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Java 基础概念

Java 的特点

Java 主要有以下特点：

• 平台无关性：Java 的"编写一次，运行无处不在"哲学是其最大的特点之一。Java 编译器将源代码编译成字节码（bytecode），该字节码可以在任何安装了 Java 虚拟机（JVM）的系统上运行。
• 面向对象：Java 是一门严格的面向对象编程语言，几乎一切都是对象。面向对象编程（OOP）特性使得代码更易于维护和重用，包括类（class）、对象（object）、继承（inheritance）、多态（polymorphism）、抽象（abstraction）和封装（encapsulation）。
• 内存管理：Java 有自己的垃圾回收机制，自动管理内存和回收不再使用的对象。这样，开发者不需要手动管理内存，从而减少内存泄漏和其他内存相关的问题。

Java 的优势和劣势

优势：

• 跨平台性：JVM 的存在，一次编写到处运行
• 面向对象：从设计之初就是 OOP 的
• 强大的生态系统：Spring 框架、Hibernate 等丰富的库和工具
• 内存管理：自动垃圾回收机制，减少内存泄漏问题
• 多线程支持：内置的线程机制，方便并发编程
• 安全性：Java 有安全模型，比如沙箱机制
• 稳定性：企业级应用长期使用，版本更新注重向后兼容

劣势：

• 性能开销：相比 C++或 Rust 等原生编译语言，JVM 有一定开销
• 语法繁琐：样板代码多，相比 Python 等语言不够简洁
• 内存消耗：JVM 本身占内存，对资源有限的环境不够友好
• 开发效率：相比动态语言，需要更多代码和编译时间

Java 跨平台原理

Java 能支持跨平台，主要依赖于 JVM。

JVM 是一个软件，不同的平台有不同的版本。我们编写的 Java 源码，编译后会生成一种.class 文件，称为字节码文件。Java 虚拟机就是负责将字节码文件翻译成特定平台下的机器码然后运行。

这个过程中，我们编写的 Java 程序没有做任何改变，仅仅是通过 JVM 这一"中间层"，就能在不同平台上运行，真正实现了"一次编译，到处运行"的目的。

JVM、JDK、JRE 三者关系

它们之间的关系如下：

• JVM是 Java 虚拟机，是 Java 程序运行的环境。它负责将 Java 字节码解释或编译成机器码，并执行程序。
• JDK是 Java 开发工具包，是开发 Java 程序所需的工具集合。它包含了 JVM、编译器（javac）、调试器（jdb）等开发工具。
• JRE是 Java 运行时环境，是 Java 程序运行所需的最小环境。它包含了 JVM 和一组 Java 类库。

编译型语言和解释型语言的区别

• 编译型语言：在程序执行之前，整个源代码会被编译成机器码或者字节码，生成可执行文件。执行时直接运行编译后的代码，速度快，但跨平台性较差。
• 解释型语言：在程序执行时，逐行解释执行源代码，不生成独立的可执行文件。通常由解释器动态解释并执行代码，跨平台性好，但执行速度相对较慢。

值传递和引用传递

在 Java 中，参数传递只有值传递一种方式：

• 基本类型：传递的是实际值的副本，修改方法内的参数副本，不会影响原变量的值
• 引用类型：传递的是对象引用的副本，通过副本可修改对象内容，但无法改变原引用的指向

数据类型

八种基本数据类型

Java 支持的数据类型分为两类：基本数据类型和引用数据类型。

基本数据类型共有 8 种：

数据类型	占用大小（字节）	位数	取值范围	默认值	描述
byte	1	8	-128 到 127	0	最小的整数类型
short	2	16	-32768 到 32767	0	较少使用的整数类型
int	4	32	-2^31 到 2^31-1	0	常用的整数类型
long	8	64	-2^63 到 2^63-1	0L	长整数类型
float	4	32	IEEE 754	0.0f	单精度浮点数
double	8	64	IEEE 754	0.0d	双精度浮点数
char	2	16	0 到 65535	'\u0000'	字符类型
boolean	1	8	true/false	false	布尔类型

装箱和拆箱

• 装箱：将基本类型转换为对应的包装类对象
• 拆箱：将包装类对象转换为对应的基本类型

Java 提供了自动装箱和拆箱机制，简化了基本类型和包装类之间的转换。

Integer 缓存机制

Integer 类对-128 到 127 之间的整数进行了缓存，这个范围内的 Integer 对象会被重用，而不是创建新的对象。

面向对象

面向对象三大特性

• 封装：将数据和操作数据的方法绑定在一起，隐藏内部实现细节
• 继承：子类可以继承父类的属性和方法，实现代码复用
• 多态：同一个接口可以有多种不同的实现方式

抽象类和接口的区别

特性	抽象类	接口
关键字	abstract class	interface
继承	单继承	多实现
方法	可以有抽象方法和具体方法	默认抽象方法（Java 8 后可有默认方法）
变量	可以有实例变量	只能有常量（public static final）
构造方法	可以有构造方法	不能有构造方法

重载与重写的区别

• 重载（Overload）：同一个类中，方法名相同但参数不同
• 重写（Override）：子类重新定义父类中的方法，方法签名必须相同

关键字

final 关键字

• 修饰类：类不能被继承
• 修饰方法：方法不能被重写
• 修饰变量：变量不能被重新赋值

static 关键字

• 修饰变量：类变量，所有实例共享
• 修饰方法：类方法，可以直接通过类名调用
• 修饰代码块：静态代码块，类加载时执行

异常处理

Java 异常体系

Java 异常分为两大类：

• 检查异常（Checked Exception）：编译时必须处理的异常
• 运行时异常（Runtime Exception）：运行时可能出现的异常

异常处理机制

• try-catch：捕获和处理异常
• finally：无论是否发生异常都会执行的代码块
• throw：手动抛出异常
• throws：声明方法可能抛出的异常

Java 新特性

Java 8 新特性

• Lambda 表达式：函数式编程支持
• Stream API：集合的流式处理
• Optional 类：避免空指针异常
• 新的日期时间 API：LocalDate、LocalTime 等
• 接口默认方法：接口可以有默认实现

Lambda 表达式

Lambda 表达式是 Java 8 引入的重要特性，它允许我们将函数作为参数传递，简化了代码编写。

// 传统写法
List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "c");
list.forEach(new Consumer<String>() {
    @Override
    public void accept(String s) {
        System.out.println(s);
    }
});

// Lambda表达式
list.forEach(s -> System.out.println(s));

Stream API

Stream API 提供了一种声明式的数据处理方式：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
List<Integer> result = numbers.stream()
    .filter(n -> n % 2 == 0)
    .map(n -> n * 2)
    .collect(Collectors.toList());

I/O 操作

BIO、NIO、AIO 的区别

• BIO（Blocking I/O）：传统的阻塞式 I/O，一个连接一个线程
• NIO（Non-blocking I/O）：非阻塞 I/O，基于多路复用，一个线程处理多个连接
• AIO（Asynchronous I/O）：异步 I/O，基于事件和回调机制

NIO 核心组件

• Channel（通道）：数据传输的管道
• Buffer（缓冲区）：数据的容器
• Selector（选择器）：监听多个通道的事件

反射机制

什么是反射

反射是 Java 的一个重要特性，它允许程序在运行时检查和操作类、方法、字段等。

反射的应用场景

• 框架开发：Spring、Hibernate 等框架大量使用反射
• 动态代理：JDK 动态代理基于反射实现
• 注解处理：运行时处理注解
• 序列化：对象序列化和反序列化

设计模式

单例模式

使用 volatile 和 synchronized 实现线程安全的单例模式：

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

代理模式和适配器模式的区别

• 代理模式：主要关注控制对对象的访问，为其他对象提供代理以控制对这个对象的访问
• 适配器模式：用于接口转换，使不兼容的类能够一起工作

总结

本文档整理了 Java 面试中的核心知识点，涵盖了：

1. 基础概念：Java 特性、跨平台原理、JVM 相关概念
2. 数据类型：基本数据类型、包装类、装箱拆箱
3. 面向对象：三大特性、抽象类与接口、重载与重写
4. 关键字：final、static 等关键字的使用
5. 异常处理：异常体系和处理机制
6. 新特性：Java 8 的 Lambda 表达式、Stream API 等
7. I/O 操作：BIO、NIO、AIO 的区别和应用
8. 反射机制：反射的原理和应用场景
9. 设计模式：常见设计模式的实现

这些知识点是 Java 开发者必须掌握的基础内容，也是面试中经常被问到的重点。通过系统学习这些内容，可以帮助开发者建立扎实的 Java 基础，为进一步学习框架和高级特性打下良好基础。

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贡献者: paiad