java语言浅谈

最新推荐文章于 2022-04-22 21:14:08 发布
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本文深入解析Java语言的特性，包括简单性、面向对象、分布式计算、健壮性、安全性、体系结构中立、跨平台、多线程等，并探讨了Java的版本、JVM的工作原理及垃圾回收机制。

java语言特性

  1. 简单性
    一方面是语法简单，c++纯净版本，无指针伪指针
    第二个方面是小能够在小型机器上独立运行
  2. 面向对象
    两个基本概念：类和对象
    三大特性：封装继承多态
    Java多继承是接口实现，比c++多继承简单
    纯粹面向对象舍弃了c中容易引起错误的指针
  3. 分布式计算
    处理http和ftp之类的tcp、ip直接通过url打开
    在这里插入图片描述
  4. 健壮性
    Java采用指针模型能够避免重写内存，损坏数据的可能性
  5. 安全性
    安全性能好，自带验证机制
  6. 体系结构中立
    解释虚拟机指令比全速运行机器指令慢得多，但是把频繁使用的字节码序列转换为机器码，热点代码的执行不一定比c++慢，即时编译（Java编译器就是即时编译器）
  7. 跨平台
    Java程序可以在不同的系统平台上运行，一次编译到处运行
  8. 多线程
  9. 有大量的API拓展
  10. Java增加了垃圾回收功能GC
    能自动回收但是也会出现内存泄露，内存溢出
    GC是什么? 为什么要有GC
    答：GC是垃圾收集的意思（Gabage Collection）,内存处理是编程人员容易出现问题的地方，
    忘记或者错误的内存回收会导致程序或系统的不稳定甚至崩溃，Java提供的GC功能可以自动监测对象是否超过作用域从而达到自动回收内存的目的，Java语言没有提供释放已分配内存的显示操作方法。

java版本

  • se：java语言的核心类
  • me：包含javase的部分类，用于手机，机顶盒，导航的软件开发
  • ee：在se的基础上拓展出用于企业开发的类

jdk/jre/jvm

  1. JDK是java开发包，包含jre（java运行时环境），jvm（虚拟机），监控和诊断
  2. java实现了一次编写到处执行，因为jvm向上提供相同的接口，向下提供不同的接口针对不同的操作系统
  3. jvm/jdk/jre的区别：
    jre是java的运行时环境，jdk是java的开发工具包，java运行，jvm是java虚拟机，jdk包含了jre，javac编译，jar,调试工具，javadoc生成文档，分析工具，jre是java运行的最小单元，一般安装在服务器上，jdk （java development kit）linux安装选择 .tar.gz的文件
    jre （java runtime enviroment）包含jvm但不包含编译器
    javase 简单服务器应用的Java平台
    javaee 复杂服务器应用的Java平台
    附一张图方便理解：
    在这里插入图片描述

java是解释执行吗？

java是半编译半解释，java的源码通过javac形成字节码文件（里面装的是十六进制的东西），然后在运行时通过jvm将字节码转换为机器码，但是对于常用的热点代码，是通过动态编译器JIT，将热点代码编译成机器码，这部分代码就是编译执行，不是解释执行了

jvm

在这里插入图片描述
栈（FILO）：线程栈，主要是放的局部变量
程序计数器：记录下一条将要执行的指令的内存地址（指令指针）
多线程每一个都有自己的线程栈和程序计数器（意思说各自是各自的独立存在的的）

java执行过程

  1. .java文件编译成.class字节码文件
  2. 将.class放入jvm中
  3. java使用类加载器（class-loader）加载.class文件
  4. 类加载完毕后，进行字节码校验，通过校验后，通过jvm的解释器，将字节码转换为机器码，交给操作系统执行，java8采用的是半编译，半解释执行，HotSpot JVM内置了JIT complie（动态编译器），能够将热点代码转换为机器码，提高了效率

java相关的一些小问题

  1. System.out.println()和System.out.print()什么区别呢？
    以下代码的运行效果是什么？
    System.out.println();打印完后，会换行。
    System.out.print();打印完后，不会换行。
  2. 一个".java"源文件中是否可以包括多个类（不是内部类）？有什么限制？
    答：可以。但最多只有一个类名声明为public，与文件名相同。
  3. Something类的文件名叫OtherThing.java
    class Something {
    public static void main(String[] something_to_do) {
    System.out.println(“Do something …”);
    }
    }
    答案: 正确。从来没有人说过Java的class名字必须和其文件名相同。但public class的名字必须和文件名相同
  4. 垃圾回收器的基本原理是什么？垃圾回收器可以马上回收内存吗？有什么办法主动通知虚拟机进行垃圾回收
    答：对于GC来说，当程序员创建对象时，GC就开始监控这个对象的地址、大小以及使用情况。通常，GC采用有向图的方式记录和管理堆(heap)中的所有对象。通过这种方式确定哪些对象是"可达的"，哪些对象是"不可达的"。
    当GC确定一些对象为"不可达"时，GC就有责任回收这些内存空间。可以。程序员可以手动执行System.gc()，通知GC运行，但是Java语言规范并不保证GC一定会执行。
cschenruidi
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Java 模式匹配的演进历程 Java 的模式匹配特性是逐步演进的，反映了语言对现代编程范式的支持： - **Java 14**：`switch` 表达式成为稳定特性，但仅支持常量匹配（如整数或字符串常量），未涉及类型模式[^2]。 - **Java 16**：引入 `instanceof` 模式匹配作为预览特性（Preview Feature）。它允许在 `instanceof` 条件中直接声明变量并自动转型，变量作用域仅限于当前代码块[^2]。 - **Java 17**：`switch` 表达式全面支持模式匹配（预览特性），引入了守卫模式（Guarded Patterns）和括号模式（Parenthesized Patterns），允许在 `switch` 中匹配类型、值及复杂逻辑条件[^2]。 这一演进使 Java 的模式匹配能力接近 Scala 或 Kotlin 等语言，但 Java 更强调类型安全和向后兼容性[^1]。 #### 3. 核心特性详解 Java 模式匹配的核心特性包括 `instanceof` 模式匹配和 `switch` 模式匹配。以下详细说明语法和机制。 ##### (1) `instanceof` 模式匹配 - **语法**：`if (obj instanceof Type var) { ... }` - `obj`：目标对象。 - `Type`：要匹配的类型（如 `String`）。 - `var`：匹配成功后自动声明的变量，类型为 `Type`，可直接使用。 - **作用**：检查 `obj` 是否为 `Type` 类型，如果是，自动将 `obj` 转型为 `var`，并执行代码块。变量 `var` 的作用域仅限于 `if` 块内，避免内存泄漏。 - **优势**：取代了传统的 `if (obj instanceof String) { String s = (String) obj; ... }`，减少了转型代码和错误风险[^2]。 **示例代码**： ```java Object obj = "Hello, Java!"; // 传统方式：需要显式转型 if (obj instanceof String) { String s = (String) obj; System.out.println("Length: " + s.length()); } // 使用模式匹配：自动转型和声明变量 if (obj instanceof String s) { System.out.println("Length: " + s.length()); // 直接使用s } ``` 在这个示例中，如果 `obj` 是 `String` 类型，`s` 会自动绑定并用于获取字符串长度。如果匹配失败，代码块不会执行。 ##### (2) `switch` 模式匹配 - **语法**：`switch (obj) { case Type var -> ...; ... }` - 支持类型模式（如 `case String s`）、值模式（如 `case 42`）和守卫模式（`case Type var when condition`）。 - 守卫模式（Guarded Patterns）：通过 `when` 关键字添加额外条件，实现更精细的匹配。 - 括号模式（Parenthesized Patterns）：使用括号组合多个模式，增强可读性。 - **作用**：在 `switch` 表达式中匹配对象的类型或值，自动提取变量，并执行对应分支。支持穷举检查（确保所有可能情况被覆盖）。 - **优势**：替代多层 `if-else` 链，处理复杂条件更简洁，且编译器会检查类型安全性[^2]。 **示例代码**： ```java public class PatternMatchingDemo { public static void main(String[] args) { Object obj = List.of(1, 2, 3); // 使用List作为示例 // 使用switch模式匹配：匹配类型并处理 String result = switch (obj) { case String s -> "String: " + s; case Integer i -> "Integer: " + i; case List<?> list when list.size() > 2 -> "Large List: " + list; // 守卫模式：检查列表大小 case List<?> list -> "Small List: " + list; case null -> "Null object"; default -> "Unknown type"; }; System.out.println(result); // 输出: Large List: [1, 2, 3] } } ``` 在这个示例中： - `case List<?> list` 匹配任何 `List` 类型，并自动绑定到 `list` 变量。 - `when list.size() > 2` 是守卫模式，添加额外条件。 - `default` 处理未匹配情况，确保穷举。 #### 4. 实际应用场景 - **类型安全处理**：在解析 JSON 或 XML 数据时，安全地处理不同类型对象。 - **状态机实现**：用 `switch` 模式匹配处理多个状态转换。 - **替代 Visitor 模式**：简化对象结构遍历，减少代码量。 - **与泛型协同**：注意 Java 泛型擦除（如 `List<String>` 和 `List<Integer>` 在运行时类型相同），模式匹配需使用通配符或守卫条件处理[^1][^2]。 **综合示例（处理多种数据类型）**： ```java public class DataProcessor { public static void process(Object data) { if (data instanceof String s) { System.out.println("Processing String: " + s.toUpperCase()); } else if (data instanceof Integer i && i > 0) { // 守卫模式在if中也可用 System.out.println("Positive Integer: " + i); } else if (data instanceof List<?> list) { System.out.println("List size: " + list.size()); } else { System.out.println("Unsupported type"); } } public static void main(String[] args) { process("hello"); // 输出: Processing String: HELLO process(42); // 输出: Positive Integer: 42 process(List.of("a", "b")); // 输出: List size: 2 } } ``` #### 5. 注意事项 - **版本要求**：模式匹配特性需 Java 16 或更高版本（预览特性），Java 21 中已稳定。使用前需启用预览特性（编译时加 `--enable-preview`）。 - **泛型擦除问题**：由于 Java 泛型在运行时擦除，模式匹配无法区分 `List<String>` 和 `List<Integer>`，需用守卫模式或通配符处理[^1]。 - **性能**：模式匹配在编译时优化，性能接近传统方式，但守卫条件可能增加开销。 - **与其他语言的对比**：Java 的模式匹配比 Scala 更保守（Scala 支持更复杂的模式解构），但强调安全性和集成性[^1][^2]。 #### 总结 Java 模式匹配通过 `instanceof` 和 `switch` 机制，简化了类型检查和值提取，提升了代码简洁性和安全性。从 Java 16 开始，它成为现代 Java 开发的重要工具，适用于数据处理、API 设计等场景。随着 Java 的演进，模式匹配将支持更多特性，如记录模式（Record Patterns）[^2]。建议在实际项目中尝试，并结合 IDE 的编译器提示优化代码。
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