Java 语言基础
一、Java 语言的第一性原理
1. Java 想解决的核心问题
Java 诞生的背景不是“写得更快”,而是:
- **跨平台一致性**(Write Once, Run Anywhere)
- **大型系统的长期可维护性**
- **多人协作下的工程稳定性**
因此,Java 的本质目标可以抽象为:
通过语言层面的约束,换取系统层面的稳定性
2. Java 的三大设计哲学(贯穿全文)
哲学一:约束优先于自由
- 强类型系统
- 显式类型转换
- 严格的访问控制
👉 牺牲灵活性,换取可读性与可维护性
哲学二:编译期多做事,运行期少出错
- 方法重载在编译期确定
- 类型检查前置
- 早失败(Fail Fast)
👉 把问题尽量暴露在开发阶段
哲学三:工程协作优先于极致性能
- 冗长但明确的语法
- 明确的对象模型
- 防御式编程文化
👉 Java 首先服务“团队”,其次才是“机器”
二、Java 运行模型:从源代码到执行
1. Java 运行时的三层抽象
源代码 (.java) ↓ 编译字节码 (.class) ↓ JVM 执行机器指令Java 通过 JVM 将“语言语义”与“硬件平台”解耦。
2. JVM / JDK / JRE 的本质区别
| 组件 | 本质角色 |
|---|---|
| JVM | 执行引擎:定义字节码如何运行 |
| JRE | 运行时集合:JVM + 核心类库 |
| JDK | 开发工具链:JRE + 编译/诊断工具 |
👉 这是 开发期能力 与 运行期能力 的分离设计。
3. OpenJDK vs Oracle JDK(原则视角)
- OpenJDK:语言规范的**参考实现**
- Oracle JDK:商业支持与扩展
👉 Java 生态的稳定性来自:规范 > 实现
三、类型系统:Java 如何理解“数据”
1. 类型系统的核心目的
类型不是为了限制你,而是为了:
- 提供边界
- 让错误尽早暴露
- 成为协作的“契约”
2. 基本类型 vs 引用类型(本质差异)
| 维度 | 基本类型 | 引用类型 |
|---|---|---|
| 存储语义 | 值 | 对象引用 |
| 设计目的 | 性能与确定性 | 抽象与建模 |
👉 这是 效率模型 与 抽象模型 的分工。
3. 包装类型与缓存机制(设计取舍)
包装类型存在的原因:
- 泛型
- 面向对象统一建模
缓存机制的本质:
- 小整数是高频值
- 用空间换性能
👉 这是 JVM 层面的 对象复用优化,而非语法特性。
4. 浮点数误差的本质
- Java 遵循 IEEE 754
- 二进制无法精确表示部分十进制小数
👉 这是数学与表示系统的冲突,不是 Java 的问题。
四、变量、常量与内存模型
1. 变量 vs 常量(语义区别)
- 变量:**状态可变**
- 常量:**状态收敛**
final 的本质是:
缩小状态空间,降低系统复杂度
2. static 的真正含义
static 成员绑定在 Class 对象 上,而非实例
因此:
- 不依赖对象生命周期
- 与实例数量无关
👉 static 是一种 “类级别状态” 的建模方式。
五、方法模型:Java 如何组织行为
1. 方法签名与唯一性
方法签名 = 方法名 + 参数列表
这是编译期行为绑定的基础。
2. 参数传递的第一性原理
Java 永远是值传递
- 传对象 ≠ 传对象本身
- 传的是“引用的副本”
👉 这是避免隐式共享状态的设计选择。
3. 方法重载 vs 方法重写(两个世界)
| 维度 | 重载 | 重写 |
|---|---|---|
| 发生时机 | 编译期 | 运行期 |
| 绑定方式 | 静态绑定 | 动态分派 |
| 设计目标 | 易用性 | 多态性 |
4. 构造方法的设计边界
- 不可继承
- 不可重写
👉 构造器是 对象状态建立的唯一入口
六、面向对象的约束机制
1. 访问控制的本质
访问修饰符不是权限工具,而是边界声明
- private:类内一致性
- protected:继承扩展点
- public:稳定契约
2. equals / hashCode 的对象身份模型
- equals:语义相等
- hashCode:分桶定位
👉 这是 对象逻辑身份 与 数据结构性能 的协作协议。
七、流程控制:确定性执行模型
1. 顺序 / 分支 / 循环的统一抽象
所有流程控制,本质都是:对执行路径的约束
2. for vs while 的原则选择
- for:作用域最小化
- while:状态外显
👉 这是 可读性与生命周期控制 的选择。
八、资源管理与语言演进
1. finalize 被弃用的根本原因
- 不可预测
- 干扰 GC
👉 Java 不再相信“隐式生命周期管理”。
2. Cleaner / try-with-resources 的设计方向
资源必须显式释放
这是 Java 向工程确定性妥协的结果。
九、稳定知识与不稳定知识边界
稳定(值得长期记忆)
- 类型系统
- 对象模型
- static / final 语义
- equals / hashCode 协议
不稳定(随版本演进)
- 具体 API
- 语法糖
- 工具链细节
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