Java 面向對象編程核心筆記：從封裝繼承到內存模型與 GC

Java 面向對象編程核心筆記

本文系統梳理 OOP 核心概念、類與對象建模、方法調用機制、變量作用域、String 特性、內存管理與垃圾回收，適合初學者建立完整知識體系，也供資深開發者快速回顧。

一、OOP 核心思想

二、四大特性

1. 萬物皆對象：以對象建模現實實體。
2. 消息驅動：程序由對象間發送消息（調用方法）協作。
3. 獨立內存：每個對象擁有獨立堆內存，可組合為大對象。
4. 多態接收：同類型對象可接收相同消息（介面/繼承）。

三、類與對象：概念、區別、聯繫

聯繫：類定義對象 → 對象離不開類 → 類存在目的為實例化對象。

四、類的建模：抽象與封裝

1. 定義類名
2. 字段描述屬性（狀態）
3. 方法描述行為（功能）

案例：學生類

public class Student {
    public String number, name, major;
    public int age;
    public void attendClass() { /* ... */ }
    public void exam() { /* ... */ }
}

五、對象創建與使用

Dog dog = new Dog();          // new 關鍵字在堆創建對象，棧存引用
dog.brand = "中華田園犬";      // 成員訪問符 . 賦值屬性
dog.age = 3;
System.out.println(dog.toString()); // 發送消息調用方法

六、方法定義與調用機制

1. 方法簽名

訪問修飾符 返回類型 方法名(參數列表) { 方法體 }

2. 參數傳遞：值傳遞

• 基本類型：複製數值，方法內修改不影響外部。
• 引用類型：複製引用地址，方法內修改對象內容對外部可見；但重新賦值引用本身不影響外部。

void operatorData(int age) { age++; } // 外部 age 不變
void operatorArray(int[] arr) { arr[2] = 100; } // 外部 arr[2] 變為 100

本質：基本類型存棧，引用類型棧存地址指向堆對象。

七、變量作用域

• 成員變量（屬性）：類級別，全類可見。
• 局部變量：方法/代碼塊內，僅在定義塊內可見。

八、String 核心特性與常用方法

1. 創建方式與字符串池

• String s = "abc"; → 常量池複用，s1 == s2 為 true。
• String s = new String("abc"); → 堆中新建對象，s1 == s2 為 false，但 equals 為 true。

2. 不可變性帶來的優勢

• 線程安全，無需同步。
• 常量池複用減少對象創建。
• hashCode 可緩存，作為 Map Key 極快。

3. 常用方法速查

九、OOP 優勢總結

1. 模擬現實實體：類封裝狀態與行為。
2. 隱藏細節：公開介面隔離內部實現。
3. 代碼復用：類模板創建多實例，繼承/組合復用邏輯。

十、Java 內存管理與垃圾回收

1. 對象生命周期

1. new 在堆分配並初始化。
2. 棧帧局部變量持有引用。
3. 方法返回，棧帧銷毀，引用消失。
4. 無引用對象成為垃圾，GC 回收堆內存。

2. GC 核心機制

• 可達性分析：以 GC Roots（棧局部變量、靜態字段、JNI 引用等）為根，遍歷引用鏈，不可達對象可回收。
• 回收觸發：引用消失、顯式置 null、作用域結束。
• 演算法演進：引用計數（循環引用無法處理） → 可達性分析（標記-清除、標記-整理、複製、分代收集）。