写给大忙人看的 Java 基础知识
众所周知,Java 是一门面向对象的编程语言。它最牛逼的地方就在于它是跨平台的,你可以在 Windows 操作系统上编写 Java 源代码,然后在 Linux 操作系统上执行编译后的字节码,而无需对源代码做任何的修改。
01、数据类型
Java 有 2 种数据类型,一种是基本数据类型,一种是引用类型。
基本数据类型用于存储简单类型的数据,比如说,int、long、byte、short 用于存储整数,float、double 用于存储浮点数,char 用于存储字符,boolean 用于存储布尔值。
不同的基本数据类型,有不同的默认值和大小,来个表格感受下。
数据类型 | 默认值 | 大小 |
---|---|---|
boolean | false | 1比特 |
char | ‘\u0000’ | 2字节 |
byte | 0 | 1字节 |
short | 0 | 2字节 |
int | 0 | 4字节 |
long | 0L | 8字节 |
float | 0.0f | 4字节 |
double | 0.0 | 8字节 |
来看一段非常有意思的代码:
int i_max = Integer.MAX_VALUE; int become_min = i_max + 1; System.out.println("int 最大值:" + i_max); System.out.println("int 最小值:" + Integer.MIN_VALUE); System.out.println("+1 变最小值:" +become_min); double d_max = Double.MAX_VALUE; double still_max = d_max + 1; System.out.println("double 最大值:" + d_max); System.out.println("+1 仍然是最大值:" +still_max);
int 最大值加 1 后竟然变成了最小值,而 double 最大值加 1 后仍然是最大值。
基本类型都会有一个和它匹配的包装类型,比如说之前代码中出现的 int 和 Integer,double 和 Double。
既然有了基本类型和包装类型,肯定有些时候要在它们之间进行转换。把基本类型转换成包装类型的过程叫做装箱(boxing)。反之,把包装类型转换成基本类型的过程叫做拆箱(unboxing)。
在 Java SE5 之前,开发人员要手动进行装拆箱,比如说:
Integer chenmo = new Integer(10); // 手动装箱 int wanger = chenmo.intValue(); // 手动拆箱
Java SE5 为了减少开发人员的工作,提供了自动装箱与自动拆箱的功能。
Integer chenmo = 10; // 自动装箱 int wanger = chenmo; // 自动拆箱
上面这段代码使用 JAD 反编译后的结果如下所示:
Integer chenmo = Integer.valueOf(10); int wanger = chenmo.intValue();
也就是说,自动装箱是通过
Integer.valueOf()完成的;自动拆箱是通过
Integer.intValue()完成的。理解了原理之后,我们再来看一道老马当年给我出的面试题。
// 1)基本类型和包装类型 int a = 100; Integer b = 100; System.out.println(a == b); // 2)两个包装类型 Integer c = 100; Integer d = 100; System.out.println(c == d); // 3) c = 200; d = 200; System.out.println(c == d);
答案是什么呢?有举手要回答的吗?答对的奖励一朵小红花哦。
第一段代码,基本类型和包装类型进行 == 比较,这时候 b 会自动拆箱,直接和 a 比较值,所以结果为 true。
第二段代码,两个包装类型都被赋值为了 100,这时候会进行自动装箱,那 == 的结果会是什么呢?
我们之前的结论是:将“==”操作符应用于包装类型比较的时候,其结果很可能会和预期的不符。那结果是 false?但这次的结果却是 true,是不是感觉很意外?
第三段代码,两个包装类型重新被赋值为了 200,这时候仍然会进行自动装箱,那 == 的结果会是什么呢?
吃了第二段代码的亏后,是不是有点怀疑人生了,这次结果是 true 还是 false 呢?扔个硬币吧,哈哈。我先告诉你结果吧,false。
为什么?为什么?为什么呢?
事情到了这一步,必须使出杀手锏了——分析源码吧。
之前我们已经知道了,自动装箱是通过
Integer.valueOf()完成的,那我们就来看看这个方法的源码吧。
public static Integer valueOf(int i) { if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high) return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)]; return new Integer(i); }
难不成是 IntegerCache 在作怪?你猜对了!
private static class IntegerCache { static final int low = -128; static final int high; static final Integer cache[]; static { // high value may be configured by property int h = 127; int i = parseInt(integerCacheHighPropValue); i = Math.max(i, 127); h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1); high = h; cache = new Integer[(high - low) + 1]; int j = low; for(int k = 0; k < cache.length; k++) cache[k] = new Integer(j++); // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7) assert IntegerCache.high >= 127; } }
大致瞟一下这段代码你就全明白了。-128 到 127 之间的数会从 IntegerCache 中取,然后比较,所以第二段代码(100 在这个范围之内)的结果是 true,而第三段代码(200 不在这个范围之内,所以 new 出来了两个 Integer 对象)的结果是 false。
看完上面的分析之后,我希望大家记住一点:当需要进行自动装箱时,如果数字在 -128 至 127 之间时,会直接使用缓存中的对象,而不是重新创建一个对象。
自动装拆箱是一个很好的功能,大大节省了我们开发人员的精力,但也会引发一些麻烦,比如下面这段代码,性能就很差。
long t1 = System.currentTimeMillis(); Long sum = 0L; for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE;i++) { sum += i; } long t2 = System.currentTimeMillis(); System.out.println(t2-t1);
sum 由于被声明成了包装类型 Long 而不是基本类型 long,所以
sum += i进行了大量的拆装箱操作(sum 先拆箱和 i 相加,然后再装箱赋值给 sum),导致这段代码运行完花费的时间足足有 2986 毫秒;如果把 sum 换成基本类型 long,时间就仅有 554 毫秒,完全不一个等量级啊。
引用类型用于存储对象(null 表示没有值的对象)的引用,String 是引用类型的最佳代表,比如说
String cmower = "沉默王二"。
02、变量声明
要声明一个变量,必须指定它的名字和类型,来看一个简单的示例:
int age; String name;
count 和 name 在声明后会得到一个默认值,按照它们的数据类型——不能是局部变量(否则 Java 编译器会在你使用变量的时候提醒要先赋值),必须是类成员变量。
public class SyntaxLocalVariable { int age; String name; public static void main(String[] args) { SyntaxLocalVariable syntax = new SyntaxLocalVariable(); System.out.println(syntax.age); // 输出 0 System.out.println(syntax.name); // 输出 null } }
也可以在声明一个变量后使用“=”操作符进行赋值,就像下面这样:
int age = 18; String name = "沉默王二";
我们定义了 2 个变量,int 类型的 age 和 String 类型的 name,age 赋值 18,name 赋值为“沉默王二”。
每行代码后面都跟了一个“;”,表示当前语句结束了。
在 Java 中,变量最好遵守命名约定,这样能提高代码的可阅读性。
- 以字母、下划线(_)或者美元符号($)开头
- 不能使用 Java 的保留字,比如说 int 不能作为变量名
03、数组
数组在 Java 中占据着重要的位置,它是很多集合类的底层实现。数组属于引用类型,它用来存储一系列指定类型的数据。
声明数组的一般语法如下所示:
type[] identiier = new type[length];
type 可以是任意的基本数据类型或者引用类型。来看下面这个例子:
public class ArraysDemo { public static void main(String[] args) { int [] nums = new int[10]; nums[0] = 18; nums[1] = 19; System.out.println(nums[0]); } }
数组的索引从 0 开始,第一个元素的索引为 0,第二个元素的索引为 1。为什么要这样设计?感兴趣的话,你可以去探究一下。
通过变量名[索引]的方式可以访问数组指定索引处的元素,赋值或者取值是一样的。
04、关键字
关键字属于保留字,在 Java 中具有特殊的含义,比如说 public、final、static、new 等等,它们不能用来作为变量名。为了便于你作为参照,我列举了 48 个常用的关键字,你可以瞅一瞅。
-
abstract: abstract 关键字用于声明抽象类——可以有抽象和非抽象方法。
-
boolean: boolean 关键字用于将变量声明为布尔值类型,它只有 true 和 false 两个值。
-
break: break 关键字用于中断循环或 switch 语句。
-
byte: byte 关键字用于声明一个可以容纳 8 个比特的变量。
-
case: case 关键字用于在 switch 语句中标记条件的值。
-
catch: catch 关键字用于捕获 try 语句中的异常。
-
char: char 关键字用于声明一个可以容纳无符号 16 位比特的 Unicode 字符的变量。
-
class: class 关键字用于声明一个类。
-
continue: continue 关键字用于继续下一个循环。它可以在指定条件下跳过其余代码。
-
default: default 关键字用于指定 switch 语句中除去 case 条件之外的默认代码块。
-
do: do 关键字通常和 while 关键字配合使用,do 后紧跟循环体。
-
double: double 关键字用于声明一个可以容纳 64 位浮点数的变量。
-
else: else 关键字用于指示 if 语句中的备用分支。
-
enum: enum(枚举)关键字用于定义一组固定的常量。
-
extends: extends 关键字用于指示一个类是从另一个类或接口继承的。
-
final: final 关键字用于指示该变量是不可更改的。
-
finally: finally 关键字和
try-catch
配合使用,表示无论是否处理异常,总是执行 finally 块中的代码。 -
float: float 关键字用于声明一个可以容纳 32 位浮点数的变量。
-
for: for 关键字用于启动一个 for 循环,如果循环次数是固定的,建议使用 for 循环。
-
if: if 关键字用于指定条件,如果条件为真,则执行对应代码。
-
implements: implements 关键字用于实现接口。
-
import: import 关键字用于导入对应的类或者接口。
-
instanceof: instanceof 关键字用于判断对象是否属于某个类型(class)。
-
int: int 关键字用于声明一个可以容纳 32 位带符号的整数变量。
-
interface: interface 关键字用于声明接口——只能具有抽象方法。
-
long: long 关键字用于声明一个可以容纳 64 位整数的变量。
-
native: native 关键字用于指定一个方法是通过调用本机接口(非 Java)实现的。
-
new: new 关键字用于创建一个新的对象。
-
null: 如果一个变量是空的(什么引用也没有指向),就可以将它赋值为 null。
-
package: package 关键字用于声明类所在的包。
-
private: private 关键字是一个访问修饰符,表示方法或变量只对当前类可见。
-
protected: protected 关键字也是一个访问修饰符,表示方法或变量对同一包内的类和所有子类可见。
-
public: public 关键字是另外一个访问修饰符,除了可以声明方法和变量(所有类可见),还可以声明类。
main()
方法必须声明为 public。 -
return: return 关键字用于在代码执行完成后返回(一个值)。
-
short: short 关键字用于声明一个可以容纳 16 位整数的变量。
-
static: static 关键字表示该变量或方法是静态变量或静态方法。
-
strictfp: strictfp 关键字并不常见,通常用于修饰一个方法,确保方法体内的浮点数运算在每个平台上执行的结果相同。
-
super: super 关键字可用于调用父类的方法或者变量。
-
switch: switch 关键字通常用于三个(以上)的条件判断。
-
synchronized: synchronized 关键字用于指定多线程代码中的同步方法、变量或者代码块。
-
this: this 关键字可用于在方法或构造函数中引用当前对象。
-
throw: throw 关键字主动抛出异常。
-
throws: throws 关键字用于声明异常。
-
transient: transient 关键字在序列化的使用用到,它修饰的字段不会被序列化。
-
try: try 关键字用于包裹要捕获异常的代码块。
-
void: void 关键字用于指定方法没有返回值。
-
volatile: volatile 关键字保证了不同线程对它修饰的变量进行操作时的可见性,即一个线程修改了某个变量的值,这新值对其他线程来说是立即可见的。
-
while: 如果循环次数不固定,建议使用 while 循环。
05、操作符
除去“=”赋值操作符,Java 中还有很多其他作用的操作符,我们来大致看一下。
①、算术运算符
- +(加号)
- –(减号)
- *(乘号)
- /(除号)
- %(取余)
来看一个例子:
public class ArithmeticOperator { public static void main(String[] args) { int a = 10; int b = 5; System.out.println(a + b);//15 System.out.println(a - b);//5 System.out.println(a * b);//50 System.out.println(a / b);//2 System.out.println(a % b);//0 } }
“+”号比较特殊,还可以用于字符串拼接,来看一个例子:
String result = "沉默王二" + "一枚有趣的程序员";
②、逻辑运算符
逻辑运算符通常用于布尔表达式,常见的有:
- &&(AND)多个条件中只要有一个为 false 结果就为 false
- ||(OR)多个条件只要有一个为 true 结果就为 true
- !(NOT)条件如果为 true,加上“!”就为 false,否则,反之。
来看一个例子:
public class LogicalOperator { public static void main(String[] args) { int a=10; int b=5; int c=20; System.out.println(a<b&&a<c);//false System.out.println(a>b||a<c);//true System.out.println(!(a<b)); // true } }
③、比较运算符
<
(小于)<=
(小于或者等于)>
(大于)>=
(大于或者等于)==
(相等)!=
(不等)
06、控制语句
控制语句可以分为 3 种:
1)条件判断,包括 if / else / else if、三元运算符、switch。
if 语句可以单独使用,但通常和 else 在一起配合使用,如果条件判断超过两个以上,还会用到 else if。
来看一个简单的示例,判断闰年的。
public class LeapYear { public static void main(String[] args) { int year = 2020; if (((year % 4 == 0) && (year % 100 != 0)) || (year % 400 == 0)) { System.out.println("闰年"); } else { System.out.println("普通年份"); } } }
如果执行语句比较简单的话,可以使用三元运算符来代替 if-else 语句,如果条件为 true,返回 ? 后面 : 前面的值;如果条件为 false,返回 : 后面的值。
public class IfElseTernaryExample { public static void main(String[] args) { int num = 13; String result = (num % 2 == 0) ? "偶数" : "奇数"; System.out.println(result); } }
switch 语句用来判断变量与多个值之间的相等性。变量的类型可以是 byte、short、int、long,或者对应的包装器类型 Byte、Short、Integer、Long,以及字符串和枚举。
来看个简单的示例:
public class Switch1 { public static void main(String[] args) { int age = 20; switch (age) { case 20 : System.out.println("上学"); break; case 24 : System.out.println("苏州工作"); break; case 30 : System.out.println("洛阳工作"); break; default: System.out.println("未知"); break; // 可省略 } } }
2)循环遍历,包括 for、while、do-while。
来看个简单的 for 循环示例:
public class PyramidForExample { public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < 5; i++) { for (int j = 0;j<= i;j++) { System.out.print("❤"); } System.out.println(); } } }
输出结果如下所示:
❤ ❤❤ ❤❤❤ ❤❤❤❤ ❤❤❤❤❤
while 和 do-while 通常要和分支语句一块使用,随后来看。
3)分支语句,包括 continue、break。
来看一个在 do-while 循环中 continue(立即跳转到下一个循环)的例子。
public class ContinueDoWhileDemo { public static void main(String[] args) { int i=1; do{ if(i==5){ i++; continue; } System.out.println(i); i++; }while(i<=10); } }
再来看一个在 while 循环中 break(中断程序的当前流程)的例子:
int i = 1; while (i <= 10) { if (i == 5) { i++; break; } System.out.println(i); i++; }
07、程序结构
Java 中最小的程序单元叫做类,一个类可以有一个或者多个字段(也叫作成员变量),还可以有一个或者多个方法,甚至还可以有一些内部类。
如果一个类想要执行,就必须有一个 main 方法——程序运行的入口,就好像人的嘴一样,嗯,可以这么牵强的理解一下。
public class StructureProgram { public static void main(String[] args) { System.out.println("没有成员变量,只有一个 main 方法"); } }
- 类名叫做 StructureProgram,在它里面,只有一个 main 方法。
{}
之间的代码称之为代码块。- 以上源代码将会保存在一个后缀名为 java 的文件中。
main 方法的写法通常来说是固定的,就像上面代码展示的那样,但它还有几种不常见的变体,你知道吗?
第一种,中括号“[]” 更靠近 args 而不是 String:
public static void main(String []args) { }
第二种,中括号在 args 后面:
public static void main(String args[]) { }
第三种,使用可变参数的形式而不是数组的形式:
public static void main(String...args) { }
第四种,在 main 方法上加一个
strictfp关键字(确保方法体内的浮点数运算在每个平台上执行的结果相同):
public strictfp static void main(String[] args) { }
第五种,为 args 参数加上 final 关键字修饰,确保 args 参数不会被修改:
public static void main(final String[] args) { }
是不是有种豁然开朗的感觉?
08、包
在 Java 中,我们使用包对相关的类、接口进行分组。这样做有以下好处:
- 方便查找,通过包的路径就可以找到相关的类。
- 避免类的命名冲突,比如说 com.niubi.Wanger 和 com.youxiu.Wanger 是不同的,因为 Wanger 类所在的包是不同的。
- 通过包和访问权限符(public、private、protected)来控制类的可见性。
包的关键字叫 package,它通常在 Java 文件中的第一行。它的命名遵守以下约定:
- 必须使用小写字母
- 可以由多个单词组成,使用英文“.”隔开
- 一般由创建它的公司或者组织的倒序命名,比如说
org.apache
其实就是 apache.org 的倒序。
为了在一个包中使用另外一个包中的类,需要通过 import 关键字导入。
import com.cmower.Wanger;
09、编译然后执行代码
通常,一些教程在介绍这块内容的时候,建议你通过命令行中先执行
javac命令将源代码编译成字节码文件,然后再执行
java命令指定代码。
但我不希望这个糟糕的局面再继续下去了——新手安装配置 JDK 真的蛮需要勇气和耐心的,稍有不慎,没入门就先放弃了。况且,在命令行中编译源代码会遇到很多莫名其妙的错误,这对新手是及其致命的——如果你再遇到这种老式的教程,可以吐口水了。
好的方法,就是去下载 IntelliJ IDEA,简称 IDEA,它被业界公认为最好的 Java 集成开发工具,尤其在智能代码助手、代码自动提示、代码重构、代码版本管理(Git、SVN、Maven)、单元测试、代码分析等方面有着亮眼的发挥。IDEA 产于捷克(位于东欧),开发人员以严谨著称。IDEA 分为社区版和付费版两个版本,新手直接下载社区版就足够用了。
安装成功后,可以开始敲代码了,然后直接右键运行(连保存都省了),结果会在 Run 面板中显示,如下图所示。
想查看反编译后的字节码的话,可以在 src 的同级目录 target/classes 的包路径下找到一个 StructureProgram.class 的文件(如果找不到的话,在目录上右键选择「Reload from Disk」)。
可以双击打开它。
// // Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA // (powered by Fernflower decompiler) // package com.cmower.baeldung.basic; public class StructureProgram { public StructureProgram() { } public static void main(String[] args) { System.out.println("没有成员变量,只有一个 main 方法"); } }
IDEA 默认会用 Fernflower 将 class 字节码反编译为我们可以看得懂的 Java 代码。实际上,class 字节码(请安装 show bytecode 插件)长下面这个样子:
// class version 57.65535 (-65479) // access flags 0x21 public class com/cmower/baeldung/basic/StructureProgram { // compiled from: StructureProgram.java // access flags 0x1 public <init>()V L0 LINENUMBER 3 L0 ALOAD 0 INVOKESPECIAL java/lang/Object.<init> ()V RETURN L1 LOCALVARIABLE this Lcom/cmower/baeldung/basic/StructureProgram; L0 L1 0 MAXSTACK = 1 MAXLOCALS = 1 // access flags 0x9 public static main([Ljava/lang/String;)V L0 LINENUMBER 5 L0 GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream; LDC "\u6ca1\u6709\u6210\u5458\u53d8\u91cf\uff0c\u53ea\u6709\u4e00\u4e2a main \u65b9\u6cd5" INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (Ljava/lang/String;)V L1 LINENUMBER 6 L1 RETURN L2 LOCALVARIABLE args [Ljava/lang/String; L0 L2 0 MAXSTACK = 2 MAXLOCALS = 1 }
新手看起来还是有些懵逼的,建议过过眼瘾就行了。
最后,一定会有不少读者想要问我怎么学习 Java 的,那我干脆就把我看过的优质书籍贡献出来:
1)入门版:《Head First Java》、《Java 核心技术卷》
2)进阶版:《Java编程思想》、《Effective Java》、《Java网络编程》、《代码整洁之道》
3)大牛版:《Java并发编程》、《深入理解Java虚拟机》、《Java性能权威指南》、《重构》、《算法》
就先介绍这么多,希望对那些不知道看什么书的同学有所帮助。
对了,我介绍的这些书籍,已经顺便帮你整理好了,你可以在我的原创微信公众号『沉默王二』回复『书籍』获取哦
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