Java笔记之基本概念

本笔记来自 计算机程序的思维逻辑 系列文章

整数

不同类型的大小

类型	大小（bit）
byte	8
short	16
int	32
long	64

二进制表示

• 最左边一位是符号位，0 表示正数，1 表示负数
• 正数对应的负数由其补码表示，即取反再加 1
• 从负数二进制表示，依然是通过取反再加1得到二进制，继而求得十进制值

位运算

• 左移 << ：高位舍弃，低位补 0
• 有符号右移 >>：右边舍弃，左边补什么取决于原来高位是什么
• 无符号右移 >>>：右边舍弃，左边补 0
• 按位与 &：两边同时为 1 才为 1
• 按位或 |：一边为 1 则为 1
• 按位取反 ~：1 为 0，0 为 1
• 按位异或 ^：相异为 1，相同为 0

浮点数

• float：32 位，1位表示符号，23位表示尾数，8位表示指数
• double：64 位，1位表示符号，52位表示尾数，11位表示指数

编码

• ASCII：美国信息互换标准代码，1个字节表示，128 个字符：0~127
• ISO 8859-1：西欧国家标准，128~159 为 控制字符，160~255 为 西欧字符
• Windows-1252：西欧国家标准，丰富并取代了ISO 8859-1
• GB2312：简体中文，2个字节表示，最高位都是1；约 7000 个汉字
• GBK：在GB2312基础上增加 14000+ 个汉字，包括 繁体字
• GB18030：在GBK基础上增加 55000+ 个汉字，包括少数民族字符和中日韩统一字符；使用 变长 编码，有的2个字节，有的4个字节
• Big5：针对繁体中文，两个字节表示，包括 13000+ 个繁体字
• Unicode：给 所有 字符分配了一个唯一的数字编号，范围110万
  • UTF-8：使用变长字节，1个到4个不等；小于128的，最高位为0，编码和 ASCII 一样；其他的，第一个字节最高位有几个1，表示由几个字节组成，其他字节都以10开头
  • UTF-16：使用变长字节，有的2个，有的4个
  • UTF-32：4个字节表示
    • UTF-32BE：第一个字节是整数二进制的最高位，最后一个字节是整数二进制的最低位 (Big Endian)
    • UTF-32LE：与上相反

对于一个Unicode编号，具体怎么编码呢？首先将其看做整数，转化为二进制形式（去掉高位的0），然后将二进制位从右向左依次填入到对应的二进制格式x中，填完后，如果对应的二进制格式还有没填的x，则设为0。

条件的本质

if else

• 会转换为跳转指令被CPU识别
• 跳转有两种：条件跳转和无条件跳转

switch

• 和if else不一样，如果分支较多，可能会使用 跳转表
• 跳转表 是一个映射表，存储可能的值以及要跳转的地址
• 跳转表 的高效体现在 值必须是整数，且按大小排序
• switch的值可以为byte short int char enum String；跳转表值的存储空间为32位，放不下long

字符 char

• 本质是一个固定占用 两个字节 正整数
• 这个正整数对应于Unicode编号，用于表示对应的字符
• 由于固定占用两个字节，只能表示 65536 以内的字符，超出范围的字符，使用两个char表示

函数

• 函数中的参数和函数内定义的变量，都分配在栈中，这些变量只在函数被调用时才分配，调用结束就被释放；返回值存放在专门的返回值存储器中
• 对象的变量存储在栈中，内容存储在堆中
• 函数的每一次调用都需要分配额外的栈空间用于存储参数，局部变量以及返回地址，需要进行额外的入栈和出栈操作

继承和多态

类的继承

• new过程中，父类先进行初始化，可通过super调用父类相应的构造方法，没有使用super的话，调用父类的默认构造方法
• 子类变量和方法与父类重名的情况下，可通过super强制访问父类的变量和方法
• 父类没有不带参数的构造方法，则子类在构造方法中必须通过super(…)调用父类的带参数的构造方法

类的多态

子类对象可以赋值给父类引用变量，这叫多态，实际执行调用的是子类实现，这叫动态绑定

静态绑定

即访问绑定到变量的静态类型

• 静态绑定在程序编译阶段即可决定，而动态绑定则要到程序运行时
• 实例变量、静态变量、静态方法、私有方法，都是静态绑定

重载

当有多个重名方法时，在决定调用哪个方法的过程中，首先寻找参数类型最匹配的，然后才看变量的动态类型，进行动态绑定

类型转换

一个父类的变量，能不能转换为一个子类的变量，取决于这个父类变量的动态类型（即引用的对象类型）是不是这个子类或子类的子类

类的加载

分配内存保存类的信息，给类变量赋默认值，加载父类，设置父子关系，执行类初始化代码

虚方法表

类加载的时候，为每个类创建一个表，这个表包括该类的对象所有动态绑定的方法及地址，包括父类的方法，但一个方法只有一条记录，子类重写父类的方法后只保留子类的

避免使用继承

• 使用final关键字
• 优先使用 组合 而非继承
• 使用 接口

正确使用继承

• 重写方法不要改变预期的行为
• 理解可重写方法的实现机制
• 基类修改时，相应修改子类

接口

• 接口表示能力
• 降低耦合，提高灵活性
• 接口不能new，不能直接创建对象，只能通过类来创建对象；可以声明接口类型的变量，引用实现了该接口的类对象
• 接口中的变量都是public static final的
• 接口可以多继承

抽象类

• 表达一种抽象的概念
• 定义了抽象方法的类必须被声明为抽象类，但抽象类可以没有抽象方法
• 抽象类不能创建对象，但可以声明抽象类的变量，引用抽象类具体子类的对象，与接口类似
• 从语法看，抽象类不是必须的，但它能使程序更为清晰，减少误用

内部类

定义在类的内部，可以实现对外部隐藏，可以有更好的封装性，代码也更简洁

静态内部类

• 可以访问外部类的静态变量和静态方法，而不能访问实例变量和实例方法
• 在外部类内部，可以直接使用该内部类

成员内部类

• 不仅可以访问外部类的静态变量和静态方法，还可以访问实例变量和实例方法
• 在外部类内部，同样可以直接使用该内部类
• 在成员内部类中，不可用定义静态变量和静态方法

方法内部类

• 如果是静态方法，该内部类只能访问外部类的静态变量和静态方法
• 如果是实例方法，则还可以直接访问外部类的实例变量和实例方法
• 方法内部类可以访问方法中的参数和局部变量，是通过在构造方法中传递参数实现的
• 如果类只在某个方法中被使用，那么使用方法内部类，可以实现更好的封装

匿名内部类

• 在创建对象的时候定义类，与new关联
• 只能被使用一次，用来创建一个对象
• 因为没有构造方法，所以无法接收参数
• 可以访问外部类的所有变量和方法，可以访问方法中的final参数和局部变量

枚举

• 枚举变量的toString()方法返回其字面值，所有枚举类型都有一个name()方法，返回值和toString()一样
• 枚举变量可以用equals和==比较，结果是一样的
• 枚举是有顺序的，可以比较大小；枚举类型都有一个ordinal()方法，表示枚举值在声明时的顺序，从 0 开始
• 枚举类型都实现了Comparable接口，可以通过compareTo()方法与其他枚举值比较，实际就是比较ordinal的大小
• 枚举类型都有一个静态的valueOf(String)方法，返回该字符串对应的枚举值
• 枚举类型都有一个静态的values()方法，返回一个包括所有枚举值的数组，顺序和声明时一样
• 一般不使用枚举的ordinal值，因为它会随着枚举值在定义中的位置变化而变化；通常增加一个实例变量来处理，好处是：该变量的值可以自定义，且不会改变
• 每个枚举值可以有关联的类定义体，枚举类型中声明抽象方法，枚举值实现该方法

异常

异常分类

所有异常都继承自 Throwable

Error

• VirtualMachineError
• OutOfMemoryError
• StackOverFlowError

Exception

• IOException
• SQLException
• RuntimeException
  • NullPointerException
  • IllegalStateException
  • ClassCastException
  • IllegalArgumentException
  • NumberFormatException
  • IndexOutOfBoundsException
  • ArrayIndexOutOfBoundsException
  • StringIndexOutOfBoundsException

方法

• 获取异常消息：getMessage()
• 获取触发异常的异常：getCause()
• 获取异常栈每一层的信息：getStackTrace()
• 打印异常栈信息：printStackTrace()

异常的捕获

• catch语句可以有多条，具体的异常子类应该放前面，因为抛出的异常类型如果是catch中声明的异常的子类也算匹配，后面的catch就不再执行了
• 在catch块内处理完后，可以重新抛出该异常或新异常
• finally，不管有无异常抛出，该代码块都会执行，常用于释放资源
• 如果在try或catch内有return语句，则return语句在finally语句执行结束后才执行，但finally并不能改变其返回值
• 如果finally内也有return语句，那么try和catch内的return会丢失，实际返回finally中的返回值；finally内的return语句还会掩盖try和catch内的异常；finally中抛出的异常也会掩盖try和catch内的异常

所以，尽量避免在finally中使用return语句或抛出异常

声明抛出的异常

• 使用throws，跟在方法后面，可以有多个异常，用,隔开
• 对于RuntimeException (unchecked exception)，不要求使用throws进行声明；但对于checked exception，必须声明，没有声明则不能抛出，但可以声明而不抛出，留给子类去处理

包装类

装箱及拆箱

Java 1.5以后引入自动装箱拆箱技术

• 装箱：基本类型->包装类型
• 拆箱：包装类型->基本类型

装拆箱 方法

• 接收基本类型，返回包装类型：valueOf()
• 返回对应的基本类型：xxxValue()

equals

• 默认实现是比较地址
• 所有包装类都重写了该方法，实际比较用的是其包装的基本类型值
  • long比较对应的longValue
  • Float比较对应的floatToIntBits，把二进制看作int，再比较
  • Double比较对应的doubleToLongBits

hashCode

• 返回一个对象的哈希值，int类型，由对象中一般不变的属性映射得来，用于快速对对象进行区分，分组
• 一个对象的哈希值不能变，相同对象的哈希值必须一样
• 如果equals方法返回true，则hashCode必须一样，反之不要求
• 子类重写equals方法时，必须重写hashCode方法

Comparable

每个包装类都实现了Comparable接口，用于比较

字符串 String

• 内部用一个 字符数组 表示字符串
• String是不可变类，声明为final，内部字符数组也是final的
• 很多看似修改的方法，都是创建新的String对象实现的
• 常量字符串在内存中，被放在一个共享的地方：字符串常量池

字符串构造器 StringBuilder

• 内部维护一个 可变的 字符数组和一个记录使用的字符个数的实例变量
• 字符数组默认长度为 16
• 长度扩展策略：length * 2 + 2
• 指数扩展，减少内存分配的次数，也避免空间浪费
• 内部实现方法：System.arraycopy(src, srcPos, dest, destPos, length)

数组操作工具类 Arrays

• 打印：toString(objArray)
• 排序：sort(objArray)
• 排序，自定义比较器：sort(objArray, Comparator)
• 二分查找：binarySearch(objArray, obj)，找到返回index，找不到返回-(插入点+1)
• 拷贝：copyOf(objArray, newLength) copyOfRange(objArray, from, to)
• 比较：equals(a1, a2)，数组长度相同，每个元素都相同，才返回true
• 填充：fill(objArray, obj) fill(objArray, from, to, obj)

时间和日期

纪元时

1970年1月1日0时0分0秒

Date

• 绝对时间，和年月日无关
• 内部维护一个long类型的值，毫秒值

Calendar

• 年历，抽象类
• 内部有一个表示时刻的实例变量time，还有一个整型数组fields，表示日历中各个字段的值，数组长度为 17
• 内部字段，静态变量
  • YEAR
  • MONTH
  • DAY_OF_MONTH
  • DAY_OF_WEEK
  • HOUR_OF_DAY
  • MINUTE
  • SECOND
  • MILLISECOND
• 方法
  • add，会自动调整其他字段的值
  • roll，不影响时间范围更大的字段值
• 公历：GregorianCalendar

DateFormat

• 格式化，抽象类
• 定义了4个静态变量，表示4种风格，默认是MEDIUM：SHORT MEDIUM LONG FULL
• SimpleDateFormat，格式：
  • yyyy：年
  • MM：月
  • dd：日
  • HH：时
  • mm：分
  • ss：秒
  • SSS：毫秒
  • E：星期几
  • a：上下午
• 时区：Timezone
• 国家和语言：Locale

随机 Random

• 种子 种子决定了随机产生的序列，种子相同，产生的随机数序列就是相同的；指定种子就是为了实现可重复的随机
• 默认构造方法的种子是一个真正的随机数

泛型

Java有Java编译器和Java虚拟机，Java编译器将Java源代码编译成.class文件，虚拟机加载并运行.class文件

对于泛型类，Java编译器会将泛型代码转换为普通的非泛型代码，将类型参数T擦除，替换成Object，插入必要的强制类型转换

好处

安全性和可读性

通配符 ?

• <? extend E>：有限定通配符，匹配E或E的某个子类（只能读，不能写）
• <? super E>：超类型通配符，表示E的父类（能写入）
• <?>：无限定通配符（只能读，不能写）

比较

• <T extend E>：用于定义类型参数，它声明了一个类型参数T，可放在泛型类定义中类名后面，泛型方法返回值前面
• <? extend E>：用于实例化泛型变量中的类型参数

总结

• <?>和<? extend E>用于实现更灵活的读取，可以用类型参数的形式替代，但通配符更为简洁
• <? super E>用于实现更为灵活的写入和比较，不能被类型参数形式替代

注意

• 基本类型不能实例化类型参数
• 一个泛型对象的getClass()方法的返回值与原始类型是相同的
• 不能通过类型参数创建对象
• 多个上界的类型参数，用&分隔，上界类写在第一位，上界接口写在后面
• 不能创建泛型数组，但可以使用原始类型来创建