Java基础知识总结（中）

本文部分内容节选自Java Guide, 地址: https://javaguide.cn/java/basis/java-basic-questions-02.html

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面向对象基础

对象相等和引用相等的区别

对象相等一般比较的是存储在内存中的内容是否相等
引用相等一般比较的是内存地址是否相等

请看代码示例

String str1 = "hello";
String str2 = new String("hello");
String str3 = "hello";// '=='比较的是引用
System.out.println(str1 == str2);
System.out.println(str1 == str3);
// 'equals()'比较的是对象
System.out.println(str1.equals(str2));
System.out.println(str1.equals(str3));

输出结果如下

false
true
true
true

从上面的代码输出结果可以看出：

str1 和 str2 不相等, 而 str1 和 str3 相等. 这是因为 == 运算符比较的是字符串的引用是否相等
str1、 str2、str3 三者的内容都相等. 这是因为equals 方法比较的是字符串的内容, 即使这些字符串的对象引用不同, 只要它们的内容相等, 就认为它们是相等的

如果一个类没有声明构造方法, 该程序能正确运行吗?

答案是可以的

假如一个类没有声明构造方法, 它也会有一个默认的不带参数的构造方法. 但是请注意, 如果我们声明了一个含参数的构造方法, 那么就不会自动生成默认不带参数构造方法了

构造函数有哪些特点? 是否能被override?

特点如下:

名字和类名相同
没有返回值, 但这不意味着可以用 void 声明构造函数, 构造函数不能用 void 声明
不需要手动调用构造函数, 在生成类的对象的时候会自动调用

构造函数不能被override (重写), 但是可以被overload (重载)

面向对象三大特征?

封装

封装是指把一个对象的状态信息（也就是属性）隐藏在对象内部，不允许外部对象直接访问对象的内部信息。但是可以提供一些可以被外界访问的方法来操作属性。就好像我们看不到挂在墙上的空调的内部的零件信息（也就是属性），但是可以通过遥控器（方法）来控制空调。如果属性不想被外界访问，我们大可不必提供方法给外界访问。但是如果一个类没有提供给外界访问的方法，那么这个类也没有什么意义了。就好像如果没有空调遥控器，那么我们就无法操控空凋制冷，空调本身就没有意义了

public class Student {private int id;//id属性私有化private String name;//name属性私有化//获取id的方法public int getId() {return id;}//设置id的方法public void setId(int id) {this.id = id;}//获取name的方法public String getName() {return name;}//设置name的方法public void setName(String name) {this.name = name;}
}

继承

不同类型的对象，相互之间经常有一定数量的共同点。例如，小明同学、小红同学、小李同学，都共享学生的特性（班级、学号等）。同时，每一个对象还定义了额外的特性使得他们与众不同。例如小明的数学比较好，小红的性格惹人喜爱；小李的力气比较大。继承是使用已存在的类的定义作为基础建立新类的技术，新类的定义可以增加新的数据或新的功能，也可以用父类的功能，但不能选择性地继承父类。通过使用继承，可以快速地创建新的类，可以提高代码的重用，程序的可维护性，节省大量创建新类的时间，提高我们的开发效率。

子类拥有父类对象所有的属性和方法(包括私有的), 但是父类的私有属性和私有方法子类不能访问, 只是拥有而已
子类可以拥有自己的属性和方法
子类可以用自己的方式实现父类的方法

多态

多态, 顾名思义就是一个对象具有多种状态, 具体表现为父类的引用指向子类的实例

多态的特点

对象类型和引用类型之间具有继承/实现的关系
引用类型变量发出的方法调用的到底是哪个类中的方法, 必须在程序运行期间才能确定
多态不能调用"只在子类存在但父类不存在"的方法
如果子类重写了父类的方法, 真正执行的是子类覆盖的方法, 如果子类没有重写父类方法, 那么执行的是父类的方法

接口和抽象类有什么共同点和区别?

共同点

都不能被实例化
都可以包含抽象方法
都可以有默认实现的方法( Java 8 可以用 default 关键字在接口中定义默认方法)

区别

接口主要是对类的行为进行约束, 实现了某个接口就有了对应的行为, 抽象类主要用于代码复用, 强调的是所属关系
一个类只能继承一个类, 但是可以实现多个接口
接口中的成员变量只能是 public static final 类型的, 不能被修改且必须有初始值, 而抽象类的成员变量默认default, 可在子类中重新定义, 也可被重新赋值

深拷贝和浅拷贝了解吗? 什么是引用拷贝?

浅拷贝 : 浅拷贝会在堆上创建一个新对象(区别于引用拷贝的一点), 不过如果原对象内部的属性是引用类型的话, 浅拷贝会直接复制内部对象的引用地址, 也就是说拷贝对象和原对象共用同一个内部对象
深拷贝 : 深拷贝会完全复制整个对象, 包括这个对象所包含的内部对象
引用拷贝 : 两个不同的引用指向同一个对象

Object

Object类的常见方法有哪些?

Object类是一种特殊的类, 是所有类的父类, 主要提供以下方法

/*** native 方法，用于返回当前运行时对象的 Class 对象，使用了 final 关键字修饰，故不允许子类重写。*/
public final native Class<?> getClass()
/*** native 方法，用于返回对象的哈希码，主要使用在哈希表中，比如 JDK 中的HashMap。*/
public native int hashCode()
/*** 用于比较 2 个对象的内存地址是否相等，String 类对该方法进行了重写以用于比较字符串的值是否相等。*/
public boolean equals(Object obj)
/*** native 方法，用于创建并返回当前对象的一份拷贝。*/
protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException
/*** 返回类的名字实例的哈希码的 16 进制的字符串。建议 Object 所有的子类都重写这个方法。*/
public String toString()
/*** native 方法，并且不能重写。唤醒一个在此对象监视器上等待的线程(监视器相当于就是锁的概念)。如果有多个线程在等待只会任意唤醒一个。*/
public final native void notify()
/*** native 方法，并且不能重写。跟 notify 一样，唯一的区别就是会唤醒在此对象监视器上等待的所有线程，而不是一个线程。*/
public final native void notifyAll()
/*** native方法，并且不能重写。暂停线程的执行。注意：sleep 方法没有释放锁，而 wait 方法释放了锁 ，timeout 是等待时间。*/
public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException
/*** 多了 nanos 参数，这个参数表示额外时间（以纳秒为单位，范围是 0-999999）。 所以超时的时间还需要加上 nanos 纳秒。。*/
public final void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException
/*** 跟之前的2个wait方法一样，只不过该方法一直等待，没有超时时间这个概念*/
public final void wait() throws InterruptedException
/*** 实例被垃圾回收器回收的时候触发的操作*/
protected void finalize() throws Throwable { }

== 和 equals() 的区别

== 对于引用类型和基本类型的作用是不同的

对于引用类型, == 比较的是内存地址
对于基本类型, == 比较的是值

因为 Java 只有值传递, 所以对于 == 来说, 不管是比较基本数据类型还是引用数据类型的变量, 其本质比较的都是值, 只不过引用类型变量存的值是对象的地址

equals() 不能用于判断基本数据类型的变量, 只能用于判断两个对象是否相等. equals() 方法存在于 Object 类中, 而 Object 类是所有类的直接或间接父类, 因此所有的类都有 equals() 方法

equals() 方法存在两种使用情况:

类没有重写 equals() 方法 : 通过equals()比较该类的两个对象时，等价于通过“==”比较这两个对象，使用的默认是 Object类equals()方法。
类重写了 equals() 方法 : 一般我们都重写 equals()方法来比较两个对象中的属性是否相等；若它们的属性相等，则返回 true(即，认为这两个对象相等)。

hashCode() 有什么用?

hashCode() 的作用是获取哈希码（int 整数），也称为散列码。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() 定义在 Object 类中, 这就意味着 Java 中的任何类都包含有 hashCode() 函数

散列表存储的是键值对(key-value), 它的特点是：能根据“键”快速的检索出对应的“值”. 这其中就利用到了散列码!（可以快速找到所需要的对象)

为什么要有hashCode()?

在一些容器中(例如 HashMap , HashSet ), 有了 hashCode() 之后, 判断元素是否在容器中的效率会更高

先用 hashCode() 判断, 如果一个 hashCode 对应有多个对象, 它会继续使用 equals() 来判断是否真的相同

为什么不只提供hashCode() 方法?

因为可能存在哈希碰撞 (什么是哈希碰撞? 这是数据结构与算法的内容, 自己回去补数据结构与算法吧 ) 的情况, 即多个不同的对象对应到同一个哈希值, 为了避免不同对象有相同哈希值导致误判为同一对象, 必须再提供一个 equals() 方法

简单来说就是

如果两个对象的哈希值相等, 那么这两个对象不一定相等, 需要用 equals() 方法再做一次判断
如果两个对象哈希值不等, 那么这两个对象一定不相等
如果两个对象的哈希值相等且equals() 返回 true , 这两个对象是相等的

为什么重写 equals() 方法时必须重写 hashCode() 方法?

因为两个相等的对象的哈希值必须是相等的, 也就是说如果equals() 返回true, 说明这两个对象的哈希值也必须是相等的, 所以必须重写 hashCode()

如果重写了 equals() 方法却没重写 hashCode() 方法, 那么就会出现一种情况: equals() 返回true(两个对象应该是相等的) , 但是 hashCode() 的返回值也就是哈希值不一定相等

如果重写了 equals() 但是没有重写 hashCode() , 却使用了 HashMap 呢? 假设重写了 equals() 方法, 没有重写 hashCode() 方法, 那么会出现这样的情况: 两个对象在 equals() 方法返回了true, 但是它们的哈希值不同, 这就有可能两个相同的对象重复存储在了一个 HashMap 里面 (因为它们的哈希值不同, 存储的位置是不一样的)

String

String, StringBuffer, StringBuilder的区别?

可变性

String 是不可变的

StringBuilder 与 StringBuffer 都继承自 AbstractStringBuilder 类, 在 AbstractStringBuilder 中也是使用字符数组保存字符串, 不过没有使用 final 和 private 关键字修饰, 最关键的是这个 AbstractStringBuilder 类还提供了很多修改字符串的方法比如 append 方法.

abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {char[] value;public AbstractStringBuilder append(String str) {if (str == null)return appendNull();int len = str.length();ensureCapacityInternal(count + len);str.getChars(0, len, value, count);count += len;return this;}//...
}

线程安全性

String 中的对象是不可变的, 也就可以理解为常量, 线程安全. AbstractStringBuilder 是 StringBuilder 与 StringBuffer 的公共父类, 定义了一些字符串的基本操作, 如 expandCapacity、append、insert、indexOf 等公共方法. StringBuffer 对方法加了同步锁或者对调用的方法加了同步锁, 所以是线程安全的. StringBuilder 并没有对方法进行加同步锁, 所以是非线程安全的。

性能

每次对 String 类型进行改变的时候，都会生成一个新的 String 对象，然后将指针指向新的 String 对象。StringBuffer 每次都会对 StringBuffer 对象本身进行操作，而不是生成新的对象并改变对象引用。相同情况下使用 StringBuilder 相比使用 StringBuffer 仅能获得 10%~15% 左右的性能提升，但却要冒多线程不安全的风险。

对于三者使用的总结

操作少量数据: 使用 String
单线程操作大量数据: 使用 StringBuilder
多线程操作大量数据: 使用 StringBuffer

String为什么是不可变的

保存字符串的数组被 final 修饰且私有的, 并且 String 类没有提供修改字符串的方法
String 类被 final 修饰所以它不能被继承, 进而避免子类破坏 String 不可变的情况

字符串拼接用 “+” 还是用 StringBuilder?

其实都可以

在 String 中, “+” 和 “+=” 两个运算符其实是通过 StringBuilder 调用 append() 方法实现的, 拼接完成之后再调用一个 toString() 方法返回一个 String. 学过C++的应该会意识到这里出现了重载运算符, 没错这两个运算符也是 Java 唯二的重载运算符

在 JDK9 之前, 如果在循环内使用 “+” 进行字符串拼接, 会导致产生大量的 StringBuilder . 所以在 JDK9 之前, 建议用 StringBuilder 进行拼接

当然, 现在这个问题已经解决了. JDK9 中, 字符串相加改为用动态方法 makeConcatWithConstants() 来实现, 这样就不会导致产生大量的 StringBuilder 了

String中的 equals() 和 Object中的 equals() 有什么区别?

String 中的 equals 方法是被重写过的, 比较的是 String 字符串的值是否相等. Object 的 equals 方法是比较的对象的内存地址

String s1 = new String(“abc”); 这句话创建了几个字符串?

1个或者2个

假如字符串常量池中没有 “abc” 的引用, 那么就会产生两个字符串对象, 其中一个存在字符串常量池
假如字符串常量池中有 “abc” 的引用, 那么只会在堆中创建一个字符串对象

String的intern方法有什么作用?

String.intern() 是一个 native（本地）方法, 其作用是将指定的字符串对象的引用保存在字符串常量池中, 可以简单分为两种情况：

如果字符串常量池中保存了对应的字符串对象的引用, 就直接返回该引用
如果字符串常量池中没有保存了对应的字符串对象的引用, 那就在常量池中创建一个指向该字符串对象的引用并返回

// 在堆中创建字符串对象”Java“
// 将字符串对象”Java“的引用保存在字符串常量池中
String s1 = "Java";
// 直接返回字符串常量池中字符串对象”Java“对应的引用
String s2 = s1.intern();
// 会在堆中在单独创建一个字符串对象
String s3 = new String("Java");
// 直接返回字符串常量池中字符串对象”Java“对应的引用
String s4 = s3.intern();
// s1 和 s2 指向的是堆中的同一个对象
System.out.println(s1 == s2); // true
// s3 和 s4 指向的是堆中不同的对象
System.out.println(s3 == s4); // false
// s1 和 s4 指向的是堆中的同一个对象
System.out.println(s1 == s4); //true