夯實基礎系列一：Java 基礎總結

時間 2019-11-11

標籤夯實基礎系列 java 總結欄目 Java 简体版

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前言

大學期間接觸 Java 的時間也不短了，不論學習仍是實習，都讓我發覺基礎的重要性。互聯網發展太快了，各類框架各類技術更新迭代的速度很是快，可能你恰好掌握了一門技術的應用，它卻已經走在淘汰的邊緣了。java

而學習新技術總要付出必定的時間成本，那麼怎麼下降時間成本呢？那就是打好基礎，技術再怎麼革新，底層的東西也不多會變更，牢固的基礎會幫助你在各類新技術的學習中游刃有餘，快速上手。web

由於我選擇的方向是後臺開發，因此談談我認爲的基礎有哪些。其餘方向確定也有本身的體系，從低層到高層，能夠本身摸索。後臺的話，我以爲網絡知識，各類協議，web 知識，數據庫知識，Linux 基本操做以及本身選擇的後臺語言知識，這些是最基礎最須要牢固掌握的。算法

因此從今天起，會出一系列與後臺基礎相關的博文，一是對本身過去學習的一個總結，二是分享出來，但願能夠幫助到須要的人。數據庫

概要

Java 基礎我作了 10 個方面的總結，包括基本概念，面向對象，關鍵字，基本類型與運算，字符串與數組，異常處理，Java 平臺與內存管理，分佈式 Java 應用，多線程，IO。如下對這些內容作一些簡單的總結，同時我也有完整的思惟導圖，博客上不方便展現，如有須要，請關注微信公衆號永倫的小屋，後臺回覆 Java 便可獲取。設計模式

細節

1. 基本概念

1.1 語言特色

純面向對象
平臺無關性
內置類庫
支持web
安全性
- 防止代碼攻擊
健壯性
- 強類型機制
- 垃圾回收器
- 異常處理
- 安全檢查機制
去除C++中難以理解易混淆的特性

1.2 與C++比較

解釋編譯混合型語言，執行速度慢，跨平臺
純面向對象，只有類，不存在全局變量或全局函數
無指針，無多繼承，可多實現
垃圾回收器自動管理內存

1.3 main函數知識

Java程序入口方法
可由final，synchronized修飾，不能用abstract

1.4 Java程序初始化順序

靜態優於非靜態
父類優於子類
按照成員變量的定義順序
總共10個

1.5 做用域與可見性

靜態變量屬於類
局部變量屬於花括號
成員變量看下一條
public、protected、default、private 可見性依次遞減

1.6 構造函數

與類名相同，無返回值
可重載，不能被繼承，即不能被覆蓋
參數個數任意
伴隨new 一塊兒調用，爲系統調用
完成對象的初始化工做
子類可經過super顯式調用父類。父類沒有提供無參，子類必須顯式調用
未定義，默認無參，修飾符取決於類修飾符

1.7 標識接口

無任何方法聲明
表示實現它的類屬於一個特定的類型

1.8 clone 方法

實現Cloneable接口
重寫Object類中的clone()
clone()中調用super.clone()
把淺複製引用指向新的克隆體

1.9 反射

定義：容許程序在運行時進行自我檢查，也容許對其內部成員進行操做
功能
- 獲得一個對象所屬的類
- 獲取一個類的全部成員和方法
- 運行時建立對象
- 在運行時調用對象的方法
獲取類的方式
- class.forName("類路徑")
- 類名.class
- 實例.getClass()

1.10 建立對象的四種方式

new
反射機制
clone()
反序列化

1.11 package 做用

提供多層命名空間，解決命名衝突
對類按功能進行分類，使項目組織更加清晰

2. 面向對象

2.1 與面向過程區別

層次邏輯關係不一樣。
- 面向對象是經過類的層次結構來體現類之間的繼承與發展
- 面向過程是經過模塊的層次結構歸納模塊與模塊間的關係與功能
數據處理方式不一樣與控制程序方式不一樣
- 面向對象是數據與操做封裝成一個總體，經過事件驅動來激活和運行程序
- 面向過程是數據單獨存儲，控制程序方式上按照設計調用或返回程序

2.2 特性

抽象
繼承
多態
封裝

2.3 這種開發方式優勢

開發效率高。代碼重用
保證軟件的魯棒性。通過長期測試的已有代碼
保證軟件的高可維護性。設計模式成熟

2.4 繼承

單繼承
只能繼承父類的非私有成員變量和方法
同名成員變量，子類覆蓋，不會繼承
相同函數簽名，子類覆蓋，不會繼承

2.5 組合和繼承區別

組合：在新類中建立原有類的對象。has a
繼承是 is a

2.6 多態

方法重載
- 編譯時多態
方法覆蓋
- 運行時多態
成員變量無多態概念

2.7 覆蓋和重載區別

子父類關係，垂直；同類方法間關係，水平
一對方法發生關係；多個方法發生關係
參數列表相同；參數列表不一樣
調用的方法根據對象的類型決定；根據調用時的實參表決定方法體

2.8 抽象類與接口異同

同數組

不能被實例化
接口的實現類實現了接口，抽象類的子類實現了方法，才能被實例化

異緩存

接口只能定義方法，不能實現；抽象類能夠有定義和實現
接口須要被實現；抽象類須要被繼承
接口強調特定功能的實現；抽象類強調所屬關係
接口成員變量默認爲 public static final，成員方法 public abstract
抽象類變量默認default，方法不能用 private、static、synchronized、native 修飾

2.9 內部類

靜態內部類
- static 修飾
- 只能訪問外部類中的static數據
成員內部類
- 與實例綁定
- 不可定義靜態屬性和方法
- 外部實例化後，該內部類才能被實例化
局部內部類
- 代碼塊內
- 不能被public、protected、private以及static修飾
- 只能訪問final 局部變量
匿名內部類
- 無類名
- 無構造函數，必須繼承或實現其餘類
- 原則
  - 無構造函數
  - 無靜態成員，方法和類
  - 不能是public、protected、private、static
  - 只能建立匿名內部類的一個實例
  - new 後面有繼承或實現
  - 特殊的局部內部類

2.10 如何獲取父類類名

利用反射：obj.getClass().getSuperClass().getName()
不使用super.getClass()緣由：該方法在 Object中爲final與native，子類不能覆蓋，返回此Object運行時類

2.11 this

指向當前實例對象
區分紅員變量與方法形參

2.12 super

訪問父類成員變量或方法
子類同名會覆蓋，訪問父類只能經過super
子類構造函數需顯示調用父類構造函數時，super()必須爲構造函數的第一條語句

3. 關鍵字

3.1 變量命名

英文字母
數字
_和$
不能包含空白字符
首字符不能爲數字
保留字不能作標識符
區分大小寫

3.2 assert

軟件調試
運行時開啓 -ea

3.3 static

特定類的統一存儲空間，類綁定
成員變量：屬於類，內存中只有一個複製
成員方法：調靜態數據。可實現單例模式
代碼塊：初始化靜態變量，只被執行一次
內部類：不能與外部類重名，只能訪問外部類靜態數據(包括私有)

3.4 switch

多分支選擇
整型或字符類型變量或整數表達式
Java 7 開始支持 String。原理是String的hashCode()返回的int類型值匹配

3.5 volatile

保證線程間的可見性
從內存中取數據，而不是緩存
不保證原子性

3.6 instanceof

二元運算符
判斷一個引用類型的變量所指向的對象是不是一個類的實例
即左邊對象是不是右邊類的實例

3.7 strictfp

精確浮點
確保浮點運算的準確性
若不指定，結果依賴於虛擬機平臺
指定後依賴於統一標準，保證各平臺的一致性

3.8 null

不是合法的Object實例
無內存
代表該引用目前沒有指向任何對象

4. 基本類型與運算

4.1 基本數據類型

int長度
- byte(8 bit)
- short(16 bit)
- int(32 bit)
- long(64 bit)
float長度
- 單精度(32 bit float)
- 雙精度(64 bit double)
boolean 類型變量的取值
- true
- false
char數據類型:Unicode字符(16 bit)
void:java.lang.Void 沒法直接對其進行操做

4.2 不可變類

實例建立後，值不可變
全部的基本類型的包裝類+String
優勢
- 使用簡單
- 線程安全
- 節省內存
缺點:會由於值的不一樣而產生新的對象，致使沒法預料的問題

4.3 類型轉換

隱式類型轉換
- 低精度到高精度
- byte->short->char->int->long->float->double
顯式類型轉換
- 反之
- 可能會損失精度
類型自動轉換
- 低到高
- char類型會轉換爲其對應的ASCII碼
- byte、char、short參與運算自動轉爲int，但"+="，不轉
- 基本數據類型與boolean不能相互轉換
- 多種類型混合運算，自動轉成容量最大類型

運算符優先級安全

點   ()  []
  +(正)    -(負)        ++  --  ~   !
  *   /   %
  +(加)    -(減)
  <<  >>  >>>
  <   <=  >   >=  instanceof
  ==  !=
  &
  |
  ^
  &&
  ||
  ?:
  =   +=  -=  *=  /=  %=  &=       |= ^=  ~=  <<= >>= >>>=

5. 字符串與數組

5.1 字符串建立與存儲機制

堆
常量池
new String("abc")建立1個或2個對象

5.2 ==、equals和hashCode區別

== 比較引用，內存
未覆蓋，同==；比較內容
hashCode鑑定對象是否相等，返回整數

5.3 String,StringBuffer,StringBuilder

String:不可變，執行效率最低
StringBuffer:可修改，線程安全，效率較高
StringBuilder:可修改，線程不安全，效率最高

5.4 其餘

數組初始化方式
length屬性和length()方法

6. 異常處理

6.1 finally塊執行時機

若try中有return，在return前
若try-finally或catch-finally中都有return，finally會覆蓋

6.2 finally代碼塊不是必定會被執行

程序進入try以前出現異常
try中調用System.exit(0)

6.3 Error

嚴重錯誤，不可恢復服務器

6.4 Exception

可恢復，編譯器可捕捉
檢查性異常
- IO
- SQL
運行時異常
- JVM處理
- NullPointException
- ClassCastException
- ArrayIndexOutOfBoundsException
出現異常後，一直往上層拋，直到遇處處理代碼或最上層
多態。若先捕獲基類，再捕獲子類。子類處理代碼將永遠不會獲得執行

7. Java平臺與內存管理

7.1 Java平臺與其餘語言平臺的區別

純軟件，包括JVM與JAVA API
JVM虛擬，不跨平臺

7.2 JAVA代碼的執行

代碼編譯爲class：sun jdk 中javac
裝載class：ClassLoader
執行class
- 解釋執行
- 編譯執行
  - client compiler
  - server compiler

7.3 java源碼編譯機制

詞法分析器組件：Token流
語法分析器組件：語法樹
語義分析器組件：註解語法樹
- 將語法樹中的名字、表達式等元素與變量、方法、類型等聯繫到一塊兒
- 檢查變量使用前是否已聲明
- 推導泛型方法的類型參數
- 檢查類型匹配性
- 進行常量摺疊
- 檢查全部語句均可到達
- 檢查變量的肯定性賦值
- 解除語法糖
- 將泛型JAVA轉成普通Java
- 檢查全部checked exception都被捕獲或拋出
- 將含語法糖的語法樹轉成簡單語法樹eg:foreach，自動摺疊
代碼生成器組件：字節碼

7.4 類加載機制

裝載：全限定名+類加載器加載類
連接
- 校驗
  - 格式不符，拋VerifyError
  - 加載引用的類失敗：拋NoClassDefFoundError
- 準備：靜態變量默認初始化
- 解析：屬性、方法驗證(可選)
初始化(不是類加載必須觸發的)
- 靜態初始化代碼
- 構造器代碼
- 靜態屬性初始化
- 觸發時機
  - 調用了new
  - 反射調用了類中的方法
  - 子類調用了初始化
  - JVM啓動過程當中指定的初始化類
    - Bootstrap Class Loader：$JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar
    - Extension Class Loader：$JAVA_HOME/jre/lib/ext/*.jar
    - System Class Loader：$CLASSPATH
    - User Defined Class Loader

7.5 類執行機制

解釋執行
- JVM字節碼爲中間代碼，由JVM在運行期對其解釋並執行
  - invokestatic
  - invokevirtual
  - invokeinterface
  - invokespecial
- 基於棧
  - 代碼緊湊，體積小
  - 線程建立後，產生PC和Stack
  - 指令解釋執行
  - 棧頂緩存：棧頂值緩存在寄存器上
  - 部分棧幀共享
編譯執行
- client compiler
  - 輕量級，佔內存少
  - 方法內聯
  - 去虛擬化
  - 冗餘消除
- server compiler
  - 重量級，佔內存多
  - 逃逸分析是C2進行不少優化的基礎
  - 標量替換：用標量替換聚合量
  - 棧上分配
    - 若對象未逃逸，C2會選擇在棧上直接建立Point對象實例，而不是在堆上
    - 棧上分配更快速，對象易回收
  - 同步消除：若是發現同步的對象未逃逸，那也沒有同步的必要。C2會去掉同步代碼塊

7.6 內存空間

方法區：類信息，線程共享
堆
- 對象實例+數組
- 分代管理
  - 新生代
  - 舊生代
本地方法棧：支持native方法，Sun JDK的實現中本地方法棧和JVM方法棧是同一個
PC寄存器：線程私有
JVM方法棧：線程私有

7.7 內存分配

Java對象，堆上分配，分配需加鎖，開銷大
當堆上空間不足-->GC-->仍不足-->拋OutOfMemory
Sun JDK 爲新建立的線程在Eden上分配TLAB
多個小對象比大對象分配更高效
基於逃逸分析直接從棧上分配

7.8 內存回收

收集器
- 引用計數收集器
  - 計數器增減有消耗
  - 不適合循環引用
- 跟蹤收集器
  - 集中式管理
  - 全局記錄數據的引用狀態
  - 從根集合掃描對象，可能會形成應用程序暫停
  - 三種實現算法
    - 複製
      - 適用於回收空間中存活對象較少
      - 缺點：須要增長一塊空的內存空間及進行對象的移動
    - 標記-清除：會產生內存碎片
    - 標記-壓縮：不產生內存碎片
Sun JDK中可用GC
- 新生代
  - 串行GC(Serial GC)：複製算法
    - Minor GC
    - 強軟弱虛
  - 並行回收GC(Parrallel Scavenge)：掃描複製多線程
  - 並行 GC(ParNew)：配合舊生代 CMS
- 舊生代和持久代可用GC
  - 串行：標記壓縮+清除
  - 並行：標記壓縮
  - 併發：CMS
    - 1. 標記：暫停
    - 1. 併發標記：恢復，輪詢着色對象，以標記它們
    - 1. 從新標記：暫停
    - 1. 併發收集：恢復
    - CMS內存回收易產生碎片，可是它提供了整理碎片的功能
    - 浮動垃圾：CMS回收時產生應該回收但要等到下次CMS才能被回收掉的對象
Full GC
- 對新生代舊生代及持久代都進行的GC
- 觸發的四種狀況
  - 舊生代空間不足
  - 持久代空間滿
  - CMS GC出現promotion failed和concurrent mode failure
  - 統計獲得的Minor GC晉升到舊生代的平均大小大於舊生代的剩餘空間

7.9 內存泄露

一個再也不被程序使用的對象或變量還在內存中佔有存儲空間
符合垃圾回收標準
- 對象賦空值null
- 給對象賦予新值，從新分配了內存空間
泄露的兩種狀況
- 堆中申請的空間沒有被釋放
- 對象再也不被使用，但仍然存活在內存中
泄露緣由
- 靜態集合類
- 各類鏈接
- 監聽器
- 變量不合理的做用域
- 單例模式

8. 分佈式Java應用

8.1 基於消息方式實現系統間的通訊

TCP/IP+BIO
- socket.setSoTimeOut()設置等待響應的超時時間
- 一鏈接一線程
- 缺點：不管鏈接是否真實，都要建立線程
- BIO下服務器端所能支撐的鏈接數目有限
TCP/IP+NIO
- Channel
  - SocketChannel：創建鏈接，監聽事件，操做讀寫
  - ServerSocketChannel：監聽端口，監聽鏈接事件
- Selector：獲取是否要處理的事件
- Buffer：存放處理的數據
- NIO Reactor模式，經過註冊感興趣的事件及掃描是否有感興趣的事件發生，從而作出相應的動做
- 多個請求，鏈接複用
- 只有在有真實的請求時，纔會建立線程
- 一請求一線程
UDP/IP+BIO
- DatagramSocket：負責監聽端口，讀寫數據
- DatagramPacket：做爲數據流對象進行傳輸
UDP/IP+NIO
- DatagramChannel：監聽端口，進行讀寫
- ByteBuffer：數據流傳輸
NIO好處：只在有流要讀取或可寫入流時才作出相應的IO操做，而不像BIO方式阻塞當前線程

8.2 基於遠程調用方式實現系統間的通訊

遠程調用方式
- 系統間通訊和系統內同樣
- 讓使用者感受調用遠程同調用本地同樣
基於Java自身技術
- RMI：客戶端代理，stub，封裝對象，序列化爲流，TCP/IP BIO，Skeleton，反序列化，獲取對象實例，調用
- WebService
  - 1. 服務端的服務生成WSDL文件
  - 1. 將應用+WSDL文件放入HTTP服務器
  - 1. 借用Java輔助工具根據WSDL文件生成客戶端stub代碼
  - 1. stub將產生的對象請求信息封裝爲標準化的SOAP格式數據，併發請求到服務器端
  - 1. 服端在接收到SOAP格式數據時進行轉化，反射調用相應的Java類
  - SOAP優勢支持跨語言，缺點對複雜對象結構難支持

8.3 基於開源框架

Spring RMI

9. 多線程

9.1 線程資源同步機制

JVM保證如下操做順序
- 同一線程操做
- 對於main Memory 上的同一個變量的操做
- 對於加了鎖的main Memory上的對象操做
爲避免資源操做的髒數據問題，JVM提供了
- synchronized
- volatile
- lock/unlock
- 目的是控制資源競爭

9.2 線程交互機制

基於Object的wait/notify/notifyAll
- 爲避免假喚醒，須要double check
- 調用對象的wait-->wait sets--->釋放鎖--->其餘線程notify---->wait sets---->執行此對象線程--->刪除sets中此線程
基於JDK 5 併發包，支持線程交互
- Semphore的acquire，release
- Condition的await，signal
- CountDownLatch的await和countDown