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Java 基础(理论篇)

1、面向对象和面向过程的区别

面向过程： 面向过程性能比面向对象高 。因为对象调用需要实例化，开销比较大，较消耗资源，所以当性能是最重要的考量因素的时候，比如单片机、嵌入式开发、Linux/Unix 等，一般采用面向过程开发。但是，面向过程没有面向对象易维护、易复用、易扩展。

面向对象： 面向对象易维护、易复用、易扩展 。因为面向对象有封装、继承、多态性的特性，所以可设计出低耦合的系统，使得系统更加灵活、更加易于维护。

面向过程性能比面向对象高的背后原因？

面向过程也需要分配内存，计算内存偏移量，Java 性能差的主要原因并不是因为它是面向对象语言，而是因为 Java 是半编译语言，最终的执行代码并不是可以直接被 CPU 执行的二进制机器码。

而面向过程语言大多都是直接编译成机器码在电脑上执行，并且其它一些面向过程的脚本语言性能也并不一定比 Java 好。

2、Java 语言有哪些特点?

简单易学(其实相比较 Python 还是更容易上手一些)
面向对象(封装、继承、抽象、多态)
平台无关性(Java 虚拟机实现字节码文件的跨平台)
安全可靠性
支持多线程(C++语言没有内置的多线程机制，因此必须调用操作系统的多线程功能来进行多线程程序设计，而 Java 语言却提供了多线程支持)
支持网络编程并且很方便(Java 语言诞生就是为了简化网络编程设计的)
编译与解释并存

扩展：为什么说 Java 语言编译与解释并存？

当 .class 字节码文件通过 JVM 转为机器可以执行的二进制机器码时，JVM 类加载器首先加载字节码文件，然后通过解释器逐行进行解释执行，这种方式的执行速度相对比较慢。而且有些方法和代码块是反复被调用的(也就是所谓的热点代码)，所以后面引进了 JIT 编译器，而 JIT 属于运行时编译。当 JIT 编译器完成一次编译后，会将字节码对应的机器码保存下来，下次可以直接调用。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。

HotSpot采用了惰性评估(Lazy Evaluation)的做法，根据二八定律，消耗大部分系统资源的只有那一小部分的代码（热点代码），而这也就是JIT所需要编译的部分。JVM会根据代码每次被执行的情况收集信息并相应地做出一些优化，因此执行的次数越多，它的速度就越快。JDK 9引入了一种新的编译模式AOT(Ahead of Time Compilation)，它是直接将字节码编译成机器码，这样就避免了JIT预热等各方面的开销。JDK支持分层编译和AOT协作使用。但是，AOT 编译器的编译质量是肯定比不上 JIT 编译器的。

3、什么是 Java 虚拟机？为什么 Java 被称作是“平台无关的编程语言”？

Java 虚拟机是一个可以执行 Java 字节码的虚拟机进程。Java 源文件被编译成能被 Java 虚拟机执行的字节码文件。

Java 的跨平台指的是 java 源文件经过 javac 编译器编译成的二进制.class 字节码的跨平台性。各个平台装有不同的 jvm,而 jvm 能将相同的字节码翻译成平台相关的机器码，进而执行。

4、JDK 和 JRE 的区别是什么？

Java 运行时环境(JRE)。它包括 Java 虚拟机、Java 核心类库和支持文件。它不包含开发工具（JDK）--编译器、调试器和其他工具。
Java 开发工具包(JDK)是完整的 Java 软件开发包，包含了 JRE，编译器和其他的工具(比如：JavaDoc，Java 调试器)，可以让开发者开发、编译、执行 Java 应用程序。

5、Java 和 C++的区别?

都是面向对象的语言，都支持封装、继承和多态；
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 有自动内存管理机制，不需要程序员手动释放无用内存。

6、面向对象的特征有哪些方面？

封装：通常认为封装是把数据和操作数据的方法绑定起来，对数据的访问只能通过已定义的接口。
继承：继承是从已有类得到继承信息创建新类的过程。提供继承信息的类被称为父类（超类、基类）；得到继承信息的类被称为子类（派生类）。
抽象：抽象是将一类对象的共同特征总结出来构造类的过程，包括数据抽象和行为抽象两方面。抽象只关注对象有哪些属性和行为，并不关注这些行为的细节是什么。
多态性 ：多态性是指允许不同子类型的对象对同一消息作出不同的响应。即同一消息可以根据发送对象的不同而采取不同的行为方式。

多态性分为编译时的多态性和运行时的多态性。
方法重载（overload）实现的是编译时的多态性（也称为前绑定），而方法重写（override）实现的是运行时的多态性（也称为后绑定）。
实现多态的技术：动态绑定，是指执行期间判断所引用对象的实际类型，根据其实际的类型调用其相应的方法。
实现多态的条件：(1)继承(2)方法重写(3)父类引用指向子类对象。
多态的作用：消除类型之间的耦合关系。

7、访问修饰符 public,private,protected,以及不写（默认）时的区别？

private：类成员只能被当前类本身访问，如果类的构造方法声明为 private，则其他类不能生成该类的实例。

default：类成员可以被这个类和同一个包中的类所访问。

protected：类成员被同一个类，同一个包中的其他类，子类(同包或不同包)访问。

public：被所有类访问。

8、”static”关键字是什么意思？Java 中是否可以覆盖(override)一个 private 或者是 static 的方法？

static 表示静态的意义，可以修饰成员变量、成员方法、内部类和代码块，被 static 修饰的变量叫做静态变量，随类加载一次，可以被多个对象共享。被其修饰的方法成为静态方法（类方法），其随着类的加载而被加载，可以通过类直接访问，不需要实例化对象。此外静态方法只能访问静态成员，不可以直接访问非静态成员。静态内部类可以直接调用静态构造器（不用对象）。静态代码块只需加载一次，可以有多个代码块。

重写是子类中的方法和子类继承的父类中的方法一样（函数名，参数，参数类型，返回值类型），但是子类中的访问权限要不低于父类中的访问权限。重写的前提是必须要继承，private 修饰不支持继承，因此被私有的方法不可以被重写。静态方法形式上可以被重写，但是会被隐藏。原因在于方法重写基于运行时动态绑定，而 static 方法是编译时静态绑定的。

9、是否可以在 static 环境中访问非 static 变量？

因为静态的成员属于类，随着类的加载而加载到静态方法区内存，当类加载时，此时不一定有实例创建，没有实例，就不可以直接访问非静态的成员。

最常见的 static 方法就是 main,作为程序的入口，所有对象都是在该方法里面实例化。

10、Java 支持的数据类型有哪些？什么是自动拆装箱？

基本数据类型：byte,short,char,int,long,float,double,boolean。
引用数据类型：Integer、String 等。引用类型实体在堆中，声明的变量存放的是该对象的引用地址。

自动装箱就是 Java 编译器在基本数据类型和对应的对象包装类型间的转化，即 int 转化为 Integer,自动拆箱是 Integer 调用其方法将其转化为 int 的过程

11、Java 中的方法覆盖(Overriding)和方法重载(Overload)是什么意思？

方法重写

方法名，参数列表必须相同，返回类型可以相同也可以是原类型的子类型
重写方法不能比原方法访问性差（即访问权限不允许缩小）。
重写方法不能比原方法抛出更多的异常。
重写发生在子类和父类之间
重写实现运行时的多态性

方法重载

方法名必须相同，参数列表必须不同（个数不同、或类型不同、参数类型排列顺序不同等）
方法的返回类型可以相同也可以不相同。
重载发生在同一类中
重载实现编译时的多态性

12、Java 中，什么是构造方法？什么是构造方法重载？什么是复制构造方法？

Java 中的构造函数是为了初始化对象的，构造函数的函数名和类名一致，默认的构造函数没有参数，没有返回值，构造函数的函数体内，没有内容。构造函数的重载是函数名与类名相同，参数列表不同。同样也是为了初始化对象的。

关于复制构造函数：C++ 中的复制构造函数通常有三种作用

对象作为函数参数
对象作为函数返回值
使用一个对象对另一个对象初始化。

C++ 语法允许用户定义自己的复制构造函数以实现自定义的复制，比如说进行 深复制 。Java 并不支持这样的复制构造函数。但是这并不代表 Java 中没有这种机制，在 Java 中 Object 类的 clone()方法就是这种机制的体现。而且通过以上三种方式对 Java 对象进行的操作都是对引用的操作，不像 C++ 里面是对原对象的操作，因此 Java 中也不需要考虑需要使用复制构造函数这种问题。

13、Java支持多继承么？

Java 中类不支持多继承，只支持单继承（即一个类只有一个父类）。但是 Java 中的接口支持多继承，，即一个子接口可以有多个父接口。（接口的作用是用来扩展对象的功能，一个子接口继承多个父接口，说明子接口扩展了多个功能，当类实现接口时，类就扩展了相应的功能）。

14、什么是值传递和引用传递？

值传递是对基本型变量而言的,传递的是该变量的一个副本,改变副本不影响原变量. 引用传递一般是对于引用型变量而言的,传递的是该对象地址的一个副本, 并不是原对象本身。一般认为,Java 内的基础类型数据传递都是值传递. Java 中实例对象的传递是引用传递

Java 编程语言只有值传递参数。当一个对象实例作为一个参数被传递到方法中时，参数的值就是该对象的引用的一个副本。指向同一个对象,对象的内容可以在被调用的方法中改变，但对象的引用(不是引用的副本)是永远不会改变的。

当基本型变量作为参数传递到方法中时，参数的值是该变量的副本，改变副本不影响原变量。

StringBuilder sb = new StringBuilder("iphone");
void foo(StringBuilder builder) {
    builder = new StringBuilder("ipad");
}
foo(sb); // sb 没有被改变，还是 "iphone"。
复制代码

推荐阅读： Java中只有按值传递，没有按引用传递！

15、== 和 equals 的区别是什么？

基本数据类型，也称原始数据类型。byte,short,char,int,long,float,double,boolean 它们之间的比较，应用双等号（==）,比较的是它们的值。

复合数据类型(类)。当它们用双等号进行比较的时候，比较的是它们在内存中的存放地址，所以，除非是同一个 new 出来的对象，它们的比较后的结果为 true，否则比较后结果为 false。 Java 当中所有的类都是继承于 Object 这个基类的，在 Object 中的基类中定义了一个 equals 的方法，这个方法的初始行为是比较对象的内存地址，但在一些类库当中这个方法被覆盖掉了，如 String,Integer,Date 在这些类当中 equals 有其自身的实现（在重写 equals 方法的时候，有必要重写对象的 hashCode 方法，从而保证程序完整性），而不再是比较类在堆内存中的存放地址了。

16、为什么重写 equals 时必须重写 hashCode 方法？

hashCode（）与equals（）的相关规定：

如果两个对象相等（即用 equals 比较返回 true），则 hashcode 一定也是相同的;
两个对象有相同的 hashcode 值，它们也不一定是相等的（不同的对象也可能产生相同的 hashcode，概率性问题）;
equals 方法被覆盖过，则 hashCode 方法也必须被覆盖。

为什么要有 hashCode?

我们先以“HashSet 如何检查重复”为例子来说明为什么要有 hashCode：当你把对象加入 HashSet 时，HashSet 会先计算对象的 hashcode 值来判断对象加入的位置，同时也会与其他已经加入的对象的 hashcode 值作比较，如果没有相同的 hashcode，HashSet 会假设对象没有重复出现。但是如果发现有相同 hashcode 值的对象，这时会调用 equals（）方法来检查 hashcode 相等的对象是否真的相同。如果两者相同，HashSet 就不会让其加入操作成功。如果不同的话，就会重新散列到其他位置。（摘自我的Java启蒙书《Head first java》第二版）。这样我们就大大减少了 equals 的次数，相应就大大提高了执行速度。

通过我们可以看出：hashCode() 的作用就是获取哈希码，也称为散列码；它实际上是返回一个 int 整数。这个哈希码的作用是确定该对象在哈希表中的索引位置。hashCode()在散列表中才有用，在其它情况下没用。在散列表中 hashCode() 的作用是获取对象的散列码，进而确定该对象在散列表中的位置。

继续上面的话题，为什么必须要重写 hashcode 方法，其实简单的说就是为了保证同一个对象，保证在 equals 相同的情况下 hashcode 值必定相同，如果重写了 equals 而未重写 hashcode 方法，可能就会出现两个没有关系的对象 equals 相同的（因为 equals 都是根据对象的特征进行重写的），但 hashcode 确实不相同的。

17、final 在 Java 中有什么作用？

当用 final 修饰一个类时，表明这个类不能被继承。
final 修饰的方法不能被重写。
final 修饰的变量叫常量，常量必须初始化，初始化之后值就不能被修改。

18、java 中操作字符串都有哪些类？它们之间有什么区别？

操作字符串的类有： String 、 StringBuffer 、 StringBuilder 。

String 和 StringBuffer、StringBuilder 的区别在于 String 声明的是不可变的对象，每次操作都会生成新的 String 对象，然后将指针指向新的 String 对象，而 StringBuffer、StringBuilder 可以在原有对象的基础上进行操作，所以在经常改变字符串内容的情况下最好不要使用 String。

StringBuffer 和 StringBuilder 最大的区别在于，StringBuffer 是线程安全的，而 StringBuilder 是非线程安全的，但 StringBuilder 的性能却高于 StringBuffer，所以在单线程环境下推荐使用 StringBuilder，多线程环境下推荐使用 StringBuffer。

19、如何将字符串反转？

使用 StringBuilder 或者 stringBuffer 的 reverse() 方法。

20、String 类的常用方法都有那些？

indexOf()：返回指定字符的索引。
charAt()：返回指定索引处的字符。
replace()：字符串替换。
trim()：去除字符串两端空白。
split()：分割字符串，返回一个分割后的字符串数组。
getBytes()：返回字符串的 byte 类型数组。
length()：返回字符串长度。
toLowerCase()：将字符串转成小写字母。
toUpperCase()：将字符串转成大写字符。
substring()：截取字符串。
equals()：字符串比较

21、int和Integer有什么区别？

public class Test03 {

    public static void main(String[] args) {
        Integer f1 = 100, f2 = 100, f3 = 150, f4 = 150;

        System.out.println(f1 == f2);
        System.out.println(f3 == f4);
    }

//结果
true
false
复制代码

Java 在编译 Integer i = 100 ;时，会翻译成为 Integer i = Integer.valueOf(100)。根据 Java API 中对 Integer 类型的 valueOf 的定义可知，当数值在[-128,127]范围内时，Integer 对象会存储在缓存中，f1 和 f2 都指向的是缓存中同一个对象，而不会 new 个新对象。反之如果不在该范围内，f3 和 f4 指向两个不同的对象。

22、静态嵌套类（Static Nested Class）和内部类（Inner Class）的不同？

Static Nested Class 是被声明为静态（static）的内部类，它可以不依赖于外部类实例被实例化。而通常的内部类需要在外部类实例化后才能实例化。

class Outer {

    class Inner {}

    public static void foo() { 
        new Inner(); //编译报错
    }

    public void bar() { 
        new Inner(); 
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Inner();//编译报错
    }
}
复制代码

Java 中非静态内部类对象的创建要依赖其外部类对象，上述代码中 foo 和 main 方法都是静态方法，静态方法中没有 this，也就是说没有所谓的外部类对象，因此无法创建内部类对象，如果要在静态方法中创建内部类对象，可以这样做：new Outer().new Inner();

23、接口和抽象类的区别和相同点是什么？

接口和抽象类的区别

从设计层面来说，抽象是对类的抽象，是一种模板设计，接口是行为的抽象，是一种行为的规范。
定义接口的关键字是 interface ，抽象类的关键字是 abstract class
接口中所有的方法隐含的都是抽象的。而抽象类则可以同时包含抽象和非抽象的方法。
类可以实现很多个接口，但是只能继承一个抽象类
Java 接口中声明的变量默认都是 final 的。抽象类可以包含非 final 的变量。
Java 接口中的成员函数默认是 public 的。抽象类的成员函数可以是 private，protected 或者是 public。

相同点：

接口是绝对抽象的，不可以被实例化，抽象类也不可以被实例化。
类可以不实现抽象类和接口声明的所有方法，当然，在这种情况下，类也必须得声明成是抽象的。

24、普通类和抽象类有哪些区别？

普通类不能包含抽象方法，抽象类可以包含抽象方法。

抽象类不能直接实例化，普通类可以直接实例化。

25、抽象类能使用 final 修饰吗？

不能，定义抽象类就是让其他类继承的，如果定义为 final 该类就不能被继承，这样彼此就会产生矛盾，所以 final 不能修饰抽象类。

26、抽象的（abstract）方法是否可同时是静态的（static），是否可同时是本地方法（native），是否可同时被 synchronized 修饰？

都不能。抽象方法需要子类重写，而静态的方法是无法被重写的，因此二者是矛盾的。本地方法是由本地代码（如 C 代码）实现的方法，而抽象方法是没有实现的，也是矛盾的。synchronized 和方法的实现细节有关，抽象方法不涉及实现细节，因此也是相互矛盾的。

27、Java 有没有 goto？

goto 是 Java 中的保留字，在目前版本的 Java 中没有使用。

28、&和&&的区别？

&运算符有两种用法：(1)按位与；(2)逻辑与。&&运算符是短路与运算。逻辑与跟短路与的差别是非常巨大的，虽然二者都要求运算符左右两端的布尔值都是 true 整个表达式的值才是 true。&&之所以称为短路运算是因为，如果&&左边的表达式的值是 false，右边的表达式会被直接短路掉，不会进行运算。注意：逻辑或运算符（|）和短路或运算符（||）的差别也是如此。

29、Java 中 IO 流分为几种？

按功能来分：输入流（input）、输出流（output）。
按类型来分：字节流和字符流。
按照流的角色划分为节点流和处理流。

字节流和字符流的区别是：字节流按 8 位传输以字节为单位输入输出数据，字符流按 16 位传输以字符为单位输入输出数据。

节点流：可以从或向一个特定的地方（节点）读写数据。如 FileReader。处理流：是对一个已存在的流的连接和封装，通过所封装的流的功能调用实现数据读写。如 BufferedReader。处理流的构造方法总是要带一个其他的流对象做参数。一个流对象经过其他流的多次包装，称为流的链接。

推荐阅读： JAVA的节点流和处理流

Java IO 流共涉及 40 多个类，这些类看上去很杂乱，但实际上很有规则，而且彼此之间存在非常紧密的联系， Java I0 流的 40 多个类都是从如下 4 个抽象类基类中派生出来的。

InputStream/Reader : 所有输入流的基类，前者是字节输入流，后者是字符输入流。
OutputStream/Writer : 所有输出流的基类，前者是字节输出流，后者是字符输出流。

按操作方式分类结构图：

按操作对象分类结构图:

30、BIO、NIO、AIO 有什么区别？

BIO： Block IO 同步阻塞式 IO ，就是我们平常使用的传统 IO，它的特点是模式简单使用方便，并发处理能力低。
NIO： New IO 同步非阻塞 IO ，是传统 IO 的升级，客户端和服务器端通过 Channel（通道）通讯，实现了多路复用。在Java 1.4 中引入了 NIO 框架，对应 java.nio 包，提供了 Channel , Selector，Buffer等抽象。NIO中的N可以理解为Non-blocking，不单纯是New。它支持面向缓冲的，基于通道的I/O操作方法。 NIO提供了与传统BIO模型中的 Socket 和 ServerSocket 相对应的 SocketChannel 和 ServerSocketChannel 两种不同的套接字通道实现,两种通道都支持阻塞和非阻塞两种模式。对于高负载、高并发的（网络）应用，应使用 NIO 的非阻塞模式来开发。
AIO：Asynchronous IO 是 NIO 的升级，也叫 NIO2，在 Java 7 中引入了 NIO 的改进版 NIO 2,它是 异步非阻塞的IO 模型。异步 IO 是基于事件和回调机制实现的，也就是应用操作之后会直接返回，不会堵塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。AIO 是异步 IO 的缩写，虽然 NIO 在网络操作中，提供了非阻塞的方法，但是 NIO 的 IO 行为还是同步的。对于 NIO 来说，我们的业务线程是在 IO 操作准备好时，得到通知，接着就由这个线程自行进行 IO 操作，IO操作本身是同步的。