Java快速复习

java 的特点

简单易学（语法简单，上手容易）；
面向对象（封装，继承，多态）；
平台无关性（ Java 虚拟机实现平台无关性）；
支持多线程（ 2011 年C++11 开始引入了多线程库）；
可靠性（具备异常处理和自动内存管理机制）；
安全性（Java 语言本身的设计就提供了多重安全防护机制如访问权限修饰符、限制程序直接访问操作系统资源）；
高效性（通过 Just In Time 编译器等技术的优化，Java 语言的运行效率还是非常不错的）；
支持网络编程并且很方便；
编译与解释并存；

与 C++的区别

虽然，Java 和 C++ 都是面向对象的语言，都支持封装、继承和多态，但是，它们还是有挺多不相同的地方：

Java 不提供指针来直接访问内存，程序内存更加安全
Java 的类是单继承的，C++ 支持多重继承；虽然 Java 的类不可以多继承，但是接口可以多继承。
Java 有自动内存管理垃圾回收机制(GC)，不需要程序员手动释放无用内存。
C ++同时支持方法重载和操作符重载，但是 Java 只支持方法重载（操作符重载增加了复杂性，这与 Java 最初的设计思想不符）。

Java SE 和 Java EE

Java SE（Java Platform，Standard Edition）: Java 平台标准版，Java 编程语言的基础，它包含了支持 Java 应用程序开发和运行的核心类库以及虚拟机等核心组件。Java SE 可以用于构建桌面应用程序或简单的服务器应用程序。
Java EE（Java Platform, Enterprise Edition ）：Java 平台企业版，建立在 Java SE 的基础上，包含了支持企业级应用程序开发和部署的标准和规范（比如 Servlet、JSP、EJB、JDBC、JPA、JTA、JavaMail、JMS）。 Java EE 可以用于构建分布式、可移植、健壮、可伸缩和安全的服务端 Java 应用程序，例如 Web 应用程序。

简单来说，Java SE 是 Java 的基础版本，Java EE 是 Java 的高级版本。Java SE 更适合开发桌面应用程序或简单的服务器应用程序，Java EE 更适合开发复杂的企业级应用程序或 Web 应用程序。

字节码

在 Java 中，JVM 可以理解的代码就叫做字节码（即扩展名为 .class 的文件），它不面向任何特定的处理器，只面向虚拟机。Java 语言通过字节码的方式，在一定程度上解决了传统解释型语言执行效率低的问题，同时又保留了解释型语言可移植的特点。

不过效率和 C、C++，Go 等语言还是有差距的，由于字节码并不针对一种特定的机器，因此，Java 程序无须重新编译便可在多种不同操作系统的计算机上运行。

Java 从源代码到运行的过程：![[Java快速复习-202509071609.png]]

从.class->机器码这一步 JVM 类加载器首先加载字节码文件，然后通过解释器逐行解释执行，这种方式的执行速度会相对比较慢。而且，有些方法和代码块是经常需要被调用的(也就是所谓的热点代码)，所以后面引进了 JIT（Just in Time Compilation） 编译器，而 JIT 属于运行时编译。当 JIT 编译器完成第一次编译后，其会将字节码对应的机器码保存下来，下次可以直接使用。而我们知道，机器码的运行效率肯定是高于 Java 解释器的。这也解释了我们为什么经常会说 Java 是编译与解释共存的语言

![[Java快速复习-202509071612.png]]

JVM、JDK 以及 JRE（重点）

JVM

Java 虚拟机（Java Virtual Machine, JVM）是运行 Java 字节码的虚拟机。JVM 有针对不同系统的特定实现（Windows，Linux，macOS），目的是使用相同的字节码，它们都会给出相同的结果。字节码和不同系统的 JVM 实现是 Java 语言“一次编译，随处可以运行”的关键所在。

不同编程语言（Java、Groovy、Kotlin、JRuby、Clojure …）通过各自的编译器编译成 .class 文件，并最终通过 JVM 在不同平台（Windows、Mac、Linux）上运行。

PS:JVM 并不是只有一种！只要满足 JVM 规范，每个公司、组织或者个人都可以开发自己的专属 JVM。

JDK 和 JRE

JDK（Java Development Kit）是一个功能齐全的 Java 开发工具包，供开发者使用，用于创建和编译 Java 程序。它包含了 JRE（Java Runtime Environment），以及编译器 javac 和其他工具，如 javadoc（文档生成器）、jdb（调试器）、jconsole（监控工具）、javap（反编译工具）等。

JRE 是运行已编译 Java 程序所需的环境，主要包含以下两个部分：

JVM : 就是我们上面提到的 Java 虚拟机。
Java 基础类库（Class Library）：一组标准的类库，提供常用的功能和 API（如 I/O 操作、网络通信、数据结构等）。

简单来说，JRE 只包含运行 Java 程序所需的环境和类库，而 JDK 不仅包含 JRE，还包括用于开发和调试 Java 程序的工具。

如果需要编写、编译 Java 程序或使用 Java API 文档，就需要安装 JDK。某些需要 Java 特性的应用程序（如 JSP 转换为 Servlet 或使用反射）也可能需要 JDK 来编译和运行 Java 代码。因此，即使不进行 Java 开发工作，有时也可能需要安装 JDK。

![[JDK、JRE 和 JVM 的关系.png]]

从 JDK 9 开始，就不需要区分 JDK 和 JRE 的关系了，取而代之的是模块系统（JDK 被重新组织成 94 个模块）+ jlink 工具 (随 Java 9 一起发布的新命令行工具，用于生成自定义 Java 运行时映像，该映像仅包含给定应用程序所需的模块) 。并且，从 JDK 11 开始，Oracle 不再提供单独的 JRE 下载。

语法

基础类型

Java 中有 8 种基本数据类型，分别为：

6 种数字类型：
- 4 种整数型：byte、short、int、long
- 2 种浮点型：float、double
1 种字符类型：char
1 种布尔型：boolean。

基本类型	位数	字节数	默认值	取值范围
byte	8	1	0	-128 ~ 127
short	16	2	0	-32768（-2¹⁵） ~ 32767（2¹⁵ - 1）
int	32	4	0	-2147483648 ~ 2147483647
long	64	8	0L	-9223372036854775808（-2⁶³） ~ 9223372036854775807（2⁶³ - 1）
char	16	2	‘u0000’	0 ~ 65535（2¹⁶ - 1）
float	32	4	0f	1.4E-45 ~ 3.4028235E38
double	64	8	0d	4.9E-324 ~ 1.7976931348623157E308
boolean	1	-	false	true、false

注意：

Java 里使用 long 类型的数据一定要在数值后面加上 L，否则将作为整型解析。
Java 里使用 float 类型的数据一定要在数值后面加上 f 或 F，否则将无法通过编译。
char a = 'h'char :单引号，String a = "hello" :双引号。

这八种基本类型都有对应的包装类分别为：Byte、Short、Integer、Long、Float、Double、Character、Boolean

为什么减一

因为在二进制补码表示法中，最高位是用来表示符号的（0 表示正数，1 表示负数），其余位表示数值部分。所以，如果我们要表示最大的正数，我们需要把除了最高位之外的所有位都设为 1。如果我们再加 1，就会导致溢出，变成一个负数。

另外，Java 的每种基本类型所占存储空间的大小不会像其他大多数语言那样随机器硬件架构的变化而变化。这种所占存储空间大小的不变性是 Java 程序比用其他大多数语言编写的程序更具可移植性的原因之一

移位运算

移位操作中，被操作的数据被视为二进制数，移位就是将其向左或向右移动若干位的运算。移位运算符最常用于快速乘以或除以 2 的幂次方。

除此之外，它还在以下方面发挥着重要作用：

位字段管理：例如存储和操作多个布尔值。
哈希算法和加密解密：通过移位和与、或等操作来混淆数据。
数据压缩：例如霍夫曼编码通过移位运算符可以快速处理和操作二进制数据，以生成紧凑的压缩格式。
数据校验：例如 CRC（循环冗余校验）通过移位和多项式除法生成和校验数据完整性。
内存对齐：通过移位操作，可以轻松计算和调整数据的对齐地址。

HashMap（JDK1.8）中的 hash 方法的源码就用到了移位运算符：

static final int hash(Object key) {
    int h;
    // key.hashCode()：返回散列值也就是hashcode
    // ^：按位异或
    // >>>:无符号右移，忽略符号位，空位都以0补齐
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
  }

使用移位运算符的主要原因：

高效：移位运算符直接对应于处理器的移位指令。现代处理器具有专门的硬件指令来执行这些移位操作，这些指令通常在一个时钟周期内完成。相比之下，乘法和除法等算术运算在硬件层面上需要更多的时钟周期来完成。
节省内存：通过移位操作，可以使用一个整数（如 int 或 long）来存储多个布尔值或标志位，从而节省内存。

Java 中有三种移位运算符：

<< :左移运算符，向左移若干位，高位丢弃，低位补零。x << n,相当于 x 乘以 2 的 n 次方(不溢出的情况下)。
>> :带符号右移，向右移若干位，高位补符号位，低位丢弃。正数高位补 0,负数高位补 1。x >> n,相当于 x 除以 2 的 n 次方。
>>> :无符号右移，忽略符号位，空位都以 0 补齐。

虽然移位运算本质上可以分为左移和右移，但在实际应用中，右移操作需要考虑符号位的处理方式。

由于 double，float 在二进制中的表现比较特殊，因此不能来进行移位操作。移位操作符实际上支持的类型只有 int 和 long，编译器在对 short、byte、char 类型进行移位前，都会将其转换为 int 类型再操作。

如果移位的位数超过数值所占有的位数会怎样？

当 int 类型左移/右移位数大于等于 32 位操作时，会先求余（%）后再进行左移/右移操作。也就是说左移/右移 32 位相当于不进行移位操作（32%32=0），左移/右移 42 位相当于左移/右移 10 位（42%32=10）。当 long 类型进行左移/右移操作时，由于 long 对应的二进制是 64 位，因此求余操作的基数也变成了 64。

也就是说：x<<42等同于x<<10，x>>42等同于x>>10，x >>>42等同于x >>> 10

循环

continue、break 和 return 的区别是什么？

在循环结构中，当循环条件不满足或者循环次数达到要求时，循环会正常结束。但是，有时候可能需要在循环的过程中，当发生了某种条件之后，提前终止循环，这就需要用到下面几个关键词：

continue：指跳出当前的这一次循环，继续下一次循环。
break：指跳出整个循环体，继续执行循环下面的语句。
return 用于跳出所在方法，结束该方法的运行。return 一般有两种用法：
1. return;：直接使用 return 结束方法执行，用于没有返回值函数的方法
2. return value;：return 一个特定值，用于有返回值函数的方法