java-basic-questions-01

10/06/2019 00:00

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基础

java，

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基础概念与常识

Java 语言有哪些特点?

简单易学；
面向对象（封装，继承，多态）；
平台无关性（ Java 虚拟机实现平台无关性）；
支持多线程（ C++ 语言没有内置的多线程机制，因此必须调用操作系统的多线程功能来进行多线程程序设计，而 Java 语言却提供了多线程支持）；
可靠性（具备异常处理和自动内存管理机制）；
安全性（Java 语言本身的设计就提供了多重安全防护机制如访问权限修饰符、限制程序直接访问操作系统资源）；
高效性（通过 Just In Time 编译器等技术的优化，Java 语言的运行效率还是非常不错的）；
支持网络编程并且很方便；
编译与解释并存；
……

🐛 修正（参见：issue#544）：C++11 开始（2011 年的时候）,C++就引入了多线程库，在 windows、linux、macos 都可以使用std::thread和std::async来创建线程。参考链接：http://www.cplusplus.com/reference/thread/thread/?kw=thread

🌈 拓展一下：

“Write Once, Run Anywhere（一次编写，随处运行）”这句宣传口号，真心经典，流传了好多年！以至于，直到今天，依然有很多人觉得跨平台是 Java 语言最大的优势。实际上，跨平台已经不是 Java 最大的卖点了，各种 JDK 新特性也不是。目前市面上虚拟化技术已经非常成熟，比如你通过 Docker 就很容易实现跨平台了。在我看来，Java 强大的生态才是！

Java SE vs Java EE

Java SE（Java Platform，Standard Edition）: Java 平台标准版，Java 编程语言的基础，它包含了支持 Java 应用程序开发和运行的核心类库以及虚拟机等核心组件。Java SE 可以用于构建桌面应用程序或简单的服务器应用程序。
Java EE（Java Platform, Enterprise Edition ）：Java 平台企业版，建立在 Java SE 的基础上，包含了支持企业级应用程序开发和部署的标准和规范（比如 Servlet、JSP、EJB、JDBC、JPA、JTA、JavaMail、JMS）。 Java EE 可以用于构建分布式、可移植、健壮、可伸缩和安全的服务端 Java 应用程序，例如 Web 应用程序。

简单来说，Java SE 是 Java 的基础版本，Java EE 是 Java 的高级版本。Java SE 更适合开发桌面应用程序或简单的服务器应用程序，Java EE 更适合开发复杂的企业级应用程序或 Web 应用程序。

除了 Java SE 和 Java EE，还有一个 Java ME（Java Platform，Micro Edition）。Java ME 是 Java 的微型版本，主要用于开发嵌入式消费电子设备的应用程序，例如手机、PDA、机顶盒、冰箱、空调等。Java ME 无需重点关注，知道有这个东西就好了，现在已经用不上了。

JVM vs JDK vs JRE

JVM

Java 虚拟机（JVM）是运行 Java 字节码的虚拟机。JVM 有针对不同系统的特定实现（Windows，Linux，macOS），目的是使用相同的字节码，它们都会给出相同的结果。字节码和不同系统的 JVM 实现是 Java 语言“一次编译，随处可以运行”的关键所在。

运行在 Java 虚拟机之上的编程语言

JVM 并不是只有一种！只要满足 JVM 规范，每个公司、组织或者个人都可以开发自己的专属 JVM。 也就是说我们平时接触到的 HotSpot VM 仅仅是是 JVM 规范的一种实现而已。

除了我们平时最常用的 HotSpot VM 外，还有 J9 VM、Zing VM、JRockit VM 等 JVM 。维基百科上就有常见 JVM 的对比：Comparison of Java virtual machines ，感兴趣的可以去看看。并且，你可以在 Java SE Specifications 上找到各个版本的 JDK 对应的 JVM 规范。

JDK 和 JRE

JDK（Java Development Kit），它是功能齐全的 Java SDK，是提供给开发者使用，能够创建和编译 Java 程序的开发套件。它包含了 JRE，同时还包含了编译 java 源码的编译器 javac 以及一些其他工具比如 javadoc（文档注释工具）、jdb（调试器）、jconsole（基于 JMX 的可视化监控⼯具）、javap（反编译工具）等等。

JRE（Java Runtime Environment）是 Java 运行时环境。它是运行已编译 Java 程序所需的所有内容的集合，主要包括 Java 虚拟机（JVM）、Java 基础类库（Class Library）。

也就是说，JRE 是 Java 运行时环境，仅包含 Java 应用程序的运行时环境和必要的类库。而 JDK 则包含了 JRE，同时还包括了 javac、javadoc、jdb、jconsole、javap 等工具，可以用于 Java 应用程序的开发和调试。如果需要进行 Java 编程工作，比如编写和编译 Java 程序、使用 Java API 文档等，就需要安装 JDK。而对于某些需要使用 Java 特性的应用程序，如 JSP 转换为 Java Servlet、使用反射等，也需要 JDK 来编译和运行 Java 代码。因此，即使不打算进行 Java 应用程序的开发工作，也有可能需要安装 JDK。

JDK 包含 JRE

不过，从 JDK 9 开始，就不需要区分 JDK 和 JRE 的关系了，取而代之的是模块系统（JDK 被重新组织成 94 个模块）+ jlink 工具 (随 Java 9 一起发布的新命令行工具，用于生成自定义 Java 运行时映像，该映像仅包含给定应用程序所需的模块) 。并且，从 JDK 11 开始，Oracle 不再提供单独的 JRE 下载。

在 Java 9 新特性概览这篇文章中，我在介绍模块化系统的时候提到：

在引入了模块系统之后，JDK 被重新组织成 94 个模块。Java 应用可以通过新增的 jlink 工具，创建出只包含所依赖的 JDK 模块的自定义运行时镜像。这样可以极大的减少 Java 运行时环境的大小。

也就是说，可以用 jlink 根据自己的需求，创建一个更小的 runtime（运行时），而不是不管什么应用，都是同样的 JRE。

定制的、模块化的 Java 运行时映像有助于简化 Java 应用的部署和节省内存并增强安全性和可维护性。这对于满足现代应用程序架构的需求，如虚拟化、容器化、微服务和云原生开发，是非常重要的。

什么是字节码?采用字节码的好处是什么?

在 Java 中，JVM 可以理解的代码就叫做字节码（即扩展名为 .class 的文件），它不面向任何特定的处理器，只面向虚拟机。Java 语言通过字节码的方式，在一定程度上解决了传统解释型语言执行效率低的问题，同时又保留了解释型语言可移植的特点。所以， Java 程序运行时相对来说还是高效的（不过，和 C、 C++，Rust，Go 等语言还是有一定差距的），而且，由于字节码并不针对一种特定的机器，因此，Java 程序无须重新编译便可在多种不同操作系统的计算机上运行。

Java 程序从源代码到运行的过程如下图所示：

Java程序转变为机器代码的过程

我们需要格外注意的是 .class->机器码 这一步。在这一步 JVM 类加载器首先加载字节码文件，然后通过解释器逐行解释执行，这种方式的执行速度会相对比较慢。而且，有些方法和代码块是经常需要被调用的(也就是所谓的热点代码)，所以后面引进了 JIT（Just in Time Compilation） 编译器，而 JIT 属于运行时编译。当 JIT 编译器完成第一次编译后，其会将字节码对应的机器码保存下来，下次可以直接使用。而我们知道，机器码的运行效率肯定是高于 Java 解释器的。这也解释了我们为什么经常会说 Java 是编译与解释共存的语言 。

Java程序转变为机器代码的过程

HotSpot 采用了惰性评估(Lazy Evaluation)的做法，根据二八定律，消耗大部分系统资源的只有那一小部分的代码（热点代码），而这也就是 JIT 所需要编译的部分。JVM 会根据代码每次被执行的情况收集信息并相应地做出一些优化，因此执行的次数越多，它的速度就越快。

JDK、JRE、JVM、JIT 这四者的关系如下图所示。

JDK、JRE、JVM、JIT 这四者的关系

下面这张图是 JVM 的大致结构模型。

JVM 的大致结构模型

为什么说 Java 语言“编译与解释并存”？

其实这个问题我们讲字节码的时候已经提到过，因为比较重要，所以我们这里再提一下。

我们可以将高级编程语言按照程序的执行方式分为两种：

编译型：编译型语言会通过编译器将源代码一次性翻译成可被该平台执行的机器码。一般情况下，编译语言的执行速度比较快，开发效率比较低。常见的编译性语言有 C、C++、Go、Rust 等等。
解释型：解释型语言会通过解释器一句一句的将代码解释（interpret）为机器代码后再执行。解释型语言开发效率比较快，执行速度比较慢。常见的解释性语言有 Python、JavaScript、PHP 等等。

编译型语言和解释型语言

根据维基百科介绍：

为了改善编译语言的效率而发展出的即时编译技术，已经缩小了这两种语言间的差距。这种技术混合了编译语言与解释型语言的优点，它像编译语言一样，先把程序源代码编译成字节码。到执行期时，再将字节码直译，之后执行。Java与LLVM是这种技术的代表产物。

相关阅读：[基本功 Java 即时编译器原理解析及实践](https://tech.meituan.com/2020/10/22/java-jit-practice-in-meituan.html)

为什么说 Java 语言“编译与解释并存”？

这是因为 Java 语言既具有编译型语言的特征，也具有解释型语言的特征。因为 Java 程序要经过先编译，后解释两个步骤，由 Java 编写的程序需要先经过编译步骤，生成字节码（.class 文件），这种字节码必须由 Java 解释器来解释执行。

AOT 有什么优点？为什么不全部使用 AOT 呢？

JDK 9 引入了一种新的编译模式 AOT(Ahead of Time Compilation) 。和 JIT 不同的是，这种编译模式会在程序被执行前就将其编译成机器码，属于静态编译（C、 C++，Rust，Go 等语言就是静态编译）。AOT 避免了 JIT 预热等各方面的开销，可以提高 Java 程序的启动速度，避免预热时间长。并且，AOT 还能减少内存占用和增强 Java 程序的安全性（AOT 编译后的代码不容易被反编译和修改），特别适合云原生场景。

JIT 与 AOT 两者的关键指标对比:

JIT vs AOT

可以看出，AOT 的主要优势在于启动时间、内存占用和打包体积。JIT 的主要优势在于具备更高的极限处理能力，可以降低请求的最大延迟。

提到 AOT 就不得不提 GraalVM 了！GraalVM 是一种高性能的 JDK（完整的 JDK 发行版本），它可以运行 Java 和其他 JVM 语言，以及 JavaScript、Python 等非 JVM 语言。 GraalVM 不仅能提供 AOT 编译，还能提供 JIT 编译。感兴趣的同学，可以去看看 GraalVM 的官方文档：https://www.graalvm.org/latest/docs/。如果觉得官方文档看着比较难理解的话，也可以找一些文章来看看，比如：

既然 AOT 这么多优点，那为什么不全部使用这种编译方式呢？

我们前面也对比过 JIT 与 AOT，两者各有优点，只能说 AOT 更适合当下的云原生场景，对微服务架构的支持也比较友好。除此之外，AOT 编译无法支持 Java 的一些动态特性，如反射、动态代理、动态加载、JNI（Java Native Interface）等。然而，很多框架和库（如 Spring、CGLIB）都用到了这些特性。如果只使用 AOT 编译，那就没办法使用这些框架和库了，或者说需要针对性地去做适配和优化。举个例子，CGLIB 动态代理使用的是 ASM 技术，而这种技术大致原理是运行时直接在内存中生成并加载修改后的字节码文件也就是 .class 文件，如果全部使用 AOT 提前编译，也就不能使用 ASM 技术了。为了支持类似的动态特性，所以选择使用 JIT 即时编译器。

Oracle JDK vs OpenJDK

可能在看这个问题之前很多人和我一样并没有接触和使用过 OpenJDK 。那么 Oracle JDK 和 OpenJDK 之间是否存在重大差异？下面我通过收集到的一些资料，为你解答这个被很多人忽视的问题。

首先，2006 年 SUN 公司将 Java 开源，也就有了 OpenJDK。2009 年 Oracle 收购了 Sun 公司，于是自己在 OpenJDK 的基础上搞了一个 Oracle JDK。Oracle JDK 是不开源的，并且刚开始的几个版本（Java8 ~ Java11）还会相比于 OpenJDK 添加一些特有的功能和工具。

其次，对于 Java 7 而言，OpenJDK 和 Oracle JDK 是十分接近的。 Oracle JDK 是基于 OpenJDK 7 构建的，只添加了一些小功能，由 Oracle 工程师参与维护。

下面这段话摘自 Oracle 官方在 2012 年发表的一个博客：

问：OpenJDK 存储库中的源代码与用于构建 Oracle JDK 的代码之间有什么区别？

答：非常接近 - 我们的 Oracle JDK 版本构建过程基于 OpenJDK 7 构建，只添加了几个部分，例如部署代码，其中包括 Oracle 的 Java 插件和 Java WebStart 的实现，以及一些闭源的第三方组件，如图形光栅化器，一些开源的第三方组件，如 Rhino，以及一些零碎的东西，如附加文档或第三方字体。展望未来，我们的目的是开源 Oracle JDK 的所有部分，除了我们考虑商业功能的部分。

最后，简单总结一下 Oracle JDK 和 OpenJDK 的区别：

是否开源：OpenJDK 是一个参考模型并且是完全开源的，而 Oracle JDK 是基于 OpenJDK 实现的，并不是完全开源的（个人观点：众所周知，JDK 原来是 SUN 公司开发的，后来 SUN 公司又卖给了 Oracle 公司，Oracle 公司以 Oracle 数据库而著名，而 Oracle 数据库又是闭源的，这个时候 Oracle 公司就不想完全开源了，但是原来的 SUN 公司又把 JDK 给开源了，如果这个时候 Oracle 收购回来之后就把他给闭源，必然会引起很多 Java 开发者的不满，导致大家对 Java 失去信心，那 Oracle 公司收购回来不就把 Java 烂在手里了吗！然后，Oracle 公司就想了个骚操作，这样吧，我把一部分核心代码开源出来给你们玩，并且我要和你们自己搞的 JDK 区分下，你们叫 OpenJDK，我叫 Oracle JDK，我发布我的，你们继续玩你们的，要是你们搞出来什么好玩的东西，我后续发布 Oracle JDK 也会拿来用一下，一举两得！）OpenJDK 开源项目：https://github.com/openjdk/jdk 。
是否免费：Oracle JDK 会提供免费版本，但一般有时间限制。JDK17 之后的版本可以免费分发和商用，但是仅有 3 年时间，3 年后无法免费商用。不过，JDK8u221 之前只要不升级可以无限期免费。OpenJDK 是完全免费的。
功能性：Oracle JDK 在 OpenJDK 的基础上添加了一些特有的功能和工具，比如 Java Flight Recorder（JFR，一种监控工具）、Java Mission Control（JMC，一种监控工具）等工具。不过，在 Java 11 之后，OracleJDK 和 OpenJDK 的功能基本一致，之前 OracleJDK 中的私有组件大多数也已经被捐赠给开源组织。
稳定性：OpenJDK 不提供 LTS 服务，而 OracleJDK 大概每三年都会推出一个 LTS 版进行长期支持。不过，很多公司都基于 OpenJDK 提供了对应的和 OracleJDK 周期相同的 LTS 版。因此，两者稳定性其实也是差不多的。
协议：Oracle JDK 使用 BCL/OTN 协议获得许可，而 OpenJDK 根据 GPL v2 许可获得许可。

既然 Oracle JDK 这么好，那为什么还要有 OpenJDK？

答：

OpenJDK 是开源的，开源意味着你可以对它根据你自己的需要进行修改、优化，比如 Alibaba 基于 OpenJDK 开发了 Dragonwell8：https://github.com/alibaba/dragonwell8

OpenJDK 是商业免费的（这也是为什么通过 yum 包管理器上默认安装的 JDK 是 OpenJDK 而不是 Oracle JDK）。虽然 Oracle JDK 也是商业免费（比如 JDK 8），但并不是所有版本都是免费的。

OpenJDK 更新频率更快。Oracle JDK 一般是每 6 个月发布一个新版本，而 OpenJDK 一般是每 3 个月发布一个新版本。（现在你知道为啥 Oracle JDK 更稳定了吧，先在 OpenJDK 试试水，把大部分问题都解决掉了才在 Oracle JDK 上发布）

基于以上这些原因，OpenJDK 还是有存在的必要的！

oracle jdk release cadence

Oracle JDK 和 OpenJDK 如何选择？

建议选择 OpenJDK 或者基于 OpenJDK 的发行版，比如 AWS 的 Amazon Corretto，阿里巴巴的 Alibaba Dragonwell。

🌈 拓展一下：

BCL 协议（Oracle Binary Code License Agreement）：可以使用 JDK（支持商用），但是不能进行修改。
OTN 协议（Oracle Technology Network License Agreement）：11 及之后新发布的 JDK 用的都是这个协议，可以自己私下用，但是商用需要付费。

Java 和 C++ 的区别?

我知道很多人没学过 C++，但是面试官就是没事喜欢拿咱们 Java 和 C++ 比呀！没办法！！！就算没学过 C++，也要记下来。

虽然，Java 和 C++ 都是面向对象的语言，都支持封装、继承和多态，但是，它们还是有挺多不相同的地方：

Java 不提供指针来直接访问内存，程序内存更加安全
Java 的类是单继承的，C++ 支持多重继承；虽然 Java 的类不可以多继承，但是接口可以多继承。
Java 有自动内存管理垃圾回收机制(GC)，不需要程序员手动释放无用内存。
C ++同时支持方法重载和操作符重载，但是 Java 只支持方法重载（操作符重载增加了复杂性，这与 Java 最初的设计思想不符）。
……

基本语法

注释有哪几种形式？

Java 中的注释有三种：

Java 注释类型总结

单行注释：通常用于解释方法内某单行代码的作用。
多行注释：通常用于解释一段代码的作用。
文档注释：通常用于生成 Java 开发文档。

用的比较多的还是单行注释和文档注释，多行注释在实际开发中使用的相对较少。

在我们编写代码的时候，如果代码量比较少，我们自己或者团队其他成员还可以很轻易地看懂代码，但是当项目结构一旦复杂起来，我们就需要用到注释了。注释并不会执行(编译器在编译代码之前会把代码中的所有注释抹掉,字节码中不保留注释)，是我们程序员写给自己看的，注释是你的代码说明书，能够帮助看代码的人快速地理清代码之间的逻辑关系。因此，在写程序的时候随手加上注释是一个非常好的习惯。

《Clean Code》这本书明确指出：

代码的注释不是越详细越好。实际上好的代码本身就是注释，我们要尽量规范和美化自己的代码来减少不必要的注释。

若编程语言足够有表达力，就不需要注释，尽量通过代码来阐述。

举个例子：

去掉下面复杂的注释，只需要创建一个与注释所言同一事物的函数即可
// check to see if the employee is eligible for full benefits
if ((employee.flags & HOURLY_FLAG) && (employee.age > 65))
应替换为
if (employee.isEligibleForFullBenefits())

标识符和关键字的区别是什么？

在我们编写程序的时候，需要大量地为程序、类、变量、方法等取名字，于是就有了 标识符 。简单来说， 标识符就是一个名字 。

有一些标识符，Java 语言已经赋予了其特殊的含义，只能用于特定的地方，这些特殊的标识符就是 关键字 。简单来说，关键字是被赋予特殊含义的标识符 。比如，在我们的日常生活中，如果我们想要开一家店，则要给这个店起一个名字，起的这个“名字”就叫标识符。但是我们店的名字不能叫“警察局”，因为“警察局”这个名字已经被赋予了特殊的含义，而“警察局”就是我们日常生活中的关键字。

Java 语言关键字有哪些？

分类	关键字
发生范围	同一个类	子类
参数列表	必须修改	一定不能修改
返回类型	可修改	子类方法返回值类型应比父类方法返回值类型更小或相等
异常	可修改	子类方法声明抛出的异常类应比父类方法声明抛出的异常类更小或相等；
访问修饰符	可修改	一定不能做更严格的限制（可以降低限制）
发生阶段	编译期	运行期

方法的重写要遵循“两同两小一大”（以下内容摘录自《疯狂 Java 讲义》，issue#892 ）：

“两同”即方法名相同、形参列表相同；
“两小”指的是子类方法返回值类型应比父类方法返回值类型更小或相等，子类方法声明抛出的异常类应比父类方法声明抛出的异常类更小或相等；
“一大”指的是子类方法的访问权限应比父类方法的访问权限更大或相等。

⭐️ 关于 重写的返回值类型 这里需要额外多说明一下，上面的表述不太清晰准确：如果方法的返回类型是 void 和基本数据类型，则返回值重写时不可修改。但是如果方法的返回值是引用类型，重写时是可以返回该引用类型的子类的。

public class Hero {
    public String name() {
        return "超级英雄";
    }
}
public class SuperMan extends Hero{
    @Override
    public String name() {
        return "超人";
    }
    public Hero hero() {
        return new Hero();
    }
}

public class SuperSuperMan extends SuperMan {
    public String name() {
        return "超级超级英雄";
    }

    @Override
    public SuperMan hero() {
        return new SuperMan();
    }
}

什么是可变长参数？

从 Java5 开始，Java 支持定义可变长参数，所谓可变长参数就是允许在调用方法时传入不定长度的参数。就比如下面的这个 printVariable 方法就可以接受 0 个或者多个参数。

public static void method1(String... args) {
   //......
}

另外，可变参数只能作为函数的最后一个参数，但其前面可以有也可以没有任何其他参数。

public static void method2(String arg1, String... args) {
   //......
}

遇到方法重载的情况怎么办呢？会优先匹配固定参数还是可变参数的方法呢？

答案是会优先匹配固定参数的方法，因为固定参数的方法匹配度更高。

我们通过下面这个例子来证明一下。

/**
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 *
 * @author Guide哥
 * @date 2021/12/13 16:52
 **/
public class VariableLengthArgument {

    public static void printVariable(String... args) {
        for (String s : args) {
            System.out.println(s);
        }
    }

    public static void printVariable(String arg1, String arg2) {
        System.out.println(arg1 + arg2);
    }

    public static void main(String[] args) {
        printVariable("a", "b");
        printVariable("a", "b", "c", "d");
    }
}

输出：

ab
a
b
c
d

另外，Java 的可变参数编译后实际会被转换成一个数组，我们看编译后生成的 class文件就可以看出来了。

public class VariableLengthArgument {

    public static void printVariable(String... args) {
        String[] var1 = args;
        int var2 = args.length;

        for(int var3 = 0; var3 < var2; ++var3) {
            String s = var1[var3];
            System.out.println(s);
        }

    }
    // ......
}

参考

What is the difference between JDK and JRE?：https://stackoverflow.com/questions/1906445/what-is-the-difference-between-jdk-and-jre
Oracle vs OpenJDK：https://www.educba.com/oracle-vs-openjdk/
Differences between Oracle JDK and OpenJDK：https://stackoverflow.com/questions/22358071/differences-between-oracle-jdk-and-openjdk
彻底弄懂 Java 的移位操作符：https://juejin.cn/post/6844904025880526861