName());
        System.out.println("y:" + y.getName());
    }
}

结果:

x:小李
y:小张
s1:小张
s2:小李

解析:

交换之前:

example03.jpg

交换之后:

example04.jpg

通过上面两张图可以很清晰的看出: 方法并没有改变存储在变量 s1 和 s2 中的对象引用。swap方法的参数x和y被初始化为两个对象引用的拷贝,这个方法交换的是这两个拷贝

总结

Java程序设计语言对对象采用的不是引用调用,实际上,对象引用是按 值传递的。

下面再总结一下Java中方法参数的使用情况:

  • 一个方法不能修改一个基本数据类型的参数(即数值型或布尔型)。
  • 一个方法可以改变一个对象参数的状态。
  • 一个方法不能让对象参数引用一个新的对象。

参考:https://github.com/niaobulashi/JavaGuide

文章名: 《Java基础知识回顾(一)》
文章链接:https://niaobulashi.com/archives/java-base-01.html
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公众号:鸟不拉屎(一个正在努力Coding的未来架构师)
Last modification:July 29th, 2019 at 11:31 am

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2 comments

  1. Kira

    Mark 一下嘿嘿

    1. 鸟不拉屎
      @Kira


      共同学习