Java 基础

原创
2019/09/03 08:08
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一、数据类型

三、运算

参数传递

Java 的参数是以值传递的形式传入方法中,而不是引用传递。

以下代码中 Dog dog 的 dog  是一个指针,存储的是对象的地址。在将一个参数传入一个方法时,本质上是将对象的地址以值的方式传递到形参中。因此在方法中使指针引用其它对象,那么这两个指针此时指向的是完全不同的对象,在一方改变其所指向对象的内容时对另一方没有影响。

public class Dog {


   String name;


   Dog(String name) {

       this.name = name;

   }


   String getName() {

       return this.name;

   }


   void setName(String name) {

       this.name = name;

   }


   String getObjectAddress() {

       return super.toString();

   }

}

public class PassByValueExample {

   public static void main(String[] args) {

       Dog dog = new Dog("A");

       System.out.println(dog.getObjectAddress()); // Dog@4554617c

       func(dog);

       System.out.println(dog.getObjectAddress()); // Dog@4554617c

       System.out.println(dog.getName());          // A

   }


   private static void func(Dog dog) {

       System.out.println(dog.getObjectAddress()); // Dog@4554617c

       dog = new Dog("B");

       System.out.println(dog.getObjectAddress()); // Dog@74a14482

       System.out.println(dog.getName());          // B

   }

}

如果在方法中改变对象的字段值会改变原对象该字段值,因为改变的是同一个地址指向的内容。

class PassByValueExample {

   public static void main(String[] args) {

       Dog dog = new Dog("A");

       func(dog);

       System.out.println(dog.getName());          // B

   }


   private static void func(Dog dog) {

       dog.setName("B");

   }

}

StackOverflow: Is Java “pass-by-reference” or “pass-by-value”?

float 与 double

Java 不能隐式执行向下转型,因为这会使得精度降低。

1.1 字面量属于 double 类型,不能直接将 1.1 直接赋值给 float 变量,因为这是向下转型。

// float f = 1.1;

1.1f 字面量才是 float 类型。

float f = 1.1f;

隐式类型转换

因为字面量 1 是 int 类型,它比 short 类型精度要高,因此不能隐式地将 int 类型下转型为 short 类型。

short s1 = 1;

// s1 = s1 + 1;

但是使用 += 或者 ++ 运算符可以执行隐式类型转换。

s1 += 1;

// s1++;

上面的语句相当于将 s1 + 1 的计算结果进行了向下转型:

s1 = (short) (s1 + 1);

StackOverflow : Why don't Java's +=, -=, *=, /= compound assignment operators require casting?

switch

从 Java 7 开始,可以在 switch 条件判断语句中使用 String 对象。

String s = "a";

switch (s) {

   case "a":

       System.out.println("aaa");

       break;

   case "b":

       System.out.println("bbb");

       break;

}

switch 不支持 long,是因为 switch 的设计初衷是对那些只有少数的几个值进行等值判断,如果值过于复杂,那么还是用 if 比较合适。

// long x = 111;

// switch (x) { // Incompatible types. Found: 'long', required: 'char, byte, short, int, Character, Byte, Short, Integer, String, or an enum'

//     case 111:

//         System.out.println(111);

//         break;

//     case 222:

//         System.out.println(222);

//         break;

// }

StackOverflow : Why can't your switch statement data type be long, Java?


五、Object 通用方法

概览

public native int hashCode()


public boolean equals(Object obj)


protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException


public String toString()


public final native Class<?> getClass()


protected void finalize() throws Throwable {}


public final native void notify()


public final native void notifyAll()


public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException


public final void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException


public final void wait() throws InterruptedException

equals()

1. 等价关系

Ⅰ 自反性

x.equals(x); // true

Ⅱ 对称性

x.equals(y) == y.equals(x); // true

Ⅲ 传递性

if (x.equals(y) && y.equals(z))

   x.equals(z); // true;

Ⅳ 一致性

多次调用 equals() 方法结果不变

x.equals(y) == x.equals(y); // true

Ⅴ 与 null 的比较

对任何不是 null 的对象 x 调用 x.equals(null) 结果都为 false

x.equals(null); // false;

2. 等价与相等

  • 对于基本类型,== 判断两个值是否相等,基本类型没有 equals() 方法。
  • 对于引用类型,== 判断两个变量是否引用同一个对象,而 equals() 判断引用的对象是否等价。

Integer x = new Integer(1);

Integer y = new Integer(1);

System.out.println(x.equals(y)); // true

System.out.println(x == y);      // false

3. 实现

  • 检查是否为同一个对象的引用,如果是直接返回 true;
  • 检查是否是同一个类型,如果不是,直接返回 false;
  • 将 Object 对象进行转型;
  • 判断每个关键域是否相等。

public class EqualExample {


   private int x;

   private int y;

   private int z;


   public EqualExample(int x, int y, int z) {

       this.x = x;

       this.y = y;

       this.z = z;

   }


   @Override

   public boolean equals(Object o) {

       if (this == o) return true;

       if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;


       EqualExample that = (EqualExample) o;


       if (x != that.x) return false;

       if (y != that.y) return false;

       return z == that.z;

   }

}

hashCode()

hashCode() 返回散列值,而 equals() 是用来判断两个对象是否等价。等价的两个对象散列值一定相同,但是散列值相同的两个对象不一定等价。

在覆盖 equals() 方法时应当总是覆盖 hashCode() 方法,保证等价的两个对象散列值也相等。

下面的代码中,新建了两个等价的对象,并将它们添加到 HashSet 中。我们希望将这两个对象当成一样的,只在集合中添加一个对象,但是因为  EqualExample 没有实现 hashCode() 方法,因此这两个对象的散列值是不同的,最终导致集合添加了两个等价的对象。

EqualExample e1 = new EqualExample(1, 1, 1);

EqualExample e2 = new EqualExample(1, 1, 1);

System.out.println(e1.equals(e2)); // true

HashSet<EqualExample> set = new HashSet<>();

set.add(e1);

set.add(e2);

System.out.println(set.size());   // 2

理想的散列函数应当具有均匀性,即不相等的对象应当均匀分布到所有可能的散列值上。这就要求了散列函数要把所有域的值都考虑进来。可以将每个域都当成  R 进制的某一位,然后组成一个 R 进制的整数。R 一般取 31,因为它是一个奇素数,如果是偶数的话,当出现乘法溢出,信息就会丢失,因为与 2  相乘相当于向左移一位。

一个数与 31 相乘可以转换成移位和减法:31*x == (x<<5)-x,编译器会自动进行这个优化。

@Override

public int hashCode() {

   int result = 17;

   result = 31 * result + x;

   result = 31 * result + y;

   result = 31 * result + z;

   return result;

}

toString()

默认返回 ToStringExample@4554617c 这种形式,其中 @ 后面的数值为散列码的无符号十六进制表示。

public class ToStringExample {


   private int number;


   public ToStringExample(int number) {

       this.number = number;

   }

}

ToStringExample example = new ToStringExample(123);

System.out.println(example.toString());

ToStringExample@4554617c

clone()

1. cloneable

clone() 是 Object 的 protected 方法,它不是 public,一个类不显式去重写 clone(),其它类就不能直接去调用该类实例的 clone() 方法。

public class CloneExample {

   private int a;

   private int b;

}

CloneExample e1 = new CloneExample();

// CloneExample e2 = e1.clone(); // 'clone()' has protected access in 'java.lang.Object'

重写 clone() 得到以下实现:

public class CloneExample {

   private int a;

   private int b;


   @Override

   public CloneExample clone() throws CloneNotSupportedException {

       return (CloneExample)super.clone();

   }

}

CloneExample e1 = new CloneExample();

try {

   CloneExample e2 = e1.clone();

} catch (CloneNotSupportedException e) {

   e.printStackTrace();

}

java.lang.CloneNotSupportedException: CloneExample

以上抛出了 CloneNotSupportedException,这是因为 CloneExample 没有实现 Cloneable 接口。

应该注意的是,clone() 方法并不是 Cloneable 接口的方法,而是 Object 的一个 protected  方法。Cloneable 接口只是规定,如果一个类没有实现 Cloneable 接口又调用了 clone() 方法,就会抛出  CloneNotSupportedException。

public class CloneExample implements Cloneable {

   private int a;

   private int b;


   @Override

   public Object clone() throws CloneNotSupportedException {

       return super.clone();

   }

}

2. 浅拷贝

拷贝对象和原始对象的引用类型引用同一个对象。

public class ShallowCloneExample implements Cloneable {


   private int[] arr;


   public ShallowCloneExample() {

       arr = new int[10];

       for (int i = 0; i < arr.length; i++) {

           arr[i] = i;

       }

   }


   public void set(int index, int value) {

       arr[index] = value;

   }


   public int get(int index) {

       return arr[index];

   }


   @Override

   protected ShallowCloneExample clone() throws CloneNotSupportedException {

       return (ShallowCloneExample) super.clone();

   }

}

ShallowCloneExample e1 = new ShallowCloneExample();

ShallowCloneExample e2 = null;

try {

   e2 = e1.clone();

} catch (CloneNotSupportedException e) {

   e.printStackTrace();

}

e1.set(2, 222);

System.out.println(e2.get(2)); // 222

3. 深拷贝

拷贝对象和原始对象的引用类型引用不同对象。

public class DeepCloneExample implements Cloneable {


   private int[] arr;


   public DeepCloneExample() {

       arr = new int[10];

       for (int i = 0; i < arr.length; i++) {

           arr[i] = i;

       }

   }


   public void set(int index, int value) {

       arr[index] = value;

   }


   public int get(int index) {

       return arr[index];

   }


   @Override

   protected DeepCloneExample clone() throws CloneNotSupportedException {

       DeepCloneExample result = (DeepCloneExample) super.clone();

       result.arr = new int[arr.length];

       for (int i = 0; i < arr.length; i++) {

           result.arr[i] = arr[i];

       }

       return result;

   }

}

DeepCloneExample e1 = new DeepCloneExample();

DeepCloneExample e2 = null;

try {

   e2 = e1.clone();

} catch (CloneNotSupportedException e) {

   e.printStackTrace();

}

e1.set(2, 222);

System.out.println(e2.get(2)); // 2

4. clone() 的替代方案

使用 clone() 方法来拷贝一个对象即复杂又有风险,它会抛出异常,并且还需要类型转换。Effective Java 书上讲到,最好不要去使用 clone(),可以使用拷贝构造函数或者拷贝工厂来拷贝一个对象。

public class CloneConstructorExample {


   private int[] arr;


   public CloneConstructorExample() {

       arr = new int[10];

       for (int i = 0; i < arr.length; i++) {

           arr[i] = i;

       }

   }


   public CloneConstructorExample(CloneConstructorExample original) {

       arr = new int[original.arr.length];

       for (int i = 0; i < original.arr.length; i++) {

           arr[i] = original.arr[i];

       }

   }


   public void set(int index, int value) {

       arr[index] = value;

   }


   public int get(int index) {

       return arr[index];

   }

}

CloneConstructorExample e1 = new CloneConstructorExample();

CloneConstructorExample e2 = new CloneConstructorExample(e1);

e1.set(2, 222);

System.out.println(e2.get(2)); // 2

六、关键字

final

1. 数据

声明数据为常量,可以是编译时常量,也可以是在运行时被初始化后不能被改变的常量。

  • 对于基本类型,final 使数值不变;
  • 对于引用类型,final 使引用不变,也就不能引用其它对象,但是被引用的对象本身是可以修改的。

final int x = 1;

// x = 2;  // cannot assign value to final variable 'x'

final A y = new A();

y.a = 1;

2. 方法

声明方法不能被子类重写。

private 方法隐式地被指定为 final,如果在子类中定义的方法和基类中的一个 private 方法签名相同,此时子类的方法不是重写基类方法,而是在子类中定义了一个新的方法。

3. 类

声明类不允许被继承。

static

1. 静态变量

  • 静态变量:又称为类变量,也就是说这个变量属于类的,类所有的实例都共享静态变量,可以直接通过类名来访问它。静态变量在内存中只存在一份。
  • 实例变量:每创建一个实例就会产生一个实例变量,它与该实例同生共死。

public class A {


   private int x;         // 实例变量

   private static int y;  // 静态变量


   public static void main(String[] args) {

       // int x = A.x;  // Non-static field 'x' cannot be referenced from a static context

       A a = new A();

       int x = a.x;

       int y = A.y;

   }

}

2. 静态方法

静态方法在类加载的时候就存在了,它不依赖于任何实例。所以静态方法必须有实现,也就是说它不能是抽象方法。

public abstract class A {

   public static void func1(){

   }

   // public abstract static void func2();  // Illegal combination of modifiers: 'abstract' and 'static'

}

只能访问所属类的静态字段和静态方法,方法中不能有 this 和 super 关键字。

public class A {


   private static int x;

   private int y;


   public static void func1(){

       int a = x;

       // int b = y;  // Non-static field 'y' cannot be referenced from a static context

       // int b = this.y;     // 'A.this' cannot be referenced from a static context

   }

}

3. 静态语句块

静态语句块在类初始化时运行一次。

public class A {

   static {

       System.out.println("123");

   }


   public static void main(String[] args) {

       A a1 = new A();

       A a2 = new A();

   }

}

123

4. 静态内部类

非静态内部类依赖于外部类的实例,而静态内部类不需要。

public class OuterClass {


   class InnerClass {

   }


   static class StaticInnerClass {

   }


   public static void main(String[] args) {

       // InnerClass innerClass = new InnerClass(); // 'OuterClass.this' cannot be referenced from a static context

       OuterClass outerClass = new OuterClass();

       InnerClass innerClass = outerClass.new InnerClass();

       StaticInnerClass staticInnerClass = new StaticInnerClass();

   }

}

静态内部类不能访问外部类的非静态的变量和方法。

5. 静态导包

在使用静态变量和方法时不用再指明 ClassName,从而简化代码,但可读性大大降低。

import static com.xxx.ClassName.*

6. 初始化顺序

静态变量和静态语句块优先于实例变量和普通语句块,静态变量和静态语句块的初始化顺序取决于它们在代码中的顺序。

public static String staticField = "静态变量";

static {

   System.out.println("静态语句块");

}

public String field = "实例变量";

{

   System.out.println("普通语句块");

}

最后才是构造函数的初始化。

public InitialOrderTest() {

   System.out.println("构造函数");

}

存在继承的情况下,初始化顺序为:

  • 父类(静态变量、静态语句块)
  • 子类(静态变量、静态语句块)
  • 父类(实例变量、普通语句块)
  • 父类(构造函数)
  • 子类(实例变量、普通语句块)
  • 子类(构造函数)

七、反射

每个类都有一个  Class  对象,包含了与类有关的信息。当编译一个新类时,会产生一个同名的 .class 文件,该文件内容保存着 Class 对象。

类加载相当于 Class 对象的加载,类在第一次使用时才动态加载到 JVM 中。也可以使用 Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver") 这种方式来控制类的加载,该方法会返回一个 Class 对象。

反射可以提供运行时的类信息,并且这个类可以在运行时才加载进来,甚至在编译时期该类的 .class 不存在也可以加载进来。

Class 和 java.lang.reflect 一起对反射提供了支持,java.lang.reflect 类库主要包含了以下三个类:

  • Field :可以使用 get() 和 set() 方法读取和修改 Field 对象关联的字段;
  • Method :可以使用 invoke() 方法调用与 Method 对象关联的方法;
  • Constructor :可以用 Constructor 的 newInstance() 创建新的对象。

反射的优点:

  • 可扩展性  :应用程序可以利用全限定名创建可扩展对象的实例,来使用来自外部的用户自定义类。
  • 类浏览器和可视化开发环境  :一个类浏览器需要可以枚举类的成员。可视化开发环境(如 IDE)可以从利用反射中可用的类型信息中受益,以帮助程序员编写正确的代码。
  • 调试器和测试工具  : 调试器需要能够检查一个类里的私有成员。测试工具可以利用反射来自动地调用类里定义的可被发现的 API 定义,以确保一组测试中有较高的代码覆盖率。

反射的缺点:

尽管反射非常强大,但也不能滥用。如果一个功能可以不用反射完成,那么最好就不用。在我们使用反射技术时,下面几条内容应该牢记于心。

  • 性能开销  :反射涉及了动态类型的解析,所以 JVM 无法对这些代码进行优化。因此,反射操作的效率要比那些非反射操作低得多。我们应该避免在经常被执行的代码或对性能要求很高的程序中使用反射。
  • 安全限制  :使用反射技术要求程序必须在一个没有安全限制的环境中运行。如果一个程序必须在有安全限制的环境中运行,如 Applet,那么这就是个问题了。
  • 内部暴露  :由于反射允许代码执行一些在正常情况下不被允许的操作(比如访问私有的属性和方法),所以使用反射可能会导致意料之外的副作用,这可能导致代码功能失调并破坏可移植性。反射代码破坏了抽象性,因此当平台发生改变的时候,代码的行为就有可能也随着变化。
  • Trail: The Reflection API
  • 深入解析 Java 反射(1)- 基础

八、异常

Throwable 可以用来表示任何可以作为异常抛出的类,分为两种: Error  和 Exception。其中 Error 用来表示 JVM 无法处理的错误,Exception 分为两种:

  • 受检异常 :需要用 try...catch... 语句捕获并进行处理,并且可以从异常中恢复;
  • 非受检异常 :是程序运行时错误,例如除 0 会引发 Arithmetic Exception,此时程序崩溃并且无法恢复。


九、泛型

public class Box<T> {

   // T stands for "Type"

   private T t;

   public void set(T t) { this.t = t; }

   public T get() { return t; }

}

十、注解

Java 注解是附加在代码中的一些元信息,用于一些工具在编译、运行时进行解析和使用,起到说明、配置的功能。注解不会也不能影响代码的实际逻辑,仅仅起到辅助性的作用。

注解 Annotation 实现原理与自定义注解例子


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