Java 类

类修饰符

在 Java 中，类的修饰符主要有两种：public 和默认（即不显示声明修饰符）, 类修饰符描述了类的包访问权限。

修饰符	访问范围	是否可被其他包访问	是否可被同包类访问
public	当前包和所有其他包	是	是
默认	仅限当前包	否	是

类加载器

Java 的类加载器（ClassLoader）是 Java 虚拟机（JVM）中负责加载类文件（.class）的组件。它的主要作用是将字节码文件加载到内存，并为 JVM 提供类的定义

Java 的类加载器主要分为以下几种：

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：负责加载 Java 核心类库（JAVA_HOME/lib 下的类），由 C++ 实现，属于 JVM 的一部分。
扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载 JAVA_HOME/lib/ext 目录下的类库。
应用类加载器（AppClassLoader）：负责加载应用程序的 classpath 下的类，是最常用的类加载器。
自定义类加载器：用户可以根据需要自定义类加载器，继承 ClassLoader 实现。

类的生命周期

Java 中类的生命周期是指一个类从被加载到内存、被使用、直到卸载出内存的整个过程。类的生命周期主要包括以下几个阶段：加载（Loading）、连接（Linking）、初始化（Initialization）、使用（Using）、卸载（Unloading）。

在验证过程中，主要包括以下几个环节，每个环节都有其特定的作用：

验证环节	主要作用说明
文件格式验证	检查字节码文件是否符合 Class 文件格式规范。例如，魔数、版本号等是否正确。
元数据验证	验证类的元数据信息是否符合 Java 语言规范。比如类的继承关系、字段和方法的描述等是否合法。
字节码验证	检查方法体中的字节码指令是否合法，确保不会破坏虚拟机的安全。例如，操作数栈不会出现溢出或下溢等问题。
符号引用验证	验证常量池中的符号引用（如类、字段、方法等）是否能被正确解析为直接引用，确保引用的类、方法等实际存在且可访问。

类初始化

在类的生命周期中, 类的初始化阶段会进行类初始化(即执行clinit方法中的内容). clinit方法按照从上到下的顺序整合了所有静态代码块和静态变量的代码的代码行, 例如:

java

class Singleton {
    private static Singleton instance = new Singleton();
    private static int count = 0;
    private static int a = 5;

    static {
        System.out.println("Hello Singleton");
    }

    public static Singleton method() {
        return instance;
    }
}

// 等价生成的clinit方法, 代码块中的内容.
private static Singleton instance = new Singleton();
private static int count = 0;
private static int a = 5;

static {
    System.out.println("Hello Singleton");
}

TIP

<clinit> 方法仅执行一次, 并发情况下JVM隐式加锁, 保证仅有一个一个线程执行clinit方法

以下6种情况会触发clinit方法的执行(类加载):

场景	示例代码	说明
new 实例化	`new Foo()`	创建对象
调用静态方法	`Foo.staticMethod()`	调用类的静态方法
访问静态变量（非 final）	`int x = Foo.staticVar`	读取/写入非编译期常量
反射调用	`Class.forName("Foo")`	显式加载类
子类初始化	`new Child()`	先触发父类 `<clinit>()`
main 方法所在类	`public static void main`	JVM 启动时直接触发

TIP

对于 初始化子类时父类会被初始化 的场景, 会先初始化父类, 然后再初始化子类.

类成员初始化顺序

Java 中类成员的初始化顺序是有严格规定的，主要分为静态成员和实例成员的初始化。静态成员的初始化发生在类加载阶段，而实例成员的初始化发生在对象实例化阶段。

TIP

对于同级之间的初始化顺序, 例如:静态成员变量和静态代码块, 初始化顺序是谁声明在前谁先初始化

双亲委派机制

双亲委派机制（Parent Delegation Model）是 Java 类加载器（ClassLoader）的一种工作机制。它规定了类加载器在加载类时的查找顺序.

工作流程:

当类加载器收到类加载请求时，首先不会自己去尝试加载，而是把请求委托给父加载器。
父加载器如果还有父加载器，则继续向上委托，直到顶层的启动类加载器。
从顶层加载器开始，尝试进行类加载, 如果无法加载, 再由下一级加载器尝试加载,
如果所有的类加载器都无法加载该类, 则抛出 ClassNotFoundException 异常, 否则返回加载的类.

TIP

当某个加载器成功加载类后, 会将加载结果逐级返回, 即使下级加载器也能够加载这个类, 也不会再进行类加载.

主要优点:

安全性：防止核心类库被篡改或替换。
避免重复加载：同一个类只会被加载一次，保证类的唯一性。
层次清晰：各类加载器职责分明，便于管理和扩展。

抽象类

抽象类（Abstract Class）是一种不能被实例化的类，它主要用于定义子类的共同行为和属性。抽象类可以包含抽象方法（没有方法体的方法）和具体方法（有方法体的方法），子类必须实现所有抽象方法。

抽象类的定义

使用 abstract 关键字来定义抽象类和抽象方法.

特性	说明
不能实例化	抽象类不能直接使用 `new` 创建对象
可包含抽象方法	抽象方法没有方法体，子类必须实现
可包含具体方法	具体方法有方法体，可以被继承
可包含成员变量	可以定义各种类型的成员变量
可有构造方法	构造方法用于初始化子类成员
支持多级继承	子类可以继承抽象类，抽象类也可以继承其他类

NOTE

虽然抽象类可以有构造方法, 但是不能够被实例化.

java

// 抽象类
public abstract class Animal {
    String name;

    // 抽象方法 - 没有方法体，必须由子类实现
    abstract void makeSound();

    // 具体方法 - 有方法体，子类可以直接继承
    public void eat() {
        System.out.println(name + "正在吃东西");
    }

    // 抽象类可以有构造方法
    public Animal(String name) {
        this.name = name;
    }
}

// 具体类 - 实现抽象类
class Dog extends Animal {
    public Dog(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    void makeSound() {
        System.out.println(name + "叫声：汪汪汪");
    }
}

class Cat extends Animal {
    public Cat(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    void makeSound() {
        System.out.println(name + "叫声：喵喵喵");
    }
}

抽象方法

抽象方法是一种没有实现的方法，它只有方法签名，子类必须提供具体实现：

java

abstract class Shape {
    abstract double area();  // 抽象方法
    abstract double perimeter();  // 抽象方法
}

class Circle extends Shape {
    double radius;

    Circle(double radius) {
        this.radius = radius;
    }

    @Override
    double area() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }

    @Override
    double perimeter() {
        return 2 * Math.PI * radius;
    }
}

抽象类与接口的区别

特征	抽象类	接口
继承	单继承	多实现
成员变量	可以有	只能有常量
构造方法	可以有	不能有
方法类型	可以有抽象方法和具体方法	Java 7及以前只能是抽象方法，Java 8之后可以有默认方法和静态方法
访问修饰符	任意	方法默认 public，变量默认 public static final

注意事项:

抽象类不能被 final 修饰
抽象方法不能被 private、static 或 final 修饰
如果子类不能实现父类的所有抽象方法，则子类也必须声明为抽象类
抽象类可以有零个抽象方法

常见问题

Q: 抽象类可以有 main 方法吗？

A: 可以。抽象类可以有 main 方法，并且可以直接运行（虽然不能实例化抽象类，但可以运行静态方法）。

Q: 抽象类和接口如何选择？

A: 如果需要继承并且需要共享代码和状态，使用抽象类；如果需要定义行为规范或多重继承，使用接口。

Q: 抽象类的构造方法有什么用？

A: 抽象类的构造方法不能直接调用，但会在子类创建对象时被调用，用于初始化继承自抽象类的成员变量。

TIP

抽象类是面向对象编程的重要概念，合理使用抽象类可以提高代码的可维护性和可扩展性。

Java 类 ​

类修饰符 ​

类加载器 ​

类的生命周期 ​

类初始化 ​

类成员初始化顺序 ​

双亲委派机制 ​

抽象类 ​

抽象类的定义 ​

抽象方法 ​

抽象类与接口的区别 ​

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