Java知識層次的介紹

摘 要：Java作為目前最流行的程序設計語言，其龐大的知識體系讓很多初學者感到迷惑，本文從常規知識、微觀知識和宏觀知識三個層次對Java內容進行介紹和分析。

關鍵詞：Java虛擬機；設計模式；內存分配

Java作為一門面向對象的語言，在過去十年中取得了其它語言所無法比擬的成績，Java以其簡單、面向對象、可移植性、安全性等特點，成為了現在最主流的開發語言之一。

1 常規知識

Java常規知識指的是：Java基本語法、類和對象的概念及特征、接口、抽象類與包的運用、Java API等等。

（1）基本語法。包括變量定義、操作符運用、數組、控制流等，其中大部分的內容與其它語言類似，比如學習C語言時涉及到的控制流。

（2）類和對象。Java的最核心概念，包括面向對象的三個基本特征：封裝、繼承、多態，以及this、super、static、final等關鍵字的運用。

（3）JavaAPI。Java API是運行庫的集合，它提供了一套訪問主機系統資源的標準方法，運行Java程序時，虛擬機裝載程序的class文件所使用的Java API class文件，所有被裝載的class文件和所有已經裝載的動態庫共同組成了在Java虛擬機上運行的整個程序。

2 Java微觀知識

Java微觀知識指的是：Java的工作原理、Java虛擬機的運行方式、程序在內存中的存儲等內容。

（1）Java虛擬機。是運行所有Java程序的抽象計算機，是Java語言的運行環境，是Java語言底層實現的基礎，對于Java虛擬機的了解，有助于理解Java語言的一些性質，也有助于使用Java語言。

Java虛擬機的主要任務是裝在class文件并且執行其中的字節碼。Java虛擬機包含一個類裝載器，它可以從程序和 API中裝載class文件，Java API中只有程序執行時需要的那些類才會被裝載，字節碼由執行引擎來執行。不同的Java虛擬機中，執行引擎可能實現得非常不同，在由軟件實現的虛擬機中，最簡單的執行引擎就是一次性解釋字節碼。

（2）Java在內存分配時涉及到的區域。寄存器：寄存器是內存階層中的最頂端，也是系統獲得操作資料的最快速途徑，可用來暫存指令、數據和位址，程序人員無法控制。

棧：存放基本類型的數據和對象的引用，但對象本身不存放在棧中，而是存放在堆中。在函數中定義的一些基本類型的變量數據和對象的引用變量都在函數的棧內存中分配。棧的優勢是，存取速度比堆要快，僅次于寄存器，棧數據可以共享。但缺點是，存在棧中的數據大小與生存期必須是確定的，缺乏靈活性。

堆：存放用new關鍵字所產生的對象。Java的堆是一個運行時數據區，對象被存儲在堆中。這些對象通過new等指令建立，它們不需要程序代碼來顯式的釋放。堆是由垃圾回收來負責的，堆的優勢是可以動態地分配內存大小，生存期也不必事先告訴編譯器，因為它是在運行時動態分配內存的，Java的垃圾收集器會自動收走這些不再使用的數據。

靜態域：存放在對象中用static定義的靜態成員。

常量池：存放常量，指的是在編譯期被確定，并被保存在已編譯的.class文件中的一些數據。除了包含代碼中所定義的各種基本類型（如int、long等等）和對象型（如String）的常量值。

（3）Java class文件。Java class文件主要在平臺無關性和網絡移動性方面使Java更適合網絡，它在平臺無關性方面的任務是：為Java程序提供獨立于底層主機平臺的二進制形式的服務，這種途徑途徑打破了C或者C++等語言所遵循的傳統，使用這些傳統語言寫的程序通常首先被編譯，然后被連接成單獨的、專門支持特定硬件平臺和操作系統的二進制文件。

3 Java宏觀知識

Java的宏觀知識指的是：Java的設計模式和設計原則。設計原則和設計模式就是在大量的實踐中總結和理論化之后優選的代碼結構、編程風格及解決問題的思考方式。模式有助于提高思考層次，改變學習思維定式，成為更加高效的程序人員。

Java的設計模式過多，在這里只介紹一些常用模式：適配器模式、工廠模式、代理模式。

（1）適配器模式。適配器模式：把一個類的接口變換成客戶端所期待的另一種接口，從而使原本因接口原因不匹配而無法一起工作的兩個類能夠一起工作。適配類可以根據參數返還一個合適的實例給客戶端。

（2）工廠模式。客戶類和工廠類分開。消費者任何時候需要某種產品，只需向工廠請求即可。消費者無須修改就可以接納新產品。缺點是當產品修改時，工廠類也要做相應的修改。

（3）代理模式。代理模式給某一個對象提供一個代理對象，并由代理對象控制對源對象的引用。代理就是一個人或一個機構代表另一個人或者一個機構采取行動。某些情況下，客戶不想或者不能夠直接引用一個對象，代理對象可以在客戶和目標對象直接起到中介的作用。客戶端分辨不出代理主題對象與真實主題對象。代理模式可以并不知道真正的被代理對象，而僅僅持有一個被代理對象的接口，這時候代理對象不能夠創建被代理對象，被代理對象必須有系統的其他角色代為創建并傳入。

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