Java 基础 - 知识点

本文主要对Java基础知识点进行总结。

知识体系

数据类型

包装类型

八个基本类型:

  • boolean/1
  • byte/8
  • char/16
  • short/16
  • int/32
  • float/32
  • long/64
  • double/64

基本类型都有对应的包装类型，基本类型与其对应的包装类型之间的赋值使用自动装箱与拆箱完成。

Integer x = 2;     // 装箱
int y = x;         // 拆箱

在 Java 中，boolean 类型的 “字节数” 和 “位数” 需分两种场景讨论，核心结论先明确：

  • 位数：固定为 1 位（仅需 0/1 表示 false/true）；
  • 字节数：单独声明时无明确规范，JVM 实现灵活；数组中固定为 1 字节 / 元素。

boolean 几个字节 几位？

1. 位数：固定 1 位（逻辑位）

boolean 类型的核心是表示 “真 / 假”，仅需 1 个二进制位（bit）即可存储（0 对应 false，1 对应 true）。

这是逻辑层面的最小单位，不存在 “多位” 的情况 —— 即使 JVM 为了存储效率会占用更多字节，但逻辑上仅使用 1 位有效数据。

2. 字节数：分 “单独声明” 和 “数组元素” 两种情况

Java 语言规范（JLS）没有明确规定单独声明的 boolean 变量占用多少字节，仅要求：

boolean 类型的值只能是 true 或 false，JVM 需保证 boolean 数组的每个元素占用 1 字节（8 位）。

（1）单独声明的 boolean 变量（如 boolean flag = true;）
  • 实际占用字节由 JVM 实现决定（常见为 1 字节或 4 字节）：
    • 多数 HotSpot JVM（主流 JVM）会将单独的 boolean 变量存储为 4 字节（32 位）—— 原因是 CPU 按 “字长”（32 位或 64 位）读取数据，4 字节对齐能提升访问效率，避免 “部分读取” 的性能损耗；
    • 部分轻量级 JVM 或嵌入式场景可能优化为 1 字节，但并非通用标准。
  • 关键：Java 语法层面不暴露其具体字节数，开发者无需关心（也无法直接获取），仅需知道其逻辑语义即可。
（2）boolean 数组（如 boolean[] arr = new boolean[10];）
  • 字节数固定：每个元素占用 1 字节（8 位），这是 JLS 明确规定的。
  • 示例：new boolean[3] 总占用字节数 = 3 * 1 字节 = 3 字节（忽略数组对象头的额外开销）。
  • 原因：数组需要连续存储，1 字节 / 元素能平衡 “空间效率” 和 “访问速度”，避免复杂的位运算解析。

总结表

场景位数（bit）字节数（byte）
单独声明的 boolean1（逻辑位）1 或 4（JVM 实现决定，无规范）
boolean 数组的元素1（逻辑位）1（JLS 明确规定）

补充说明

  • 为什么不统一为 1 字节？

    单独变量的存储优先考虑 “CPU 访问效率”，而非 “空间占用”——32 位 CPU 读取 4 字节数据是最高效的，若用 1 字节，可能需要额外的对齐处理，反而降低性能。

  • 能否通过代码获取 boolean 字节数？

    不能直接获取。Java 没有提供 sizeof(boolean) 这样的语法，反射也无法获取基本类型的存储字节数，只能通过数组的 length

    结合内存分析工具（如 JProfiler）间接推断数组元素的字节数。

缓存池

new Integer(123) 与 Integer.valueOf(123) 的区别在于:

  • new Integer(123) 每次都会新建一个对象
  • Integer.valueOf(123) 会使用缓存池中的对象，多次调用会取得同一个对象的引用。
Integer x = new Integer(123);
Integer y = new Integer(123);
System.out.println(x == y);    // false
Integer z = Integer.valueOf(123);
Integer k = Integer.valueOf(123);
System.out.println(z == k);   // true

valueOf() 方法的实现比较简单，就是先判断值是否在缓存池中，如果在的话就直接返回缓存池的内容。

public static Integer valueOf(int i) {
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}

在 Java 8 中，Integer 缓存池的大小默认为 -128~127。

static final int low = -128;
static final int high;
static final Integer cache[];

static {
    // high value may be configured by property
    int h = 127;
    String integerCacheHighPropValue =
        sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
    if (integerCacheHighPropValue != null) {
        try {
            int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
            i = Math.max(i, 127);
            // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
            h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
        } catch( NumberFormatException nfe) {
            // If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
        }
    }
    high = h;

    cache = new Integer[(high - low) + 1];
    int j = low;
    for(int k = 0; k < cache.length; k++)
        cache[k] = new Integer(j++);

    // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
    assert IntegerCache.high >= 127;
}

编译器会在缓冲池范围内的基本类型自动装箱过程调用 valueOf() 方法，因此多个 Integer 实例使用自动装箱来创建并且值相同，那么就会引用相同的对象。

Integer m = 123;
Integer n = 123;
System.out.println(m == n); // true

基本类型对应的缓冲池如下:

  • boolean values true and false
  • all byte values
  • short values between -128 and 127
  • int values between -128 and 127
  • char in the range \u0000 to \u007F

在使用这些基本类型对应的包装类型时，就可以直接使用缓冲池中的对象。

如果在缓冲池之外：

Integer m = 323;
Integer n = 323;
System.out.println(m == n); // false

String

概览

String 被声明为 final，因此它不可被继承。

内部使用 char 数组存储数据，该数组被声明为 final，这意味着 value 数组初始化之后就不能再引用其它数组。并且 String 内部没有改变 value 数组的方法，因此可以保证 String 不可变。

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];

不可变的好处

1. 可以缓存 hash 值

因为 String 的 hash 值经常被使用，例如 String 用做 HashMap 的 key。不可变的特性可以使得 hash 值也不可变，因此只需要进行一次计算。

2. String Pool 的需要

如果一个 String 对象已经被创建过了，那么就会从 String Pool 中取得引用。只有 String 是不可变的，才可能使用 String Pool。

3. 安全性

String 经常作为参数，String 不可变性可以保证参数不可变。例如在作为网络连接参数的情况下如果 String 是可变的，那么在网络连接过程中，String 被改变，改变 String 对象的那一方以为现在连接的是其它主机，而实际情况却不一定是。

4. 线程安全

String 不可变性天生具备线程安全，可以在多个线程中安全地使用。

Program Creek : Why String is immutable in Java?在新窗口打开

String, StringBuffer and StringBuilder

1. 可变性

  • String 不可变
  • StringBuffer 和 StringBuilder 可变

2. 线程安全

  • String 不可变，因此是线程安全的
  • StringBuilder 不是线程安全的
  • StringBuffer 是线程安全的，内部使用 synchronized 进行同步

StackOverflow : String, StringBuffer, and StringBuilder在新窗口打开

String.intern()

使用 String.intern() 可以保证相同内容的字符串变量引用同一的内存对象。

下面示例中，s1 和 s2 采用 new String() 的方式新建了两个不同对象，而 s3 是通过 s1.intern() 方法取得一个对象引用。intern() 首先把 s1 引用的对象放到 String Pool(字符串常量池)中，然后返回这个对象引用。因此 s3 和 s1 引用的是同一个字符串常量池的对象。

String s1 = new String("aaa");
String s2 = new String("aaa");
System.out.println(s1 == s2);           // false
String s3 = s1.intern();
System.out.println(s1.intern() == s3);  // true

如果是采用 "bbb" 这种使用双引号的形式创建字符串实例，会自动地将新建的对象放入 String Pool 中。

String s4 = "bbb";
String s5 = "bbb";
System.out.println(s4 == s5);  // true

字符串常量池保存哪里？

  • HotSpot中字符串常量池保存哪里？永久代？方法区还是堆区？
  1. 运行时常量池（Runtime Constant Pool）是虚拟机规范中是方法区的一部分，在加载类和结构到虚拟机后，就会创建对应的运行时常量池；而字符串常量池是这个过程中常量字符串的存放位置。所以从这个角度，字符串常量池属于虚拟机规范中的方法区，它是一个逻辑上的概念；而堆区，永久代以及元空间是实际的存放位置。
  2. 不同的虚拟机对虚拟机的规范（比如方法区）是不一样的，只有 HotSpot 才有永久代的概念。
  3. HotSpot也是发展的，由于一些问题在新窗口打开的存在，HotSpot考虑逐渐去永久代，对于不同版本的JDK，实际的存储位置是有差异的，具体看如下表格：
JDK版本是否有永久代，字符串常量池放在哪里？方法区逻辑上规范，由哪些实际的部分实现的？
jdk1.6及之前有永久代，运行时常量池（包括字符串常量池），静态变量存放在永久代上这个时期方法区在HotSpot中是由永久代来实现的，以至于这个时期说方法区就是指永久代
jdk1.7有永久代，但已经逐步“去永久代”，字符串常量池、静态变量移除，保存在堆中；这个时期方法区在HotSpot中由永久代（类型信息、字段、方法、常量）和堆（字符串常量池、静态变量）共同实现
jdk1.8及之后取消永久代，类型信息、字段、方法、常量保存在本地内存的元空间，但字符串常量池、静态变量仍在堆中这个时期方法区在HotSpot中由本地内存的元空间（类型信息、字段、方法、常量）和堆（字符串常量池、静态变量）共同实现

运算

参数传递

Java 的参数是以值传递的形式传入方法中，而不是引用传递。

以下代码中 Dog dog 的 dog 是一个指针，存储的是对象的地址。在将一个参数传入一个方法时，本质上是将对象的地址以值的方式传递到形参中。因此在方法中改变指针引用的对象，那么这两个指针此时指向的是完全不同的对象，一方改变其所指向对象的内容对另一方没有影响。

public class Dog {
    String name;

    Dog(String name) {
        this.name = name;
    }

    String getName() {
        return this.name;
    }

    void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    String getObjectAddress() {
        return super.toString();
    }
}
public class PassByValueExample {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog("A");
        System.out.println(dog.getObjectAddress()); // Dog@4554617c
        func(dog);
        System.out.println(dog.getObjectAddress()); // Dog@4554617c
        System.out.println(dog.getName());          // A
    }

    private static void func(Dog dog) {
        System.out.println(dog.getObjectAddress()); // Dog@4554617c
        dog = new Dog("B");
        System.out.println(dog.getObjectAddress()); // Dog@74a14482
        System.out.println(dog.getName());          // B
    }
}

但是如果在方法中改变对象的字段值会改变原对象该字段值，因为改变的是同一个地址指向的内容。

class PassByValueExample {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog("A");
        func(dog);
        System.out.println(dog.getName());          // B
    }

    private static void func(Dog dog) {
        dog.setName("B");
    }
}

StackOverflow: Is Java “pass-by-reference” or “pass-by-value”?在新窗口打开

float 与 double

1.1 字面量属于 double 类型，不能直接将 1.1 直接赋值给 float 变量，因为这是向下转型。Java 不能隐式执行向下转型，因为这会使得精度降低。

// float f = 1.1;

1.1f 字面量才是 float 类型。

float f = 1.1f;

隐式类型转换

因为字面量 1 是 int 类型，它比 short 类型精度要高，因此不能隐式地将 int 类型下转型为 short 类型。

short s1 = 1;
// s1 = s1 + 1;

但是使用 += 运算符可以执行隐式类型转换。

s1 += 1;

上面的语句相当于将 s1 + 1 的计算结果进行了向下转型:

s1 = (short) (s1 + 1);

StackOverflow : Why don't Java's +=, -=, *=, /= compound assignment operators require casting?在新窗口打开

switch

从 Java 7 开始，可以在 switch 条件判断语句中使用 String 对象。

String s = "a";
switch (s) {
    case "a":
        System.out.println("aaa");
        break;
    case "b":
        System.out.println("bbb");
        break;
}

switch 不支持 long，是因为 switch 的设计初衷是对那些只有少数的几个值进行等值判断，如果值过于复杂，那么还是用 if 比较合适。

// long x = 111;
// switch (x) { // Incompatible types. Found: 'long', required: 'char, byte, short, int, Character, Byte, Short, Integer, String, or an enum'
//     case 111:
//         System.out.println(111);
//         break;
//     case 222:
//         System.out.println(222);
//         break;
// }

StackOverflow : Why can't your switch statement data type be long, Java?在新窗口打开

继承

访问权限

Java 中有三个访问权限修饰符: private、protected 以及 public，如果不加访问修饰符，表示包级可见。

可以对类或类中的成员(字段以及方法)加上访问修饰符。

  • 类可见表示其它类可以用这个类创建实例对象。
  • 成员可见表示其它类可以用这个类的实例对象访问到该成员；

protected 用于修饰成员，表示在继承体系中成员对于子类可见，但是这个访问修饰符对于类没有意义。

设计良好的模块会隐藏所有的实现细节，把它的 API 与它的实现清晰地隔离开来。模块之间只通过它们的 API 进行通信，一个模块不需要知道其他模块的内部工作情况，这个概念被称为信息隐藏或封装。因此访问权限应当尽可能地使每个类或者成员不被外界访问。

如果子类的方法重写了父类的方法，那么子类中该方法的访问级别不允许低于父类的访问级别。这是为了确保可以使用父类实例的地方都可以使用子类实例，也就是确保满足里氏替换原则。

字段决不能是公有的，因为这么做的话就失去了对这个字段修改行为的控制，客户端可以对其随意修改。例如下面的例子中，AccessExample 拥有 id 共有字段，如果在某个时刻，我们想要使用 int 去存储 id 字段，那么就需要去修改所有的客户端代码。

public class AccessExample {
    public String id;
}

可以使用公有的 getter 和 setter 方法来替换公有字段，这样的话就可以控制对字段的修改行为。

public class AccessExample {

    private int id;

    public String getId() {
        return id + "";
    }

    public void setId(String id) {
        this.id = Integer.valueOf(id);
    }
}

但是也有例外，如果是包级私有的类或者私有的嵌套类，那么直接暴露成员不会有特别大的影响。

public class AccessWithInnerClassExample {
    private class InnerClass {
        int x;
    }

    private InnerClass innerClass;

    public AccessWithInnerClassExample() {
        innerClass = new InnerClass();
    }

    public int getValue() {
        return innerClass.x;  // 直接访问
    }
}

抽象类与接口

1. 抽象类

抽象类和抽象方法都使用 abstract 关键字进行声明。抽象类一般会包含抽象方法，抽象方法一定位于抽象类中。

抽象类和普通类最大的区别是，抽象类不能被实例化，需要继承抽象类才能实例化其子类。

public abstract class AbstractClassExample {

    protected int x;
    private int y;

    public abstract void func1();

    public void func2() {
        System.out.println("func2");
    }
}
public class AbstractExtendClassExample extends AbstractClassExample {
    @Override
    public void func1() {
        System.out.println("func1");
    }
}
// AbstractClassExample ac1 = new AbstractClassExample(); // 'AbstractClassExample' is abstract; cannot be instantiated
AbstractClassExample ac2 = new AbstractExtendClassExample();
ac2.func1();

2. 接口

接口是抽象类的延伸，在 Java 8 之前，它可以看成是一个完全抽象的类，也就是说它不能有任何的方法实现。

从 Java 8 开始，接口也可以拥有默认的方法实现，这是因为不支持默认方法的接口的维护成本太高了。在 Java 8 之前，如果一个接口想要添加新的方法，那么要修改所有实现了该接口的类。

接口的成员(字段 + 方法)默认都是 public 的，并且不允许定义为 private 或者 protected。

接口的字段默认都是 static 和 final 的。

public interface InterfaceExample {
    void func1();

    default void func2(){
        System.out.println("func2");
    }

    int x = 123;
    // int y;               // Variable 'y' might not have been initialized
    public int z = 0;       // Modifier 'public' is redundant for interface fields
    // private int k = 0;   // Modifier 'private' not allowed here
    // protected int l = 0; // Modifier 'protected' not allowed here
    // private void fun3(); // Modifier 'private' not allowed here
}
public class InterfaceImplementExample implements InterfaceExample {
    @Override
    public void func1() {
        System.out.println("func1");
    }
}
// InterfaceExample ie1 = new InterfaceExample(); // 'InterfaceExample' is abstract; cannot be instantiated
InterfaceExample ie2 = new InterfaceImplementExample();
ie2.func1();
System.out.println(InterfaceExample.x);

3. 比较

  • 从设计层面上看，抽象类提供了一种 IS-A 关系，那么就必须满足里式替换原则，即子类对象必须能够替换掉所有父类对象。而接口更像是一种 LIKE-A 关系，它只是提供一种方法实现契约，并不要求接口和实现接口的类具有 IS-A 关系。
  • 从使用上来看，一个类可以实现多个接口，但是不能继承多个抽象类。
  • 接口的字段只能是 static 和 final 类型的，而抽象类的字段没有这种限制。
  • 接口的成员只能是 public 的，而抽象类的成员可以有多种访问权限。

4. 使用选择

使用接口:

  • 需要让不相关的类都实现一个方法，例如不相关的类都可以实现 Compareable 接口中的 compareTo() 方法；
  • 需要使用多重继承。

使用抽象类:

  • 需要在几个相关的类中共享代码。
  • 需要能控制继承来的成员的访问权限，而不是都为 public。
  • 需要继承非静态和非常量字段。

在很多情况下，接口优先于抽象类，因为接口没有抽象类严格的类层次结构要求，可以灵活地为一个类添加行为。并且从 Java 8 开始，接口也可以有默认的方法实现，使得修改接口的成本也变的很低。

super

  • 访问父类的构造函数: 可以使用 super() 函数访问父类的构造函数，从而委托父类完成一些初始化的工作。
  • 访问父类的成员: 如果子类重写了父类的中某个方法的实现，可以通过使用 super 关键字来引用父类的方法实现。
public class SuperExample {
    protected int x;
    protected int y;

    public SuperExample(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    public void func() {
        System.out.println("SuperExample.func()");
    }
}
public class SuperExtendExample extends SuperExample {
    private int z;

    public SuperExtendExample(int x, int y, int z) {
        super(x, y);
        this.z = z;
    }

    @Override
    public void func() {
        super.func();
        System.out.println("SuperExtendExample.func()");
    }
}
SuperExample e = new SuperExtendExample(1, 2, 3);
e.func();
SuperExample.func()
SuperExtendExample.func()

Using the Keyword super在新窗口打开

重写与重载

1. 重写(Override)

存在于继承体系中，指子类实现了一个与父类在方法声明上完全相同的一个方法。

为了满足里式替换原则，重写有以下两个限制:

  • 子类方法的访问权限必须大于等于父类方法；
  • 子类方法的返回类型必须是父类方法返回类型或为其子类型。

使用 @Override 注解，可以让编译器帮忙检查是否满足上面的两个限制条件。

2. 重载(Overload)

存在于同一个类中，指一个方法与已经存在的方法名称上相同，但是参数类型、个数、顺序至少有一个不同。

应该注意的是，返回值不同，其它都相同不算是重载。

Object 通用方法

概览

public final native Class<?> getClass()

public native int hashCode()

public boolean equals(Object obj)

protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException

public String toString()

public final native void notify()

public final native void notifyAll()

public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException

public final void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException

public final void wait() throws InterruptedException

protected void finalize() throws Throwable {}

equals()

1. 等价关系

(一)自反性

x.equals(x); // true

(二)对称性

x.equals(y) == y.equals(x); // true

(三)传递性

if (x.equals(y) && y.equals(z))
    x.equals(z); // true;

(四)一致性

多次调用 equals() 方法结果不变

x.equals(y) == x.equals(y); // true

(五)与 null 的比较

对任何不是 null 的对象 x 调用 x.equals(null) 结果都为 false

x.equals(null); // false;

2. equals() 与 ==

  • 对于基本类型，== 判断两个值是否相等，基本类型没有 equals() 方法。
  • 对于引用类型，== 判断两个变量是否引用同一个对象，而 equals() 判断引用的对象是否等价。
Integer x = new Integer(1);
Integer y = new Integer(1);
System.out.println(x.equals(y)); // true
System.out.println(x == y);      // false

3. 实现

  • 检查是否为同一个对象的引用，如果是直接返回 true；
  • 检查是否是同一个类型，如果不是，直接返回 false；
  • 将 Object 对象进行转型；
  • 判断每个关键域是否相等。
public class EqualExample {
    private int x;
    private int y;
    private int z;

    public EqualExample(int x, int y, int z) {
        this.x = x;
        this.y = y;
        this.z = z;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;

        EqualExample that = (EqualExample) o;

        if (x != that.x) return false;
        if (y != that.y) return false;
        return z == that.z;
    }
}

hashCode()

hashCode() 返回散列值，而 equals() 是用来判断两个对象是否等价。等价的两个对象散列值一定相同，但是散列值相同的两个对象不一定等价。

在覆盖 equals() 方法时应当总是覆盖 hashCode() 方法，保证等价的两个对象散列值也相等。

下面的代码中，新建了两个等价的对象，并将它们添加到 HashSet 中。我们希望将这两个对象当成一样的，只在集合中添加一个对象，但是因为 EqualExample 没有实现 hasCode() 方法，因此这两个对象的散列值是不同的，最终导致集合添加了两个等价的对象。

EqualExample e1 = new EqualExample(1, 1, 1);
EqualExample e2 = new EqualExample(1, 1, 1);
System.out.println(e1.equals(e2)); // true
HashSet<EqualExample> set = new HashSet<>();
set.add(e1);
set.add(e2);
System.out.println(set.size());   // 2

理想的散列函数应当具有均匀性，即不相等的对象应当均匀分布到所有可能的散列值上。这就要求了散列函数要把所有域的值都考虑进来，可以将每个域都当成 R 进制的某一位，然后组成一个 R 进制的整数。R 一般取 31，因为它是一个奇素数，如果是偶数的话，当出现乘法溢出，信息就会丢失，因为与 2 相乘相当于向左移一位。

一个数与 31 相乘可以转换成移位和减法: 31*x == (x<<5)-x，编译器会自动进行这个优化。

@Override
public int hashCode() {
    int result = 17;
    result = 31 * result + x;
    result = 31 * result + y;
    result = 31 * result + z;
    return result;
}

toString()

默认返回 ToStringExample@4554617c 这种形式，其中 @ 后面的数值为散列码的无符号十六进制表示。

public class ToStringExample {
    private int number;

    public ToStringExample(int number) {
        this.number = number;
    }
}
ToStringExample example = new ToStringExample(123);
System.out.println(example.toString());
ToStringExample@4554617c

clone()

1. cloneable

clone() 是 Object 的 protected 方法，它不是 public，一个类不显式去重写 clone()，其它类就不能直接去调用该类实例的 clone() 方法。

public class CloneExample {
    private int a;
    private int b;
}
CloneExample e1 = new CloneExample();
// CloneExample e2 = e1.clone(); // 'clone()' has protected access in 'java.lang.Object'

重写 clone() 得到以下实现:

public class CloneExample {
    private int a;
    private int b;

    @Override
    protected CloneExample clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (CloneExample)super.clone();
    }
}
CloneExample e1 = new CloneExample();
try {
    CloneExample e2 = e1.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
    e.printStackTrace();
}
java.lang.CloneNotSupportedException: CloneExample

以上抛出了 CloneNotSupportedException，这是因为 CloneExample 没有实现 Cloneable 接口。

应该注意的是，clone() 方法并不是 Cloneable 接口的方法，而是 Object 的一个 protected 方法。Cloneable 接口只是规定，如果一个类没有实现 Cloneable 接口又调用了 clone() 方法，就会抛出 CloneNotSupportedException。

public class CloneExample implements Cloneable {
    private int a;
    private int b;

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}

2. 浅拷贝

拷贝对象和原始对象的引用类型引用同一个对象。

public class ShallowCloneExample implements Cloneable {
    private int[] arr;

    public ShallowCloneExample() {
        arr = new int[10];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = i;
        }
    }

    public void set(int index, int value) {
        arr[index] = value;
    }

    public int get(int index) {
        return arr[index];
    }

    @Override
    protected ShallowCloneExample clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (ShallowCloneExample) super.clone();
    }
}
ShallowCloneExample e1 = new ShallowCloneExample();
ShallowCloneExample e2 = null;
try {
    e2 = e1.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
    e.printStackTrace();
}
e1.set(2, 222);
System.out.println(e2.get(2)); // 222

3. 深拷贝

拷贝对象和原始对象的引用类型引用不同对象。

public class DeepCloneExample implements Cloneable {
    private int[] arr;

    public DeepCloneExample() {
        arr = new int[10];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = i;
        }
    }

    public void set(int index, int value) {
        arr[index] = value;
    }

    public int get(int index) {
        return arr[index];
    }

    @Override
    protected DeepCloneExample clone() throws CloneNotSupportedException {
        DeepCloneExample result = (DeepCloneExample) super.clone();
        result.arr = new int[arr.length];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            result.arr[i] = arr[i];
        }
        return result;
    }
}
DeepCloneExample e1 = new DeepCloneExample();
DeepCloneExample e2 = null;
try {
    e2 = e1.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
    e.printStackTrace();
}
e1.set(2, 222);
System.out.println(e2.get(2)); // 2

4. clone() 的替代方案

使用 clone() 方法来拷贝一个对象即复杂又有风险，它会抛出异常，并且还需要类型转换。Effective Java 书上讲到，最好不要去使用 clone()，可以使用拷贝构造函数或者拷贝工厂来拷贝一个对象。

public class CloneConstructorExample {
    private int[] arr;

    public CloneConstructorExample() {
        arr = new int[10];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = i;
        }
    }

    public CloneConstructorExample(CloneConstructorExample original) {
        arr = new int[original.arr.length];
        for (int i = 0; i < original.arr.length; i++) {
            arr[i] = original.arr[i];
        }
    }

    public void set(int index, int value) {
        arr[index] = value;
    }

    public int get(int index) {
        return arr[index];
    }
}
CloneConstructorExample e1 = new CloneConstructorExample();
CloneConstructorExample e2 = new CloneConstructorExample(e1);
e1.set(2, 222);
System.out.println(e2.get(2)); // 2

关键字

final

1. 数据

声明数据为常量，可以是编译时常量，也可以是在运行时被初始化后不能被改变的常量。

  • 对于基本类型，final 使数值不变；
  • 对于引用类型，final 使引用不变，也就不能引用其它对象，但是被引用的对象本身是可以修改的。
final int x = 1;
// x = 2;  // cannot assign value to final variable 'x'
final A y = new A();
y.a = 1;

2. 方法

声明方法不能被子类重写。

private 方法隐式地被指定为 final，如果在子类中定义的方法和基类中的一个 private 方法签名相同，此时子类的方法不是重写基类方法，而是在子类中定义了一个新的方法。

3. 类

声明类不允许被继承。

static

1. 静态变量

  • 静态变量: 又称为类变量，也就是说这个变量属于类的，类所有的实例都共享静态变量，可以直接通过类名来访问它；静态变量在内存中只存在一份。
  • 实例变量: 每创建一个实例就会产生一个实例变量，它与该实例同生共死。
public class A {
    private int x;         // 实例变量
    private static int y;  // 静态变量

    public static void main(String[] args) {
        // int x = A.x;  // Non-static field 'x' cannot be referenced from a static context
        A a = new A();
        int x = a.x;
        int y = A.y;
    }
}

2. 静态方法

静态方法在类加载的时候就存在了，它不依赖于任何实例。所以静态方法必须有实现，也就是说它不能是抽象方法(abstract)。

public abstract class A {
    public static void func1(){
    }
    // public abstract static void func2();  // Illegal combination of modifiers: 'abstract' and 'static'
}

只能访问所属类的静态字段和静态方法，方法中不能有 this 和 super 关键字。

public class A {
    private static int x;
    private int y;

    public static void func1(){
        int a = x;
        // int b = y;  // Non-static field 'y' cannot be referenced from a static context
        // int b = this.y;     // 'A.this' cannot be referenced from a static context
    }
}

3. 静态语句块

静态语句块在类初始化时运行一次。

public class A {
    static {
        System.out.println("123");
    }

    public static void main(String[] args) {
        A a1 = new A();
        A a2 = new A();
    }
}
123

4. 静态内部类

非静态内部类依赖于外部类的实例，而静态内部类不需要。

public class OuterClass {
    class InnerClass {
    }

    static class StaticInnerClass {
    }

    public static void main(String[] args) {
        // InnerClass innerClass = new InnerClass(); // 'OuterClass.this' cannot be referenced from a static context
        OuterClass outerClass = new OuterClass();
        InnerClass innerClass = outerClass.new InnerClass();
        StaticInnerClass staticInnerClass = new StaticInnerClass();
    }
}

静态内部类不能访问外部类的非静态的变量和方法。

5. 静态导包

在使用静态变量和方法时不用再指明 ClassName，从而简化代码，但可读性大大降低。

import static com.xxx.ClassName.*

6. 初始化顺序

静态变量和静态语句块优先于实例变量和普通语句块，静态变量和静态语句块的初始化顺序取决于它们在代码中的顺序。

public static String staticField = "静态变量";
static {
    System.out.println("静态语句块");
}
public String field = "实例变量";
{
    System.out.println("普通语句块");
}

最后才是构造函数的初始化。

public InitialOrderTest() {
    System.out.println("构造函数");
}

存在继承的情况下，初始化顺序为:

  • 父类(静态变量、静态语句块)
  • 子类(静态变量、静态语句块)
  • 父类(实例变量、普通语句块)
  • 父类(构造函数)
  • 子类(实例变量、普通语句块)
  • 子类(构造函数)

反射

每个类都有一个 Class 对象，包含了与类有关的信息。当编译一个新类时，会产生一个同名的 .class 文件，该文件内容保存着 Class 对象。

类加载相当于 Class 对象的加载。类在第一次使用时才动态加载到 JVM 中，可以使用 Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver") 这种方式来控制类的加载，该方法会返回一个 Class 对象。

反射可以提供运行时的类信息，并且这个类可以在运行时才加载进来，甚至在编译时期该类的 .class 不存在也可以加载进来。

Class 和 java.lang.reflect 一起对反射提供了支持，java.lang.reflect 类库主要包含了以下三个类:

  • Field : 可以使用 get() 和 set() 方法读取和修改 Field 对象关联的字段；
  • Method : 可以使用 invoke() 方法调用与 Method 对象关联的方法；
  • Constructor : 可以用 Constructor 创建新的对象。

Advantages of Using Reflection:

  • Extensibility Features : An application may make use of external, user-defined classes by creating instances of extensibility objects using their fully-qualified names.
  • Class Browsers and Visual Development Environments : A class browser needs to be able to enumerate the members of classes. Visual development environments can benefit from making use of type information available in reflection to aid the developer in writing correct code.
  • Debuggers and Test Tools : Debuggers need to be able to examine private members on classes. Test harnesses can make use of reflection to systematically call a discoverable set APIs defined on a class, to insure a high level of code coverage in a test suite.

Drawbacks of Reflection:

Reflection is powerful, but should not be used indiscriminately. If it is possible to perform an operation without using reflection, then it is preferable to avoid using it. The following concerns should be kept in mind when accessing code via reflection.

  • Performance Overhead : Because reflection involves types that are dynamically resolved, certain Java virtual machine optimizations can not be performed. Consequently, reflective operations have slower performance than their non-reflective counterparts, and should be avoided in sections of code which are called frequently in performance-sensitive applications.
  • Security Restrictions : Reflection requires a runtime permission which may not be present when running under a security manager. This is in an important consideration for code which has to run in a restricted security context, such as in an Applet.
  • Exposure of Internals :Since reflection allows code to perform operations that would be illegal in non-reflective code, such as accessing private fields and methods, the use of reflection can result in unexpected side-effects, which may render code dysfunctional and may destroy portability. Reflective code breaks abstractions and therefore may change behavior with upgrades of the platform.

相关文章：Java 基础 - 反射机制详解

异常

Throwable 可以用来表示任何可以作为异常抛出的类，分为两种: Error 和 Exception。其中 Error 用来表示 JVM 无法处理的错误，Exception 分为两种:

  • 受检异常 : 需要用 try...catch... 语句捕获并进行处理，并且可以从异常中恢复；
  • 非受检异常 : 是程序运行时错误，例如除 0 会引发 Arithmetic Exception，此时程序崩溃并且无法恢复。

相关文章：Java 基础 - 异常机制详解

泛型

public class Box<T> {
    // T stands for "Type"
    private T t;
    public void set(T t) { this.t = t; }
    public T get() { return t; }
}

相关文章：Java 基础 - 泛型机制详解

注解

Java 注解是附加在代码中的一些元信息，用于一些工具在编译、运行时进行解析和使用，起到说明、配置的功能。注解不会也不能影响代码的实际逻辑，仅仅起到辅助性的作用。

相关文章：Java 基础 - 注解机制详解

特性

Java 各版本的新特性

New highlights in Java SE 8

  1. Lambda Expressions
  2. Pipelines and Streams
  3. Date and Time API
  4. Default Methods
  5. Type Annotations
  6. Nashhorn JavaScript Engine
  7. Concurrent Accumulators
  8. Parallel operations
  9. PermGen Error Removed

New highlights in Java SE 7

  1. Strings in Switch Statement
  2. Type Inference for Generic Instance Creation
  3. Multiple Exception Handling
  4. Support for Dynamic Languages
  5. Try with Resources
  6. Java nio Package
  7. Binary Literals, Underscore in literals
  8. Diamond Syntax

Java 与 C++ 的区别

  • Java 是纯粹的面向对象语言，所有的对象都继承自 java.lang.Object，C++ 为了兼容 C 即支持面向对象也支持面向过程。
  • Java 通过虚拟机从而实现跨平台特性，但是 C++ 依赖于特定的平台。
  • Java 没有指针，它的引用可以理解为安全指针，而 C++ 具有和 C 一样的指针。
  • Java 支持自动垃圾回收，而 C++ 需要手动回收。
  • Java 不支持多重继承，只能通过实现多个接口来达到相同目的，而 C++ 支持多重继承。
  • Java 不支持操作符重载，虽然可以对两个 String 对象支持加法运算，但是这是语言内置支持的操作，不属于操作符重载，而 C++ 可以。
  • Java 的 goto 是保留字，但是不可用，C++ 可以使用 goto。
  • Java 不支持条件编译，C++ 通过 #ifdef #ifndef 等预处理命令从而实现条件编译。

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JRE or JDK

  • JRE is the JVM program, Java application need to run on JRE.
  • JDK is a superset of JRE, JRE + tools for developing java programs. e.g, it provides the compiler "javac"

内部类

内部类

闭包

闭包（Closure）不是 Kotlin 或 Java 独有的语言特性—— 它是一种通用的编程概念（指 “能捕获外部作用域变量并延迟执行” 的代码块），但 Kotlin 对闭包提供了原生、完整的支持，而 Java 则是通过后续版本的特性 “间接实现闭包能力”，并非传统意义上的原生闭包。

核心结论先明确

语言闭包支持情况核心实现方式
Kotlin原生支持闭包（完整符合闭包定义）Lambda 表达式、匿名函数（可捕获外部变量并修改）
Java无 “原生闭包”，但 Java 8+ 可通过 Lambda / 方法引用间接实现 “闭包 - like” 功能（有限制）Lambda 表达式（仅能捕获 final 或 effectively final 变量）

Kotlin：原生闭包支持（完整且灵活）

Kotlin 的 Lambda 表达式、匿名函数 本质就是闭包 —— 它们能直接捕获外部作用域的变量，且支持修改（无 “只读” 限制），完全符合闭包的核心定义。

示例：Kotlin 闭包捕获并修改外部变量

fun main() {
    var count = 0 // 外部变量（非只读）
    
    // 定义一个 Lambda 闭包，捕获 count
    val increment = { 
        count++ // 直接修改外部变量（无限制）
        println("当前 count: $count")
    }
    
    // 延迟执行闭包（闭包仍持有 count 的引用）
    increment() // 输出：当前 count: 1
    increment() // 输出：当前 count: 2
    println("外部 count 最终值: $count") // 输出：2（外部变量被闭包修改）
}
  • 关键特性：
    1. 闭包（increment）捕获外部变量 count 后，即使脱离原作用域（如传递给其他函数），仍能访问 / 修改该变量；
    2. 无 “必须只读” 的限制，外部变量可被闭包自由修改；
    3. 语法简洁，Lambda 表达式天然具备闭包能力，无需额外配置。

Java：间接实现闭包能力（有明显限制）

Java 语言规范中没有原生闭包，但 Java 8 引入的 Lambda 表达式、方法引用 借鉴了闭包的思想，能实现 “捕获外部变量并延迟执行” 的效果，但存在关键限制，因此不能算作 “完整闭包”。

示例：Java 8+ Lambda 模拟闭包（只读限制）

public class JavaClosureDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 外部变量：必须是 final 或 effectively final（编译期隐含 final）
        int count = 0; // 注意：若想修改，需用可变容器（如 AtomicInteger）
        // final int count = 0; // 显式声明 final 更清晰
        
        // Lambda 表达式（模拟闭包）：捕获 count
        Runnable increment = () -> {
            // count++；// 编译报错！不能修改捕获的外部变量
            System.out.println("当前 count: " + count);
        };
        
        // 延迟执行
        increment.run(); // 输出：当前 count: 0
    }
}
  • 关键限制（导致不是完整闭包）：
    1. 变量只读限制：Lambda 只能捕获final 或 “effectively final”（编译期无修改行为的变量，如上述 count 未被重新赋值）的外部变量，无法直接修改；
      • 若需 “修改”，需用可变容器（如 AtomicInteger、数组、自定义类对象）包装变量（本质是修改容器的内部状态，而非变量本身）；
    2. 无函数类型支持：Lambda 本质是 “函数式接口的匿名实现”，而非独立的 “函数对象”，依赖函数式接口（如 Runnable、Consumer）才能使用，灵活性低于 Kotlin 闭包；
    3. 语法冗余：需显式指定函数式接口，无法像 Kotlin 那样直接定义无约束的 Lambda 闭包。

补充：Java 突破 “只读限制” 的折中方案（可变容器）

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class JavaClosureDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 用 AtomicInteger（可变容器）包装变量
        AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
        
        Runnable increment = () -> {
            count.incrementAndGet(); // 修改容器内部状态（允许）
            System.out.println("当前 count: " + count.get());
        };
        
        increment.run(); // 输出：当前 count: 1
        increment.run(); // 输出：当前 count: 2
    }
}
  • 注意：这只是 “折中方案”，并非 Lambda 支持修改外部变量 —— 本质是修改了 AtomicInteger 对象的内部属性，而非外部变量本身，仍未摆脱 Java 的限制。

核心区别总结

对比维度Kotlin 闭包Java 8+ Lambda（闭包 - like）
支持程度原生完整支持间接模拟，有明显限制
外部变量修改可直接修改任意外部变量仅能访问只读变量，修改需用可变容器包装
语法依赖无依赖，Lambda 天然是闭包依赖函数式接口（如 Runnable、Consumer）
灵活性高（可作为参数、返回值、独立变量）中等（受函数式接口约束）
本质独立的函数对象（闭包）函数式接口的匿名实现

最终总结

  1. 闭包是编程概念，不是某门语言的专属特性；
  2. Kotlin 对闭包提供原生、完整支持，Lambda / 匿名函数直接具备闭包能力，灵活无限制；
  3. Java 无原生闭包，Java 8+ 可通过 Lambda 间接实现 “类似闭包” 的功能，但受限于 “只读变量”“依赖函数式接口”，并非完整闭包；
  4. 开发场景：若需灵活的闭包能力，优先用 Kotlin；Java 需通过 “可变容器 + 函数式接口” 折中实现。

参考资料

  • Eckel B. Java 编程思想[M]. 机械工业出版社, 2002.
  • Bloch J. Effective java[M]. Addison-Wesley Professional, 2017.
最近更新：:
Contributors: luokaiwen