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Java基础知识点

1 基础

1、Java 虚拟机（JVM）是运行 Java 字节码的虚拟机。JVM 并不是只有一种！只要满足 JVM 规范，每个公司、组织或者个人都可以开发自己的专属 JVM。

  • JDK 是 Java Development Kit 缩写，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。

2、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。

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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（just-in-time compilation） 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 。

3、静态方法是属于类的，在类加载的时候就会分配内存，可以通过类名直接访问。而非静态成员属于实例对象，只有在对象实例化之后才存在，需要通过类的实例对象去访问。

4、可变参数只能作为函数的最后一个参数，但其前面可以有也可以没有任何其他参数。

5、基本类型和包装类型的区别？

  • 包装类型不赋值就是 null ，而基本类型有默认值且不是 null。
  • 包装类型可用于泛型，而基本类型不可以。
  • 基本数据类型的局部变量存放在 Java 虚拟机栈中的局部变量表中，基本数据类型的成员变量（未被 static 修饰 ）存放在 Java 虚拟机的堆中。包装类型属于对象类型，我们知道几乎所有对象实例都存在于堆中。
  • 相比于对象类型， 基本数据类型占用的空间非常小。

为什么说是几乎所有对象实例呢？ 这是因为 HotSpot 虚拟机引入了 JIT 优化之后，会对对象进行逃逸分析，如果发现某一个对象并没有逃逸到方法外部，那么就可能通过标量替换来实现栈上分配，而避免堆上分配内存

6、两种浮点数类型的包装类 Float,Double 并没有实现常量池技术。

7、什么是自动拆装箱？

  • 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；

8、new 运算符，new 创建对象实例（对象实例在堆内存中），对象引用指向对象实例（对象引用存放在栈内存中）。

9、面向对象三大特征

  • 封装

    封装是指把一个对象的状态信息（也就是属性）隐藏在对象内部，不允许外部对象直接访问对象的内部信息。但是可以提供一些可以被外界访问的方法来操作属性。就好像我们看不到挂在墙上的空调的内部的零件信息（也就是属性），但是可以通过遥控器（方法）来控制空调。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。就好像如果没有空调遥控器，那么我们就无法操控空凋制冷，空调本身就没有意义了（当然现在还有很多其他方法 ，这里只是为了举例子）。

  • 继承

    不同类型的对象，相互之间经常有一定数量的共同点。例如，小明同学、小红同学、小李同学，都共享学生的特性（班级、学号等）。同时，每一个对象还定义了额外的特性使得他们与众不同。例如小明的数学比较好，小红的性格惹人喜爱；小李的力气比较大。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，可以快速地创建新的类，可以提高代码的重用，程序的可维护性，节省大量创建新类的时间 ，提高我们的开发效率。

    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

    多态，顾名思义，表示一个对象具有多种的状态，具体表现为父类的引用指向子类的实例。

    多态的特点:

    • 对象类型和引用类型之间具有继承（类）/实现（接口）的关系；
    • 引用类型变量发出的方法调用的到底是哪个类中的方法，必须在程序运行期间才能确定；
    • 多态不能调用“只在子类存在但在父类不存在”的方法；
    • 如果子类重写了父类的方法，真正执行的是子类覆盖的方法，如果子类没有覆盖父类的方法，执行的是父类的方法。

10、接口和抽象类有什么共同点和区别？

共同点 ：

  • 都不能被实例化。
  • 都可以包含抽象方法。
  • 都可以有默认实现的方法（Java 8 可以用 default 关键在接口中定义默认方法）。

区别 ：

  • 接口主要用于对类的行为进行约束，你实现了某个接口就具有了对应的行为。抽象类主要用于代码复用，强调的是所属关系（比如说我们抽象了一个发送短信的抽象类，）。
  • 一个类只能继承一个类，但是可以实现多个接口。
  • 接口中的成员变量只能是 public static final 类型的，不能被修改且必须有初始值，而抽象类的成员变量默认 default，可在子类中被重新定义，也可被重新赋值。

区别可参考：https://tobebetterjavaer.com/oo/interface.html#_04%E3%80%81%E6%8A%BD%E8%B1%A1%E7%B1%BB%E5%92%8C%E6%8E%A5%E5%8F%A3%E7%9A%84%E5%8C%BA%E5%88%AB

1）语法层面上

  • 抽象类可以提供成员方法的实现细节，而接口中只能存在 public abstract 方法；
  • 抽象类中的成员变量可以是各种类型的，而接口中的成员变量只能是 public static final 类型的；
  • 接口中不能含有静态代码块，而抽象类可以有静态代码块；
  • 一个类只能继承一个抽象类，而一个类却可以实现多个接口。

2）设计层面上

抽象类是对一种事物的抽象，即对类抽象，继承抽象类的子类和抽象类本身是一种 is-a 的关系。而接口是对行为的抽象。抽象类是对整个类整体进行抽象，包括属性、行为，但是接口却是对类局部（行为）进行抽象。

举个简单的例子，飞机和鸟是不同类的事物，但是它们都有一个共性，就是都会飞。那么在设计的时候，可以将飞机设计为一个类 Airplane，将鸟设计为一个类 Bird，但是不能将 飞行 这个特性也设计为类，因此它只是一个行为特性，并不是对一类事物的抽象描述。

此时可以将 飞行 设计为一个接口 Fly，包含方法 fly()，然后 Airplane 和 Bird 分别根据自己的需要实现 Fly 这个接口。然后至于有不同种类的飞机，比如战斗机、民用飞机等直接继承 Airplane 即可，对于鸟也是类似的，不同种类的鸟直接继承 Bird 类即可。从这里可以看出，继承是一个 “是不是”的关系，而 接口 实现则是 “有没有”的关系。如果一个类继承了某个抽象类，则子类必定是抽象类的种类，而接口实现则是有没有、具备不具备的关系，比如鸟是否能飞（或者是否具备飞行这个特点），能飞行则可以实现这个接口，不能飞行就不实现这个接口。

接口是对类的某种行为的一种抽象，接口和类之间并没有很强的关联关系，举个例子来说，所有的类都可以实现 Serializable 接口)，从而具有序列化的功能，但不能说所有的类和 Serializable 之间是 is-a 的关系。

抽象类作为很多子类的父类，它是一种模板式设计。而接口是一种行为规范，它是一种辐射式设计。什么是模板式设计？最简单例子，大家都用过 ppt 里面的模板，如果用模板 A 设计了 ppt B 和 ppt C，ppt B 和 ppt C 公共的部分就是模板 A 了，如果它们的公共部分需要改动，则只需要改动模板 A 就可以了，不需要重新对 ppt B 和 ppt C 进行改动。而辐射式设计，比如某个电梯都装了某种报警器，一旦要更新报警器，就必须全部更新。也就是说对于抽象类，如果需要添加新的方法，可以直接在抽象类中添加具体的实现，子类可以不进行变更；而对于接口则不行，如果接口进行了变更，则所有实现这个接口的类都必须进行相应的改动。

11、== 和 equals 区别

== 是 Java 中一种操作符，它有两种比较方式：

  • 对于 基本数据类型来说， == 判断的是两边的 值是否相等
  • 对于 引用类型来说， == 判断的是两边的 引用是否相等，也就是判断两个对象是否指向了同一块内存区域

equals 是 Java 中所有对象的父类，即 Object 类定义的一个方法。它只能比较对象，它表示的是引用双方的值是否相等。

所以记住，并不是说 == 比较的就是引用是否相等，equals 比较的就是值，这需要区分来说的。

12、在 JDK1.7 及以后会判断运行时常量池中是否有指定的字符串，如果没有的话，就把字符串添加到常量池中，并返回常量池中的对象。

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private void StringOverrideEquals(){

  String s1 = "aaa";
  String s2 = "aa" + new String("a");
  String s3 = new String("aaa");

  System.out.println(s1.intern().equals(s1)); //true，因为 s1 字符串创建出来就已经在常量池中存在了
  System.out.println(s1.intern().equals(s2)); //false，因为 s1 返回的是常量池中的对象，而 s2 返回的是堆中的对象
  System.out.println(s3.intern().equals(s1)); //true ，因为 s3 对象虽然在堆中创建了一个对象，但是 s3 中的 "aaa" 返回的是常量池中的对象
}

13、基本类型和包装类型的区别

  • 用途：除了定义一些常量和局部变量之外，我们在其他地方比如方法参数、对象属性中很少会使用基本类型来定义变量。并且，包装类型可用于泛型，而基本类型不可以。
  • 存储方式：基本数据类型的局部变量存放在 Java 虚拟机栈中的局部变量表中，基本数据类型的成员变量（未被 static 修饰 ）存放在 Java 虚拟机的堆中。包装类型属于对象类型，我们知道几乎所有对象实例都存在于堆中。
  • 占用空间：相比于包装类型（对象类型）， 基本数据类型占用的空间往往非常小。
  • 默认值：成员变量包装类型不赋值就是 null ，而基本类型有默认值且不是 null。
  • 比较方式：对于基本数据类型来说，== 比较的是值。对于包装数据类型来说，== 比较的是对象的内存地址。所有整型包装类对象之间值的比较，全部使用 equals() 方法。

为什么说是几乎所有对象实例都存在于堆中呢？ 这是因为 HotSpot 虚拟机引入了 JIT 优化之后，会对对象进行逃逸分析，如果发现某一个对象并没有逃逸到方法外部，那么就可能通过标量替换来实现栈上分配，而避免堆上分配内存

⚠️ 注意：基本数据类型存放在栈中是一个常见的误区！ 基本数据类型的成员变量如果没有被 static 修饰的话（不建议这么使用，应该要使用基本数据类型对应的包装类型），就存放在堆中。

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class BasicTypeVar{
  private int x;
}

14、包装类型的缓存机制

Java 基本数据类型的包装类型的大部分都用到了缓存机制来提升性能。

Byte,Short,Integer,Long 这 4 种包装类默认创建了数值 [-128，127] 的相应类型的缓存数据，Character 创建了数值在 [0,127] 范围的缓存数据，Boolean 直接返回 True or False。

15、String、StringBuilder、StringBuffer

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

16、 transient 关键字

transient 关键字的作用是：阻止实例中那些用此关键字修饰的的变量序列化；当对象被反序列化时，被 transient 修饰的变量值不会被持久化和恢复。

关于 transient 还有几点注意：

  • transient 只能修饰变量，不能修饰类和方法。
  • transient 修饰的变量，在反序列化后变量值将会被置成类型的默认值。例如，如果是修饰 int 类型，那么反序列后结果就是 0。
  • static 变量因为不属于任何对象(Object)，所以无论有没有 transient 关键字修饰，均不会被序列化。

17、final保证可见性的前提是未发生this引用逃逸，参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/477481115

18、java命令的参数，传入的是main函数所在的类的名字，而不是class文件；java会根据类名自动去找class文件。

  • 增加了package名，所以class名也变了，行不改名坐不改姓，自然要带上姓（即所谓全限定名）。
  • Java 会根据包名对应出目录结构，并从class path搜索该目录去找class文件。由于默认的class path是当前目录，

2. 动态代理

2.1 JDK 动态代理

在 Java 动态代理机制中 InvocationHandler 接口和 Proxy 类是核心。

Proxy 类中使用频率最高的方法是：newProxyInstance() ，这个方法主要用来生成一个代理对象。

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public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
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                                      InvocationHandler h)
    throws IllegalArgumentException
{
    ......
}

这个方法一共有 3 个参数：

  1. loader :类加载器，用于加载代理对象。
  2. interfaces : 被代理类实现的一些接口；
  3. h : 实现了 InvocationHandler 接口的对象；

要实现动态代理的话，还必须需要实现 InvocationHandler 来自定义处理逻辑。 当我们的动态代理对象调用一个方法时，这个方法的调用就会被转发到实现 InvocationHandler 接口类的 invoke 方法来调用。

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public interface InvocationHandler {

    /**
     * 当你使用代理对象调用方法的时候实际会调用到这个方法
     */
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
        throws Throwable;
}

invoke() 方法有下面三个参数：

  1. proxy :动态生成的代理类
  2. method : 与代理类对象调用的方法相对应
  3. args : 当前 method 方法的参数

也就是说：你通过 Proxy 类的 newProxyInstance() 创建的代理对象在调用方法的时候，实际会调用到实现 InvocationHandler 接口的类的 invoke()方法。 你可以在 invoke() 方法中自定义处理逻辑，比如在方法执行前后做什么事情。

注：Mybatis中只用声明接口，不需要手动指定实现类，也是通过JDK Proxy来实现的。

2.2 CGLIB 动态代理

JDK 动态代理有一个最致命的问题是其只能代理实现了接口的类。

为了解决这个问题，我们可以用 CGLIB 动态代理机制来避免。

CGLIBopen in new window( Code Generation Library )是一个基于ASMopen in new window的字节码生成库（ASM API基于访问者模式，为我们提供了ClassVisitor，MethodVisitor，FieldVisitor API接口，每当ASM扫描到类字段是会回调visitField方法，扫描到类方法是会回调MethodVisitor)，它允许我们在运行时对字节码进行修改和动态生成。CGLIB 通过继承方式实现代理。很多知名的开源框架都使用到了CGLIBopen in new window， 例如 Spring 中的 AOP 模块中：如果目标对象实现了接口，则默认采用 JDK 动态代理，否则采用 CGLIB 动态代理。

在 CGLIB 动态代理机制中 MethodInterceptor 接口和 Enhancer 类是核心。

你需要自定义 MethodInterceptor 并重写 intercept 方法，intercept 用于拦截增强被代理类的方法。

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public interface MethodInterceptor
extends Callback{
    // 拦截被代理类中的方法
    public Object intercept(Object obj, java.lang.reflect.Method method, Object[] args,MethodProxy proxy) throws Throwable;
}

  1. obj : 被代理的对象（需要增强的对象）
  2. method : 被拦截的方法（需要增强的方法）
  3. args : 方法入参
  4. proxy : 用于调用原始方法

你可以通过 Enhancer类来动态获取被代理类，当代理类调用方法的时候，实际调用的是 MethodInterceptor 中的 intercept 方法。

CGLIB 动态代理类使用步骤如下：

  1. 定义一个类；
  2. 自定义 MethodInterceptor 并重写 intercept 方法，intercept 用于拦截增强被代理类的方法，和 JDK 动态代理中的 invoke 方法类似；
  3. 通过 Enhancer 类的 create()创建代理类；

2.3 JDK 动态代理和 CGLIB 动态代理对比

  1. JDK 动态代理只能代理实现了接口的类或者直接代理接口，而 CGLIB 可以代理未实现任何接口的类。
    因为Java中不支持多继承，而JDK的动态代理在创建代理对象时，默认让代理对象继承了Proxy类，所以JDK只能通过接口去实现动态代理。基于接口代理，凡是类的方法非public修饰，或者用了static关键字修饰，那这些方法都不能被Spring AOP增强。
    另外， CGLIB 动态代理是通过生成一个被代理类的子类来拦截被代理类的方法调用，因此不能代理声明为 final 类型的类和方法。基于子类代理，凡是类的方法使用了private、static、final修饰，那这些方法都不能被Spring AOP增强 由于是继承关系，无法代理final的类和方法(无法继承)，或是private的方法(对子类不可见)。
  2. 就二者的效率来说，大部分情况都是 JDK 动态代理更优秀，随着 JDK 版本的升级，这个优势更加明显。

参考资料

（1）https://javaguide.cn/java/basis/java-basic-questions-01.html

Java基础知识点

http://mercurius-lei.github.io/2023/09/25/java_base/

作者

lei.ch1941

发布于

2023-09-25

更新于

2024-04-10

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