Java基础系列-01

程序员码叔大约 21 分钟

Java基础系列-01

1. 面向对象编程有哪些特征?

一、抽象和封装

类和对象体现了抽象和封装

抽象就是解释类与对象之间关系的词。类与对象之间的关系就是抽象的关系。一句话来说明:类是对象的抽象,而对象则是类得特例,即类的具体表现形式。

封装两个方面的含义:一是将有关数据和操作代码封装在对象当中,形成一个基本单位,各个对象之间相对独立互不干扰。二是将对象中某些属性和操作私有化,已达到数据和操作信息隐蔽,有利于数据安全,防止无关人员修改。把一部分或全部属性和部分功能(函数)对外界屏蔽,就是从外界(类的大括号之外)看不到,不可知,这就是封装的意义。

二、继承

面向对象的继承是为了软件重用,简单理解就是代码复用,把重复使用的代码精简掉的一种手段。如何精简,当一个类中已经有了相应的属性和操作的代码,而另一个类当中也需要写重复的代码,那么就用继承方法,把前面的类当成父类,后面的类当成子类,子类继承父类,理所当然。就用一个关键字extends就完成了代码的复用。

三、多态

没有继承就没有多态,继承是多态的前提。虽然继承自同一父类,但是相应的操作却各不相同,这叫多态。由继承而产生的不同的派生类,其对象对同一消息会做出不同的响应。同一操作作用于不同的对象,可以有不同的解释,产生不同的执行结果,这就是多态性.

多态,是指相同名称的操作方法,有不同的实现。具体到Java中,既可以是不同子类对父类同一个方法的不同重写,也可以是不同实现类对接口定义的同一个方法的不同实现。

  • 多态除了代码的复用性外,还可以解决项目中紧耦合的问题,提高程序的可扩展性
  • 可替换性:多态对已存在代码具有可替换性
  • 可扩充性:多态对代码具有可扩充性。增加新的子类不影响已存在类的多态性、继承性,以及其他特性的运行和操作。实际上新加子类更容易获得多态功能

2. JDK、JRE、JVM 之间有什么关系?

1、JDK

JDK(Java development Toolkit),JDK是整个Java的核心,包括了Java的运行环境(Java Runtime Environment),一堆的Java工具(Javac,java,jdb等)和Java基础的类库(即Java API 包括rt.jar)。

Java API 是Java的应用程序的接口,里面有很多写好的Java class,包括一些重要的结构语言以及基本图形,网络和文件I/O等等。

2、JRE

JRE(Java Runtime Environment),Java运行环境。在Java平台下,所有的Java程序都需要在JRE下才能运行。只有JVM还不能进行class的执行,因为解释class的时候,JVM需调用解释所需要的类库lib。JRE里面有两个文件夹bin和lib,这里可以认为bin就是JVM,lib就是JVM所需要的类库,而JVM和lib合起来就称JRE。

JRE包括JVM和JAVA核心类库与支持文件。与JDK不同,它不包含开发工具-----编译器,调试器,和其他工具。

3、JVM

JVM:Java Virtual Machine(Java 虚拟机)JVM是JRE的一部分,它是虚拟出来的计算机,是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。JVM有自己完善的硬件构架,入处理器,堆栈,寄存器等,还有相应的指令系统。

JVM是Java实现跨平台最核心的部分,所有的Java程序会首先被编译为class的类文件,JVM的主要工作是解释自己的指令集(即字节码)并映射到本地的CPU的指令集或OS的系统调用。Java面对不同操作系统使用不同的虚拟机,一次实现了跨平台。JVM对上层的Java源文件是不关心的,它关心的只是由源文件生成的类文件

3. 如何使用命令行编译和运行 Java 文件?

编译和运行Java文件,需了解两个命令:

1)javac命令:编译java文件;使用方法: javac Hello.java ,如果不出错的话,在与Hello.java 同一目录下会生成一个Hello.class文件,这个class文件是操作系统能够使用和运行的文件。

2)java命令:作用:运行.class文件;使用方法:java Hello,如果不出错的话,会执行Hello.class文件。注意:这里的Hello后面不需要扩展名。

新建文件,编写代码如下:

public class Hello{
	public static void main(String[] args){
		System.out.println("Hello world,欢迎关注微信公众号“码叔Java”!");
	}
}

文件命名为Hello.java,注意后缀为“java”。

打开cmd,切换至当前文件所在位置,执行javac Hello.java,该文件夹下面生成了一个Hello.class文件

输入java Hello命令,cmd控制台打印出代码的内容Hello world。

4. Java 中的关键字都有哪些?

1)48个关键字:abstract、assert、boolean、break、byte、case、catch、char、class、continue、default、do、double、else、enum、extends、final、finally、float、for、if、implements、import、int、interface、instanceof、long、native、new、package、private、protected、public、return、short、static、strictfp、super、switch、synchronized、this、throw、throws、transient、try、void、volatile、while。

2)2个保留字(目前未使用,以后可能用作为关键字):goto、const。

3)3个特殊直接量(直接量是指在程序中通过源代码直接给出的值):true、false、null。

5. Java 中基本类型都有哪些?

Java的类型分成两种,一种是基本类型,一种是引用类型。其中Java基本类型共有八种。

基本类型可以分为三大类:字符类型char,布尔类型boolean以及数值类型byte、short、int、long、float、double。

数值类型可以分为整数类型byte、short、int、long和浮点数类型float、double。

JAVA中的数值类型不存在无符号的,它们的取值范围是固定的,不会随着机器硬件环境或操作系统的改变而改变。Java中还存在另外一种基本类型void,它也有对应的包装类java.lang.Void,因为Void是不能new,也就是不能在堆里面分配空间存对应的值,所以将Void归成基本类型,也有一定的道理。

8种基本类型表示范围如下:

byte:8位,最大存储数据量是255,存放的数据范围是-128~127之间。

short:16位,最大数据存储量是65536,数据范围是-32768~32767之间。

int:32位,最大数据存储容量是2的32次方减1,数据范围是负的2的31次方到正的2的31次方减1。

long:64位,最大数据存储容量是2的64次方减1,数据范围为负的2的63次方到正的2的63次方减1。

float:32位,数据范围在3.4e-45~1.4e38,直接赋值时必须在数字后加上f或F。

double:64位,数据范围在4.9e-324~1.8e308,赋值时可以加d或D也可以不加。

boolean:只有true和false两个取值。

char:16位,存储Unicode码,用单引号赋值。

6. main 方法中 args 参数是什么含义?

java中args即为arguments的缩写,是指字符串变量名,属于引用变量,属于命名,可以自定义名称也可以采用默认值,一般习惯性照写。

String[] args是main函数的形式参数,可以用来获取命令行用户输入进去的参数。

1)字符串变量名(args)属于引用变量,属于命名,可以自定义名称。

2)可以理解成用于存放字符串数组,若去掉无法知晓"args"声明的变量是什么类型。

3)假设public static void main方法,代表当启动程序时会启动这部分;

4)String[] args是main函数的形式参数,可以用来获取命令行用户输入进去的参数。

5)java本身不存在不带String args[]的main函数,java程序中去掉String args[]会出现错误。

7. final 关键字的基本用法?

在Java中final关键字可以用来修饰类、方法和变量(包括成员变量和局部变量)。下面从这三个方面来了解一下final关键字的基本用法。

1、修饰类

当用final修饰一个类时,表明这个类不能被继承。也就是说,如果一个类你永远不会让他被继承,就可以用final进行修饰。final类中的成员变量可以根据需要设为final,但是要注意final类中的所有成员方法都会被隐式地指定为final方法。

在使用final修饰类的时候,要注意谨慎选择,除非这个类真的在以后不会用来继承或者出于安全的考虑,尽量不要将类设计为final类。

2、修饰方法

下面这段话摘自《Java编程思想》第四版第143页:

“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。在最近的Java版本中,不需要使用final方法进行这些优化了。”

因此,如果只有在想明确禁止该方法在子类中被覆盖的情况下才将方法设置为final的。即父类的final方法是不能被子类所覆盖的,也就是说子类是不能够存在和父类一模一样的方法的。

final修饰的方法表示此方法已经是“最后的、最终的”含义,亦即此方法不能被重写(可以重载多个final修饰的方法)。此处需要注意的一点是:因为重写的前提是子类可以从父类中继承此方法,如果父类中final修饰的方法同时访问控制权限为private,将会导致子类中不能直接继承到此方法,因此,此时可以在子类中定义相同的方法名和参数,此时不再产生重写与final的矛盾,而是在子类中重新定义了新的方法。(注:类的private方法会隐式地被指定为final方法。)

3、修饰变量

final成员变量表示常量,只能被赋值一次,赋值后值不再改变。 当final修饰一个基本数据类型时,表示该基本数据类型的值一旦在初始化后便不能发生变化;如果final修饰一个引用类型时,则在对其初始化之后便不能再让其指向其他对象了,但该引用所指向的对象的内容是可以发生变化的。本质上是一回事,因为引用的值是一个地址,final要求值,即地址的值不发生变化。

final修饰一个成员变量(属性),必须要显示初始化。这里有两种初始化方式,一种是在变量声明的时候初始化;第二种方法是在声明变量的时候不赋初值,但是要在这个变量所在的类的所有的构造函数中对这个变量赋初值。

当函数的参数类型声明为final时,说明该参数是只读型的。即你可以读取使用该参数,但是无法改变该参数的值。

8. 如何理解 final 关键字?

1)类的final变量和普通变量有什么区别?

当用final作用于类的成员变量时,成员变量(注意是类的成员变量,局部变量只需要保证在使用之前被初始化赋值即可)必须在定义时或者构造器中进行初始化赋值,而且final变量一旦被初始化赋值之后,就不能再被赋值了。

2)被final修饰的引用变量指向的对象内容可变吗?

引用变量被final修饰之后,虽然不能再指向其他对象,但是它指向的对象的内容是可变的

3)final参数的问题

在实际应用中,我们除了可以用final修饰成员变量、成员方法、类,还可以修饰参数、若某个参数被final修饰了,则代表了该参数是不可改变的。如果在方法中我们修改了该参数,则编译器会提示你:

The final local variable i cannot be assigned. It must be blank and not using a compound assignment。

java采用的是值传递,对于引用变量,传递的是引用的值,也就是说让实参和形参同时指向了同一个对象,因此让形参重新指向另一个对象对实参并没有任何影响。

9. 为什么 String 类型是被 final 修饰的?

1、为了实现字符串池

final修饰符的作用:final可以修饰类,方法和变量,并且被修饰的类或方法,被final修饰的类不能被继承,即它不能拥有自己的子类,被final修饰的方法不能被重写, final修饰的变量,无论是类属性、对象属性、形参还是局部变量,都需要进行初始化操作。

String为什么要被final修饰主要是为了“安全性”和“效率”的原因

final修饰的String类型,代表了String不可被继承,final修饰的char[]代表了被存储的数据不可更改性。虽然final修饰的不可变,但仅仅是引用地址不可变,并不代表了数组本身不会改变。

为什么保证String不可变呢?

因为只有字符串是不可变,字符串池才有可能实现。字符串池的实现可以在运行时节约很多heap空间,不同的字符串变量都指向池中的同一个字符串。但如果字符串是可变的,那么String interning将不能实现,反之变量改变它的值,那么其它指向这个值的变量值也会随之改变。

如果字符串是可变,会引起很严重的安全问题。如数据库的用户名、密码都是以字符串的形式传入来获得数据库的连接或在socket编程中,主机名和端口都是以字符串的形式传入。因为字符串是不可变的,所以它的值是不可改变的,否则改变字符串指向的对象值,将造成安全漏洞。

2、为了线程安全

因为字符串是不可变的,所以是多线程安全的,同一个字符串实例可以被多个线程共享。这样便不用因为线程安全问题而使用同步。字符串自己便是线程安全的。

3、为了实现String可创建HashCode不可变性

因为字符串是不可变的,所以在它创建的时候HashCode就被缓存了,不需要重新计算。使得字符串很适合作为Map键值对中的键,字符串的处理速度要快过其它的键对象。这就是HashMap中的键往往都使用字符串。

10. 接口(interface)和抽象类(abstract class)有什么区别?

默认方法

抽象类可以有默认的方法实现;而接口类在JDK1.8之前版本,不存在方法的实现。

实现方式

抽象类子类使用extends关键字来继承抽象类,如果子类不是抽象类,子类需要提供抽象类中所声明方法的实现;而接口类子类使用implements来实现接口,需要提供接口中所有声明的实现。

构造器

抽象类中可以有构造器;而接口中不能有构造器。

和正常类区别

抽象类不能被实例化;而接口是完全不同的类型。

访问修饰符

抽象类中抽象方法可以有public、protected、default等修饰;而接口类默认是public,不能使用其他修饰符。

多继承

抽象类一个子类只能存在一个父类;而接口类一个子类可以存在多个接口。

添加新方法

抽象类中添加新方法,可以提供默认的实现,因此可以不修改子类现有的代码;而接口类中添加新方法,则子类中需要实现该方法。

11. 面向过程与面向对象有什么区别?

面向过程

性能相比面向对象高,因其类调用时需要实例化,开销比较大,消耗资源,比如单片机、嵌入式开发、Linux/Unix等一般采用面向过程开发,性能是最重要的因素。

面向对象

易维护、复用以及扩展,由于面向对象有封装、继承、多态性等特征,可以设计出低耦合、高内聚的系统,使得更加灵活,易于维护。

12. Java 编程语言有哪些特点?

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;

7)支持网络编程并方便易用;

8)编译与解释并存。

13. 重载和重写有什么区别?

重载(Overload) 是指让类以统一的方式处理不同类型数据的一种手段,实质表现就是多个具有不同的参数个数或者不同类型的同名函数,存在于同一个类中,返回值类型不同,是一个类中多态性的一种表现。

调用方法时通过传递不同参数个数和参数类型来决定具体使用哪个方法的多态性。

重写(Override) 是指父类与子类之间的多态性,实质就是对父类的函数进行重新定义。

如果子类中定义某方法与其父类有相同的名称和参数则该方法被重写,需注意的是子类函数的访问修饰权限不能低于父类的。

如果子类中的方法与父类中的某一方法具有相同的方法名、返回类型和参数表,则新方法将覆盖原有的方法,如需父类中原有的方法则可使用super关键字。

14. 静态方法和实例方法有什么不同?

静态方法和实例方法的区别主要体现在两个方面:

其一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"的方式而实例方法只能试用后面这种方式。也就是说,调用静态方法可以无需创建对象进行实例化。

其二静态方法在访问本类的成员时,只允许访问静态成员也就是静态成员变量和静态方法,而不允许访问实例成员变量和实例方法,实例方法是没有这个限制的。

15. == 和 equals 两者有什么区别?

使用==比较

用于对比基本数据类型的变量,是直接比较存储的 “值”是否相等;

用于对比引用类型的变量,是比较的所指向的对象地址。

使用equals比较

equals方法不能用于对比基本数据类型的变量;

如果没对Object中equals方法进行重写,则是比较的引用类型变量所指向的对象地址,反之则比较的是内容。

16. Integer 和 int 两者有什么区别?

Integer是int的包装类,默认值是null;int是基本数据类型,默认值是0;

Integer变量必须实例化后才能使用;int变量不需要;

Integer实际是对象的引用,指向此new的Integer对象;int是直接存储数据值。

分析总结

1)Integer与new Integer不相等。new出来的对象被存放在堆,而非new的Integer常量则在常量池,两者内存地址不同,因此判断是false。

2)两个值都是非new Integer,如果值在-128,127区间,则是true,反之为false。

这是因为java在编译Integer i2 = 128时,被翻译成:

Integer i2 = Integer.valueOf(128);

而valueOf()函数会对-128到127之间的数进行缓存。

3)两个都是new Integer,两者判断为false,内存地址不同。

4)int和Integer对比不管是否new对象,两者判断都是true,因为会把Integer自动拆箱为int再去比。

17. 什么是 Java 内部类?

内部类是指把A类定义在另一个B类的内部。

例如:把类User定义在类Role中,类User就被称为内部类。

class Role {
    class User {
    }
}

1、内部类的访问规则

1)可以直接访问外部类的成员,包括私有

2)外部类要想访问内部类成员,必须创建对象

2、内部类的分类

1)成员内部类

2)局部内部类

3)静态内部类

4)匿名内部类

18. 什么是自动装箱?什么是自动拆箱?

自动装箱是指将基本数据类型重新转化为对象。

public class Test {  
	public static void main(String[] args) {  
		Integer num = 9;
	}  
}  

num = 9的值是属于基本数据类型,原则上不能直接赋值给对象Integer。但是在JDK1.5版本后就可以进行这样的声明自动将基本数据类型转化为对应的封装类型,成为对象后可以调用对象所声明的方法。

自动拆箱是指将对象重新转化为基本数据类型。

public class Test {  
	public static void main(String[] args) {  
		// 声明Integer对象
		Integer num = 9;
		// 隐含自动拆箱
		System.out.print(num--);
	}  
}

由于对象不能直接进行运算,而是需要转化为基本数据类型后才能进行加减乘除。

// 装箱
Integer num = 10;
// 拆箱
int num1 = num;

19. JDK1.8 中 ConcurrentHashMap 不支持空键值吗?

首先明确一点HashMap是支持空键值对的,也就是null键和null值,而ConcurrentHashMap是不支持空键值对的。

查看一下JDK1.8源码,HashMap类部分源码,代码如下:

public V get(Object key) {
        Node<K,V> e;
        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
static final int hash(Object key) {
	int h;
	return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

HashMap在调用put()方法存储数据时会调用hash()方法来计算key的hashcode值,可以从hash()方法上得出当key==null时返回值是0,这意思就是key值是null时,hash()方法返回值是0,不会再调用key.hashcode()方法。

ConcurrentHashMap类部分源码,代码如下:

public V put(K key, V value) {
    return putVal(key, value, false);
}
/** Implementation for put and putIfAbsent */
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
    if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
    int hash = spread(key.hashCode());
    int binCount = 0;
    for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
        Node<K,V> f; int n, i, fh;
        if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
            tab = initTable();
        else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
            if (casTabAt(tab, i, null,
                         new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
                break;                   // no lock when adding to empty bin
        }
        else if ((fh = f.hash) == MOVED)
            tab = helpTransfer(tab, f);
        else {
            V oldVal = null;
            synchronized (f) {
                if (tabAt(tab, i) == f) {
                    if (fh >= 0) {
                        binCount = 1;
                        for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
                            K ek;
                            if (e.hash == hash &&
                                ((ek = e.key) == key ||
                                 (ek != null && key.equals(ek)))) {
                                oldVal = e.val;
                                if (!onlyIfAbsent)
                                    e.val = value;
                                break;
                            }
                            Node<K,V> pred = e;
                            if ((e = e.next) == null) {
                                pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
                                                          value, null);
                                break;
                            }
                        }
                    }
                    else if (f instanceof TreeBin) {
                        Node<K,V> p;
                        binCount = 2;
                        if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
                                                              value)) != null) {
                            oldVal = p.val;
                            if (!onlyIfAbsent)
                                p.val = value;
                        }
                    }
                }
            }
            if (binCount != 0) {
                if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                    treeifyBin(tab, i);
                if (oldVal != null)
                    return oldVal;
                break;
            }
        }
    }
    addCount(1L, binCount);
    return null;
}

ConcurrentHashmap在调用put()方法时调用了putVal()方法,而在该方法中判断key为null或value为null时抛出空指针异常NullPointerException。

ConcurrentHashmap是支持并发的,当通过get()方法获取对应的value值时,如果指定的键为null,则为NullPointerException,这主要是因为获取到的是null值,无法分辨是key没找到null还是有key值为null。

20. 父类中静态方法能否被子类重写?

父类中静态方法不能被子类重写。

重写只适用于实例方法,不能用于静态方法,而且子类当中含有和父类相同签名的静态方法,一般称之为隐藏。

public class A {
	
	public static String a = "这是父类静态属性";
	
	public static String getA() {
		return "这是父类静态方法";
	}
	
}
public class B extends A{
	
	public static String a = "这是子类静态属性";
	
	public static String getA() {
		return "这是子类静态方法";
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		A a =  new B();
		System.out.println(a.getA());
	}
}

如上述代码所示,如果能够被重写,则输出的应该是“这是子类静态方法”。与此类似的是,静态变量也不能被重写。如果想要调用父类的静态方法,应该使用类来直接调用。