Java 基础技术细节总结 | 语言规范

Java

开发莫忘基础，写业务写多了很多基础内容容易忘。这里将寻根溯源，总结Java语言规范和基础类中的一些细节问题。所有关于 Java 语言规范的细节问题，都可以参考 The Java® Language Specification, Java SE 8 Edition (JLS8) .

本文将不断补充。。

小数化为整数

  • Math.floor(x) 返回小于等于 x 的最接近整数，返回类型为 double;
  • Math.round(x) 相当于四舍五入，返回值为 long 或 int;
  • Math.ceil(x) 返回大于等于 x 的最接近整数，返回类型为 double。

静态块与构造块

  • 静态块：用 static 申明，JVM 加载类时执行，仅执行一次且优先于 main 函数。
  • 构造块：类中直接用 {} 定义，每一次创建对象时执行，相当于往构造器最前面加上构造块的内容（很像往每个构造器那里插了内联函数，构造块就相当于内联函数）。

执行顺序优先级：静态块 > 构造块 > 构造方法。有继承关系时，执行顺序通常是：父类静态块→子类静态块→父类构造块→父类构造方法→子类构造块→子类构造方法。

测试：

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public class test {
    public static void main(String[] args) {
        new Derived();
    }
}
class Base {
        static {
            System.out.println("fucking => Base::static");
        }
        {
            System.out.println("fucking => Base::before");
        }
        public Base() {
            System.out.println("Base::Base<init>");
        }
    }
    class Derived extends Base {
        static {
            System.out.println("fucking => Derived::static");
        }
        {
            System.out.println("fucking => Derived::before");
        }
        public Derived() {
            super();
            System.out.println("Derived::Derived<init>");
        }
    }

输出:

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fucking => Base::static
fucking => Derived::static
fucking => Base::before
Base::Base<init>
fucking => Derived::before
Derived::Derived<init>

运算符规则 - 加法规则

代码片段：

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byte b1 = 1, b2 = 2, b3, b6;
final byte b4 = 4, b5 = 6;
b6 = b4 + b5;
b3 = (b1 + b2);
System.out.println(b3 + b6);

结果：第四行编译错误。

表达式的数据类型自动提升, 关于类型的自动提升，注意下面的规则。

  1. 所有的byte,short,char型的值将被提升为int型
  2. 如果有一个操作数是long型，计算结果是long型
  3. 如果有一个操作数是float型，计算结果是float型
  4. 如果有一个操作数是double型，计算结果是double型

而声明为 final 的变量会被 JVM 优化，因此第三句在编译时就会优化为 b6 = 10，不会出现问题。

float x 与“零值”比较的if语句

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if (fabs(x) < 0.00001f)

float类型的还有double类型的，这些小数类型在趋近于0的时候不会直接等于零，一般都是无限趋近于0。因此不能用==来判断。应该用|x-0| < err来判断，这里|x-0|表示绝对值，err表示限定误差，用程序表示就是fabs(x) < 0.00001f。

关于 try 和 finally

  1. 首先执行到 try 里的 return，但是有 finally 语句还要执行，于是先执行 return 后面的语句，例如（x++），把要返回的值保存到局部变量。
  2. 执行 finally 语句的内容，其中有 return 语句，这时就会忽略 try 中的 return，直接返回。

返回值问题。可以认为 try（或者catch）中的 return 语句的返回值放入线程栈的顶部：如果返回值是基本类型则顶部存放的就是值，如果返回值是引用类型，则顶部存放的是引用。finally中的 return 语句可以修改引用所对应的对象，无法修改基本类型。但不管是基本类型还是引用类型，都可以被 finally 返回的“具体值”具体值覆盖。

三目运算符的类型转换问题

三目运算符里的类型必须一致，比如下面的代码：

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 int i = 40;
String s1 = String.valueOf(i < 50 ? 233 : 666);
String s2 = String.valueOf(i < 50 ? 233 : 666.0);
assertEquals(true, s1.equals(s2));

结果是测试不通过，这里就涉及到三元操作符的转换规则：

  1. 如果两个操作数无法转换，则不进行转换，返回 Object 对象
  2. 如果两个操作数是正常的类型，那么按照正常情况进行类型转换，比如int => long => float => double
  3. 如果两个操作数都是字面量数字，那么返回范围较大的类型

Java 中自增操作符的一些陷阱

观察下面的一段代码：

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public class AutoIncTraps {
    public static void main(String[] args) {
        int count = 0;
        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            count = count++;
        }
        System.out.println(count);
    }
}

这段代码的打印结果是0，也就是说自增在这里并没有什么卵用，这和C++是不一样的。反编译一下看一下字节码（main函数部分）：

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public static main([Ljava/lang/String;)V
   L0
    LINENUMBER 6 L0
    ICONST_0
    ISTORE 1
   L1
    LINENUMBER 7 L1
    ICONST_0
    ISTORE 2
   L2
   FRAME APPEND [I I]
    ILOAD 2
    BIPUSH 10
    IF_ICMPGE L3
   L4
    LINENUMBER 8 L4
    ILOAD 1
    IINC 1 1
    ISTORE 1
   L5
    LINENUMBER 7 L5
    IINC 2 1
    GOTO L2
   L3
    LINENUMBER 10 L3
   FRAME CHOP 1
    GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
    ILOAD 1
    INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (I)V
   L6
    LINENUMBER 11 L6
    RETURN

这里相当于创建了一个局部变量存放count++，但没有返回，因此count相当于没变。看了字节码后可能没感觉，写一下编译器处理后的代码吧：

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public class AutoIncTraps {
    public AutoIncTraps() {
    }
    public static void main(String[] args) {
        byte count = 0;
        for(int i = 0; i < 10; ++i) {
            int var3 = count + 1;
            count = count;
        }
        System.out.println(count);
    }
}

总结一下这里count的处理流程：

  1. JVM把count值（其值是0）拷贝到临时变量区。
  2. count值加1，这时候count的值是1。
  3. 返回临时变量区的值，注意这个值是0，没有修改过。
  4. 返回值赋值给count，此时count值被重置成0。

单纯看这一个的字节码比较抽象，来看一下这三句的字节码，比较一下更容易理解：

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count = ++count;
count = count++;
count++;

字节码：

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 L4
 LINENUMBER 9 L4
 IINC 1 1
 ILOAD 1
 ISTORE 1
L5
 LINENUMBER 10 L5
 ILOAD 1
 IINC 1 1
 ISTORE 1
L6
 LINENUMBER 11 L6
 IINC 1 1

另外，自增操作不是原子操作，在后边总结并发编程的时候会涉及到。

instanceof 操作符的注意事项

instanceof 操作符左右两边的操作数必须有继承或派生关系，否则不会编译成功。因此，instanceof 操作符只能用于对象，不能用于基本类型（不会自动拆包）。

下面是一些典型的例子：

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public class FuckingIOF {
    @Test
    public void test() {
        List<Object> list = new ArrayList<>();
        list.add("String" instanceof Object);
        list.add(new String() instanceof Object);
        list.add(new Object() instanceof String);
        //list.add('a' instanceof Character); //此句会编译错误
        list.add(null instanceof String);
        list.add((String)null instanceof String);
        list.add(null instanceof Object);
        list.add(new Generic<String>().isDataInstance(""));
        list.forEach(System.out::println);
    }
}
class Generic<T> {
    public boolean isDataInstance(T t) {
        return t instanceof Date;
    }
}

运行结果和分析：

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true => String 是 Object 的子类
true => 同上
false => 同上
false => Java 语言规范规定 null instanceof ? 都是 false
false => 同上，无论怎么转换还是 null
false => 同上
false => 由于 Java 泛型在编译时会进行类型擦除，因此这里相当于 Object instanceof Date 了

诡异的 NaN 类型

根据 JLS8 4.2.3，对 NaN 有以下规定：

  • The numerical comparison operators < , <= , > , and >= return false if either or both operands are NaN (§15.20.1).
  • The equality operator == returns false if either operand is NaN.
  • In particular, (x=y) will be false if x or y is NaN.
  • The inequality operator != returns true if either operand is NaN (§15.21.1).
  • In particular, x!=x is true if and only if x is NaN.

注意到 Double.NaN == Double.NaN 返回 false，这其实是遵循了 IEEE 754 standard。NaN 代表一个非正常的数（比如除以 0 得到的数），其定义为：

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/**
 * A constant holding a Not-a-Number (NaN) value of type
 * {@code double}. It is equivalent to the value returned by
 * {@code Double.longBitsToDouble(0x7ff8000000000000L)}.
 */
public static final double NaN = 0.0d / 0.0;

Integer 类的 valueOf 和 parseInt 的对比

这个问题是在 StackOverflow 上看到的。以下三个表达式：

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System.out.println(Integer.valueOf("127") == Integer.valueOf("127"));
System.out.println(Integer.valueOf("128") == Integer.valueOf("128"));
System.out.println(Integer.parseInt("128") == Integer.valueOf("128"));

结果分别是：

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true
false
true

为什么是这样的结果呢？我们看一下 valueOf 方法的源码：

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public static Integer valueOf(String s) throws NumberFormatException {
    return Integer.valueOf(parseInt(s, 10));
}
public static Integer valueOf(int i) {
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}

可以看到 valueOf 方法是在 parseInt 方法的基础上加了一个读取缓存的过程。我们再看一下 IntegerCache 类的源码：

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/**
 * Cache to support the object identity semantics of autoboxing for values between
 * -128 and 127 (inclusive) as required by JLS.
 *
 * The cache is initialized on first usage.  The size of the cache
 * may be controlled by the {@code -XX:AutoBoxCacheMax=<size>} option.
 * During VM initialization, java.lang.Integer.IntegerCache.high property
 * may be set and saved in the private system properties in the
 * sun.misc.VM class.
 */
private static class IntegerCache {
    static final int low = -128;
    static final int high;
    static final Integer cache[];
    static {
        // high value may be configured by property
        int h = 127;
        String integerCacheHighPropValue =
            sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
        if (integerCacheHighPropValue != null) {
            try {
                int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
                i = Math.max(i, 127);
                // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
                h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
            } catch( NumberFormatException nfe) {
                // If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
            }
        }
        high = h;
        cache = new Integer[(high - low) + 1];
        int j = low;
        for(int k = 0; k < cache.length; k++)
            cache[k] = new Integer(j++);
        // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
        assert IntegerCache.high >= 127;
    }
    private IntegerCache() {}
}

原来 JVM 会缓存一部分的 Integer 对象（默认范围为 -128 - 127），在通过 valueOf 获取 Integer 对象时，如果是缓存范围内的就直接返回缓存的 Integer 对象，否则就会 new 一个 Integer 对象。返回的上限可通过 JVM 的参数 -XX:AutoBoxCacheMax=<size> 设置，而且不能小于 127（参照 JLS 5.1.7）。这样我们就可以解释 Integer.valueOf("127") == Integer.valueOf("127") 为什么是 true 了，因为它们获取的都是同一个缓存对象，而默认情况下 Integer.valueOf("128") == Integer.valueOf("128") 等效于 new Integer(128) == new Integer(128)，结果自然是 false。

我们再来看一下 parseInt 方法的原型，它返回一个原生 int 值：

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public static int parseInt(String s) throws NumberFormatException

由于一个原生值与一个包装值比较时，包装类型会自动拆包，因此 Integer.parseInt("128") == Integer.valueOf("128") 就等效于 128 == 128，结果自然是 true。

Long 类型同样也有缓存。

本文标题:Java 基础技术细节总结 | 语言规范

文章作者:sczyh30

发布时间:2015年09月18日

原始链接:http://www.sczyh30.com/posts/Java/java-basic-summary-01/

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文章目录
  1. 1. 小数化为整数
  2. 2. 静态块与构造块
  3. 3. 运算符规则 - 加法规则
  4. 4. float x 与“零值”比较的if语句
  5. 5. 关于 try 和 finally
  6. 6. 三目运算符的类型转换问题
  7. 7. Java 中自增操作符的一些陷阱
  8. 8. instanceof 操作符的注意事项
  9. 9. 诡异的 NaN 类型
  10. 10. Integer 类的 valueOf 和 parseInt 的对比