JAVA语言程序设计 偏难点梳理

一、 面向对象三大特性深度理解

（1）继承与多态机制

（i）方法重写（Override）核心要点

方法重写发生在继承关系中，是子类为满足自身独特需求，重新实现从父类继承来的方法。其核心是“不变方法声明，变其内部实现”。

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1. 必须遵守的语法规则

1. 方法签名一致
   • 重写的方法与被重写的父类方法，其方法名、参数列表（类型、顺序、数量）必须完全相同。
2. 访问权限不能更严格
   • 子类重写方法的访问修饰符权限不能低于父类原方法。
   • 常见顺序：public > protected > 默认(包私有) > private
   • 例如：父类方法为 protected，子类可改为 public 或保持 protected，但不能改为默认或 private。
3. 返回类型协变
   • 基本类型：返回类型必须完全相同。
   • 引用类型：子类方法的返回类型可以是父类方法返回类型的子类（协变返回类型）。
4. 异常声明限制
   • 子类重写方法可以抛出更少、更具体或不抛出检查异常（Checked Exception）。
   • 不能抛出比父类方法更新、更宽或更多的检查异常。

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2. 关键特性与注意事项

1. 使用 @Override 注解（强推）
   • 用于显式声明，让编译器检查重写是否正确，避免因笔误等导致意外创建新方法。
2. 调用父类实现 (super)
   • 在子类重写方法中，可通过 super.父类方法名() 调用父类的原始实现，这是扩展功能而非完全替换的常见做法。
3. 不可重写的情况
   • final 方法：禁止被重写。
   • static 方法：属于类，可被“隐藏”而非“重写”，无多态性。
   • private 方法：对子类不可见，因此无法重写。
   • 构造器：不能重写。

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3. 与重载（Overload）的本质区别

特性	重写 (Override)	重载 (Overload)
发生位置	继承关系的父子类之间	同一个类内部（或父子类间）
方法签名	必须完全相同	必须不同（参数类型、顺序、数量至少一项不同）
返回类型	必须相同或是协变类型	可以不同
访问修饰符	不能比父类更严格	可以不同
异常声明	可以减少或细化，不能扩大	可以不同
核心目的	实现运行时多态（动态绑定）	提供同一功能的多种调用方式，是编译时多态

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4. 核心目的与总结

• 核心目的：实现运行时多态，让程序架构更灵活、可扩展。这是面向对象编程的基石之一。
• 一句话总结：遵守规则（签名、权限、异常），善用注解(@Override)和父类调用(super)，理解其与重载的根本区别，最终服务于多态。

（ii）静态块和构造代码块与构造函数执行顺序

当创建子类对象时,类加载和实例化的完整流程是固定的。关键在于理解两个阶段:类加载阶段(一次性的)和对象实例化阶段(每次new时发生)。

阶段1:类加载阶段(只执行一次)

当程序第一次主动使用某个类时(如创建实例、访问静态成员等),JVM会加载该类。如果它有父类,则会先递归加载父类。

1. 父类静态成员初始化
   • 按在代码中出现的书写顺序,依次执行父类的静态变量显式赋值和静态代码块(static {})。
2. 子类静态成员初始化
   • 父类加载完成后,按书写顺序,依次执行子类的静态变量显式赋值和静态代码块。

重要:类加载阶段在整个程序运行期间通常只发生一次。后续再创建该类的对象,将直接从阶段2(实例化)开始。

阶段2:对象实例化阶段(每次new都执行)

当执行 new SubClass() 时,开始创建对象实例。

1. 父类实例成员初始化
   • 为父类分配内存空间。
   • 按书写顺序,依次执行父类的实例变量显式赋值和构造代码块(非静态代码块 {})。
2. 父类构造方法执行
   • 执行父类构造方法中的剩余语句。
   • 注意:任何构造方法的第一行(无论是显式书写还是隐式存在),都是super(...)或this(...)。默认情况下,子类构造方法会隐式调用父类的无参构造 super()。
3. 子类实例成员初始化
   • 父类部分初始化完成后,开始子类部分。
   • 按书写顺序,依次执行子类的实例变量显式赋值和构造代码块(非静态代码块 {})。
4. 子类构造方法执行
   • 最后执行子类构造方法中的剩余语句。

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关键点与注意事项

• 静态代码块与类绑定,与对象无关:它只在类加载时执行一次,用于初始化静态资源(如加载驱动、初始化静态配置)。
• 构造代码块(非静态代码块)与每个对象绑定:每次创建对象时都会执行,且在构造方法主体之前执行,用于执行对象创建时的通用初始化逻辑。它比构造方法先执行,但晚于实例变量的显式赋值(按书写顺序穿插)。
• 构造方法调用链:创建子类对象时,一定会调用到父类的构造方法(至少到Object类)。如果父类没有无参构造,子类构造方法必须通过super(...)显式指定调用父类的哪个有参构造。
• 变量、构造代码块与代码执行顺序:在同一个类中,无论是静态还是非静态,变量初始化和代码块都严格按照它们在源代码中出现的顺序执行。例如,如果构造代码块写在实例变量之前,则先执行构造代码块,反之亦然。
• 构造代码块的典型应用场景:当多个构造方法都需要执行相同的初始化逻辑时,可将公共代码提取到构造代码块中,避免代码重复。

（2）封装的深层应用与访问控制符

封装是面向对象三大特性之一，其核心是将数据（属性）和对数据的操作（方法）捆绑在一起，并隐藏内部实现细节，仅对外暴露可控的访问接口。访问控制符是实现封装的关键语法工具。

（i） 访问控制符作用域详解

下表清晰地展示了Java中四种访问控制符的可见范围：

访问控制符	当前类	同包（package）	不同包子类	不同包非子类	核心设计意图
private	✅	❌	❌	❌	彻底隐藏，仅限类内部使用。
default	✅	✅	❌	❌	包内可见，提供包级别的模块化封装。
protected	✅	✅	✅	❌	主要服务于继承，允许子类访问，无论是否同包。
public	✅	✅	✅	✅	完全公开，定义对外承诺的稳定接口。

关键说明：

1. default (默认/包私有)：不使用任何关键字修饰时即为default。它是包（package） 这一逻辑单元的“内部门禁”。
2. protected：其“不同包子类可访问”的特性，清晰地体现了继承关系优先于包结构的面向对象设计思想。

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二、 异常处理机制

finally 与 return 的复杂交互

核心规则：finally块中的代码几乎总是会执行，并且它的return或修改返回值的行为会覆盖try或catch中的操作。

场景1: finally 中有 return 语句

finally中的return会“覆盖”try或catch中的返回值，并吞掉其中未捕获的异常！

场景2: finally 修改引用类型或基本类型变量的值

• 基本类型：finally中对返回变量的修改无效（因为返回时保存的是值的副本）。
• 引用类型：finally中修改对象的状态有效，但让引用指向新对象无效（原理同基本类型）。

三、 I/O流体系

流类型	方向	抽象基类	常用实现类	功能说明	使用频率
字节流	输入	InputStream	FileInputStream	从文件读取字节数据	⭐⭐⭐
			BufferedInputStream	带缓冲的字节输入流（包装类）	⭐⭐⭐⭐⭐
			ObjectInputStream	对象反序列化	⭐⭐⭐⭐
			DataInputStream	读取Java基本数据类型	⭐⭐⭐
			ByteArrayInputStream	从内存字节数组读取	⭐⭐
	输出	OutputStream	FileOutputStream	向文件写入字节数据	⭐⭐⭐
			BufferedOutputStream	带缓冲的字节输出流（包装类）	⭐⭐⭐⭐⭐
			ObjectOutputStream	对象序列化	⭐⭐⭐⭐
			DataOutputStream	写入Java基本数据类型	⭐⭐⭐
			ByteArrayOutputStream	向内存字节数组写入	⭐⭐
字符流	输入	Reader	FileReader	从文件读取字符（默认编码）	⭐⭐⭐
			BufferedReader	带缓冲的字符输入流，支持readLine()	⭐⭐⭐⭐⭐
			InputStreamReader	字节流→字符流桥梁（可指定编码）	⭐⭐⭐⭐⭐
			CharArrayReader	从内存字符数组读取	⭐⭐
	输出	Writer	FileWriter	向文件写入字符（默认编码）	⭐⭐⭐
			BufferedWriter	带缓冲的字符输出流，支持newLine()	⭐⭐⭐⭐⭐
			OutputStreamWriter	字符流→字节流桥梁（可指定编码）	⭐⭐⭐⭐⭐
			CharArrayWriter	向内存字符数组写入	⭐⭐

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1.常见文件操作类总结

操作需求	推荐使用的类	说明
读取二进制文件	FileInputStream + BufferedInputStream	非文本文件的标准读取方式
写入二进制文件	FileOutputStream + BufferedOutputStream	非文本文件的标准写入方式
复制任意文件	字节流 + 缓冲流	通用文件复制模板
读取文本文件	BufferedReader(new FileReader(...)) 或 BufferedReader(new InputStreamReader(...))	后者可指定编码，更推荐
写入文本文件	BufferedWriter(new FileWriter(...)) 或 BufferedWriter(new OutputStreamWriter(...))	后者可指定编码，更推荐
按行读取文本	BufferedReader.readLine()	最便捷的文本行读取方法
读写Java对象	ObjectInputStream / ObjectOutputStream	对象必须实现Serializable接口
读写基本数据类型	DataInputStream / DataOutputStream	用于读写int、double等基本类型
内存操作	ByteArrayInputStream/OutputStream CharArrayReader/Writer	在内存中读写数据
标准输入/输出	System.in (InputStream) System.out (PrintStream)	控制台输入输出

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2.最佳实践与要点

1. 总是使用缓冲流：对于文件I/O，几乎总是应该用BufferedXxx包装底层流，可极大提升性能。
2. 总是使用try-with-resources：Java 7+的try-with-resources语句可自动关闭流，避免资源泄漏。
3. 处理文本务必指定编码：FileReader/FileWriter使用平台默认编码，可能导致跨平台乱码。最佳实践是使用InputStreamReader和OutputStreamWriter并明确指定编码（如StandardCharsets.UTF_8）。
4. 正确关闭流：关闭顺序应是“后打开的先关闭”，但使用try-with-resources时无需担心。
5. 对象序列化：
   • 实现Serializable接口的类应显式声明serialVersionUID，否则JVM会自动生成，类结构变化会导致反序列化失败。
   • transient关键字用于避免敏感字段被序列化。
   • 静态变量不会被序列化（属于类，不属于对象状态）。

NIO(New I/O)

• Buffer、Channel、Selector的概念
• NIO与传统IO的区别

4. Java内存管理

• 堆(Heap)与栈(Stack)的区别
• 垃圾回收机制(GC)基本原理
• 强引用、软引用、弱引用、虚引用
• 内存泄漏的常见场景

5. 设计模式在Java中的应用

• 单例模式的多种实现方式（特别是线程安全的实现）
• 工厂模式、建造者模式
• 观察者模式、装饰器模式
• 策略模式的实际应用

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