每个Java初学者都应该搞懂的问题

灰太狼 2022-09-26 03:57 152阅读 0赞

对于这个系列里的问题，每个学Java的人都应该搞懂。当然，如果只是学Java玩玩就无所谓了。如果你认为自己已经超越初学者了，却不很懂这些问题，请将你自己重归初学者行列。内容均来自于CSDN的经典老贴。

问题一：我声明了什么！

String s = “Hello world!”;

许多人都做过这样的事情，但是，我们到底声明了什么？回答通常是：一个String，内容是“Hello world!”。这样模糊的回答通常是概念不清的根源。如果要准确的回答，一半的人大概会回答错误。  
这个语句声明的是一个指向对象的引用，名为“s”，可以指向类型为String的任何对象，目前指向”Hello world!”这个String类型的对象。这就是真正发生的事情。我们并没有声明一个String对象，我们只是声明了一个只能指向String对象的 引用变量。所以，如果在刚才那句语句后面，如果再运行一句：

String string = s;

我们是声明了另外一个只能指向String对象的引用，名为string，并没有第二个对象产生，string还是指向原来那个对象，也就是，和s指向同一个对象。

1.  String str1 = “abc”;  
    System.out.println(str1 == “abc”);

步骤：  
1) 棧中开辟一块空间存放引用str1，  
2) String池中开辟一块空间，存放String常量”abc”，  
3) 引用str1指向池中String常量”abc”，  
4) str1所指代的地址即常量”abc”所在地址，输出为true

1.  String str2 = new String(“abc”);  
    System.out.println(str2 == “abc”);

步骤：  
1) 棧中开辟一块空间存放引用str2，  
2) 堆中开辟一块空间存放一个新建的String对象”abc”，  
3) 引用str2指向堆中的新建的String对象”abc”，  
4) str2所指代的对象地址为堆中地址，而常量”abc”地址在池中，输出为fals

1.  String str3 = new String（”abc”);  
    System.out.println(str3 == str2);

步骤：  
1) 棧中开辟一块空间存放引用str3，  
2) 堆中开辟一块新空间存放另外一个(不同于str2所指)新建的String对象，  
3) 引用str3指向另外新建的那个String对象  
4) str3和str2指向堆中不同的String对象，地址也不相同，输出为false

1.  String str4 = “a” + “b”;  
    System.out.println(str4 == “ab”);

步骤：  
1) 棧中开辟一块空间存放引用str4，  
2) 根据编译器合并已知量的优化功能，池中开辟一块空间，存放合并后的String常量”ab”，  
3) 引用str4指向池中常量”ab”，  
4) str4所指即池中常量”ab”，输出为true

1.  final String s = “a”;  
    String str5 = s + “b”;  
    System.out.println(str5 == “ab”);

步骤：  
同4

1.  String s1 = “a”;  
    String s2 = “b”;  
    String str6 = s1 + s2;  
    System.out.println(str6 == “ab”);

步骤：  
1) 棧中开辟一块中间存放引用s1，s1指向池中String常量”a”，  
2) 棧中开辟一块中间存放引用s2，s2指向池中String常量”b”，  
3) 棧中开辟一块中间存放引用str5，  
4) s1 + s2通过StringBuilder的最后一步toString()方法还原一个新的String对象”ab”，因此堆中开辟一块空间存放此对象，  
5) 引用str6指向堆中(s1 + s2)所还原的新String对象，  
6) str6指向的对象在堆中，而常量”ab”在池中，输出为false

1.  String str7 = “abc”.substring(0, 2);

步骤：  
1) 棧中开辟一块空间存放引用str7，  
2) substring()方法还原一个新的String对象”ab”（不同于str6所指），堆中开辟一块空间存放此对象，  
3) 引用str7指向堆中的新String对象，

1.  String str8 = “abc”.toUpperCase();

步骤：  
1) 棧中开辟一块空间存放引用str6，  
2) toUpperCase()方法还原一个新的String对象”ABC”，池中并未开辟新的空间存放String常量”ABC”，  
3) 引用str8指向堆中的新String对象

问题二：”==”和equals方法究竟有什么区别？

==操作符专门用来比较变量的值是否相等。比较好理解的一点是：  
int a=10;  
int b=10;  
则a==b将是true。  
但不好理解的地方是：  
String a=new String(“foo”);  
String b=new String(“foo”);  
则a==b将返回false。

根据前一帖说过，对象变量其实是一个引用，它们的值是指向对象所在的内存地址，而不是对象本身。a和b都使用了new操作符，意味着将在内存中产生两个内 容为”foo”的字符串，既然是“两个”，它们自然位于不同的内存地址。a和b的值其实是两个不同的内存地址的值，所以使用”==”操作符，结果会是 false。诚然，a和b所指的对象，它们的内容都是”foo”，应该是“相等”，但是==操作符并不涉及到对象内容的比较。  
对象内容的比较，正是equals方法做的事。

看一下Object对象的equals方法是如何实现的：  
boolean equals(Object o)\{

return this==o;

\}  
Object 对象默认使用了==操作符。所以如果你自创的类没有覆盖equals方法，那你的类使用equals和使用==会得到同样的结果。同样也可以看出， Object的equals方法没有达到equals方法应该达到的目标：比较两个对象内容是否相等。因为答案应该由类的创建者决定，所以Object把 这个任务留给了类的创建者。

看一下一个极端的类：  
Class Monster\{  
private String content;  
…  
boolean equals(Object another)\{ return true;\}

\}  
我覆盖了equals方法。这个实现会导致无论Monster实例内容如何，它们之间的比较永远返回true。

所以当你是用equals方法判断对象的内容是否相等，请不要想当然。因为可能你认为相等，而这个类的作者不这样认为，而类的equals方法的实现是由 他掌握的。如果你需要使用equals方法，或者使用任何基于散列码的集合（HashSet,HashMap,HashTable），请察看一下java doc以确认这个类的equals逻辑是如何实现的。

问题三：String到底变了没有？

没有。因为String被设计成不可变(immutable)类，所以它的所有对象都是不可变对象。请看下列代码：

String s = “Hello”;  
s = s + ” world!”;

s 所指向的对象是否改变了呢？从本系列第一篇的结论很容易导出这个结论。我们来看看发生了什么事情。在这段代码中，s原先指向一个String对象，内容是 “Hello”，然后我们对s进行了+操作，那么s所指向的那个对象是否发生了改变呢？答案是没有。这时，s不指向原来那个对象了，而指向了另一个 String对象，内容为”Hello world!”，原来那个对象还存在于内存之中，只是s这个引用变量不再指向它了。  
通过上面的说明，我们很容易导出另一个结论，如果经常对字符串进行各种各样的修改，或者说，不可预见的修改，那么使用String来代表字符串的话会引起 很大的内存开销。因为 String对象建立之后不能再改变，所以对于每一个不同的字符串，都需要一个String对象来表示。这时，应该考虑使用StringBuffer类， 它允许修改，而不是每个不同的字符串都要生成一个新的对象。并且，这两种类的对象转换十分容易。  
同时，我们还可以知道，如果要使用内容相同的字符串，不必每次都new一个String。例如我们要在构造器中对一个名叫s的String引用变量进行初始化，把它设置为初始值，应当这样做：  
public class Demo \{  
private String s;  
…  
public Demo \{  
s = “Initial Value”;  
\}  
…  
\}  
而非  
s = new String(“Initial Value”);  
后者每次都会调用构造器，生成新对象，性能低下且内存开销大，并且没有意义，因为String对象不可改变，所以对于内容相同的字符串，只要一个 String对象来表示就可以了。也就说，多次调用上面的构造器创建多个对象，他们的String类型属性s都指向同一个对象。  
上面的结论还基于这样一个事实：对于字符串常量，如果内容相同，Java认为它们代表同一个String对象。而用关键字new调用构造器，总是会创建一个新的对象，无论内容是否相同。  
至于为什么要把String类设计成不可变类，是它的用途决定的。其实不只String，很多Java标准类库中的类都是不可变的。在开发一个系统的时 候，我们有时候也需要设计不可变类，来传递一组相关的值，这也是面向对象思想的体现。不可变类有一些优点，比如因为它的对象是只读的，所以多线程并发访问 也不会有任何问题。当然也有一些缺点，比如每个不同的状态都要一个对象来代表，可能会造成性能上的问题。所以Java标准类库还提供了一个可变版本，即 StringBuffer。

问题四：final关键字到底修饰了什么？

final使得被修饰的变量”不变”，但是由于对象型变量的本质是“引用”，使得“不变”也有了两种含义：引用本身的不变，和引用指向的对象不变。

引用本身的不变：  
final StringBuffer a=new StringBuffer(“immutable”);  
final StringBuffer b=new StringBuffer(“not immutable”);  
a=b;//编译期错误

引用指向的对象不变：  
final StringBuffer a=new StringBuffer(“immutable”);  
a.append(” broken!”); //编译通过

可见，final只对引用的“值”(也即它所指向的那个对象的内存地址)有效，它迫使引用只能指向初始指向的那个对象，改变它的指向会导致编译期错误。至 于它所指向的对象的变化，final是不负责的。这很类似==操作符：==操作符只负责引用的“值”相等，至于这个地址所指向的对象内容是否相等，==操 作符是不管的。

理解final问题有很重要的含义。许多程序漏洞都基于此—-final只能保证引用永远指向固定对象，不能保证那个对象的状态不变。在多线程的操作 中,一个对象会被多个线程共享或修改，一个线程对对象无意识的修改可能会导致另一个使用此对象的线程崩溃。一个错误的解决方法就是在此对象新建的时候把它 声明为final，意图使得它“永远不变”。其实那是徒劳的。

问题五：到底要怎么样初始化！

本问题讨论变量的初始化，所以先来看一下Java中有哪些种类的变量。  
1. 类的属性，或者叫值域  
2. 方法里的局部变量  
3. 方法的参数

对于第一种变量，Java虚拟机会自动进行初始化。如果给出了初始值，则初始化为该初始值。如果没有给出，则把它初始化为该类型变量的默认初始值。

int类型变量默认初始值为0  
float类型变量默认初始值为0.0f  
double类型变量默认初始值为0.0  
boolean类型变量默认初始值为false  
char类型变量默认初始值为0(ASCII码)  
long类型变量默认初始值为0  
所有对象引用类型变量默认初始值为null，即不指向任何对象。注意数组本身也是对象，所以没有初始化的数组引用在自动初始化后其值也是null。

对于两种不同的类属性，static属性与instance属性，初始化的时机是不同的。instance属性在创建实例的时候初始化，static属性 在类加载，也就是第一次用到这个类的时候初始化，对于后来的实例的创建，不再次进行初始化。这个问题会在以后的系列中进行详细讨论。

对于第二种变量，必须明确地进行初始化。如果再没有初始化之前就试图使用它，编译器会抗议。如果初始化的语句在try块中或if块中，也必须要让它在第一 次使用前一定能够得到赋值。也就是说，把初始化语句放在只有if块的条件判断语句中编译器也会抗议，因为执行的时候可能不符合if后面的判断条件，如此一 来初始化语句就不会被执行了，这就违反了局部变量使用前必须初始化的规定。但如果在else块中也有初始化语句，就可以通过编译，因为无论如何，总有至少 一条初始化语句会被执行，不会发生使用前未被初始化的事情。对于try-catch也是一样，如果只有在try块里才有初始化语句，编译部通过。如果在 catch或finally里也有，则可以通过编译。总之，要保证局部变量在使用之前一定被初始化了。所以，一个好的做法是在声明他们的时候就初始化他 们，如果不知道要出事化成什么值好，就用上面的默认值吧！

其实第三种变量和第二种本质上是一样的，都是方法中的局部变量。只不过作为参数，肯定是被初始化过的，传入的值就是初始值，所以不需要初始化。

问题六：instanceof是什么东东？

instanceof是Java的一个二元操作符，和==，>， <是同一类东东。由于它是由字母组成的，所以也是Java的保留关键字。它的作用是测试它左边的对象是否是它右边的类的实例，返回boolean类型的数据。举个例子：

String s = “I AM an Object!”;  
boolean isObject = s instanceof Object;

我们声明了一个String对象引用，指向一个String对象，然后用instancof来测试它所指向的对象是否是Object类的一个实例，显然，这是真的，所以返回true，也就是isObject的值为True。  
instanceof有一些用处。比如我们写了一个处理账单的系统，其中有这样三个类：

public class Bill \{//省略细节\}  
public class PhoneBill extends Bill \{//省略细节\}  
public class GasBill extends Bill \{//省略细节\}

在处理程序里有一个方法，接受一个Bill类型的对象，计算金额。假设两种账单计算方法不同，而传入的Bill对象可能是两种中的任何一种，所以要用instanceof来判断：

public double calculate(Bill bill) \{  
if (bill instanceof PhoneBill) \{  
//计算电话账单  
\}  
if (bill instanceof GasBill) \{  
//计算燃气账单  
\}  
…  
\}  
这样就可以用一个方法处理两种子类。

然而，这种做法通常被认为是没有好好利用面向对象中的多态性。其实上面的功能要求用方法重载完全可以实现，这是面向对象变成应有的做法，避免回到结构化编程模式。只要提供两个名字和返回值都相同，接受参数类型不同的方法就可以了：

public double calculate(PhoneBill bill) \{  
//计算电话账单  
\}

public double calculate(GasBill bill) \{  
//计算燃气账单  
\}

所以，使用instanceof在绝大多数情况下并不是推荐的做法，应当好好利用多态。

Java内存管理特点  
★ Java内存管理特点  
Java一个最大的优点就是取消了指针，由垃圾收集器来自动管理内存的回收。程序员不需要通过调用函数来释放内存。

1、Java的内存管理就是对象的分配和释放问题。 
    在Java中，程序员需要通过关键字new为每个对象申请内存空间 (基本类型除外)，所有的对象都在堆 (Heap)中分配空间。 
    对象的释放是由GC决定和执行的。 
    在Java中，内存的分配是由程序完成的，而内存的释放是有GC完成的，这种收支两条线的方法简化了程序员的工作。但也加重了JVM的工作。这也是Java程序运行速度较慢的原因之一。
    
    GC释放空间方法： 
    监控每一个对象的运行状态，包括对象的申请、引用、被引用、赋值等。当该对象不再被引用时，释放对象。
    
    
    2、内存管理结构 
    Java使用有向图的方式进行内存管理，对于程序的每一个时刻，我们都有一个有向图表示JVM的内存分配情况。
    
    将对象考虑为有向图的顶点，将引用关系考虑为图的有向边，有向边从引用者指向被引对象。另外，每个线程对象可以作为一个图的起始顶点，例如大多程序从main进程开始执行，那么该图就是以main进程顶点开始的一棵根树。在这个有向图中，根顶点可达的对象都是有效对象，GC将不回收这些对象。如果某个对象 (连通子图)与这个根顶点不可达(注意，该图为有向图)，那么我们认为这个(这些)对象不再被引用，可以被GC回收。
    
    3、使用有向图方式管理内存的优缺点 
    Java使用有向图的方式进行内存管理，可以消除引用循环的问题，例如有三个对象，相互引用，只要它们和根进程不可达的，那么GC也是可以回收它们的。 
    这种方式的优点是管理内存的精度很高，但是效率较低。

\++：  
另外一种常用的内存管理技术是使用计数器，例如COM模型采用计数器方式管理构件，它与有向图相比，精度行低(很难处理循环引用的问题)，但执行效率很高。

★ Java的内存泄露  
Java虽然由GC来回收内存，但也是存在泄露问题的，只是比C++小一点。

1、与C++的比较 
    c++所有对象的分配和回收都需要由用户来管理。即需要管理点，也需要管理边。若存在不可达的点，无法在回收分配给那个点的内存，导致内存泄露。存在无用的对象引用，自然也会导致内存泄露。 
    Java由GC来管理内存回收，GC将回收不可达的对象占用的内存空间。所以，Java需要考虑的内存泄露问题主要是那些被引用但无用的对象——即指要管理边就可以。被引用但无用的对象，程序引用了该对象，但后续不会再使用它。它占用的内存空间就浪费了。 
        如果存在对象的引用，这个对象就被定义为“活动的”，同时不会被释放。
    
    2、Java内存泄露处理 
    处理Java的内存泄露问题：确认该对象不再会被使用。 
    典型的做法—— 
        把对象数据成员设为null 
        从集合中移除该对象 
    注意，当局部变量不需要时，不需明显的设为null，因为一个方法执行完毕时，这些引用会自动被清理。

例子：  
List myList=new ArrayList();  
for (int i=1;i<100; i++)  
\{  
Object o=new Object();  
myList.add(o);  
o=null;  
\}  
//此时，所有的Object对象都没有被释放，因为变量myList引用这些对象。

当myList后来不再用到，将之设为null，释放所有它引用的对象。之后GC便会回收这些对象占用的内存。

★ 对GC操作  
对GC的操作并不一定能达到管理内存的效果。

GC对于程序员来说基本是透明的，不可见的。我们只有几个函数可以访问GC，例如运行GC的函数System.gc()，System.。 
    但是根据Java语言规范定义， System.gc()函数不保证JVM的垃圾收集器一定会执行。因为，不同的JVM实现者可能使用不同的算法管理GC。通常，GC的线程的优先级别较低。
    
    
    JVM调用GC的策略有很多种，有的是内存使用到达一定程度时，GC才开始工作，也有定时执行的，有的是平缓执行GC，有的是中断式执行GC。但通常来说，我们不需要关心这些。除非在一些特定的场合，GC的执行影响应用程序的性能，例如对于基于Web的实时系统，如网络游戏等，用户不希望GC突然中断应用程序执行而进行垃圾回收，那么我们需要调整GC的参数，让GC能够通过平缓的方式释放内存，例如将垃圾回收分解为一系列的小步骤执行，Sun提供的HotSpot JVM就支持这一特性。

★ 内存泄露检测  
市场上已有几种专业检查Java内存泄漏的工具，它们的基本工作原理大同小异，都是通过监测Java程序运行时，所有对象的申请、释放等动作，将内存管理的所有信息进行统计、分析、可视化。开发人员将根据这些信息判断程序是否有内存泄漏问题。这些工具包括Optimizeit Profiler，JProbe Profiler，JinSight , Rational 公司的Purify等。

在运行过程中，我们可以随时观察内存的使用情况，通过这种方式，我们可以很快找到那些长期不被释放，并且不再使用的对象。我们通过检查这些对象的生存周期，确认其是否为内存泄露。

★ 软引用  
特点：只有当内存不够的时候才回收这类内存，同时又保证在Java抛出OutOfMemory异常之前，被设置为null。  
保证最大限度的使用内存而不引起OutOfMemory异常。  
在某些时候对软引用的使用会降低应用的运行效率与性能，例如：应用软引用的对象的初始化过程较为耗时，或者对象的状态在程序的运行过程中发生了变化，都会给重新创建对象与初始化对象带来不同程度的麻烦。

用途：  
可以用于实现一些常用资源的缓存，实现Cache的功能  
处理一些占用内存大而且声明周期较长，但使用并不频繁的对象时应尽量应用该技术

★ java程序设计中有关内存管理的经验

1．最基本的建议是尽早释放无用对象的引用。如：  
…  
A a = new A();  
//应用a对象  
a = null; //当使用对象a之后主动将其设置为空  
….  
注：如果a 是方法的返回值，不要做这样的处理，否则你从该方法中得到的返回值永远为空，而且这种错误不易被发现、排除

2．尽量少用finalize函数。它会加大GC的工作量。  
3．如果需要使用经常用到的图片，可以使用soft应用类型。它尽可能把图片保存在内存中  
4．注意集合数据类型，包括数组、树、图、链表等数据结构，这些数据结构对GC来说，回收更为复杂。  
5．尽量避免在类的默认构造器中创建、初始化大量的对象，防止在调用其自类的构造器时造成不必要的内存资源浪费  
6．尽量避免强制系统做垃圾内存的回收，增长系统做垃圾回收的最终时间  
7．尽量避免显式申请数组空间  
8．尽量做远程方法调用类应用开发时使用瞬间值变量，除非远程调用端需要获取该瞬间值变量的值。  
9．尽量在合适的场景下使用对象池技术以提高系统性能。