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Java语言基础总结

1. Java的创建
   1. Java 的创立者

Java 语言主要由詹姆斯・高斯林（James Gosling）主导开发，他被称为 Java 之父，核心开发团队还有 Mike Sheridan 与 Patrick Naughton，团队隶属于 Sun Microsystems（太阳微系统公司）。

1. 1. Java 的由来

1991 年，Sun 公司启动了 Green 项目。项目最初目标是开发一套可以运行在机顶盒、各类智能家电等消费电子设备上的软件系统。当时 C、C++ 语言和硬件平台绑定紧密，嵌入式设备芯片种类繁多，代码移植十分困难，所以高斯林团队计划设计一种能够跨硬件平台运行的编程语言。项目最初设计出来的语言命名为 Oak，中文译为橡树，名字来源于高斯林办公室窗外的橡树。

等到项目准备注册商标的时候，团队发现 Oak 这个名称已经被其他公司注册，无法使用。团队经过讨论，选用 Java 作为新的语言名称，这个名字来源于印度尼西亚爪哇岛出产的咖啡，寓意像咖啡一样充满活力。

这个项目原本面向嵌入式家电市场，但市场推广并不顺利，项目一度停滞。90 年代中期互联网快速发展，团队发现 Java 天生具备跨平台的能力，十分适合互联网场景，于是开发了 Applet 网页小程序技术，可以把程序嵌入网页中运行，无论用户使用什么操作系统都可以访问。

1995 年 5 月 23 日，Sun 公司正式对外发布 Java 语言，提出了著名口号：一次编写，到处运行（Write Once, Run Anywhere）。Applet 技术让 Java 迅速在互联网领域走红。2009 年，甲骨文公司 Oracle 收购 Sun Microsystems，Java 的商标与相关版权归属甲骨文公司。现在除了官方 JDK 之外，还有开源版本 OpenJDK，也是 Java 主流的开源实现。Java 的语法参考了 C 语言和 C++，但并不是 C++ 的升级版本，开发团队主动去掉了 C++ 中复杂、容易出错的语法特性，重新完成语言设计。

1. 1. Java 的特点
2. 简单性

Java 借鉴了 C++ 的基础语法，学习门槛相对友好，同时移除了 C++ 很多容易产生程序错误的复杂机制。Java 取消了指针，程序员无法直接操作内存地址，避免野指针、内存越界等问题；不支持类的多继承，改用接口来实现多继承的效果，降低类结构的复杂度。Java 拥有垃圾回收机制 GC，系统会自动回收不再使用对象占用的内存，程序员不需要手动申请和释放内存，减少内存相关 bug。同时保留了 C、C++ 熟悉的分支、循环、运算符等基础语法。

1. 面向对象

Java 是一门纯面向对象的编程语言，具备面向对象三大核心特性：封装、继承、多态。封装是将类的属性和方法封装在一起，通过访问权限控制隐藏内部实现细节，只对外提供访问接口；继承可以让子类复用父类已经写好的代码，实现代码复用，Java 只支持单继承，一个类只能直接继承一个父类；多态指同一个方法调用，会根据对象实际类型执行对应的方法实现。Java 遵循一切皆对象的思想，除了 byte、short、int、long、float、double、char、boolean 这八种基本数据类型，其余全部都是对象；基本类型也配套有包装类，可以转换成对象。

1. 跨平台（可移植性）

跨平台是 Java 最核心的特性，依靠 JVM 也就是 Java 虚拟机实现。Java 的源代码文件后缀为.java，通过 javac 编译器编译之后，会生成.class 后缀的字节码文件。字节码不属于操作系统原生的机器码，不能直接在操作系统上运行，需要交给 JVM 来解释执行。Windows、Linux、Mac 操作系统都有对应版本的 JVM。同一个.class 字节码文件，只要运行环境安装了对应系统的 JVM，就可以在该系统上运行，实现一次编写到处运行。需要注意，JVM 本身是和操作系统绑定的，并不跨平台，真正实现跨平台的是字节码。除此之外 Java 中基本数据类型占用内存大小是固定不变的，例如 int 永远占用 4 个字节，不像 C 语言会随操作系统变化，进一步增强代码可移植性。

1. 健壮性（鲁棒性）

健壮性代表程序稳定性强，不容易崩溃。Java 属于强类型语言，变量定义时必须声明数据类型，编译阶段就会做类型校验，类型不匹配会直接编译失败。Java 取消指针，禁止程序员直接访问内存地址，避免非法内存访问。Java 提供 try-catch-finally 异常处理机制，当程序运行发生错误时，可以捕获并处理异常，防止程序直接退出崩溃。加上 GC 自动管理内存，减少人为内存操作引发的各类错误。

1. 安全性

Java 最初设计面向网络环境，十分重视安全。字节码加载的时候，JVM 会对字节码进行校验，检查字节码是否存在非法指令或者被恶意篡改。早期 Java 提供安全管理器 SecurityManager，可以限制代码访问本地文件、网络等系统资源，也就是 Applet 沙箱机制。没有指针，程序无法随意篡改内存空间，防止恶意代码破坏本地计算机系统。虽然 Applet 技术现在已经被淘汰，但这套安全设计思想仍然保留。

1. 多线程

Java 在语言层面原生支持多线程，不需要依赖操作系统或者第三方库。可以通过 Thread 类、Runnable 接口快速创建多个线程。同时内置 synchronized 同步机制，用来解决多线程并发运行时的数据竞争问题。借助多线程，程序可以同时执行多项任务，充分利用 CPU 多核性能，适合开发服务器、后端服务类程序。

1. 分布式

Java 内置 Socket 等丰富的网络编程 API，方便开发网络相关应用。还支持 RMI 远程方法调用，可以直接调用远程计算机上对象的方法，天然适配分布式系统开发，很适合互联网后端程序开发。

1. 高性能

早期 Java 采用纯解释方式执行，逐条解释字节码，运行速度比 C、C++ 慢。后续引入 JIT 即时编译器。程序运行时，JVM 会识别反复执行的热点代码，把热点字节码编译成当前操作系统对应的本地机器码并且缓存起来，后续再次执行这段代码时，直接运行机器码，大幅提升执行效率。现代版本 Java 的运行性能已经十分接近传统编译型语言。

1. 开源与丰富生态

OpenJDK 作为 Java 的开源实现，可以免费使用。经过数十年发展，Java 拥有庞大完善的生态，存在大量成熟开源框架和中间件，例如 Spring、MyBatis、Maven 等，广泛应用于网站后端、大数据开发、安卓应用开发、各类中间件等众多领域。

1. 基础知识
   1. 标识符与关键字

Java的标识符与C、C++相比，多了一个‘$’符号，称之为美元符号，然后其他是相同的，要由下划线、字母、数字组成，首字母不能以数字开头，且不能与关键字相同。

命名法有驼峰命名法和蛇形命名法等，驼峰就是后续每一个单词首字母都大写，蛇形命名法是在单词之间加上‘_’————下划线。

关键字有很多，例如：int、double、class、public、if等，他们有着自己的含义。

注释和C、C++相同，有‘//’单行注释，‘/**/’多行注释。

1. 1. 基本数据类型

基本数据类型有：整型、浮点型、字符型、布尔型和引用数据类型。

1. 整型：

byte:字节型，1字节

short:短整型，2字节

int:整型，4字节

二进制：前缀为0b/0B；

八进制：前缀为0；

十六进制：前缀为0x/0X

long:长整型，8字节

它们的范围都是-(2n-1)~2n-1-1,n是类型的位

1. 布尔型

boolean:1字节，值只有true和false

1. 字符型

char：2字节，范围：0~65535；

它的范围是0~216-1-1

1. 引用类型

string:字符串，默认值为null；

1. 浮点型

float：单精度，4字节，需要在末尾加f/F

double：双精度，8字节，在末尾加d/D,可以省略

注意：高精度到低精度要强制转换，低精度到高精度是自动转换

例如：int X=(int)3.14

X的值就是3

它们的精度从低到高为：

byte short char int long float double

当这些类型转换成字符串时，可以前面加双引号空格，再加要转换的数据

例如：System.out.print(“”+100+200);

输出的结果就为：100200

1. 1. 输入与输出

输入：在最前面需要加入类包：import java.util.Scanner;

扩充：导入全部类包：import java.util.*;

其次写Scanner 变量名=new Scanner(System.in);

这样就创建了一个Scanner对象，用来接收键盘输入

然后变量名.next数据类型();

数据类型根据需要选择

注意：数据类型首字母要大写！

例如:double x=sc.nextDouble();

常用的还有next()用于都字符串，不读空格；nextLine()用于读取一整行，可以读取空格，只有回车作为结束标志

要读取字符串中的第n个元素用charAt(n-1);

例如：sc.next().char(n-1); 无空格字符串

sc.nextLine.char(n-1); 有空格字符串

输出用System.out.println() 有换行

System.out.print() 无换行

括号内字符串与其他数据一起输出用加号’+’拼接，变成字符串被输出

在eclipse里如果不想输入System.out.println();这么长的英文可以用快捷键

sysout+alt键+‘/’得到

1. 1. 数组

在Java中，数组声明与C、C++不同，它不在[]里面写数组的长度

例如：int[]a; 这个是标准写法，也可以写为int a[];

Int[][]a; 二维数组标准写法，也可以写为int a[][];

特殊的：int []a,b[]; 实际上时a[],b[][];

为数组分配元素个数：

例：int a[]=new int[个数]

和C、C++不同的一点是，Java数组可以用int变量的指定值

例：int size=10;

double a[]=new double[size]; 这样是正确的

还可以这样声明二位数组：

int [][]a=new int[3][] 后面的[]先不写，相当于现在知识一维数组

然后写 a[0]=new int[2];

a[1]=new int[3];

a[2]=new int[4];

这样分配了多个不同长度的二维数组

数组的初始化写法：

int []a=new int[]{0,1,2,3,···}数据前面的[]不能写值

int []a={0,1,2,3,···} 这是上面这个的简写

想获取数组的长度，可以用关键字length，数组名.length

注意：一维数组使用后是元素个数，二维数组使用后是列的个数，相当于只能获取一维长度

• 数组引用

数组属于引用型变量，因此两个相同类型的数组如果有相同的引用，他们会有完全相同的元素

例：int[]a={1,2,3};

Int[]b={4,5,6};

a=b;

则a的引用里面存的地址被b覆盖掉，用a相当于用b了

System.out.print(a); 相当于输出b

假设输出的是[I@def879

[:代表是数组

I:代表类型

@：分隔符

Def879:十六进制哈希码

之所以会这样，是因为数组引用变量它是存放在栈里的，然后数组实体是存放在堆里的，通过栈保存的地址在堆中找到数组，如果用上述的a=b就相当于把b在栈中存放的地址赋值给了a，导致使用a直接是引用到b身上了，而原来a失去引用，等待垃圾回收，虽然在数据还在堆内存中，但是已经不能访问了。

1. 1. 运算符

运算符有算数运算符、赋值运算符、关系运算符、逻辑运算符、位运算符、三目运算符（只有一个三目运算符：？）

1. 算数运算符

+、-、*、/、%、++、--

注意：整数相处，小数部分会被舍弃

++称为自增，a++为后缀自增，先用a的原始值a在加1；++a是前缀自增，先把a的值加1再使用

--称为自减，同自增一样，a--,先使用再把a减1；--a先减1再使用

1. 赋值运算符

=、+=、-=、*=、/=、%=

例：a+=2;等价于a=a+2;

1. 关系运算符

>、<、>=、<=、==、!=

它们的结果一定是boolean类型：true或者false

注意：引用类型使用==，比较的是地址

1. 逻辑运算符

&&、||、&、|、！

短路：

&&：两边都为真结果为真，如果左边为假，右边不会执行直接结束

||：两边都为假结果为假，如果左边为真，右边也不会执行直接结束

非短路：

&：无论左边是什么，两边都会执行

|：无论左边是什么，两边都会执行

如果两边是布尔值是逻辑运算，两边是数字，就是位运算

注意：用作判断的表达式可以为任意表达式

1. 位运算

&、|、^、~、<<、>>

都是先转换为二进制，再做运算

&：都为1才为1

例：18&6=2;

|：只要有1就为1

例：18|6=22;

按位与按位或可以理解为1&1==1，0|0==0，方便记忆；

^：相异为1，相同为0

例：18^6=20;

~：先取反，结果再减1，再转换成原码，最后添加负号；

用公式：~X=-(X+1)

例：~18=-19;

这是转换后的原码

<<：高位丢掉，低位补0，左移几位就是乘2的几次方

例：60<<3=60*23

>>：正数高位补0，负数高位补1，右移几位就是除以2的几次方

例：60>>3=60/23

1. 1. 语句
2. 顺序：代码从上到下，按书写的顺序依次执行
3. 选择：根据条件判断，选择执行不同的代码块

形式有：if/if-else/switch

1. 循环：满足条件时，重复执行一段代码

形式有for/while/do-while

与C、C++不同的是在Java中条件判断只能写布尔值true或者false，不能直接写数字

遍历数组时可以直接用for(声明变量：数组名)

优点：速度快

缺点：功能单一，只能访问

注意：声明必须在括号里面

任何复杂的结构都是顺序、选择、循环这三种基本结构组合而成的