【Java 基础】核心知识点梳理

ajsbxi2025-10-19 23:00

Java 基础核心知识点梳理

一、Java 核心特性

Java 之所以成为后端开发的主流语言，核心源于其四大核心特性，也是面试高频考点：

1. 平台无关性（跨平台）

  • 核心原理：Java 源代码（.java）经编译器（javac）编译为字节码（.class），字节码不依赖具体操作系统，仅需运行在安装了 Java 虚拟机（JVM）的环境中，由 JVM 将字节码解释 / 编译为机器码执行。
  • 关键优势：一次编译，多处运行，解决了传统语言（如 C++）需针对不同系统重新编译的问题。
  • 注意：跨平台的是字节码，而非 JVM 本身 ------JVM 需针对 Windows、Linux、Mac 等系统单独实现。

2. 面向对象（OOP）

  • 核心思想：将现实世界的事物抽象为 "对象"，对象包含 "属性"（数据）和 "行为"（方法），以对象为中心组织代码，提高复用性和可维护性。
  • 三大核心特性：封装、继承、多态（详情见下文）。
  • 关键说明：Java 是 "几乎纯面向对象" 的语言，仅基本数据类型（int、long 等）不是对象，其余皆为对象或对象的引用。

3. 自动内存管理（垃圾回收 GC）

  • 核心作用 ：JVM 自动管理对象的内存分配与回收，无需开发者手动调用free()或delete释放内存，减少内存泄漏风险。
  • 核心原理：通过垃圾回收器（如 G1、ZGC）识别 "不再被引用的对象"，并在合适时机释放其占用的内存。
  • 注意 ：GC 并非实时执行，开发者可通过System.gc()建议 JVM 执行 GC，但无法强制。

4. 其他重要特性

  • 安全性：自带安全管理器，限制恶意代码的权限（如文件读写、网络访问）；
  • 多线程支持：内置Thread类、synchronized关键字等，简化多线程编程；
  • 丰富的类库：提供 java.lang、java.util、java.io 等核心类库，覆盖数据结构、IO、网络等常见场景。

二、JDK、JRE、JVM 的关系

三者是 Java 开发 / 运行的核心环境，需明确区分其职责与包含关系：

组件 中文名称 核心组成 核心用途
JDK Java 开发工具包 JRE + 开发工具（javac 编译器、javadoc 文档生成器、jdb 调试器等） Java 程序的开发、编译、测试、运行
JRE Java 运行时环境 JVM + 核心类库（java.lang、java.util 等） 仅支持 Java 程序的运行（无开发工具）
JVM Java 虚拟机 内存管理模块、垃圾回收模块、字节码执行引擎等 将字节码转换为机器码并执行，是跨平台的核心

核心关系：JDK ⊇ JRE ⊇ JVM

  • 开发时需安装 JDK（需编译代码）；
  • 仅运行 Java 程序时，安装 JRE 即可；
  • JVM 是跨平台的核心，但无法单独工作，依赖 JRE 提供的类库支持。

三、基本数据类型与类型转换

1. 基本数据类型（8 种）

类型 占用字节 范围 默认值
byte 1 -128 ~ 127 0
short 2 -32768 ~ 32767 0
int 4 -2³¹ ~ 2³¹-1 0
long 8 -2⁶³ ~ 2⁶³-1 0L
float 4 单精度浮点数 0.0f
double 8 双精度浮点数 0.0d
char 2 '\u0000' ~ '\uffff'（Unicode 字符） '\u0000'
boolean 1 true/false false

2. long 与 int 的互转

  • int → long（向上转型）：安全无数据丢失，支持直接赋值或显式强制转换。

    java 复制代码 
    int num = 100;
long longNum1 = num; // 直接赋值（推荐）
long longNum2 = (long) num; // 显式转换（冗余但合法）

  • long → int（向下转型）：可能溢出（long 范围远大于 int），必须显式强制转换，需手动确保数据在 int 范围内。

    java 复制代码 
    long longNum = 200L;
int num = (int) longNum; // 合法（200在int范围内）

long bigNum = 2147483648L; // 超过int最大值（2147483647）
int errorNum = (int) bigNum; // 溢出，结果为负数（不可预期）

四、面向对象核心（三大特性 + 设计原则）

1. 三大核心特性

（1）封装

  • 定义 ：将对象的属性（成员变量）和行为（方法）封装为一个整体，通过private修饰属性隐藏内部细节，仅提供public的 getter/setter 方法与外界交互。

  • 核心优势：提高代码安全性（防止属性被随意修改）、简化编程（外界无需关注内部实现）。

  • 示例：

    java 复制代码 
    public class User {
    private String name; // 私有属性（隐藏细节）
    
    // 提供公共接口与外界交互
    public String getName() {
        return name;
    }
    
    public void setName(String name) {
        // 可添加校验逻辑（如非空），增强安全性
        if (name != null && !name.isEmpty()) {
            this.name = name;
        }
    }
（2）继承

  • 定义：子类（SubClass）继承父类（SuperClass）的属性和方法，同时可扩展自身的属性和方法，是代码复用的核心手段。

  • 关键规则：

    • Java 单继承（一个子类只能有一个直接父类），但支持多层继承；
    • 子类通过extends关键字继承父类，通过super关键字调用父类的构造方法、属性或方法；
    • 父类的private成员子类无法直接访问，需通过父类提供的公共方法间接访问。

  • 示例：

    java 复制代码 
    public class Animal { // 父类
    public void eat() {
        System.out.println("动物进食");
    }
}

public class Dog extends Animal { // 子类继承父类
    @Override
    public void eat() { // 重写父类方法
        super.eat(); // 调用父类方法
        System.out.println("狗吃骨头");
    }
}
（3）多态
  • 定义：同一接口（或父类）的不同实现类，对同一消息作出不同响应。
  • 两种实现形式：
    • 编译时多态（重载 Overload）：同一类中，方法名相同、参数列表（类型 / 个数 / 顺序）不同，返回值可不同，编译时确定调用哪个方法；
    • 运行时多态（重写 Override）：子类重写父类的方法（方法名、参数列表、返回值完全一致），运行时 JVM 根据对象的实际类型调用对应方法。
  • 多态的前提 ：继承关系、方法重写、父类引用指向子类对象（Animal dog = new Dog();）。

2. 面向对象六大设计原则

原则 核心思想 通俗理解 示例
单一职责原则（SRP） 一个类只负责一项职责 一个类只做一件事，避免 "万能类" 员工类仅管理员工信息，不负责薪资计算（薪资计算单独写薪资类）
开放封闭原则（OCP） 对扩展开放，对修改封闭 新增功能通过扩展实现，不修改原有代码 新增图形类型（圆形→三角形），只需新增三角形类继承图形接口，不修改图形接口本身
里氏替换原则（LSP） 子类可替换父类，不影响程序正确性 子类不能破坏父类的行为约定 正方形不能继承矩形（修改矩形的宽高时，正方形的边长逻辑会冲突）
接口隔离原则（ISP） 接口应小而专，不依赖无用接口 避免 "臃肿接口"，按需暴露方法 无需让 "学生" 接口继承 "支付" 接口（学生未必需要支付功能）
依赖倒置原则（DIP） 依赖抽象，不依赖具体实现 高层模块和低层模块都依赖接口 / 抽象类 公司类依赖 "部门接口"，而非具体的 "技术部门" 类（可灵活替换为 "运营部门"）
最少知识原则（LOD） 一个对象仅与直接关联的对象交互 减少对象间的耦合，不依赖 "间接对象" 学生只需与班主任交互，无需直接与校长交互（通过班主任转达）

五、关键字核心用法（final、static 等）

1. final 关键字

final 用于限制 "不可变"，可修饰类、方法、变量，核心用法如下：

修饰对象 核心作用 注意事项
类 该类不能被继承 如String类（保证不可变性和安全性）
方法 该方法不能被子类重写 如Object.getClass()方法（避免子类修改对象类型判断逻辑）
基本类型变量 变量值不能重新赋值 final int num = 10; num = 20; // 编译错误
引用类型变量 引用不能指向新对象，但对象内容可修改 final User user = new User(); user.setName("李四"); // 合法；user = new User(); // 编译错误

2. static 关键字（补充）

  • 修饰变量：静态变量（类变量），属于类本身，所有对象共享，随类加载而初始化（仅初始化一次）；
  • 修饰方法：静态方法，属于类，可直接通过 "类名。方法名" 调用，不能访问非静态成员（无 this 指针）；
  • 修饰代码块：静态代码块，类加载时执行，用于初始化静态变量，仅执行一次。

六、对象拷贝（浅拷贝 vs 深拷贝）

1. 核心区别

类型 定义 特点
浅拷贝 仅拷贝对象本身，对象的属性（引用类型）仍指向原对象的引用 拷贝效率高，可能导致 "修改拷贝对象的属性，原对象属性也变化"
深拷贝 拷贝对象本身及所有引用类型属性，形成完全独立的新对象 拷贝后两个对象完全独立，无关联，但效率较低

2. 实现方式

  • 浅拷贝：实现

    复制代码 
    Cloneable

    接口，重写

    复制代码 
    clone()

    方法（默认是浅拷贝）；

    java 复制代码 
    public class User implements Cloneable {
    private String name;
    private Address address; // 引用类型
    
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone(); // 浅拷贝，address仍指向原对象
    }
}

  • 深拷贝：

    1. 递归实现Cloneable接口（对每个引用类型属性也进行拷贝）；
    2. 通过序列化（如 Jackson）将对象转为字节流，再反序列化为新对象（推荐，无需手动递归）。

七、反射机制

1. 核心定义

反射是 Java 的动态特性，允许程序在运行时：

  • 获取任意类的完整结构（类名、属性、方法、构造函数、注解等）；
  • 动态创建对象实例；
  • 动态调用对象的方法（包括私有方法）；
  • 动态修改对象的属性（包括私有属性）。

2. 核心 API（基于java.lang.reflect包）

类名 核心作用
Class 代表类的字节码对象，是反射的入口（通过Class.forName()、对象.getClass()、类名.class获取）
Field 代表类的属性，用于获取 / 修改属性值
Method 代表类的方法，用于动态调用方法
Constructor 代表类的构造函数，用于动态创建对象

3. 典型应用场景

  • 加载数据库驱动：Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver")（通过反射加载驱动类，注册到 JDBC）；
  • 框架核心：Spring IOC（通过配置文件动态加载 Bean，依赖反射创建对象）、MyBatis（通过反射映射数据库字段与 Java 对象属性）；
  • 配置文件解析：如读取 XML 配置的类名，动态创建实例。

4. 优缺点

  • 优点：灵活性高，降低代码耦合（如框架无需硬编码依赖具体类）；
  • 缺点：性能略低（反射需动态解析字节码）、破坏封装性（可访问私有成员）。

八、注解（Annotation）

1. 核心原理

  • 注解本质是继承了java.lang.annotation.Annotation的特殊接口，其具体实现类是 JVM 运行时生成的动态代理类；
  • 反射获取注解时，返回的是动态代理对象，调用注解的方法时，最终通过AnnotationInvocationHandler.invoke()方法从memberValues（存储注解属性的 Map）中获取值。

2. 核心分类（按作用域：RetentionPolicy）

作用域 核心特点 应用场景
SOURCE 仅保留在源码中，编译为字节码时删除 语法检查（如@Override、@SuppressWarnings）
CLASS 保留到字节码中，运行时不加载到 JVM 字节码增强（如 Lombok 注解）
RUNTIME 保留到运行时，可通过反射获取 框架注解（如 Spring@Autowired、MyBatis@Select）

3. 关键说明

  • 注解本身不具备业务逻辑，需通过 "注解解析器"（反射 + 逻辑处理）实现功能；
  • 仅RUNTIME级别的注解能通过反射解析，是开发中最常用的类型。

九、异常体系

1. 体系结构

Java 异常体系的根类是Throwable，其下分为两大子类：

plaintext 复制代码 
Throwable
├─ Error（错误）：JVM运行时的严重错误，程序无法处理，如OutOfMemoryError（内存溢出）、StackOverflowError（栈溢出）
└─ Exception（异常）：程序可处理的异常，分为两类
   ├─ 受检异常（编译时异常）：编译时必须捕获或声明抛出，如FileNotFoundException（文件不存在）、SQLException（数据库异常）
   └─ 非受检异常（运行时异常）：继承自`RuntimeException`，编译时无需强制处理，由程序逻辑错误导致，如NullPointerException（空指针）、ArrayIndexOutOfBoundsException（数组越界）、IllegalArgumentException（参数非法）

2. 异常处理方式

（1）主动抛出异常
  • throw：在方法内部手动抛出异常对象（如throw new NullPointerException("参数不能为空")）；
  • throws：在方法声明上声明该方法可能抛出的异常类型，将异常交给调用者处理（如public void readFile() throws FileNotFoundException）。
（2）捕获处理异常（try-catch-finally）
  • 执行顺序：
    1. 无异常：try → finally；
    2. 有异常：try → 匹配的 catch → finally；
  • 核心注意：
    • finally 块必定执行 （除非 JVM 退出，如System.exit(0)），常用于释放资源（关闭文件、数据库连接）；
    • catch 块可多个，需按 "异常子类→父类" 的顺序排列（否则编译错误）。
（3）自定义异常

继承Exception（受检异常）或RuntimeException（非受检异常），用于业务特定异常场景（如UserNotFoundException）。

十、集合遍历与迭代器

1. 集合遍历方式

遍历方式 适用场景 核心特点
迭代器（Iterator） 所有实现Iterable接口的集合（List、Set、Map 的 entrySet 等） 支持在遍历中安全删除元素（iterator.remove()）
增强 for 循环（forEach） 仅遍历元素，无需修改集合 底层依赖迭代器，代码简洁（for (String s : list) {}）
Lambda 表达式（Stream） 集合数据过滤、映射等复杂处理 支持并行处理，代码简洁（list.stream().filter(s -> s.length() > 3).collect(Collectors.toList())）
普通 for 循环（索引） List 集合（有索引） 可通过索引修改元素，支持逆序遍历

2. 迭代器（Iterator）核心

  • 核心思想：提供统一的遍历接口，屏蔽不同集合（数组、链表、哈希表）的底层数据结构差异，符合 "迭代器设计模式"；
  • 核心方法：
    • hasNext()：判断是否还有下一个元素；
    • next()：获取下一个元素（注意：需先调用hasNext()，否则抛出NoSuchElementException）；
    • remove()：删除当前遍历的元素（需在next()之后调用，且只能调用一次）；
  • 实现原理 ：每个集合类（如 ArrayList、LinkedList）通过内部类实现Iterator接口，结合自身数据结构定制遍历逻辑（如 ArrayList 用索引，LinkedList 用指针）。

十一、动态代理

动态代理是 "不修改目标类代码，增强目标类方法" 的核心技术，常用于框架（如 Spring AOP）。

1. 两种实现方式对比

特性 JDK 动态代理 Cglib 动态代理
核心原理 生成目标类所实现接口的代理类 生成目标类的子类（通过 ASM 字节码框架）
依赖条件 目标类必须实现接口 目标类不能是 final 类（否则无法继承）
方法增强 仅增强接口中声明的方法 增强目标类的所有非 final 方法
性能 JDK8 + 后性能接近 Cglib 早期性能优于 JDK，JDK 升级后差距缩小
核心 API java.lang.reflect.Proxy、InvocationHandler Cglib 的Enhancer、MethodInterceptor

2. 核心作用

  • 方法增强：在目标方法执行前后添加逻辑（如日志记录、权限校验、事务管理）；
  • 解耦：增强逻辑与目标类分离，无需修改目标类代码。

十二、Java 8 核心新特性

Java 8 是里程碑式版本，新增特性极大简化了代码，面试高频：

新特性 核心作用 示例
Lambda 表达式 简化匿名内部类，支持函数式编程 List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3); list.forEach(n -> System.out.println(n));
Stream API 集合数据的声明式处理（过滤、映射、聚合） list.stream().filter(n -> n % 2 == 0).sum(); // 求和偶数
函数式接口 仅含一个抽象方法的接口（@FunctionalInterface标记） Consumer<String> consumer = s -> System.out.println(s);
Optional 类 优雅处理空指针（避免NullPointerException） Optional.ofNullable(user).map(User::getName).orElse("默认名称");
方法引用 简化 Lambda 表达式（复用已有方法） list.forEach(System.out::println); // 等价于s -> System.out.println(s)

十三、序列化与反序列化

1. 核心目的

解决 "内存中对象的瞬时性" 与 "数据持久化 / 跨域传输" 的矛盾：

  • 持久化：将对象保存到文件、数据库等（如用户登录状态序列化到本地）；
  • 跨域传输：在网络中传输对象（如微服务间通过 JSON 传输数据）。

2. 实现方式

（1）Java 原生序列化
  • 核心要求：目标类实现java.io.Serializable接口（标记接口，无抽象方法）；
  • 核心 API：ObjectOutputStream（序列化，writeObject()）、ObjectInputStream（反序列化，readObject()）；
  • 关键注意：
    • 需显式声明serialVersionUID（序列化版本号），避免类结构修改后反序列化失败；
    • 缺点：仅支持 Java 语言，序列化后为二进制字节流，可读性差。
（2）JSON 序列化（现代开发首选）

  • 核心工具：Jackson、FastJSON 等框架；

  • 核心优势：跨语言（Java、Python、Go 等均可解析）、可读性强（文本格式）、无需实现接口；

  • 示例（Jackson）：

    java 复制代码 
    ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
User user = new User("张三", 25);
String json = mapper.writeValueAsString(user); // 序列化（对象→JSON字符串）
User user2 = mapper.readValue(json, User.class); // 反序列化（JSON→对象）

3. 序列化的注意事项

  • transient 关键字：修饰的属性不会被序列化（如密码字段）；
  • 静态变量：不会被序列化（属于类，而非对象）；
  • 循环引用：需通过注解（如 Jackson 的@JsonIgnore）避免序列化死循环。
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