Java简介,基础知识(一)

Java 是由 Sun Microsystems 公司于 1995 年 5 月推出的 Java 面向对象程序设计语言和 Java 平台的总称。由 James Gosling和同事们共同研发,并在 1995 年正式推出。

后来 Sun 公司被 Oracle (甲骨文)公司收购,Java 也随之成为 Oracle 公司的产品。

Java分为三个体系:

  • JavaSE(J2SE)(Java2 Platform Standard Edition,java平台标准版)
  • JavaEE(J2EE)(Java 2 Platform,Enterprise Edition,java平台企业版)
  • JavaME(J2ME)(Java 2 Platform Micro Edition,java平台微型版)。

2005 年 6 月,JavaOne 大会召开,SUN 公司公开 Java SE 6。此时,Java 的各种版本已经更名,以取消其中的数字 "2":J2EE 更名为 Java EE,J2SE 更名为Java SE,J2ME 更名为 Java ME。

主要特性

  • Java 语言是简单的:

    Java 语言的语法与 C 语言和 C++ 语言很接近,使得大多数程序员很容易学习和使用。另一方面,Java 丢弃了 C++ 中很少使用的、很难理解的、令人迷惑的那些特性,如操作符重载、多继承、自动的强制类型转换。特别地,Java 语言不使用指针,而是引用。并提供了自动分配和回收内存空间,使得程序员不必为内存管理而担忧。

  • Java 语言是面向对象的:

    Java 语言提供类、接口和继承等面向对象的特性,为了简单起见,只支持类之间的单继承,但支持接口之间的多继承,并支持类与接口之间的实现机制(关键字为 implements)。Java 语言全面支持动态绑定,而 C++语言只对虚函数使用动态绑定。总之,Java语言是一个纯的面向对象程序设计语言。

  • Java语言是分布式的:

    Java 语言支持 Internet 应用的开发,在基本的 Java 应用编程接口中有一个网络应用编程接口(java net),它提供了用于网络应用编程的类库,包括 URL、URLConnection、Socket、ServerSocket 等。Java 的 RMI(远程方法激活)机制也是开发分布式应用的重要手段。

  • Java 语言是健壮的:

    Java 的强类型机制、异常处理、垃圾的自动收集等是 Java 程序健壮性的重要保证。对指针的丢弃是 Java 的明智选择。Java 的安全检查机制使得 Java 更具健壮性。

  • Java语言是安全的:

    Java通常被用在网络环境中,为此,Java 提供了一个安全机制以防恶意代码的攻击。除了Java 语言具有的许多安全特性以外,Java 对通过网络下载的类具有一个安全防范机制(类 ClassLoader),如分配不同的名字空间以防替代本地的同名类、字节代码检查,并提供安全管理机制(类 SecurityManager)让 Java 应用设置安全哨兵。

  • Java 语言是体系结构中立的:

    Java 程序(后缀为 java 的文件)在 Java 平台上被编译为体系结构中立的字节码格式(后缀为 class 的文件),然后可以在实现这个 Java 平台的任何系统中运行。这种途径适合于异构的网络环境和软件的分发。

  • Java 语言是可移植的:

    这种可移植性来源于体系结构中立性,另外,Java 还严格规定了各个基本数据类型的长度。Java 系统本身也具有很强的可移植性,Java 编译器是用 Java 实现的,Java 的运行环境是用 ANSI C 实现的。

  • Java 语言是解释型的:

    如前所述,Java 程序在 Java 平台上被编译为字节码格式,然后可以在实现这个 Java 平台的任何系统中运行。在运行时,Java 平台中的 Java 解释器对这些字节码进行解释执行,执行过程中需要的类在联接阶段被载入到运行环境中。

  • Java 是高性能的:

    与那些解释型的高级脚本语言相比,Java 的确是高性能的。事实上,Java 的运行速度随着 JIT(Just-In-Time)编译器技术的发展越来越接近于 C++。

  • Java 语言是多线程的:

    在 Java 语言中,线程是一种特殊的对象,它必须由 Thread 类或其子(孙)类来创建。通常有两种方法来创建线程:其一,使用型构为 Thread(Runnable) 的构造子类将一个实现了 Runnable 接口的对象包装成一个线程,其二,从 Thread 类派生出子类并重写 run 方法,使用该子类创建的对象即为线程。值得注意的是 Thread 类已经实现了 Runnable 接口,因此,任何一个线程均有它的 run 方法,而 run 方法中包含了线程所要运行的代码。线程的活动由一组方法来控制。Java 语言支持多个线程的同时执行,并提供多线程之间的同步机制(关键字为 synchronized)。

  • Java 语言是动态的:

    Java 语言的设计目标之一是适应于动态变化的环境。Java 程序需要的类能够动态地被载入到运行环境,也可以通过网络来载入所需要的类。这也有利于软件的升级。另外,Java 中的类有一个运行时刻的表示,能进行运行时刻的类型检查。

Java 关键字

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Java是解释执行还是编译执行的?(配合JVM理解)

这个问题并没有统一的答案,JVM规范并没有强制要求JVM实现应该使用哪种方式来执行程序,只能说不同的JVM实现的方式不一样。有纯解释执行的、纯编译执行的(JRockit)、还有解释+编译两者混用的(HotSpot)。

目前主流的商用JVM(如HotSpot)内部都同时包含解释器+编译器。

解释器与编译器两者各有优势:

  1. 当程序需要迅速启动时,解释器可以发挥优势,省去编译的时间,立即执行。
  2. 程序启动后,随着时间的推移,编译器开始发挥作用,JVM会将越来越多的热点代码编译成本地代码,减少解释器的中间损耗,获得更高的执行效率。

使用参数-Xint可以要求JVM只使用解释器,这时编译器完全不介入工作,所有代码均通过解释执行。
参数-Xcomp要求JVM优先编译执行,但是解释器仍然要在编译器无法进行的情况下介入工作。

何时编译?

能触发JIT编译的热点代码有两类:

  1. 多次调用的方法
  2. 多次调用的循环体

不管是方法被多次调用,还是某一段循环体代码被多次调用,JIT编译的最小单位都是整个方法体。
如果一个方法被JIT编译后,下次JVM再执行这个方法时,就会直接编译执行。
而对于一个循环体而言,由于方法已经打包成栈帧入栈执行了,JVM必须在方法运行时进行替换,因此也被称为“栈上替换”。

方法被多次执行,这个【多次】指的到底是多少次呢?JVM如何判断代码是否属于热点代码呢?这就需要热点探测技术的支持了。

目前主流的热点探测技术有两种:

  • 基于采样的热点探测

JVM周期性的检查线程方法栈顶,进行数据采样,如果发现某些方法经常出现在栈顶,就认为它是热点代码。
这种方式实现简单高效,但是统计结果会有误差,因为方法经常出现在栈顶不一定是执行次数多,也可能是方法阻塞了。

  • 基于计数器的热点探测

JVM为每个方法(甚至是代码块)维护一个计数器,每调用一次计数器就加1,计数器超过阈值后就会被认为是热点代码。
这种方式实现复杂,需要为每个方法都维护一个计数器,但是统计结果准确。

方法调用计数器和回边计数器
  • 方法调用计数器

统计方法被调用的次数,Client模式下阈值为1500次,Server模式下阈值为10000次,阈值可以通过JVM参数-XX:CompileThreshold设置,默认情况下,方法调用次数统计的并不是绝对次数,而是一段时间内的调用频率,在一个时间段内如果调用次数不足以触发编译,次数就会减半进入半衰期,可以使用参数-XX:-UseCounterDecay来关闭热度衰减,关闭后统计的就是绝对次数了,时间长了几乎所有的代码都会被编译执行。

  • 回边计数器

统计方法中循环体代码的执行次数,在字节码中遇到控制流程向后跳转的指令就称为“回边”,例如For、While循环。遇到一次回边指令,回边计数器就会加1,当计数器超过阈值后就会触发热点代码编译,回边计数器没有半衰期,统计的是绝对次数。

触发热点代码编译后,程序会继续解释执行,只有当编译工作完成以后,系统会将方法的调用入口地址写入新值,下一次再调用该方法,才会使用已编译的版本。

Java 的两大数据类型:

  • 内置数据类型
  • 引用数据类型

内置数据类型

Java语言提供了八种基本类型。六种数字类型(四个整数型,两个浮点型),一种字符类型,一种布尔型。

byte:

  • byte 数据类型是8位、有符号的,以二进制补码表示的整数;
  • 最小值是 -128(-2^7)
  • 最大值是 127(2^7-1)
  • 默认值是 0
  • byte 类型用在大型数组中节约空间,主要代替整数,因为 byte 变量占用的空间只有 int 类型的四分之一;
  • 例子:byte a = 100,byte b = -50。

short:

  • short 数据类型是 16 位、有符号的以二进制补码表示的整数
  • 最小值是 -32768(-2^15)
  • 最大值是 32767(2^15 - 1)
  • Short 数据类型也可以像 byte 那样节省空间。一个short变量是int型变量所占空间的二分之一;
  • 默认值是 0
  • 例子:short s = 1000,short r = -20000。

int:

  • int 数据类型是32位、有符号的以二进制补码表示的整数;
  • 最小值是 -2,147,483,648(-2^31)
  • 最大值是 2,147,483,647(2^31 - 1)
  • 一般地整型变量默认为 int 类型;
  • 默认值是 0
  • 例子:int a = 100000, int b = -200000。

long:

  • long 数据类型是 64 位、有符号的以二进制补码表示的整数;
  • 最小值是 -9,223,372,036,854,775,808(-2^63)
  • 最大值是 9,223,372,036,854,775,807(2^63 -1)
  • 这种类型主要使用在需要比较大整数的系统上;
  • 默认值是 0L
  • 例子: long a = 100000L,Long b = -200000L。
    "L"理论上不分大小写,但是若写成"l"容易与数字"1"混淆,不容易分辩。所以最好大写。

float:

  • float 数据类型是单精度、32位、符合IEEE 754标准的浮点数;
  • float 在储存大型浮点数组的时候可节省内存空间;
  • 默认值是 0.0f
  • 浮点数不能用来表示精确的值,如货币;
  • 例子:float f1 = 234.5f。

double:

  • double 数据类型是双精度、64 位、符合IEEE 754标准的浮点数;
  • 浮点数的默认类型为double类型;
  • double类型同样不能表示精确的值,如货币;
  • 默认值是 0.0d
  • 例子:double d1 = 123.4。

boolean:

  • boolean数据类型表示一位的信息;
  • 只有两个取值:true 和 false;
  • 这种类型只作为一种标志来记录 true/false 情况;
  • 默认值是 false
  • 例子:boolean one = true。

char:

  • char类型是一个单一的 16 位 Unicode 字符;
  • 最小值是 \u0000(即为0);
  • 最大值是 \uffff(即为65,535);
  • char 数据类型可以储存任何字符;
  • 例子:char letter = 'A';。
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引用类型

  • 在Java中,引用类型的变量非常类似于C/C++的指针。引用类型指向一个对象,指向对象的变量是引用变量。这些变量在声明时被指定为一个特定的类型,比如 Employee、Puppy 等。变量一旦声明后,类型就不能被改变了。
  • 对象、数组都是引用数据类型。
  • 所有引用类型的默认值都是null。
  • 一个引用变量可以用来引用任何与之兼容的类型。
  • 例子:Site site = new Site("Runoob")。

Java 变量类型

Java语言支持的变量类型有:

  • 类变量:独立于方法之外的变量,用 static 修饰。
  • 实例变量:独立于方法之外的变量,不过没有 static 修饰。
  • 局部变量:类的方法中的变量。
类变量(静态变量)
  • 类变量也称为静态变量,在类中以 static 关键字声明,但必须在方法之外。
  • 无论一个类创建了多少个对象,类只拥有类变量的一份拷贝。
  • 静态变量除了被声明为常量外很少使用,静态变量是指声明为 public/private,final 和 static 类型的变量。静态变量初始化后不可改变。
  • 静态变量储存在静态存储区。经常被声明为常量,很少单独使用 static 声明变量。
  • 静态变量在第一次被访问时创建,在程序结束时销毁。
  • 与实例变量具有相似的可见性。但为了对类的使用者可见,大多数静态变量声明为 public 类型。
  • 默认值和实例变量相似。数值型变量默认值是 0,布尔型默认值是 false,引用类型默认值是 null。变量的值可以在声明的时候指定,也可以在构造方法中指定。此外,静态变量还可以在静态语句块中初始化。
  • 静态变量可以通过:ClassName.VariableName的方式访问。
  • 类变量被声明为 public static final 类型时,类变量名称一般建议使用大写字母。如果静态变量不是 public 和 final 类型,其命名方式与实例变量以及局部变量的命名方式一致。
实例变量
  • 实例变量声明在一个类中,但在方法、构造方法和语句块之外;
  • 当一个对象被实例化之后,每个实例变量的值就跟着确定;
  • 实例变量在对象创建的时候创建,在对象被销毁的时候销毁;
  • 实例变量的值应该至少被一个方法、构造方法或者语句块引用,使得外部能够通过这些方式获取实例变量信息;
  • 实例变量可以声明在使用前或者使用后;
  • 访问修饰符可以修饰实例变量;
  • 实例变量对于类中的方法、构造方法或者语句块是可见的。一般情况下应该把实例变量设为私有。通过使用访问修饰符可以使实例变量对子类可见;
  • 实例变量具有默认值。数值型变量的默认值是0,布尔型变量的默认值是false,引用类型变量的默认值是null。变量的值可以在声明时指定,也可以在构造方法中指定;
  • 实例变量可以直接通过变量名访问。但在静态方法以及其他类中,就应该使用完全限定名:ObejectReference.VariableName。
Java 局部变量(栈帧,配合JVM)
  • 局部变量声明在方法、构造方法或者语句块中;
  • 局部变量在方法、构造方法、或者语句块被执行的时候创建,当它们执行完成后,变量将会被销毁;
  • 访问修饰符不能用于局部变量;
  • 局部变量只在声明它的方法、构造方法或者语句块中可见;
  • 局部变量是在栈上分配的。
  • 局部变量没有默认值,所以局部变量被声明后,必须经过初始化,才可以使用。

Java 修饰符

访问控制修饰符

Java中,可以使用访问控制符来保护对类、变量、方法和构造方法的访问。Java 支持 4 种不同的访问权限。

  • default (即默认,什么也不写): 在同一包内可见,不使用任何修饰符。使用对象:类、接口、变量、方法。

  • private : 在同一类内可见。使用对象:变量、方法。 注意:不能修饰类(外部类)

  • public : 对所有类可见。使用对象:类、接口、变量、方法

  • protected : 对同一包内的类和所有子类可见。使用对象:变量、方法。 注意:不能修饰类(外部类)

修饰符 当前类 同一包内 子孙类(同一包) 子孙类(不同包) 其他包
public Y Y Y Y Y
protected Y Y Y Y/N(说明) N
default Y Y Y N N
private Y N N N N
非访问修饰符

为了实现一些其他的功能,Java 也提供了许多非访问修饰符。

  • static 修饰符,用来修饰类方法和类变量。

    • static 关键字用来声明独立于对象的静态变量,无论一个类实例化多少对象,它的静态变量只有一份拷贝。 静态变量也被称为类变量。局部变量不能被声明为 static 变量。

    • static 关键字用来声明独立于对象的静态方法。静态方法不能使用类的非静态变量。静态方法从参数列表得到数据,然后计算这些数据。

  • final 修饰符,用来修饰类、方法和变量,final 修饰的类不能够被继承,修饰的方法不能被继承类重新定义,修饰的变量为常量,是不可修改的。

    • final 修饰符通常和 static 修饰符一起使用来创建类常量。

    • 父类中的 final 方法可以被子类继承,但是不能被子类重写。声明 final 方法的主要目的是防止该方法的内容被修改。

    • final 类不能被继承,没有类能够继承 final 类的任何特性。

  • abstract 修饰符,用来创建抽象类和抽象方法。

    • 抽象类不能用来实例化对象,声明抽象类的唯一目的是为了将来对该类进行扩充。一个类不能同时被 abstract 和 final 修饰。如果一个类包含抽象方法,那么该类一定要声明为抽象类,否则将出现编译错误。抽象类可以包含抽象方法和非抽象方法。

    • 抽象方法是一种没有任何实现的方法,该方法的的具体实现由子类提供。抽象方法不能被声明成 final 和 static。任何继承抽象类的子类必须实现父类的所有抽象方法,除非该子类也是抽象类。如果一个类包含若干个抽象方法,那么该类必须声明为抽象类。抽象类可以不包含抽象方法。

  • synchronizedvolatile 修饰符,主要用于线程的编程。

  • transient 修饰符,序列化的对象包含被 transient 修饰的实例变量时,java 虚拟机(JVM)跳过该特定的变量。

Java 运算符

  • 算术运算符
操作符 描述 例子
+ 加法 - 相加运算符两侧的值 A + B 等于 30
- 减法 - 左操作数减去右操作数 A – B 等于 -10
* 乘法 - 相乘操作符两侧的值 A * B等于200
/ 除法 - 左操作数除以右操作数 B / A等于2
取余 - 左操作数除以右操作数的余数 B%A等于0
++ 自增: 操作数的值增加1 B++ 或 ++B 等于 21(
-- 自减: 操作数的值减少1 B-- 或 --B 等于 19

自增(++)自减(--)运算符是一种特殊的算术运算符,在算术运算符中需要两个操作数来进行运算,而自增自减运算符是一个操作数。

  • 关系运算符
运算符 描述 例子
== 检查如果两个操作数的值是否相等,如果相等则条件为真。 (A == B)为假。
!= 检查如果两个操作数的值是否相等,如果值不相等则条件为真。 (A != B) 为真。
> 检查左操作数的值是否大于右操作数的值,如果是那么条件为真。 (A> B)为假。
< 检查左操作数的值是否小于右操作数的值,如果是那么条件为真。 (A
>= 检查左操作数的值是否大于或等于右操作数的值,如果是那么条件为真。 (A> = B)为假。
<= 检查左操作数的值是否小于或等于右操作数的值,如果是那么条件为真。 (A <= B)为真。
  • 位运算符
操作符 描述 例子
如果相对应位都是1,则结果为1,否则为0 (A&B),得到12,即0000 1100
| 如果相对应位都是 0,则结果为 0,否则为 1 (A | B)得到61,即 0011 1101
^ 如果相对应位值相同,则结果为0,否则为1 (A ^ B)得到49,即 0011 0001
按位取反运算符翻转操作数的每一位,即0变成1,1变成0。 (〜A)得到-61,即1100 0011
<< 按位左移运算符。左操作数按位左移右操作数指定的位数。 A << 2得到240,即 1111 0000
>> 按位右移运算符。左操作数按位右移右操作数指定的位数。 A >> 2得到15即 1111
>>> 按位右移补零操作符。左操作数的值按右操作数指定的位数右移,移动得到的空位以零填充。 A>>>2得到15即0000 1111
  • 逻辑运算符
操作符 描述 例子
&& 称为逻辑与运算符。当且仅当两个操作数都为真,条件才为真。 (A && B)为假。
| | 称为逻辑或操作符。如果任何两个操作数任何一个为真,条件为真。 (A | | B)为真。
称为逻辑非运算符。用来反转操作数的逻辑状态。如果条件为true,则逻辑非运算符将得到false。 !(A && B)为真。

当使用与逻辑运算符时,在两个操作数都为true时,结果才为true,但是当得到第一个操作为false时,其结果就必定是false,这时候就不会再判断第二个操作了。

  • 赋值运算符
操作符 描述 例子
= 简单的赋值运算符,将右操作数的值赋给左侧操作数 C = A + B将把A + B得到的值赋给C
+ = 加和赋值操作符,它把左操作数和右操作数相加赋值给左操作数 C + = A等价于C = C + A
- = 减和赋值操作符,它把左操作数和右操作数相减赋值给左操作数 C - = A等价于C = C - A
* = 乘和赋值操作符,它把左操作数和右操作数相乘赋值给左操作数 C * = A等价于C = C * A
/ = 除和赋值操作符,它把左操作数和右操作数相除赋值给左操作数 C / = A,C 与 A 同类型时等价于 C = C / A
(%)= 取模和赋值操作符,它把左操作数和右操作数取模后赋值给左操作数 C%= A等价于C = C%A
<< = 左移位赋值运算符 C << = 2等价于C = C << 2
>> = 右移位赋值运算符 C >> = 2等价于C = C >> 2
&= 按位与赋值运算符 C&= 2等价于C = C&2
^ = 按位异或赋值操作符 C ^ = 2等价于C = C ^ 2
| = 按位或赋值操作符 C | = 2等价于C = C | 2
  • 条件运算符(?:)

    • 条件运算符也被称为三元运算符。该运算符有3个操作数,并且需要判断布尔表达式的值。该运算符的主要是决定哪个值应该赋值给变量。

    • b = (a == 1) ? 20 : 30;

    • variable x = (expression) ? value if true : value if false
      
  • instanceof 运算符

    • 该运算符用于操作对象实例,检查该对象是否是一个特定类型(类类型或接口类型)。

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