Java基础——必须掌握的核心概念

>该文章的主要内容，包括 Java 基础知识、Java 程序的运行过程、变量与类型、运算细节、面向对象编程的核心概念和方法、JVM 的设计目标等。这些是我整理所学Java知识点的二次提炼，被一些网友说是八股文，确实哎！这知识点越是提炼，越是抽象。掌握这些知识后，还是得多敲代码，这些东西只是帮你更好地理解你所敲的代码，不迷茫，不要本末倒置哦！

## **Java 程序基础**

### **Java 程序的运行过程：**

1. 编译：
Java 源代码经过编译器编译成字节码文件，该文件与平台无关。
2. 加载：
字节码文件被 JVM 的类加载器加载到内存中。类加载器负责查找和加载类文件，并将其转换为 JVM 可以理解的格式。
3. 字节码校验：
加载后的文件，经过 JVM 的字节码校验器进行校验，确保字节码的安全性和正确性。
4. 解释执行：
JVM 的解释器会逐条解释字节码指令，将其转换为机器码并执行。(end)
5. 即时编译(JIT)
为了提高性能，JVM 还提供了即时编译技术。JIT 编译器会在运行时将经常执行的代码编译成机器码，从而提高执行效率。
6. 垃圾回收
JVM 内置了垃圾回收机制，自动管理内存，回收不再使用的对象，减少内存泄漏和其他内存管理问题。

### **程序基本结构**

1. 一个 Java 源码只能定义一个 public 类型的 class，并且 class 名称和文件名要完全一致；
2. 使用 javac 可以将 .java 源码编译成.class 字节码。

### **变量与类型(细节)**

1. Java 提供了两种变量类型：基本类型和引用类型。基本类型包括整型，浮点型，布尔型，字符型。
2. 变量可重新赋值，等号是赋值语句，不是数学意义的符号。
3. 常量在初始化后不可重新赋值，使用常量便于理解程序意图。

### **整数运算(细节)**

1. 整数运算的结果永远是精确的；
2. 运算结果会自动提升；
3. 可以强制转型，但超出范围的强制转型会得到错误的结果；
4. 应该选择合适范围的整型，没必要为了节省内存而使用 byte 和 short 进行整数运算。

### **浮点数运算(细节)**

1. 浮点数常常无法精确表示，并且浮点数的运算结果可能有误差；
2. 比较两个浮点数通常比较它们的差的绝对值是否小于一个特定值；
3. 整型和浮点型运算时，整型会自动提升为浮点型；
4. 可以将浮点型强制转为整型，但超出范围后将始终返回整型的最大值。

### **基本类型变量 vs 引用类型变量**

1. 基本类型变量存储的是对象本身的值，当变量内容发生变化时，新的值会覆盖掉之前的值，不会重新分配新的内存空间。
2. 引用类型变量类似于指针，存储的是对象的内存地址，而不是对象本身的实际值。这使得多个引用类型变量可以引用同一个对象，修改其中一个变量的内容会影响到其它引用该对象的变量。
3. 当引用类型的变量内容发生变化时，是否创建新的内存空间取决于具体的编程语言和内存管理机制。

### **数组(细节)**

1. 数组是同一数据类型的集合，数组一旦创建后，大小就不可变；
2. 可以通过索引访问数组元素，但索引超出范围将报错；
3. 数组元素可以是值类型，或者引用类型，但数组本身是引用类型。

### **流程控制**

在 Java 程序中，JVM 默认总是顺序执行以分号结束的语句。但是，在实际的代码中，程序经常需要做出条件判断，循环。因此，需要有多种流程控制语句，来实现程序的跳转和循环等功能。

### **”==“ 的作用**

1. 可以判断值类型是否相等。
2. 判断引用类型的变量时，指的是这两个是否指向同一个对象。如果判断对象具体内容是否相等，就需要 equals()方法。

## **面向对象基础**

### **面向对象编程**

1. 面向过程编程，是把模型分解成一步一步的过程。
2. 面向对象编程，是一种通过对象的方式，把现实世界映射到计算机模型的一种编程方法。
3. 在 OOP 中，class 和 instance 是"模板"和"实例"的关系，定义 class 就是定义了一种数据类型，对应的 instance 是这种数据类型的实例。
4. 通过 new 操作符创建新的 instance，然后用变量指向它，就可以通过变量引用这个 instance。
5. 指向 instance 的变量都是引用变量。

### **方法**

1. 方法可以让外部代码安全地访问实例字段。
2. 方法是一组执行语句，并且可以执行任意逻辑。
3. 方法内部遇到 return 时返回，void 表示不返回任何值；
4. 外部代码通过 public 方法操作实例，内部代码可以调用 private 方法。

### **构造器(构造方法)**

1. 实例在创建时通过 new 操作符调用对应的构造方法，用于初始化实例；
2. 没有定义构造方法时，编译器会自动创建一个默认的无参构造器；
3. 可定义多个构造方法，编译器根据参数自动判断；
4. 可以在一个构造器中调用另一个构造器，便于代码的复用。

### **方法重载**

1. 方法重载是指多个方法的方法名相同，各自的参数不同，返回值类型通常相同。
2. 方法重载的目的是，功能类似的方法使用同一名字，容易记并且调用起来更简单。

### **继承**

1. 继承是面向对象编程的一种强大的代码复用方式，Java 只允许单继承，所有类最终的根类是 Object。
2. 子类无法访问父类的 private 的属性和方法；
3. 父类 protected 修饰的字段可以被子类访问，protected 关键字可以把字段和方法的访问权限控制在继承树的内部。
4. 子类的构造方法可以通过 super()调用父类的构造方法。
5. 向上转型：把子类类型安全地变为父类类型的赋值，被称为向上转型。
6. 向上转型：用 instanceof 判断一个变量所指向的实例是否是指定类型或者类型的子类，才能将该变量向下转型。
7. 两个类是 is 的关系，才叫做继承，才能 extend；如果两个类是使用的关系，has 的关系，可以将一个类的对象作为另一个类的属性。

### **多态**

1. Java 的实例方法调用是基于运行时的实际类型的动态调用，而非变量的声明类型。
2. Java 的动态绑定机制：

- 当调用对象方法时，该方法会和该对象的实际类型(运行类型)绑定，进行使用；
- 当调用对象属性时，没有动态绑定机制，在哪里声明，就哪里使用；

3. 覆写 Object 类的方法，因为所有的 class 最终都继承自 Object，Object 定义了几个方法 toString()，equals()，hashCode()，在必要的情况下，我们可以覆写这些方法。
4. final 修饰符

- final 修饰的方法可以阻止被覆写；
- final 修饰的类可以阻止被继承；
- final 修饰的属性必须在创建对象时初始化，随后不可修改。

#### **抽象类**
1. 如果一个class定义了方法，但没有具体执行代码，这个方法就是抽象方法，抽象方法用abstract修饰；
2. 使用了抽象方法的类，就是抽象类。但是无法实例化一个抽象类，抽象类只能被继承。
3. 面向对象编程的本质是上层代码只定义规范，不需要考虑子类的实现。

### **接口**
1. 如果一个抽象类中没有字段，所有的方法都是抽象方法，则该抽象类就是接口，改名为interface。一个类可以实现多个接口。
2. 接口也是数据类型，适用于向上转型和向下转型。

### **静态字段和静态方法**
1. 静态字段属于所有实例"共享"的字段，实际上是属于 class 这个类的字段。
2. 调用静态方法不需要实例，无法访问this，静态方法只能可以访问静态字段和其它静态方法；
3. 静态方法常用于工具类和辅助方法。

### **包**
1. Java定义了一种名字空间，称之为包，package。一个类总是属于某个包。Java内建的package机制是为了避免class命名冲突。
2. 如果要调用其它包的class，可以使用import
3. 编译器会默认自动启动当前包的其它class，默认启动java.lang包。

### **作用域**
1. public修饰的class，interface可以被其它任何类访问。
2. private修饰的字段和方法的访问权限限定在class内部，其它类无法访问，但是该class的嵌套类可以访问。
3. protected 作用于继承关系。定义protected的字段和方法可以被子类访问，以及子类的子类。
4. 包作用域是指一个类允许访问同一个package的类。
5. Java在方法内部定义的变量是局部变量，局部变量的作用域是从变量声明开始，到一个块结束。

## **Java核心类**

### **String类**
1. Java字符串的一个重要特点就是字符串不可变。这种不可变性是通过内部的private final char[] 字段实现的，但是较新的JDK是用byte[]存储的。
2. 字符串操作不改变元字符串内容，而是返回新字符串。
3. 当比较两个字符串时，必须使用equals()方法。

### **字符编码**
为了统一全球所有语言的编码，全球统一码联盟发布了Unicode编码。
UTF-8编码，是一种变长编码，用来把固定长度的Unicode编码变成变长编码。

### **StringBuilder类**
1. Java标准库提供了StringBuilder，它是可变的，可以预分配缓冲区，在新增字符时，不会创建新的临时对象，可以高效拼接字符串。
2. StringBuffer 是 StringBuilder 的线程安全版本，现在很少使用。

### **包装类**
1. 每个基本类型都有包装类，Java编译器能自动装箱和自动拆箱，在编译期间完成。
2. 所有的包装类型都是不变类，都是被final修饰的，与String一样。关于包装类型的数据进行比较，也得使用equals()方法。
3. 整数和浮点数的包装类型都继承自Number。

### **常用工具类**
1. Math：数学计算
2. Random：生成随机数

### **JVM 的设计目标**

提供一个与硬件无关的抽象计算机模型，使得 Java 程序可以在各种平台上运行。

1. 跨平台兼容性：Java 程序编译成字节码后，可以在任何安装了 JVM 的系统上运行。
2. 安全性：JVM 提供了多层次的安全机制，确保 Java 程序在执行过程中不会对系统造成危害。
3. 性能优化：通过即时编译(JIT)和垃圾回收(GC)等技术，JVM 能够在运行时优化程序性能。
4. 多线程支持：JVM 内置了对多线程的支持，使得 Java 程序可以高效地进行并发处理。