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Java基础知识总结 - 超详细篇收藏.pdf

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.59M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    1，JDK：Java Development Kit，java 的开发和运行环境，java 的开发工具 和 jre。 2，JRE：Java Runtime Environment，java 程序的运行环境，java 运行的所 需的类库+JVM(java 虚拟机)。 3，配置环境变量：让 java jdk\bin 目录下的工具，可以在任意目录下运行，原 因是，将该工具所在目录告诉了系统，当使用该工具时，由系统帮我们去找指 定的目录。 环境变量的配置： 1）永久配置方式：JAVA_HOME=%安装路径%\Java\jdk path=%JAVA_HOME%\bin 2）临时配置方式：set path=%path%;C:\Program Files\Java\jdk\bin 特点：系统默认先去当前路径下找要执行的程序，如果没有，再去 path 中设置 的路径下找。 classpath 的配置: 1）永久配置方式：classpath=.;c:\;e:\ 2）临时配置方式：set classpath=.;c:\;e:\ 注意：在定义 classpath 环境变量时，需要注意的情况 如果没有定义环境变量 classpath，java 启动 jvm 后，会在当前目录下查找要 运行的类文件； 如果指定了 classpath，那么会在指定的目录下查找要运行的类文件。 还会在当前目录找吗？两种情况： CLASSPATH 是什么？它的作用是什么？ 它是 javac 编译器的一个环境变量。它的作用与 import、package 关键字有 关。当你写下 improt java.util.*时，编译器面对 import 关键字时，就知道你要 引入 java.util 这个 package 中的类；但是编译器如何知道你把这个 package 放 在哪里了呢？所以你首先得告诉编译器这个 package 的所在位置；如何告诉它 呢？就是设置 CLASSPATH 啦 :) 如果 java.util 这个 package 在 c:/jdk/ 目录 下，你得把 c:/jdk/这个路径设置到 CLASSPATH 中去！当编译器面对 import java.util.*这个语句时，它先会查找 CLASSPATH 所指定的目录，并检视子目录 java/util 是否存在，然后找出名称吻合的已编译文件（.class 文件）。如果没有 找到就会报错！CLASSPATH 有点像 c/c++编译器中的 INCLUDE 路径的设置 哦，是不是？当 c/c++编译器遇到 include 这样的语句，它是如何运作的？ 哦，其实道理都差不多！搜索 INCLUDE 路径，检视文件！当你自己开发一个 package 时，然后想要用这个 package 中的类；自然，你也得把这个 package 所在的目录设置到 CLASSPATH 中去！CLASSPATH 的设定，对 JAVA 的初 学者而言是一件棘手的事。所以 Sun 让 JAVA2 的 JDK 更聪明一些。你会发 现，在你安装之后，即使完全没有设定 CLASSPATH，你仍然能够编译基本的 JAVA 程序，并且加以执行。 PATH 环境变量 PATH 环境变量。作用是指定命令搜索路径，在命令行下面执行命令如 javac 编译 java 程序时，它会到 PATH 变量所指定的路径中查找看是否能找到相应的 命令程序。我们需要把 jdk 安装目录下的 bin 目录增加到现有的 PATH 变量 中，bin 目录中包含经常要用到的可执行文件如 javac/java/javadoc 等待，设置 好 PATH 变量后，就可以在任何目录下执行 javac/java 等工具了。
    4，javac 命令和 java 命令做什么事情呢？ 要知道 java 是分两部分的：一个是编译，一个是运行。 javac：负责的是编译的部分，当执行 javac 时，会启动 java 的编译器程序。 对指定扩展名的.java 文件进行编译。 生成了 jvm 可以识别的字节码文件。也 就是 class 文件，也就是 java 的运行程序。 java：负责运行的部分.会启动 jvm.加载运行时所需的类库,并对 class 文件进行 执行. 一个文件要被执行,必须要有一个执行的起始点,这个起始点就是 main 函数. 标示符： 1），数字不可以开头。 2），不可以使用关键字。 变量的作用域和生存期: 1. 变量的作用域：作用域从变量定义的位置开始，到该变量所在的那对大括号 结束； 生命周期：变量从定义的位置开始就在内存中活了； 变量到达它所在的作用域的时候就在内存中消失了； 数据类型： 1）：基本数据类型：byte、short、int、long、float、double、char、boolean 运算符号： 4）、逻辑运算符。 & | ^ ! && || 逻辑运算符除了 ! 外都是用于连接两个 boolean 类型表达式。 &: 只有两边都为 true 结果是 true。否则就是 false。 |:只要两边都为 false 结果是 false，否则就是 true ^:异或：和或有点不一样。 两边结果一样，就为 false。 两边结果不一样，就为 true. & 和 &&区别： & ：无论左边结果是什么，右边都参与运算。 &&:短路与，如果左边为 false，那么右边不参数与运算。 | 和|| 区别：|：两边都运算。 ||：短路或，如果左边为 true，那么右边不参与运算。 5）、位运算符:用于操作二进制位的运算符。 & | ^ << >> >>>(无符号右移) 练习：对两个变量的数据进行互换。不需要第三方变量。 int a = 3,b = 5;-->b = 3,a = 5; 方法一：
    a = a + b; a = 8; b = a - b; b = 3; a = a - b; a = 5; 方法二： a = a ^ b;// b = a ^ b;//b = a ^ b ^ b = a a = a ^ b;//a = a ^ b ^ a = b; 练习：高效的算出 2*8 = 2<<3; 重载的定义是：在一个类中，如果出现了两个或者两个以上的同名函数，只要 它们的参数的个数，或者参数的类型不同，即可称之为该函数重载了。 如何区分重载：当函数同名时，只看参数列表。和返回值类型没关系。 重写：父类与子类之间的多态性，对父类的函数进行重新定义。如果在子类中 定义某方法与其父类有相同的名称和参数，我们说该方法被重写 (Overriding)。 Java 内存管理 Java 内存管理：深入 Java 内存区域 Java 与 C++之间有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的高墙，墙外面 的人想进去，墙里面的人却想出来。 概述： 对于从事 C 和 C++程序开发的开发人员来说，在内存管理领域，他们既是拥有 最高权力的皇帝，又是从事最基础工作的劳动人民—既拥有每一个对象的"所有 权"，又担负着每一个对象生命开始到终结的维护责任。 对于 Java 程序员来说，在虚拟机的自动内存管理机制的帮助下，不再需要为 每一个 new 操作去写配对的 delete/free 代码，而且不容易出现内存泄漏和内存 溢出问题，看起来由虚拟机管理内存一切都很美好。不过，也正是因为 Java 程序员把内存控制的权力交给了 Java 虚拟机，一旦出现内存泄漏和溢出方面 的问题，如果不了解虚拟机是怎样使用内存的，那排查错误将会成为一项异常 艰难的工作。 运行时数据区域 Java 虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同 的数据区域。这些区域都有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随 着虚拟机进程的启动而存在，有些区域则是依赖用户线程的启动和结束而建立 和销毁。根据《Java 虚拟机规范（第 2 版）》的规定，Java 虚拟机所管理的 内存将会包括以下几个运行时数据区域，如下图所示：
    程序计数器 程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它的 作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型 里（仅是概念模型，各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现），字节 码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码 指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计 数器来完成。 由于 Java 虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执 行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理 器来说是一个内核）只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢 复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之 间的计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为"线程私有"的内 存。 如果线程正在执行的是一个 Java 方法，这个计数器记录的是正在执行的 虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是 Natvie 方法，这个计数器值则为 空（Undefined）。此内存区域是唯一一个在 Java 虚拟机规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。 Java 虚拟机栈 与程序计数器一样，Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是 线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是 Java 方法执行的 内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（Stack Frame）用 于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用 直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
    经常有人把 Java 内存区分为堆内存（Heap）和栈内存（Stack），这种分法比 较粗糙，Java 内存区域的划分实际上远比这复杂。这种划分方式的流行只能说 明大多数程序员最关注的、与对象内存分配关系最密切的内存区域是这两块。 其中所指的"堆"在后面会专门讲述，而所指的"栈"就是现在讲的虚拟机栈，或者 说是虚拟机栈中的局部变量表部分。 局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、 short、int、float、long、double）、对象引用（reference 类型），它不等同于 对象本身，根据不同的虚拟机实现，它可能是一个指向对象起始地址的引用指 针，也可能指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置）和 returnAddress 类型（指向了一条字节码指令的地址）。 其中 64 位长度的 long 和 double 类型的数据会占用 2 个局部变量空间 （Slot），其余的数据类型只占用 1 个。局部变量表所需的内存空间在编译期 间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空 间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。 在 Java 虚拟 机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟 机所允许的深度，将抛出 StackOverflowError 异常；如果虚拟机栈可以动态扩 展（当前大部分的 Java 虚拟机都可动态扩展，只不过 Java 虚拟机规范中也允 许固定长度的虚拟机栈），当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出 OutOfMemoryError 异常。 本地方法栈 本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相 似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法（也就是字节码）服 务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的 Native 方法服务。虚拟机规范中对本 地方法栈中的方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具 体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机（譬如 Sun HotSpot 虚拟机）直 接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也 会抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常。 Java 堆 对于大多数应用来说，Java 堆（Java Heap）是 Java 虚拟机所管理的内 存中最大的一块。Java 堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时 创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这 里分配内存。这一点在 Java 虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例以及数 组都要在堆上分配，但是随着 JIT 编译器的发展与逃逸分析技术的逐渐成熟， 栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生，所有的对象都分 配在堆上也渐渐变得不是那么"绝对"了。 Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做"GC 堆" （Garbage Collected Heap，幸好国内没翻译成"垃圾堆"）。如果从内存回收 的角度看，由于现在收集器基本都是采用的分代收集算法，所以 Java 堆中还 可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有 Eden 空间、From Survivor 空 间、To Survivor 空间等。如果从内存分配的角度看，线程共享的 Java 堆中可 能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer， TLAB）。不过，无论如何划分，都与存放内容无关，无论哪个区域，存储的都 仍然是对象实例，进一步划分的目的是为了更好地回收内存，或者更快地分配
    内存。在本章中，我们仅仅针对内存区域的作用进行讨论，Java 堆中的上述各 个区域的分配和回收等细节将会是下一章的主题。 根据 Java 虚拟机规范的规定，Java 堆可以处于物理上不连续的内存空间 中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样。在实现时，既可以 实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩 展来实现的（通过-Xmx 和-Xms 控制）。如果在堆中没有内存完成实例分配， 并且堆也无法再扩展时，将会抛出 OutOfMemoryError 异常。 方法区 方法区（Method Area）与 Java 堆一样，是各个线程共享的内存区域，它 用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代 码等数据。虽然 Java 虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它 却有一个别名叫做 Non-Heap（非堆），目的应该是与 Java 堆区分开来。 对于习惯在 HotSpot 虚拟机上开发和部署程序的开发者来说，很多人愿意 把方法区称为"永久代"Permanent Generation），本质上两者并不等价，仅仅 是因为 HotSpot 虚拟机的设计团队选择把 GC 分代收集扩展至方法区，或者说 使用永久代来实现方法区而已。对于其他虚拟机（如 BEA JRockit、IBM J9 等）来说是不存在永久代的概念的。即使是 HotSpot 虚拟机本身，根据官方发 布的路线图信息，现在也有放弃永久代并"搬家"至 Native Memory 来实现方法 区的规划了。 Java 虚拟机规范对这个区域的限制非常宽松，除了和 Java 堆一样不需要 连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。 相对而言，垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的，但并非数据进入了方法 区就如永久代的名字一样"永久"存在了。这个区域的内存回收目标主要是针对 常量池的回收和对类型的卸载，一般来说这个区域的回收"成绩"比较难以令人 满意，尤其是类型的卸载，条件相当苛刻，但是这部分区域的回收确实是有必 要的。在 Sun 公司的 BUG 列表中， 曾出现过的若干个严重的 BUG 就是 由于低版本的 HotSpot 虚拟机对此区域未完全回收而导致内存泄漏。根据 Java 虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出 OutOfMemoryError 异常。 运行时常量池 运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class 文 件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，还有一项信息是常 量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引 用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。 Java 虚拟机 对 Class 文件的每一部分（自然也包括常量池）的格式都有严格的规定，每一 个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求，这样才会被虚拟机认可、 装载和执行。但对于运行时常量池，Java 虚拟机规范没有做任何细节的要求， 不同的提供商实现的虚拟机可以按照自己的需要来实现这个内存区域。不过， 一般来说，除了保存 Class 文件中描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接 引用也存储在运行时常量池中。运行时常量池相对于 Class 文件常量池的另外 一个重要特征是具备动态性，Java 语言并不要求常量一定只能在编译期产生， 也就是并非预置入 Class 文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池， 运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的便 是 String 类的 intern()方法。既然运行时常量池是方法区的一部分，自然会受到
    方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出 OutOfMemoryError 异常。 对象访问 介绍完 Java 虚拟机的运行时数据区之后，我们就可以来探讨一个问题： 在 Java 语言中，对象访问是如何进行的？对象访问在 Java 语言中无处不在， 是最普通的程序行为，但即使是最简单的访问，也会却涉及 Java 栈、Java 堆、方法区这三个最重要内存区域之间的关联关系，如下面的这句代码： Object obj = new Object(); 假设这句代码出现在方法体中，那"Object obj"这部分的语义将会反映到 Java 栈的本地变量表中，作为一个 reference 类型数据出现。而"new Object()"这部 分的语义将会反映到 Java 堆中，形成一块存储了 Object 类型所有实例数据值 （Instance Data，对象中各个实例字段的数据）的结构化内存，根据具体类型 以及虚拟机实现的对象内存布局（Object Memory Layout）的不同，这块内存 的长度是不固定的。另外，在 Java 堆中还必须包含能查找到此对象类型数据 （如对象类型、父类、实现的接口、方法等）的地址信息，这些类型数据则存 储在方法区中。 由于 reference 类型在 Java 虚拟机规范里面只规定了一个指向对象的引 用，并没有定义这个引用应该通过哪种方式去定位，以及访问到 Java 堆中的 对象的具体位置，因此不同虚拟机实现的对象访问方式会有所不同，主流的访 问方式有两种：使用句柄和直接指针。 如果使用句柄访问方式，Java 堆中将 会划分出一块内存来作为句柄池，reference 中存储的就是对象的句柄地址， 而句柄中包含了对象实例数据和类型数据各自的具体地址信息，如下图所示： 如果使用的是直接指针访问方式，Java 堆对象的布局中就必须考虑如何 放置访问类型数据的相关信息，reference 中直接存储的就是对象地址，如下 图所示：
    这两种对象的访问方式各有优势，使用句柄访问方式的最大好处就是 reference 中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动（垃圾收集时移动对象 是非常普遍的行为）时只会改变句柄中的实例数据指针，而 reference 本身不 需要被修改。使用直接指针访问方式的最大好处就是速度更快，它节省了一次 指针定位的时间开销，由于对象的访问在 Java 中非常频繁，因此这类开销积 少成多后也是一项非常可观的执行成本。就本书讨论的主要虚拟机 Sun HotSpot 而言，它是使用第二种方式进行对象访问的，但从整个软件开发的范 围来看，各种语言和框架使用句柄来访问的情况也十分常见。 类 匿名对象使用场景： 1：当对方法只进行一次调用的时候，可以使用匿名对象。 2：当对象对成员进行多次调用时，不能使用匿名对象。必须给对象起名字。 类中怎么没有定义主函数呢？ 注意：主函数的存在，仅为该类是否需要独立运行，如果不需要，主函数是不 用定义的。 主函数的解释：保证所在类的独立运行，是程序的入口，被 jvm 调用。 成员变量和局部变量的区别： 1：成员变量直接定义在类中。 局部变量定义在方法中，参数上，语句中。 2：成员变量在这个类中有效。 局部变量只在自己所属的大括号内有效，大括号结束，局部变量失去作用域。 3：成员变量存在于堆内存中，随着对象的产生而存在，消失而消失。 局部变量存在于栈内存中，随着所属区域的运行而存在，结束而释放。 构造函数：用于给对象进行初始化，是给与之对应的对象进行初始化，它具有 针对性，函数中的一种。 特点： 1：该函数的名称和所在类的名称相同。 2：不需要定义返回值类型。
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