Java语言基础

Java市场广阔，应用广泛，且是有一定学习门槛的编程语言。掌握一门高级语言，再放言自己是开发者，是学习Java的必要理由之一。Java具备足够多的语言特性，可能比世界上最好的编程语言更值得学习。

程序结构

Java具有一些支撑其发展至今的优秀特性，包括但不限于面向对象、多线程和跨平台。

Java是纯粹的面向对象的编程语言，在Java中，类和类型是同义词。类即类型。也就是说，Java中的数据类型允许自定义。Java中有8种基本数据类型，3种复合类型。为了更好支持面向对象的特性，JDK中提供了多个包装类，用于替代8种基本类型。

关于条件语句，Java在语法上没有任何特殊。不过这里有一个地方需要稍微注意：

如果if语句后面只有一条语句，可以省略if之后的大括号，这是正确的语法规则。但如果if语句之后是一条定义变量的语句，则会编译失败。究其原因，是作用域的机制导致的问题。如果不写块级作用域的标示符号"{}"，if语句后定义的变量只在该语句执行时有效，这样的变量是没有意义的，编译过程会将其视为多余代码，检查出错。

同理，在其他拥有块级作用域的语言中，也会出现类似的情况。比如执行JavaScript语句：

使用let定义变量会产生错误，而var不会，因为let是ES6定义变量的语法，var是ES5以及更早版本定义变量的语法。ES6的新特性之一，就是支持块级作用域！ES6之前只有全局作用域和函数作用域。

Java的循环结构是常见的for循环、while循环和do...while循环。

数组和循环密不可分，数组的遍历往往需要循环。Java中的数组指索引数组，自动编号。如果要实现类似PHP中的关联数组，就必须用数据结构来实现。JDK中提供了Map接口，用以保存键值对形式的信息。相应的，为了解决数组必须在定义时显式指定长度的问题，JDK提供了Collection接口。

所有实现了Iterator接口的类都可以通过forEach语句进行遍历。forEach语句和for循环语句一样是系统级别的语法规则。

面向对象

面向对象特性被Java发挥的淋漓尽致。一个文件可以包含多个类，但编译后一个类就是一个字节码文件，是平台相关的。类似C语言的main函数，通过入口函数来执行程序似乎已经是高级语言的通用特性。Java中的主方法格式为：

public为权限修饰符，用于对类或方法的权限进行访问控制；static声明此方法为静态方法；void定义方法的返回类型为无返回值；main为函数名；String[]是一个字符串数组，args是形参名；{}内为方法体。

一个有趣的练习是，对主方法定义语句中的所有关键词，分别进行去掉、替换、调换顺序的操作，关键词包括"public"、"static"、"void"、"main"、"String[]"和"args"，查看程序编译和运行的结果，并思考为什么。这样的练习非常有助于认识、掌握方法定义语句的结构规则。

面向对象的逻辑是，一切事物皆对象，对象拥有属性和方法。这样的编程范式理论上可以描述并解决任何问题，因为问题也是对象。

面向对象的学习分两部分内容，一部分是关键字的功能和用法，this、static、final等，另一部分是接口、类和对象之间的关系以及与其它接口、类和对象之间的关系。这两部分内容相互交织，如extends表示继承关系，想要继承就要用extends关键字，但这两部分内容不应该混为一谈，关键字侧重语法规则，各种关系侧重程序结构。

下面分别来总结这两部分内容。

关键字

关键字分三种类型，定义类型的"interface"、"class"，修饰类型的"abstract"、"final"、"static"、权限修饰符，功能类型的"extends"、"implements"、"this"、"super"、"new"、"instanceof"。

"interface"定义一个接口，接口中一般不包含方法的具体实现，因为接口是抽象的。类如果实现接口，则必须实现接口中所有的方法。但并不意味着接口中一定不允许编写方法的具体实现，Java 8提供了default方法，允许接口中使用default关键字修饰一个方法，该方法包含且必须包含方法的具体实现。被default修饰的方法不需要在实现类中单独实现，可直接调用。default方法的声明格式如下：

一些资料中"default"是权限修饰符的描述符号，表示不写其它权限修饰符的情况。这里明显看出，default和权限修饰符没有关系，它们同时存在。另外，接口中的方法权限一定是public，这是Java规定的，不可以写protected或private，如果不写，默认也是public，不同于其它场合的默认情况。

"class"定义一个类，类包含具体的属性和方法，是执行功能的主体。

"abstract"可以修饰类或方法，用于定义抽象类和抽象方法，它们都是类的模板，用于被继承。

"final"关键字修饰类，类不可被继承，修饰方法，方法不可被重写，修饰变量，变量不可被修改。

"static"可以修饰变量、方法和代码块，在类加载的"准备"阶段，虚拟机就会将static修饰的所有内容加载进内存，这一阶段虚拟机还会为变量赋予默认零值。

"extends"表示一个类继承另一个类，或一个接口继承其它接口。类是单继承的，接口允许多继承。

"implements"表示一个类实现了一些接口，可以多实现。

"this"语法灵活，可以表示类中的属性、使用this调用本类的构造方法以及表示当前对象。

"super"可调用父类构造方法、父类属性。

"new"用于实例化一个对象。

"instanceof"用于判断一个对象是否是一个类的实例，返回布尔值。

程序设计

接口、类和对象之间的排列组合使程序结构非常丰富。

接口和接口之间可以多继承；类和类之间只能单继承；对象和对象之间经常存在依赖关系。类实现一个或多个接口；对象是类的实例。

当一个类继承一个类，可能需要重写一些方法。重写需要注意的法则有两点：子类方法权限不小于父类方法、子类方法返回值类型级别不高于父类方法。

面向对象有六大程序设计原则，其中之一是里式替换原则。里式替换的含义为父类能出现的地方，子类就一定可以出现，即将父类替换为子类，程序可以正常运行。无法考证Java继承规则的设计和这一程序设计原则是否有必然的联系，但目的上确实有相似之处，能够帮助理解。如果子类方法权限比父类严格，子类方法有可能无法访问；如果返回值类型更加高级，接收父类方法返回值的变量将无法自动向下转型。

多态情况下，有一个概念叫虚方法调用。当父类方法被重写，调用父类类型的该方法，实际调用的是子类重写过的方法。

这是经典的多态情况。如果Son重写了Father中的某个方法，使用实例f调用该方法时，执行的是子类重写后的方法。相对的，如果Son中拥有Father不存在的方法，使用f调用该子类方法，编译无法通过。这一现象显得怪异，一种合理的理解是，将方法也看做变量（占用一块内存空间），一个方法就是一个变量。用Father类型定义变量f时，f的模板就已经被确定了。f拥有哪些属性和方法，已经被类型Father限定，所以当Son出现Father未拥有的方法，f无法接收。而方法重写只是改变了方法（变量）的值，可以接收。

与方法调用相应的是属性的调用。属性并不会像方法一样如果被重写，就会被父类调用。属性本身就不存在重写的说法。可能是因为方法被加载到虚拟机的方法区，而属性被加载到虚拟机的java堆区，方法区的存储机制和堆区不一样。

另一个和多态相关的设计原则是依赖倒置，意为一个类的功能应该依赖其接口，而不是依赖具体实现。这一原则基于对象的多态性，即多态。多态只有在发生继承或实现关系时才能够体现，具体表现为可以将一个类的实例，赋值给使用其父类或接口定义的变量。依赖倒置需要将实例主动提交给高层模块，即依赖注入。依赖注入有多种方式，都用到了多态的特性。

与多态规则稍显相悖的是Java的泛型机制。例如：

将String类型变量赋值给Object类型变量是可以的，但将Box赋值给Box类型，会产生incompatible types错误。事实上很容易理解，Box就是Box，无论传入的泛型参数之间有什么关系，Box和Box都不应该相容。下面是一张官网的说明图：

这里就想吐槽一下某些学习资料、博客文章了，不告诉你为什么，只告诉你这样会出错，因为这是Java的规则，用通配符"?"就能解决这个问题，实现想要的功能了。或者像下图这样：

这分明是误导。

再有与面向对象不可分割的话题是设计模式。设计模式涉及到很多接口、类和对象之间的关系，并且根据良好的关系组织，发挥出强大的力量。有时间有机会，一定认真理解一下。

应用

Java的应用部分依赖JDK。

Java的程序模块以jar包形式存在，使用import语句导入。官方提供的JDK提供了大量常用类库，可以在实际应用中不断了解、掌握它们的用法。