Java 知识点总结

这篇是参考Java快速教程之后的一份学习笔记

基础

Hello World 到面向对象

• 类(class)：上面程序定义了一个类HelloWorld，该类的名字与.java文件的名字相同。
• 方法(method)：类的内部定义了该类的一个方法main。
• 语句(statement)：真正的“打印”功能由一个语句实现，即: System.out.println(“Hello World!”);
• 使用javac编译，使用java运行
• Java不同变量类型在程序中的内存分布

类型	存储大小	例值	注释
byte	1byte	3	字节
int	4bytes	3	整数
short	2bytes	3	短整数
long	8bytes	3	长整数
float	4bytes	1.2	单精度浮点数
double	8bytes	1.2	双精度浮点数
char	2bytes	‘a’	字符
boolean	1bit	true	布尔值

• Java 数组声明和定义
  • 声明：int[] a;
  • 声明的同时使用new来创建数组所需空间：int[] a = new int[100];
  • 声明创建同时指定元素内容：int[] a = new int[]{1,3,5,7,9};
• 表达式
  • 数学表达式： +,-,*,/,%
  • 关系表达式：>,>=,==,<=,<,!=
  • 布尔表达式：&&,||,!
  • 位运算：&,|,^,~,<<,>>
  • 双目表达式：condition? X1:X2
• 控制结构
  • 选择结构
    • if else
    • switch
  • 循环结构：
    • while
    • do{} while()
    • for(){}
  • break
  • continue

方法和数据对象

• Java 使用return来返回值
• this 指代的是对象本身
• 成员方法可以添加参数列表
• 使用 this.method() 调用同一对象的其他方法
• 显式初始化：声明对象时候，对于对象进行赋值

构造器以及重载

• 构造器定义函数值： 类似于C语言中的构造函数
• 构建方法 > 显式初始值 > 默认初始值
• Java根据方法名和参数列表决定要调用的方法，叫做方法重载

封装和接口

• 三种不同的封装方法
  • public
  • private
  • protected： 标记为protected的成员变量在该类和该类的衍生类中可见，但不能被外界访问。
• interface 接口
  • interface 可以定义接口
  • implements 可以实现接口
  • 可以实现一个类 实现多个接口
• has-a 关系 一个对象可以拥有另一个对象 (手电筒有电池)
• package : 将Java程序代码进行打包，使用包进行访问
• JVM，实现程序的可移植性
• extends 继承
  • 新类称之为衍生类
  • 同名同参数方法会存在方法覆盖
  • 使用super访问父层的方法
  • 基类对象先被创建和进行初始化，结束之后，开始构建衍生层(衍生层对象进行创建和初始化)

类数据和类方法

• 类数据对象： 所有成员进行共享的变量 使用关键字 static
• 类方法：操作类对象的方法使用关键字static, 使用这个关键字的方法不能正常操作属于对象的数据和方法
• 对象方法可以访问类数据
• final 关键字：这个数据 / 类 / 方法不能被改变了, private 方法默认为final方法

接口继承和抽象类

• 接口的继承： 和类的继承类似， 可以添加设计更多的方法，不同点，可以实现多重继承
• 抽象类：只提供类的原型，不提供类的具体实现。

Java 对象引用

• new 在内存中为对象开辟了空间，在内存的堆上开辟了空间。
• 对象引用存储在内存的栈中
• 当我们将一个引用赋值给另一个引用的时候，我们实际上复制的是对象的地址，两个引用将操作同一个对象。当程序通过一个引用修改了对象之后，通过其他引用课也可以看到该修改。
• 垃圾回收机制：当一个对象没有引用指向的时候，这个对象就会被清空。
• Java 参数传递：Java的参数传递为值传递。当我们传递一个参数时，方法将获得该参数的一个拷贝。
  • 基本对象的参数传递：传递的是值的拷贝，Java方法不会影响到值，形式变量和实际变量。
  • 引用值的参数传递： 传递的是对象的地址，Java方法会直接影响到对象。

类型转换和多态

• 类型检查
• 基本类型检查： 收缩类型变换（强制类型转换），宽松变换(自动进行)
• Upcast 和多态：一个衍生类可以转换为其基类引用
• 一个衍生类对象可以当做一个基类对象使用
• 所有对象都有一个共同的继承祖先，Object类

进阶

String 类

• 创建字符串 不需要new关键字

• Java String 类别中的常用方法

  方法	效果
  s.length()	返回字符串s的长度
  s.charAt()	返回字符串中下标为2的字符
  s.substring(0,4)	返回s字符串中下标0-4的子字符串
  s.indexOf(“Hello”)	返回子字符串”Hello“的下标
  s.startsWith(“ “)	返回s是否以空格开始
  s.endsWith(“oo”)	判断s是否以”oo”结束
  s.equals(“Good World!”)	判断s是否等于”Good World!”， ==只能判断字符串是否保存在同一位置。需要使用equals()判断字符串的内容是否相同。
  s.compareTo(“Hello Nerd!”)	比较s字符串与”Hello Nerd!”在词典中的顺序，返回一个整数，如果<0，说明s在”Hello Nerd!”之前；如果>0，说明s在”Hello Nerd!”之后；如果==0，说明s与”Hello Nerd!”相等。
  s.trim()	去掉s前后的空格字符串，并返回新的字符串
  s.toUpperCase()	将s转换为大写字母，并返回新的字符串
  s.toLowerCase()	将s转换为小写字母，并返回新的字符串
  s.replace(“World”, “Universe”)	将”World”替换为”Universe”，并返回新的字符串

• String 类型对象是不可变对象

异常处理

• try, catch, finally 以及其随后的代码段来组成，finally 不是必须的
• try后面的程序块包含了针对该异常类型所要进行的操作。try所监视的程序块可能抛出不止一种类型的异常，所以一个异常处理器可以有多个catch模块。finally后面的程序块是无论是否发生异常，都要执行的程序。
• 异常都来自与Throwable类，一个Throwable类对象可以抛出，异常分为unchecked 异常和checked异常。
• Error是指Java的内部错误或者是资源耗尽等错误，需要直接退出程序。
• Exception里面一个衍生类RuntimeException 都是程序自身的问题组成的。
• checked 异常，是由编程与环境
• 可以自己新建类，在程序中抛出异常
• 可以自定义异常，使用继承的方式，需要小心选择所继承的基类。

运行时类别识别（RTTI）

• Class类：对类的抽象和集合。当我们调用对象的getClass()的时候，就会得到其对应Class对象的引用
• Class类方法
  • getName() 返回类的名字
  • getPackage()返回类所在的包
  • getFields()返回所有的public数据成员
  • getMethods()返回所有的public方法

多线程

• 多线程是计算机实现多任务并行处理的一种方式
• 单核CPU会在不同的任务之间做切换，这是操作系统分时复用的机制
• 多个线程可以并存于同一个进程空间。在JVM的一个进程空间中，一个栈(stack)代表了方法调用的次序。对于多线程来说，进程空间中需要有多个栈，以记录不同线程的调用次序。多个栈互不影响，但所有的线程将共享堆(heap)中的对象。
• Thread基类的构造方法可以使用一个字符串作为参数，该字符串是该线程的名字，并使用getName()返回。
  • 我们调用线程对象的start() 方法启动线程
  • join(Thread tr)： 等待线程tr完成
  • setDaemon(): 设置当前线程为后台daemon
• 另一种实现多线程的方法是实现Runable接口，并提供run()方法
• Synchronized: 进程之间的同步，防止出现超票的情况
  • 我们将共享的资源置于一个对象中
  • 对于共享资源的操作，放在synchronized方法中

容器

• 数组

  • 在说明类型时，在类型说明后面增加一个[]，来说明是一个数组。

  • 使用new创建容器时，需要说明数组的大小。我们可以使用 数组名[下标] 的方式来调用某个元素。

  • 我们可以逐个的初始化数组的元素，也可以在声明的同时使用{}初始化数组。

  • 使用System.arraycopy()方法来有效的复制数组

  • System.arraycopy(aFrom, 1, aTo, 0, 3);
    //aFrom为想要复制出去的数组，aTo为想要复制到的数组，1为aFrom的想要复制出去的元素起始位置，0为aTo中想要存储复制来元素的起始位置，3为所要复制的元素总数。

• Collection

  • List 表
    • 容器的引用为List类型， 但是容器的实施类型为ArrayList类型。
    • 将接口和实施做分离

  import java.util.*;
  List<String> l1 = new ArrayList<String>();
  add();//方法加入新的元素
  get();//方法可以获取容器中的元素，传递一个整数下标作为参数
  remove();//方法可以删除容器中的元素，传递一个整数下标作为参数。(有另一个remove()，传递元素自身作为参数)
  size();//方法用来返回容器中元素的总数

  • Set 集合

    • 集合中不允许有等值的元素
    • 集合的元素没有顺序

  • Map 键值对的集合

    

  • Collection

    • 主要方法:

      boolean add(Object o);//添加对象到集合
      boolean addAll(Collection c);//将指定 collection 中的所有元素都添加到此 collection 中（可选操作
      void clear();//删除集合中所有元素
      boolean remove(Object o);//删除指定的对象
      boolean removeAll(Collection c);//移除此 collection 中那些也包含在指定 collection 中的所有元素（可选操作）。
      boolean retainAll(Collection c);//仅保留此 collection 中那些也包含在指定 collection 的元素（可选操作）。
      int size();//返回当前集合中元素的数量
      boolean contains(Object o);//查找集合中是否有指定的对象
      boolean containsAll(Collection c);//查找集合中是否有集合c中的元素
      boolean isEmpty();//判断集合是否为空
      Iterator iterator();//返回一个迭代器

  • iterator 接口：不论Collection 的实际类型是什么，都支持一个iterator()的方法，该方法返回一个迭代子，使用该迭代子可以逐一访问Collection里面的元素。

    boolean hasNext(); //如果仍有元素可以迭代，则返回True
    E next(); //返回下一个迭代的元素
    void next(); //将迭代器指向的集合中，移除迭代器返回的最后一个元素

  • List 接口： 有序的Collection，使用这个接口可以精确的控制每个元素插入的位置，用户可以使用索引（下标的方式）对于对象进行访问。

    • LinkedList 类：允许null元素，提供额外的get,remove,insert 方法，并不是线程安全的，注意它没有同步方法，需要自己新建。
    • ArrayList类：实现了一个大小可变的数组，允许null元素，没有同步方法。
    • 快速添加删除，使用LinkedList，需要快速随机访问元素，使用ArrayList类
    • Vector类：类似于ArrayList，但是存在的同步方法，是线程安全的，使用Iterator进行遍历操作时候，不同线程对于同一个对象操作会产生异常。`
    • Stack类：继承自Vector, 实现了一个后进先出的栈，提供5个额外的方法使得Vector能够当做栈来使用，push, pop,peek, empty,search，刚开始创建的时候是空栈。

  • Set接口： 不包含重复元素的Collection

    • HashSet: 方法有add(),remove(元素) ，旗下还有实现类LinkedHashSet
    • TreeSet: 是Set的一种变体，可以实现按照树型进行插入，实现元素的排序（从小到大）

  • Map接口: 没有实现Collection类，提供从key到value的一种映射。

    • Map接口需要实现的方法有：

      put/putAll/remove/clear 增加删除

      get/values 获取值

      containKey/containValue 判断

      entrySet/keySet 获取迭代

      equals/hashcode 比较

    • HashMap 类: 非进程同步的

    • HashTable类：进程同步的

    • TreeMap类：Map数据是根据key来进行排序的

嵌套类

• 内部类

  • Java 允许我们在一个类中嵌套另一个类， 在类的内部定义一个新类，这个类称为内部类

  • 内部类是被认为是外部对象的一个成员，在定义内部类的时候，同样有访问权限控制（public, private, protected）

  • 内部类的默认访问权限是包访问权限，我们可以在外部测试类中访问到对象的内部类，并使用该内部类创建对象。

    Human.Cup soloCup = me.new Cup();

    在创建对象的时候，要注意必须基于一个外部类，并使用这个外部类对象来创建Cup对象。

• 闭包

  • 内部类对象必须依附于某个外部类对象，与此同时，内部类对象也可以访问到它所依附的外部类对象的成员（即便是private成员）。从另一个角度来讲，内部类对象附带有创建对象时的环境信息。

• 嵌套static类

  • 我们可以定义嵌套的static类，对象不需要依附于外部类的某个对象。相应的，这个嵌套类也无法调用外部对象的方法，也无法读取或者修改外部对象的数据。效果上看，就是扩展了类的命名空间。

GUI 图形界面以及事件响应

• Java GUI 功能主要集中在awt和swing中。awt是GUI的底层包。
• Java Layout 布局方式：Java 里面存在着不同的布局方式。Java布局方式
• 元素，事件，监听器： 通过监听器，可以将事件绑定在图形元素上面 ActionListener, ActionEvent class

内存管理和垃圾回收

• Java 是在JVM所虚拟出来的内存环境中运行的。

• 内存分为栈stack和堆heap 两个部分

• 栈

  • 记录了线程的方法调用，每个线程有一个栈
  • 如果有新的方法调用，那么栈会增长
  • 栈的存储单元为帧（frame）
  • 栈中保存基本变量类型的变量值，以及对象的引用，引用指向堆
  • 调用结束之后，栈会被释放

• 堆

  • 堆的空间不会随着方法调用结束而清空，因此，在某个方法中创建的对象，可以在方法调用结束之后，继续存在于堆中。

• 垃圾回收 Garbage Collection (GC)

  • 垃圾回收负责释放不可到达的对象（即没有引用的指向的对象）

  • 早期垃圾回收采用引用计数机制，但是存在循环引用不可处理的问题

  • “mark and sweep”： 这种机制下，每个对象将有标记信息，用于表示该对象是否可到达。当垃圾回收启动时，Java程序暂停运行。JVM从根出发，找到所有的可到达对象，并标记(mark)。随后，JVM需要扫描整个堆，找到剩余的对象，并清空这些对象所占据的内存。

  • “copy and sweep”。这种机制下，堆被分为两个区域。对象总存活于两个区域中的一个。当垃圾回收启动时，Java程序暂停运行。JVM从根出发，找到可到达对象，将可到达对象复制到空白区域中并紧密排列，修改由于对象移动所造成的引用地址的变化。最后，直接清空对象原先存活的整个区域，使其成为新的空白区域。

  • 这两种机制， “mark and sweep”, “copy and sweep” 都是通过分代回收来进行回收的。

  • 每个对象会记录它的世代信息，世代就是指对该对象所经历的垃圾分类回收的次数，世代越久远的对象，在内存中存活的时间就越长。

  • 

    在上图中，堆分为三代，其中永久世代不会被垃圾回收，里面存储的是Class和类相关的信息。年轻世代和成熟世代需要进行垃圾回收。年轻世代需要分为三个区域，第一个区域叫做伊甸，新生对象将存在于这个区域。from, to: 这两个区域大小相等，相当于copy and sweep中的两个区域。当新建对象无法放入eden区时，将出发minor collection。JVM采用copy and sweep的策略，将eden区与from区的可到达对象复制到to区。经过一次垃圾回收，eden区和from区清空，to区中则紧密的存放着存活对象。随后，from区成为新的to区， to区成为新的from区。如果进行minor collection的时候，发现to区放不下，则将部分对象放入成熟世代。另一方面，即使to区没有满，JVM依然会移动世代足够久远的对象到成熟世代。

参考资料

• Java 快速教程