java学习篇（一）—— CPP和Java的区别之基础概念

一些感想

写在开头，如果你是一个坚定选择工作的研究生，在CPP和Java之间反复跳转，那么有以下几种情况，建议你选CPP：

对CPP有强大的兴趣，且组内有成熟的方向，例如：高性能计算、音频开发等方向，可以选择。
仅仅想找一份工作，不要跟自己过不去，Java很好，尤其是后端。

博主是在模型部署里做了一年，但是由于确实不感兴趣，荒废时间后发现自己的工作上毫无优势，最终无奈学习Java的。

Java有很明确的学习路线：Java基础--->JDBC + 数据库--->Java web---> spring--->SpringCloud + Redis + 中间件巴拉巴拉。

由于博主之前在CPP上有一些学习经验，但是网上的学习路线都是针对于零基础的，这样无疑会增加学习成本，所以想要记录一下整个学习过程，给同样苦苦挣扎的人一些帮助。

在写完这个博客之后，个人认为以下几个方面可以帮助你快速了解Java和cpp的不同：JVM、接口、引用变量类型、Object类、接口与泛型。这几个是最能体现Java面向对象编程思想的。

程序运行的区别

C++的代码想要运行就需要编译，编译过程包括：预处理、编译、汇编、连接。针对不同的操作系统和CPU架构，需要特定的编译器，例如x86和arm的指令不同，那么需要的编译工具链也不同。而Java程序的.java文件通过javac编译成.class字节码文件（不是机器码），字节码由 Java 虚拟机JVM解释或JIT编译为本地机器码运行，不同操作系统和硬件平台，只要安装了对应的 JVM，就能运行这些.class或.jar文件。综上，Java在可移植性上具有强大的优势。

因此，Java也被叫做解释型语言，Java源代码被编译成字节码后，需要解释这些字节码才能在计算机上运行。

JVM带来的优势

cpp想要实现什么功能，都是以调用的形式，例如调用操作系统Socket的接口、操作系统thread的接口、调用自己写的接口，且由于依赖于底层的框架和操作系统，因此cpp针对一些功能实现没有相对应的库，例如实现webserver，就需要自己实现http协议、路由分发、多线程和数据库等等，而这些在Java里只需要对应的模块就可以。根本原因是，Java的可移植性更强，使得它可以做一套统一的接口供不同的平台调用。

面向过程与面向对象

这是两个有点抽象的概念，但观察.cpp和.java的程序，一个显著的差异就是main()函数的位置，在.java程序里，main()只能定义在类里，或者说，所有代码都必须属于类。回忆一下cpp代码，.h是头文件，定义类，成员函数，成员变量等，.cpp是我们想要实现的功能。功能被拆解成了无数个子任务，最终在main()里顺序执行，这就是面向过程。Java 是“纯面向对象语言”（除了基本类型），强调“一切皆类”，所以main也必须属于某个类，即使它是程序入口点。Java将所有的函数定义为了方法（Method），方法的调用必须通过对象或者类来实现，而CPP中则可以通过直接调用。Java的接口机制使得它能够很好的对对象进行封装，Object类使得JVM的任何对象都可以被方法统一调用。

Java代码的执行方式包括两种，分别是：

执行方式	描述
解释执行	最初由 JVM 中的解释器一条条解释字节码指令执行（速度较慢）
即时编译（JIT, Just-In-Time Compilation）	对“热点代码”（重复调用的方法）进行动态编译成本地机器码，大幅提升运行速度

正是这种执行方式，使得Java可以运行时多态。

Q：一个有`main`函数的类实例化了另一个有`main`函数的类，那么调用谁的`main`?

在.cpp里，一个main函数意味着一个可执行文件，不可能存在可执行文件调用另一个可执行文件，只能依赖操作系统再开一个进程。但是在Java里，却实现了这个，Java 允许多个类都有 public static void main(String[] args) 方法，但是程序执行时只会从你运行的那个类的main方法开始执行，其它的main不会自动调用。目前能想到的优势，大概只有调试比较方便，毕竟在一个封装好的类里加main很奇怪。

变量类型

C++的数据类型包括：基本类型、自定义类型、指针类型、引用类型。你可以指定变量在堆上还是栈上，不使用new的话，默认对象在栈上，而在堆上申请的内存需要手动释放。

在Java里，包括两种变量类型：基本类型和引用类型，除了int这种基本类型外的类、接口、数组、自定义对象（包括 String、List、自定义类等）全是引用类型，只有你new出一个对象才会在堆上分配实际空间。

我们使用代码来说明两者的区别：

Myclass a;

Myclass b = a;

在C++里，上述代码会在栈区创建两个实例，sizeof(a)==sizeof(b)==sizeof(Myclass)，也就是说，栈上的就是对象本身，等号进行的是赋值操作（堆操作符=的重写）。但是当Java执行这个语句之后，sizeof(a)==sizeof(b)==4/8字节，可以认为，这只是两个指针，由于没有指向具体的对象实例，所以是空。这里可以看出，Java的引用可以为空，C++不可以。

再看一个代码：

Myclass a = new Myclass();

Myclass *a = new Myclass();

上面的语句是Java在堆上实例化对象，下面语句是C++在堆上实例化对象，a都是储存在栈区的变量，指向堆上的实例。

线程调度的区别？

cpp的线程管理依赖于操作系统的API，而Java由于有自己的虚拟机，所以在操作系统的线程管理上可以再进行一次封装，所以Java通过线程池框架来对线程进行管理。CPP的优势在移动端对性能敏感的业务里更能体现，比如线程绑定核心，安卓移动应用开发使用的是JNI调用底层的C/C++接口。Java线程生命周期有六个状态，在操作系统的线程状态上对等待态进行了划分，分为：阻塞，等待，定时等待。

网络编程

我没有网络编程开发经验。。。。

维度	Java网络编程	C++网络编程
易用性	高（内置库+面向对象封装）	低（依赖系统API或第三方库）
跨平台	统一平台（JVM）	需适配多平台
性能	较高	极高
内存安全	自动管理	手动管理，需谨慎
异步支持	NIO、AIO	Boost.Asio等异步库
典型应用	企业级应用、服务端	高性能服务器、底层系统

接口编程 + 多态

cpp的多态通过虚函数实现的，子类重写父类的虚函数来实现多态。而对于Java而言，实现多态有两个机制： 1. 重写父类的成员函数，不需要声明为虚函数或者接口，直接子类前面＋@override即可。 2. 直接声明一个接口，而实现它的类必须重写接口。这里需要强调的是，这个接口不是父类，这种实现是重写，而不是继承。接口可以继承，一个接口可以继承另一个接口

父类中的任何函数都可以重写吗？

有限制，以下几种方法不可以重写：

private方法：子类无法访问父类的private方法，自然也无法重写，如果你在子类中写了同名方法，其实是一个新的方法，不是重写。
final方法：被final修饰的方法不能被重写，编译器会报错。
static方法：静态方法属于类，不属于对象，不能被重写，但可以在子类中定义一个同名的静态方法（这叫“隐藏”，不是重写）。

注意！由于Java的垃圾回收机制，所以不需要析构函数！

模板与泛型

这里体现了JVM存在的优势，cpp编译器编译出可执行文件之后，一切按照可执行文件来运行，而Java则是在编译时擦除类型信息，在运行时由JVM根据对象的类型指针来知道这个对象是什么类型的，进行类型强制转化。而泛型擦除的安全，又编译器负责检查，JVM知道当前代码一定是类型安全的，只需要根据你传入的对象类型，判断实际的类型就可以了。

泛型

Java 编译器在编译时使用泛型进行类型检查和类型推导，但在编译完成后，所有的泛型类型信息都会被“擦除”。例如：

List<String> list = new ArrayList<>();

list.add("hello");

// 编译后的字节码中其实是：

List list = new ArrayList();

list.add("hello"); // 没有泛型类型

泛型类型参数会被擦除为其上界（默认为 Object），如果你写了，擦除后就是Number，所有泛型方法、类只会生成一份.class文件。

JVM并不需要知道泛型的类型，它只当作是Object或擦除后的上界类型来处理，依靠的是多态机制（方法分发）和强制类型转换。

模板

C++ 在模板使用时，每用一个类型实例化模板，就生成一个新的代码版本。按需实例化：遇到新类型就生成新函数/类，每个模板参数类型对应一个完整实现，生成的是普通函数/类，与泛型无区别。可以认为是，编译器帮你做了重复性的代码工作，但是在编译时，他们就是不同的类型。