JavaSE笔记
JavaSE（Java Standard Edition）是Java体系的基础，涵盖了Java语言核心语法、面向对象编程、集合框架、IO流、多线程、反射、JDK8新特性等内容。
一、基础语法
1.1 数据类型
|
类型 |
关键字 |
字节 |
范围/说明 |
|---|---|---|---|
|
字节型 |
byte |
1 |
-128 ~ 127 |
|
短整型 |
short |
2 |
-2^15 ~ 2^15-1 |
|
整型 |
int |
4 |
-2^31 ~ 2^31-1（默认） |
|
长整型 |
long |
8 |
-2^63 ~ 2^63-1（L后缀） |
|
浮点型 |
float |
4 |
单精度（F后缀） |
|
双精度 |
double |
8 |
双精度（默认） |
|
字符型 |
char |
2 |
Unicode 0 ~ 65535 |
|
布尔型 |
boolean |
1(虚拟) |
true / false |
关键点：自动类型提升 byte→short→int→long→float→double；char→int。小数默认double，float必须加F；long建议加大写L。
1.2 包装类与自动拆装箱
|
基本类型 |
包装类 |
|---|---|
|
byte / short / int / long |
Byte / Short / Integer / Long |
|
float / double |
Float / Double |
|
char |
Character |
|
boolean |
Boolean |
重点：Integer缓存池默认 -128 ~ 127，超出范围 == 比较为false（需用equals）。valueOf()从缓存取，new Integer()每次新建对象（已废弃JDK9+）。
1.3 String
不可变性：String被final修饰，底层用final byte[]存储（JDK9+从char[]改为byte[]节省空间）。任何修改操作都返回新String对象。
- String常量池：双引号直接赋值从常量池取；new String()在堆创建新对象，intern()手动入池
- StringBuilder（线程不安全，性能高）vs StringBuffer（线程安全，synchronized方法）
- 拼接原理：+ 操作符编译后为StringBuilder.append；循环内拼接务必显式用StringBuilder
1.4 == vs equals()
- ==：比较栈中值。基本类型比值，引用类型比地址
- equals()：Object默认用==比较地址；String重写后比较内容；自定义类需重写equals()（同时重写hashCode()）
- hashCode()：两个对象equals相等→hashCode必相等；hashCode相等≠equals相等（哈希冲突）
1.5 流程控制
- switch：支持byte/short/int/char/String/enum；case穿透需break；JDK14+支持箭头表达式和多case合并
- 增强for循环：for(Type x : iterable) 底层调用Iterator，遍历时不能修改集合（ConcurrentModificationException）
- break vs continue：break跳出整个循环/switch；continue跳过本次迭代；带标签可跳出外层循环
二、面向对象
2.1 封装、继承、多态
|
特性 |
核心 |
实现方式 |
|---|---|---|
|
封装 |
隐藏内部细节，暴露接口 |
private属性 + public getter/setter |
|
继承 |
复用代码，is-a关系 |
extends（单继承），子类拥有父类非private成员 |
|
多态 |
同一接口不同实现，提高扩展性 |
父类引用指向子类对象；方法重写（运行时多态）+ 方法重载（编译时多态） |
2.2 访问修饰符
|
修饰符 |
本类 |
同包 |
子类 |
其他 |
|---|---|---|---|---|
|
private |
✅ |
❌ |
❌ |
❌ |
|
default |
✅ |
✅ |
❌ |
❌ |
|
protected |
✅ |
✅ |
✅ |
❌ |
|
public |
✅ |
✅ |
✅ |
✅ |
2.3 抽象类 vs 接口
|
对比 |
抽象类(abstract class) |
接口(interface) |
|---|---|---|
|
构造器 |
有 |
无 |
|
成员变量 |
任意 |
默认 public static final |
|
方法 |
抽象方法 + 普通方法 |
抽象方法(JDK8+ default/static, JDK9+ private) |
|
继承/实现 |
单继承(extends) |
多实现(implements)，接口可多继承接口 |
|
语义 |
is-a，模板设计 |
can-do，行为规范 |
2.4 内部类
- 成员内部类：可以访问外部类所有成员；创建需外部类实例：outer.new Inner()
- 静态内部类：static修饰，只能访问外部类static成员；直接new Outer.Inner()
- 局部内部类：定义在方法中，作用域仅该方法内
- 匿名内部类：new Interface() { 实现方法 }，常用于回调。JDK8+可用Lambda替代
三、异常处理
3.1 异常体系
Throwable → Error（不可处理，如OOM/StackOverflow） + Exception。Exception → RuntimeException（非受检，编译不强制） + 受检异常（必须try-catch或throws）。
|
常见RuntimeException |
常见受检异常 |
常见Error |
|---|---|---|
|
NullPointerException |
IOException |
OutOfMemoryError |
|
IndexOutOfBoundsException |
SQLException |
StackOverflowError |
|
ClassCastException |
ClassNotFoundException |
NoClassDefFoundError |
|
ArithmeticException |
FileNotFoundException |
|
|
IllegalArgumentException |
InterruptedException |
|
3.2 try-catch-finally
- finally：一定执行（System.exit(0)除外）。若finally中有return，会覆盖catch中的return
- try-with-resources（JDK7+）：try(资源定义) 自动调用close()，资源必须实现AutoCloseable接口
- 异常链：throw new RuntimeException("msg", originalException) 保留根因
四、集合框架
4.1 整体体系
Collection（单列集合） → List（有序可重复）、Set（无序不可重复）、Queue（队列）。Map（双列集合，键值对）。
4.2 List
|
ArrayList |
LinkedList |
Vector |
|
|---|---|---|---|
|
底层 |
Object[] 动态数组 |
双向链表 |
Object[] + synchronized |
|
查询 |
O(1) |
O(n) |
O(1)（线程安全） |
|
增删 |
O(n)（尾部O(1)摊销） |
O(1)（定位到位置后） |
O(n) |
|
扩容 |
1.5倍（无参初始化空数组，首次add扩容到10） |
无，链表 |
2倍
|
|
线程安全 |
否 |
否 |
是（已淘汰，用CopyOnWriteArrayList） |
4.3 Set
- HashSet：基于HashMap（key存元素，value为PRESENT常量）。无序，O(1)增删查
- LinkedHashSet：继承HashSet，底层LinkedHashMap。保持插入顺序，O(1)
- TreeSet：基于TreeMap（红黑树）。元素自然排序或Comparator排序，O(log n)
4.4 Map
|
HashMap |
LinkedHashMap |
TreeMap |
|
|---|---|---|---|
|
底层 |
数组+链表+红黑树(JDK8+) |
HashMap+双向链表 |
红黑树 |
|
顺序 |
无序 |
插入顺序/访问顺序 |
键自然排序/Comparator |
|
null键 |
允许1个 |
允许1个 |
不允许 |
|
复杂度 |
O(1) ~ O(n)/O(log n) |
O(1) |
O(log n) |
|
线程安全 |
否 → ConcurrentHashMap |
否 |
否 |
HashMap关键机制（JDK8+）：
- put流程：计算hash→(n-1)&hash确定桶位→桶空直接插入→桶非空，链表尾插(JDK7头插)→链表长度≥8 && 数组长度≥64转为红黑树→扩容(len≥threshold=capacity*loadFactor)时2倍扩容，rehash
- 初始容量16，负载因子0.75，容量必为2的幂（便于取模优化）。链表≤6时树退化为链表
- JDK7头插法 → 并发扩容可能死循环(环形链表)；JDK8尾插法修复
4.5 ConcurrentHashMap
- JDK7：分段锁(Segment extends ReentrantLock)，默认16段，并发度16
- JDK8：CAS + synchronized锁链表/红黑树头节点（锁粒度更细），并发度更高
- put：桶为空→CAS自旋写入；桶非空→synchronized锁头节点插入/更新；扩容时协助transfer
- get：无锁（volatile保证可见性），全程CAS-free
五、泛型
5.1 核心概念
- 类型擦除：Java泛型是编译时检查，编译后擦除为边界类型（无边界→Object，有边界→上界类型），运行时无泛型信息
- PECS原则：Producer Extends（读用? extends T），Consumer Super（写用? super T）
- 泛型类/接口/方法：class Box<T> / <T> T method(T t)
常见误区：泛型不支持基本类型（只能用包装类）；不能new T()或new T[]；instanceof无法检查泛型类型；static方法不能使用类的泛型参数（需定义为泛型方法）。
六、IO流
6.1 分类体系
- 字节流：InputStream / OutputStream（FileInputStream, BufferedInputStream, ObjectInputStream）
- 字符流：Reader / Writer（FileReader, BufferedReader, InputStreamReader）
- 转换流：InputStreamReader（字节→字符）/ OutputStreamWriter（字符→字节），可指定编码
|
常用流 |
作用 |
注意 |
|---|---|---|
|
BufferedInputStream/Reader |
带缓冲读写，减少IO次数 |
默认缓冲区8KB |
|
ObjectInputStream/ObjectOutputStream |
对象序列化/反序列化 |
类必须实现Serializable |
|
DataInputStream/DataOutputStream |
读写基本数据类型 |
与机器无关的数据格式 |
|
ByteArrayInputStream |
内存中操作字节数组 |
不需要关闭 |
6.2 序列化
- Serializable：标记接口。static和transient修饰的字段不序列化
- serialVersionUID：版本控制，反序列化时校验；不显式定义会自动生成（字段变更会导致不一致）
- 序列化深拷贝：通过ByteArrayOutputStream序列化再反序列化实现对象深拷贝
七、多线程
7.1 线程创建方式
|
方式 |
实现 |
特点 |
|---|---|---|
|
继承Thread |
extends Thread，重写run() |
单继承限制，不推荐 |
|
实现Runnable |
implements Runnable，传入Thread |
无返回值，推荐 |
|
实现Callable |
implements Callable<V>，通过FutureTask获取结果 |
有返回值，可抛异常 |
|
线程池 |
ExecutorService.submit() |
复用线程，推荐生产使用 |
7.2 线程生命周期（6种状态）
- NEW → RUNNABLE(start) → BLOCKED(等待synchronized锁) / WAITING(wait/join无超时) / TIMED_WAITING(sleep/有超时wait) → TERMINATED
7.3 synchronized
- 锁升级（JDK6+）：无锁 → 偏向锁（记录线程ID）→ 轻量级锁（CAS自旋）→ 重量级锁（OS Mutex，自旋失败膨胀）
- 修饰范围：实例方法(锁this)、静态方法(锁Class对象)、代码块(锁指定对象)
- 底层实现：monitorenter/monitorexit指令；重量级锁基于OS Mutex
7.4 JUC锁（java.util.concurrent.locks）
ReentrantLock：基于AQS(AbstractQueuedSynchronizer)，公平锁(lock()直接入队) / 非公平锁(先CAS抢一次再入队)。支持可中断锁(lockInterruptibly)、超时获取锁(tryLock)、多条件变量(Condition)。
7.5 AQS原理
- 核心：volatile int state（锁状态）+ CLH队列（双向链表存储等待线程）+ CAS修改state
- 独占模式：state=0表示未锁定，加锁CAS(0,1)成功则获取，失败则入队park挂起；释放state=0唤醒后继
- 共享模式：state代表可用资源数（如Semaphore），CAS递减；释放递增并唤醒等待线程链
- AQS的实现：ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch、ReentrantReadWriteLock、CyclicBarrier
7.6 线程同步工具
|
工具 |
作用 |
|---|---|
|
CountDownLatch |
计数器，一个线程等待其他N个线程完成（一次性） |
|
CyclicBarrier |
屏障，N个线程相互等待后同时执行（可循环使用） |
|
Semaphore |
信号量，控制同时访问资源的线程数（限流） |
|
Exchanger |
两个线程交换数据 |
|
Phaser |
多阶段同步屏障（JDK7+，增强版CyclicBarrier） |
|
CompletableFuture |
异步编排，串行/并行/聚合/异常处理（JDK8+） |
7.7 线程池（ThreadPoolExecutor）
7个参数：corePoolSize → maximumPoolSize → keepAliveTime(空闲非核心线程存活时间) → unit → workQueue(阻塞队列) → threadFactory → handler(拒绝策略)
- 执行流程：任务来 → 核心线程数未满则创建核心线程 → 已满则入队 → 队列满则创建非核心线程(上限maximumPoolSize) → 还满则执行拒绝策略
- 4种拒绝策略：AbortPolicy(抛异常，默认)、CallerRunsPolicy(调用者线程执行)、DiscardPolicy(直接丢弃)、DiscardOldestPolicy(丢弃队首)
- 常见线程池：newFixedThreadPool(固定)、newCachedThreadPool(弹性)、newSingleThreadExecutor(单线程)、newScheduledThreadPool(定时) — 均不推荐直接使用（队列无界，可能OOM）。建议手动new ThreadPoolExecutor指定参数
7.8 ThreadLocal
- 原理：每个Thread维护ThreadLocalMap（ThreadLocal为key的弱引用），set/get实际操作当前线程的Map
- 内存泄漏：ThreadLocal弱引用可被GC，但value是强引用，线程长期存活不remove会泄漏（线程池场景尤其严重）
7.9 volatile
- 可见性：写volatile变量后立即刷新主内存，读之前从主内存读取（缓存一致性协议MESI/内存屏障）
- 禁止指令重排序：内存屏障(LoadLoad/StoreStore/LoadStore/StoreLoad)，经典应用DCL单例
- 不保证原子性：i++仍非原子（读→改→写），需用AtomicInteger或synchronized
八、反射
8.1 核心API
- 获取Class对象：类名.class / 对象.getClass() / Class.forName("全限定类名")
- 创建对象：clazz.newInstance()(JDK9废弃) → clazz.getDeclaredConstructor().newInstance()
- 获取字段：getFields()(public) / getDeclaredFields()(全部) → field.setAccessible(true)突破私有 → field.get(obj)/set(obj, val)
- 获取方法：getMethods() / getDeclaredMethods() → method.invoke(obj, args)
注意：反射绕过编译检查，性能低于直接调用（JDK优化后差距缩小）；setAccessible(true)在JDK17+受模块系统限制可能失败。
九、注解
9.1 元注解与自定义注解
|
元注解 |
作用 |
|---|---|
|
@Target |
定义注解使用位置（TYPE/FIELD/METHOD/PARAMETER等） |
|
@Retention |
SOURCE(源码级，编译丢弃) / CLASS(字节码级，运行时丢弃) / RUNTIME(运行时保留，反射可读) |
|
@Documented |
被javadoc收录 |
|
@Inherited |
子类继承父类注解 |
|
@Repeatable |
可重复标注（JDK8+） |
9.2 注解处理器
- 编译时：AbstractProcessor + @AutoService → 生成代码（Lombok、MapStruct基于此）
- 运行时：通过反射读取注解，Spring框架大量使用
十、JDK8 新特性
10.1 Lambda表达式
- 语法：(参数) → { 方法体 }，单参数可省括号，单语句可省return和大括号
- 本质：函数式接口(FunctionalInterface，有且仅有一个抽象方法的接口)的匿名实现
- 常用函数式接口：Function<T,R>(转换)、Predicate<T>(判断)、Consumer<T>(消费)、Supplier<T>(供给)、BiFunction/BinaryOperator(二元)
10.2 Stream API
三步操作：创建Stream（集合.stream()/数组Arrays.stream()/Stream.of()）→ 中间操作(filter/map/sorted/distinct/limit/skip/flatMap，惰性执行) → 终止操作(collect/forEach/count/reduce/findFirst，触发计算)
- collect(Collectors.toList())：收集为List/Set/Map；Collectors.groupingBy(分组)、partitioningBy(分区true/false)
- reduce：归约操作，如求和/求积/拼接
- 并行流：parallelStream()，底层ForkJoinPool，注意线程安全问题
10.3 Optional
- 目的：优雅解决NPE，强制调用者处理null情况
- 创建：Optional.of(T)(非空)、Optional.ofNullable(T)(可为空)、Optional.empty()
- 获取：orElse(有值返值无返默认)、orElseGet(懒加载默认)、orElseThrow(抛异常)
- 链式：map/flatMap/filter/ifPresent
十一、JVM 基础
11.1 内存模型（JDK8+）
|
区域 |
线程 |
内容 |
|---|---|---|
|
程序计数器 |
私有 |
当前线程执行字节码行号 |
|
虚拟机栈 |
私有 |
栈帧(局部变量表/操作数栈/返回地址) |
|
本地方法栈 |
私有 |
Native方法调用 |
|
堆(Heap) |
共享 |
对象实例，GC主要区域。新生代(Eden+S0+S1)+老年代 |
|
方法区(元空间) |
共享 |
类信息/常量/静态变量/JIT编译缓存。JDK8+使用本地内存(元空间 Metaspace)，替代PermGen |
|
运行时常量池 |
共享 |
Class文件常量池运行时表示（在元空间内） |
11.2 类加载
- 过程：加载 → 验证 → 准备（static变量赋默认值）→ 解析（符号引用→直接引用）→ 初始化（static变量赋值+static代码块，clinit方法）
- 双亲委派：加载请求先委派父类加载器(Bootstrap→Extension/Platform→Application→自定义)→父加载不了才自己加载。避免核心类被篡改(如自定义java.lang.String)
- 破坏双亲委派：Tomcat(每个WebApp独立加载)、JDBC(SPI机制，ThreadContextClassLoader)
11.3 GC算法与垃圾回收器
判断对象存活
- 引用计数法：有循环引用问题（Java不用）
- 可达性分析：GC Roots（栈引用、static引用、JNI引用等）→ 引用链上对象存活，不可达对象判断为垃圾
四种引用类型
|
引用 |
回收时机 |
|---|---|
|
强引用(Strong) |
永不回收（除非不可达） |
|
软引用(SoftReference) |
内存不足时回收（适合缓存） |
|
弱引用(WeakReference) |
下次GC即回收（ThreadLocal的key） |
|
虚引用(PhantomReference) |
回收时收到通知（管理堆外内存，如NIO DirectByteBuffer） |
GC算法
- 标记-清除：标记存活→清除未标记。内存碎片
- 标记-整理：标记存活→移动到一端。无碎片但耗时长（老年代用）
- 复制：Eden+S0→S1，存活率低时高效（新生代用）
- 分代收集：新生代用复制算法（Minor GC），老年代用标记-整理/清除（Full GC）
垃圾回收器
|
回收器 |
算法 |
特点 |
|---|---|---|
|
Serial / Serial Old |
复制 / 标记-整理 |
单线程，Client模式默认 |
|
Parallel / Parallel Old |
复制 / 标记-整理 |
多线程并行，JDK8默认，关注吞吐量 |
|
ParNew |
复制 |
Serial多线程版，配合CMS |
|
CMS |
标记-清除 |
并发低停顿（4步骤：初始标记→并发标记→重新标记→并发清除）。CPU敏感、碎片、浮动垃圾，JDK14移除 |
|
G1（JDK9+默认） |
标记-整理+复制 |
Region分区，可预测停顿。Mixed GC |
|
ZGC（JDK11+） |
染色指针+读屏障 |
超低延迟(<1ms停顿)，TB级堆。JDK15+生产可用，分代ZGC(JDK21+) |
|
Shenandoah（JDK12+） |
转发指针+读屏障 |
低延迟，并发整理 |
11.4 JVM调优参数
|
参数 |
说明 |
|---|---|
|
-Xms / -Xmx |
堆初始大小 / 堆最大大小（通常设相等，避免扩容） |
|
-Xss |
线程栈大小 |
|
-Xmn / -XX:NewRatio |
新生代大小 / 老新比例 |
|
-XX:SurvivorRatio |
Eden:S0:S1比例 |
|
-XX:MetaspaceSize / -XX:MaxMetaspaceSize |
元空间初始/最大（JDK8+） |
|
-XX:+UseG1GC / -XX:+UseZGC |
选择GC算法 |
|
-XX:MaxGCPauseMillis |
最大GC停顿时间目标（G1） |
|
-XX:+PrintGCDetails |
打印GC日志 |
|
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError |
OOM时生成堆dump |
总结：JavaSE是Java开发的基石，核心掌握面向对象（封装继承多态）、集合框架（HashMap/ConcurrentHashMap原理）、多线程（synchronized锁升级/AQS/线程池）、JVM内存模型与GC、JDK8新特性（Lambda/Stream/Optional）。面试高频考点已在上方标注 ⚠️ 和 ❗。