你不得不知的Java基础知识

本篇博客主要记录Java中面向对象的概念和Java语法的基础知识。

面向对象

什么是面向对象

面向对象是一种优秀的软件设计思想，是相对于面向过程、面向切面等设计思想的一种软件设计理念。它的核心思想是运用更加贴近人类思维的方式去设计软件，将软件中的各个组件抽象成相应的类，再将这些类组装成我们所需的软件系统。

这里举个例子：假如用面向对象的方式设计一个电脑，我们会设计CPU类、硬盘类、显示器类、内存类等等，然后将这些类组合在一起设计成Computer类。

而面向过程的思想在解决问题时会将问题分解成一个个小的函数，然后按照某种顺序去执行这些方法，当这些方法执行完毕，问题也就解决了。

三大基本特征和五项基本原则

面向对象的三大基本特征是：封装、继承和多态。正是基于这些特征，面向对象的开发语言才能拥有更好的可重用性、扩展性和维护性。

封装：将对象的实现细节隐藏起来，然后通过一些公共的方法向外部提供该对象的功能；
继承：继承是软件复用的一种重要手段，子类继承父类之后将直接获得父类的属性和方法；
多态：对象可以赋给父类对象或者它实现的接口，但是运行时依然表现出子类或实现类的特征。

面向对象的五大原则如下：

单一职责原则（SRP）：一个类专注于实现一个功能；
开闭原则（OCP）：对象或实体应该对扩展开放，对修改封闭；
里氏替换原则（LSP）：子类可以替换父类并且出现在父类能够出现的任何地方（这个原则就需要我们面向接口编程）；
依赖倒置原则（DIP）：高层次的模块不应该依赖于低层次的模块，他们都应该依赖于抽象，抽象不应该依赖于具体实现，具体实现应该依赖于抽象；
接口隔离原则（ISP）：使用多个专门的接口比使用单个接口要好的多：在实际编程中，为了减少接口的定义，将许多方法都放在一个接口中，最后发现，维护和实现接口的时候会花费很多精力，接口所定义的操作相当于对客户端的一种承诺，这种承诺当然是越少越好，越精练越好，过多的承诺带来的就是你的大量精力和时间去维护。不要把不相干的方法放在一个接口中定义。

另外还有迪米特原则和合成服用原则，也需要我们在设计系统和接口时考虑到。

迪米特法则：又叫最少知识法则，这个法则主张一个类要尽可能少地知道其他类地细节，并且尽可能少地和其他类进行通信交互，只和于自己有密切关系地类进行交互。

合成服用原则：合成服用原则又称为组合/聚合服用原则（Composite/Aggregate Reuse Principle）：尽量采用组合(contains-a)、聚合(has-a)的方式而不是继承(is-a)的关系来达到软件的复用目的。

合成服用原则最主要地原因是继承会破环封装：基类的很多内部细节都是对派生类可见的，而有些细节可能是不想让子类知道的。关于继承、组合还有聚合的概念可能比较容易搞混，这边也提下。

继承：子类拥有父类的某些属性和方法，子类可以替换父类；

组合：是整体与部分的关系，整体离不开部分，部分离开了整体没有意义，如飞机翅膀与飞机的关系；

聚合：也是整体与部分的关系，但整体可以分离部分，部分也可以离开整体，如火车与车厢的关系，还有就是聚合支付的列子等。

重载和重写的区别

重载：是指在一个类里面存在多个方法名相同，但是方法参数不同的方法。

重写：是指子类在继承父类时，重新改写了父类的某个方法。子类中的这个方法的方法名和方法参数和父类中的完全一样。

Java基础语法

Java语言是最流行的编程语言，从刚“出生”，Java语言就号称“一次编译，到处运行”。

Java语言能跨平台的关键是JVM能跨平台，JVM屏蔽了操作系统的底层差异，让字节码文件在每个平台上都可以执行。

除了Java，JVM还支持的语言有Kotlin、Groovy、JRuby、Jython、Scala等。另外，随着Oracle对Graal虚拟机的研发，JVM平台将会支持所有的语言，包括JS和C++等语言。

进行Java开发的第一步是下载一个合适版本的JDK，然后配置JAVA_HOME这个环境变量。但是如果你只是需要运行Java程序，那你只需要安装一个JRE即可。JDK和JRE的关系如下：

JDK包含：Java编译器、JRE以及常用的Java类库；

JRE包含：JVM、类加载器、字节码校验器以及核心类库等。

然后就是编译执行Java程序

# -d后面的参数指定生成的字节码文件的生产路径，默认当前目录；

javac -d destDir HelloWorld.java；

# 执行Java程序；

# classpath的作用是提供了一系列路径让Java程序去在这些路径下寻找类，找不到就报错。在Windows上用;号分割，在Linux上用:号分隔

java -classpath %CLAss_PATH%;.;dir1;dir2 HelloWorld；

三种基本的程序结构

顺序结构
选择结构
循环结构

使用这三种结构能编写出任意功能的程序。

Java中的注释

单行注释：//
多行注释：/**/
文档注释：/** */ 使用javadoc可以生成api文档

Java中的关键字

Java中一共有48个关键字，2个保留字和三个直接量

访问控制：private、protected、public；
类,方法和变量修饰符：abstract、class、extends、final、implements、interface、native、new、static、strictfp、synchronized、transient、volatile；
程序控制:break、continue、return、do、while、if、else、for、instanceof、switch、case、default；
错误处理：try、cathc、throw、throws、finally；
包相关：import、package；
基本类型：boolean、byte、char、double、float、int、long、short、null、true、false；
变量引用：super、this、void；
保留字：goto、const；
直接量：true、false、null。

重要关键字说明：

native：用来声明一个方法是由与机器相关的语言(如C/C++/FORTRAN语言)实现的；
strictfp：用来声明FP-strict(双精度或单精度浮点数)表达式；
transient：声明不用序列化的属性；
volatile：表明两个或多个变量必须同步地发生变化。

数据类型

Java中的数据类型分为基本数据类型和引用数据类型。

1. 取值范围

8种基本数字类型从大类上分的话分别是布尔型，字符型，整形和浮点型，对应bool，byte，char，short，int，long，float和double类型。

byte：一个字节，8个bit位，-2^7 ～ 2^7-1
char : 2个字节，16个bit位，0 ～ 2^16-1 ;
short：2个字节，16个bit位，-2^15 ～ 2^15-1
int：4个字节，32个bit位，-2^31 ～ 2^31-1
long：8个字节，64个bit位，-2^63 ～ 2^63-1
float：4个字节，32个bit位
double：8个字节，64个bit位。

上面的float和double都是浮点类型数据，在计算机中，浮点数用来近似表示任意某个实数。浮点数分为双精度浮点数和单精度浮点数。单精度占4个字节，双精度占8个字节，表示的范围更大。

对于double和float类型的数据，正数除以0得到正无穷，负数除以0得到负无穷，0.0除以0达到NaN。但是整数除以0会得到除0异常。

在要求精确计算的场合，不建议使用浮点型数据。因为浮点数计算的结果不是很精确，是近似的结果。这种情况应该使用BigDecimal。这边举个BigDecimal使用的简单列子:

BigDecimal bigDecimal1 = new BigDecimal(String.valueOf(1.1));

BigDecimal bigDecimal2 = new BigDecimal(String.valueOf(2.223));

String str1 = bigDecimal1.add(bigDecimal2).toString();

//减法

bigDecimal1 = new BigDecimal(String.valueOf(2.2));

bigDecimal2 = new BigDecimal(String.valueOf(10.1));

String str2 = bigDecimal1.subtract(bigDecimal2).toString();

//乘法

bigDecimal1 = new BigDecimal(String.valueOf(1.1));

bigDecimal2 = new BigDecimal(String.valueOf(2.234));

String str3 = bigDecimal1.multiply(bigDecimal2).toString();

//除法

bigDecimal1 = new BigDecimal(String.valueOf(4.4));

bigDecimal2 = new BigDecimal(String.valueOf(3));

//除法需要设置精度和四舍五入的方式

String str4 = bigDecimal1.divide(bigDecimal2,3, RoundingMode.HALF_UP).toString();

//结果

System.out.println("加法结果：" + Double.valueOf(str1));

System.out.println("减法结果：" + Double.valueOf(str2));

System.out.println("乘法结果：" + Double.valueOf(str3));

System.out.println("除法结果：" + Double.valueOf(str4));

2. 基本数据类型之间的转换

char---------------|

byte-->short-->int-->long-->float-->double

对于上面的转换关系做下说明：char可以自动转换成int，byte可以自动转换成short，short可以自动转换成int。这些转换过程都是自动完成的。

short a = 3;

int b = a;

那么将int赋值给short，或者将double赋值给int可不可以呢？答案是可以的，但是最后的数据可能不是我们预期的值。因为int占的字节数比short长，short盛放不下，会做数据截取。

整数之间的强制转换：比如int转换为short会缩短位数；
double向int转换：会截掉小数部分。

3. 表达式类型自动提升

整个表达式的类型会提升为表达式中最高等级的类型。

short aa = 1;

//这个表达式会报错，aa+2会自动提升为int

short bb = aa+2;

包装类类型

包装类型是相对于基本数据类型来讲的。Java中有8种基本数据类型，每个基本数据类型都有相对的包装类型。比如int的包装类型是Integer。包装类型都是是引用类型，而且都是不可变类。

关于包装类型，有两个概念需要我们了解：

自动装箱：将基本数据类型赋值给包装类型的过程，实现原理是编译器层面new了一个包装类再赋值给相应的变量（如果是是将包装类缓存过的数值赋值给包装类的化，不会new新的包装了，而是直接使用缓存的对象）；
自动拆箱：包装类型直接赋值给基本数据类型，实现原理类似，也是编译器层面调用了包装类的getValue方法再赋值给对应的基本数值类型。

比较有趣的是，包装类型在加载的过程中都会缓存某些值的类。比如Integer会缓存-128到127的类。

//不会使用缓存的数据

Integer num1 = new Integer(1);

//会使用缓存的数据,实际上是调用了Integer.valueOf方法

Integer num2 = 1；

通过设置-XX:AutoBoxCacheMax=?这个参数，可以调整Integer缓存的最大值。当然其他包装类型也有类似的行为，Byte、Short和Long都缓存了-128到127的类，Character缓存了0到127的类，但是这些类不能像Integer那样修改缓存的最大值。

关于基本数据类型和包装类型的使用，介绍一个阿里巴巴开发规范中的原则：

所有的POJO类属性必须使用包装数据类型；RPC方法的返回值和参数必须使用包装类型；所有的局部变量尽量使用基本数据类型。

定义布尔型的类变量，变量名不要以is打头。

Java中的值传递和引用传递

基本数据类型，保存的是数据本身的值，按值传递；引用类型的变量保存的是对象在内存中的地址，按引用传递（引用传递可以看成是一种特殊的值传递）。

一个问题

Java中的bool变量到底占用多大的内存呢？网上的各种说法都有？欢迎大家留言讨论。

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