语言基础

Java是一种面向对象的编程语言，由Sun Microsystems（现在是Oracle的一部分）于1995年发布。它以"一次编写，到处运行"(Write Once, Run Anywhere)的特性而闻名，通过Java虚拟机(JVM)实现跨平台运行。

语言概述

语言简介

Java是一种高级编程语言，具有以下特点：

• 面向对象：Java是一种纯粹的面向对象语言， everything is an object。
• 平台无关性：通过JVM实现跨平台运行。
• 健壮性：Java提供了强类型检查、异常处理机制等特性，减少了错误。
• 安全性：Java提供了安全管理器、字节码验证等安全机制。
• 多线程：Java内置了多线程支持。
• 高性能：JIT(Just-In-Time)编译器提高了Java程序的执行效率。

发展历程

• 1995年：Java 1.0发布。
• 1998年：Java 2(1.2)发布，引入了集合框架。
• 2004年：Java 5(1.5)发布，引入了泛型、注解、枚举等特性。
• 2006年：Java 6(1.6)发布。
• 2011年：Java 7(1.7)发布，引入了try-with-resources、菱形操作符等特性。
• 2014年：Java 8(1.8)发布，引入了Lambda表达式、Stream API等特性。
• 2017年：Java 9发布，引入了模块化系统。
• 2018年：Java 10发布，引入了局部变量类型推断。
• 2019年：Java 11发布，引入了字符串新方法、HTTP客户端等特性。
• 2020年：Java 15发布，引入了密封类、文本块等特性。
• 2021年：Java 17发布，是长期支持(LTS)版本。

Java应用场景

• 企业级应用开发：使用Spring Boot、Spring Cloud等框架。
• Android应用开发：Android平台使用Java或Kotlin语言。
• 大数据处理：Hadoop、Spark等大数据框架使用Java开发。
• 桌面应用开发：使用JavaFX等技术。
• 游戏开发：使用libGDX等引擎。

JVM架构与运行机制

JVM概述

Java虚拟机(JVM)是一个虚拟的计算机，它解释和执行Java字节码。JVM的主要功能包括：

• 类加载：将.class文件加载到内存中。
• 内存管理：分配和回收内存。
• 字节码执行：解释或编译执行字节码。
• 线程管理：创建和管理线程。
• 安全管理：提供安全检查机制。

JVM内存结构

• 程序计数器(Program Counter Register)：记录当前线程执行的字节码行号。
• 虚拟机栈(VM Stack)：存储方法调用的栈帧，包含局部变量表、操作数栈等。
• 本地方法栈(Native Method Stack)：存储本地方法调用的栈帧。
• 堆(Heap)：存储对象实例，是垃圾回收的主要区域。
• 方法区(Method Area)：存储类信息、常量、静态变量等。

类加载机制

类加载过程包括：加载、链接(验证、准备、解析)、初始化。

• 加载：通过类的全限定名获取二进制字节流，将其转换为方法区的运行时数据结构。
• 验证：确保Class文件的字节流符合JVM规范。
• 准备：为类变量分配内存并设置初始值。
• 解析：将符号引用转换为直接引用。
• 初始化：执行类构造器<clinit>()方法。

垃圾回收机制

垃圾回收(GC)是JVM自动回收不再使用的对象内存的过程。常见的垃圾回收算法包括：

• 标记-清除(Mark-Sweep)：标记需要回收的对象，然后清除。
• 标记-整理(Mark-Compact)：标记需要回收的对象，然后将存活对象移动到一端，最后清除。
• 复制(Copying)：将内存分为两半，只使用其中一半，垃圾回收时将存活对象复制到另一半。
• 分代收集(Generational Collection)：将堆分为年轻代和老年代，根据对象的存活时间使用不同的回收算法。

基本数据类型与运算符

基本数据类型

Java提供了8种基本数据类型：

• 整数类型：byte(1字节)、short(2字节)、int(4字节)、long(8字节)
• 浮点类型：float(4字节)、double(8字节)
• 字符类型：char(2字节)
• 布尔类型：boolean(1位)

引用数据类型

• 类(Class)
• 接口(Interface)
• 数组(Array)

常量与变量

• 常量：使用final关键字修饰，值不能改变。
• 变量：分为局部变量和成员变量(实例变量、静态变量)。

运算符

• 算术运算符：+、-、*、/、%、++、--
• 关系运算符：==、!=、>、<、>=、<=
• 逻辑运算符：&&、||、!
• 位运算符：&、|、^、~、<<、>>、>>>
• 赋值运算符：=、+=、-=、*=、/=、%=
• 条件运算符：?:
• instanceof运算符：检查对象是否为某个类的实例

控制流语句

分支语句

• if-else：根据条件执行不同的代码块。
• switch-case：根据表达式的值选择执行的代码块。

循环语句

• for：按照指定次数循环执行代码块。
• while：当条件为真时循环执行代码块。
• do-while：先执行一次代码块，然后当条件为真时循环执行。
• for-each：遍历数组或集合中的元素。

跳转语句

• break：跳出循环或switch语句。
• continue：跳过当前循环的剩余部分，开始下一次循环。
• return：结束方法的执行，并返回一个值(可选)。