Java语言概要

时间：2024-11-15 22:03:37
  • Java把源代码(SourceCode)翻译成字节码(ByteCode)：javac MyClass.java，再在Java虚拟机(JVM)上执行字节码：java MyClass。
  • Java是基于面向对象编程(OOP)的，OOP的三原则是封装(Encapsulation)、继承(Inheritance)和多态(polymorphism)，封装是为了捆绑数据和代码，继承是为了层次化分类，多态是为了“一个接口，多种方法”。
  • Java的标识符由字母、数字、下划线_、美元符$组成，数字不能开头。Java的注释和C的注释相同，还多了一种文档注释。
  • Java是强类型语言，分为基本类型和类类型，基本类型有8种，整型有4个：byte(8位)、short(16位)、int(32位)和long(64位)，浮点型有2个：float(32位)和double(64位)，字符型和布尔型各有1个：char(16位)和boolean(8位)，基本类型是基于面向过程的，无需使用new语句创建，而对象必须使用new语句创建，我们可以把基本类型封装在对象中，这样的对象叫做类型封装器，分别是Byte、Short、Integer、Long、Float、Double、Character和Boolean，其中前6个都继承了Number类，基本类型与类型封装器之间可以根据需要自动装箱和自动拆箱，整型不支持无符号，所有整型都是有符号的，字符型不是基于ASCII而是基于Unicode的，字符型本质就是整型，可以进行整数操作，布尔型只有true和false，布尔型与整型不能相互进行转换，类型转换分为自动类型转换和强制类型转换，数字型、字符型和布尔型之间不能相互转换，两种类型兼容(同是数字型)可以进行类型转换，自动类型转换也叫扩宽转换，强制类型转换也叫缩小转换，浮点型转换为整数型时会截去小数部分，表达式中会自动类型提升：byte, short, char -> int -> long -> float -> double。
  • 可以使用字面值和变量指代数据，字面值(Literal)有整型字面值、浮点型字面值、字符型字面值、布尔型字面值和字符串字面值，前面四个都是基本类型，只有最后一个是类类型，变量在类中叫实例变量，块可以嵌套，内部块的变量可以访问外部块的变量，外部块的变量不能访问内部块的变量，内部块的变量不能与外部块的变量同名，但实例变量可以与方法中的变量同名，此时实例变量会被覆盖，可以使用self关键字显式访问。
  • 运算符(Operator)分为算术运算符、位运算符、布尔运算符和其他运算符，算术运算符可以作用在数字型和字符型中，此外还有赋值运算符、instanceof等，使用instanceof运算符可以在运行时判断对象的类型，表达式(Expression)会根据运算符的优先级和结合性决定计算的顺序。控制语句分为条件语句、循环语句和跳转语句，在switch语句中，()里的值可以是byte、short、int、char、枚举和字符串(后两者是对象类)，case后的值是相应的常量表达式，for语句有"for-each"形式：for(type itr-val: collection) {…}，对itr-val赋值不会影响collection中的值，break和continue都可以在后面添加label，这是针对嵌套循环进行设计的。
  • 数组是类类型，需要使用new语句创建数组：type arr-name[] = new type[size]，数组的每个元素会自动初始化：0(数字型)(含字符型)、false(布尔型)或null(引用类型)，也可以使用{,,}语句创建数组：type arr-name[] = {val1, val2, …, valn}，可以创建数组的数组。字符串也是类类型，为String类，通常使用""语句创建字符串，String对象是不可变的，修改字符串要么重新创建，要么使用StringBuffer类。
  • Java是基于类(Class)的，类是对象(Object)的模板，对象是类的实例，在Java文件中，主类的名称(MyClass)和文件的名称(MyClass.java)必须相同，类包括实例变量和方法，实例变量和方法都叫类的成员，创建对象必须使用new语句，Java的对象引用与C/C++的内存指针本质上是一样的，对象引用变量的赋值不是拷贝，作为程序入口的类必须实现main()方法，方法还包括构造函数和finalize()方法，构造函数用来初始化对象，构造函数的名字和类名相同，并且没有返回类型，其实隐式为该类，finalize()方法在对象销毁前释放某些资源(如关闭文件、断开网络连接等)，Java不是在离开块时调用finalize()方法，而是在垃圾回收(Garbage Collection)时。重载方法的名字相同，但是参数列表(参数的类型，参数的个数，参数的顺序)必须不同，参数的类型不能完全匹配时，允许匹配可以自动类型转换的类型。static成员(static实例变量＋static方法)本质上就是类的实例变量和方法，不是某个对象的实例变量和方法，可以用类直接访问静态成员，静态方法中只能使用静态实例变量和其他静态方法，静态实例变量可以在声明时初始化，也可以使用静态代码块(static {…})进行初始化。final静态变量是不可变的，可以在声明时初始化，也可以在构造函数中进行初始化。类可以像块一样嵌套，可以在类中定义类，只能在外部类中实例化内部类，也可以在块中定义类，也只能在块中使用内部类。
  • Java的继承(Inheritance)只支持单继承，子类不能访问父类的私有成员，self指代的是当前对象，super指代的是父类对象，可以使用super访问超类的实例变量和方法(包括构造函数)，子类构造函数的第一条语句要么是super()方法，要么是this()方法，调用this()方法还是要首先调用super()方法，如果都没有，就会自动调用超类的默认构造函数，可见super()方法和this()方法不能同时使用。重写方法是指子类可以覆盖父类的方法，final变量不能修改，final方法不能重写，final类不能继承。父类变量可以引用子类变量，用该父类变量调用某个重写方法时，Java会在运行时根据指向对象的真正类型调用相应的重写方法，这就是运行时多态。抽象类中包含抽象方法，当然也可以实现某些方法，不能实例化抽象类，所以抽象类中不能声明抽象构造函数，静态方法本质上是属于类的，所以抽象类也不能声明抽象静态方法，其实抽象类相对于实现类而言就是父类，所以抽象变量也可以像父类变量引用子类变量，
  • 包(Package)是类的容器，避免不同包的类名相同引发冲突，java文件的第一条语句是package语句，如果没有，会把类放入默认包中，Java使用文件系统目录存储包，根据目录的层级结构就可以创建层次化的包了，Java首先在当前工作目录中查找包，找不到的话再从CLASSPATH环境变量中的目录中查找，还找不到的话再看看javac/java指令中的-classpath选项指定的目录中有没有，如果还没有才会报错。完全限定名包括包名和类名，使用import语句导入相关包或类，可以省略包名或类名，在import语句后面添加static关键字，可以导入类或接口的静态成员。Java的所有标准类都存储在java包中，Java编译器会自动导入java.lang子包：import java.lang.*。类成员的访问修饰符有public、protected和private，还有一种是默认的(无)(即无访问修饰符)，与前三种都不同，public成员在包内、包外都可见，(无)只能在包内可见，protected在public与(无)之间，它比(无)多了一个“在其他包的子类中也可见”，private只能在类中可见。类和接口的访问控制只有两种：public和(无)，规则跟类成员的public和(无)相同。
  • 与单个继承不同，一个类可以实现多个接口(Interface)。接口的所有成员都被隐式地声明为public，接口中的变量都是被隐式声明为final和static，而接口中的方法都只是抽象方法(只有;没有块)，实现接口的类要么实现所有的接口方法，要么声明为abstract，当然实现接口的方法必须被声明为public。可以使用接口变量引用实现接口类的实例，接口可以像类一样继承，子接口可以扩展父接口，也可以像类一样嵌套，在接口中定义接口，内部接口的访问控制规则与类成员的相同，有public、protected、private和(无)。
  • 所谓的异常(Exception)就是运行时错误，可以在try块中抛出异常(throw)，也可以让方法抛出异常(throws)，可以捕获异常(catch)并进行相应的处理，也可以传递异常给外层try块或外部方法，让它们来进行处理，不论是否发生异常，都要执行finally块，finally块的功能类似finalize()方法，用来释放某些资源(如关闭文件、断开网络连接等)，如果不想使用finally块，可以使用带资源的try语句。
  • Java内置支持多线程(Multi-Thread)，由于网络交互、文件读写、终端输入等IO操作要比CPU慢很多，我们可以采用异步操作的方式进行，如果希望多线程能够充分利用多核CPU，可以使用Fork/Join框架。可以通过两种方式自定义线程：一种是实现Runnable接口，实现里面的run()方法，另一种是继承Thread类，重写里面的run()方法，调用Thead.currentThead()方法可以获取主线程，所有子线程都源至主线程，因此主线程必须等到所有子线程结束了才能结束，可以使用join()方法等待子线程的结束，线程的常见状态有运行(running)、挂起(suspended)、恢复(resumed)和阻塞(blocked)，线程的上下文切换基于协作式(自愿原则)和抢占式(优先原则)。为了避免竞态条件(Race Condition)，Java还支持同步操作，监视器(Monitor)的本质就是锁(Lock)，Java的每个对象都有自己的隐式监视器，可以使用两种方法利用隐式监视器，一种是同步方法，一旦某个线程位于某个对象的某个同步方法中，其他线程就不能调用该对象的所有同步方法(只能调用非同步方法)，另一种是同步语句：synchronized(target) {target.method(args)}，可以对非同步方法进行同步操作。为了实现线程间更加细微的通信，还可以使用wait()方法、notify()方法和notifyAll()方法，为了避免一种叫“假唤醒”的小概率事件发生，Oracle推荐在一个检查线程等待条件的循环中调用wait()方法，我们不再使用suspend()方法、resume()方法和stop()方法来挂起、恢复和停止线程，这样会破坏基于隐式监视器的加锁机制，而是采用一种周期性检查的手工方式判断是否挂起、恢复和停止线程的执行。
  • Java的枚举是基于类的，枚举的变量和接口的变量一样，都是默认为public、static和final的，而且还是“自类型化的”(默认为所在的枚举类型)，枚举虽然是类，但不能用new语句实例化，因为系统已经提供了相应的枚举常量，也不能继承其他类和被其他类继承，因为所有的枚举都自动继承了java.lang.Enum类并且final了自己，虽然如此，枚举也可以像其他类那样，提供实例变量和方法(包括构造函数)，甚至实现接口。
  • java.io包中定义了基于流(Stream)的I/O，java.nio及其子包中定义了基于缓冲(Buffer)和基于通道(Channel)的I/O，Java定义了两种类型的流：字节流(基于1个Byte)和字符流(基于2个Byte)，字符流是建立在字节流的基础上的，字节流类系列的两个抽象类为InputStream和OutputStream，字符流类系列的两个抽象类为Reader和Writer，java.lang包中的System类包含了3个预定义的标准流：in、out和err，in是InputStream类，out和err是PrintStream类，都属于字节流，可以使用BufferedReader类和PrintWriter类作为控制台I/O的字符流版本，读写文件可以使用FileInputStream类和FileOutputStream类。
  • 泛型就是参数化类型，就好比常量之于变量，类型之于泛型一样，有了泛型可以保证类型安全性，类型参数可以有界：<T extends superClass>，也可以用通配符参数"?"指定未知类型，通配符参数也可以有界：<? extends superClass>和<? super subClass>(不包括subClass)，不仅可以在泛型类中创建含有类型参数的泛型方法(包括泛型构造函数)，还可以在非泛型类中创建泛型方法(<>在返回类型前)，除了创建泛型类，还可以创建泛型接口，Java使用擦除实现了泛型，在运行时是没有类型参数的，所以使用泛型有一些限制：不能实例化类型参数，不能创建泛型的静态变量，静态方法的返回类型也不能是泛型，不能实例化泛型的数组，也不能创建特定类型的泛型的数组，更不能创建泛型异常类(不能继承Throwable类)。
  • Java也有lambda表达式，只是它的lambda表达式用起来很别扭，所以忽略之。 

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