Java 基礎核心知識體系總結：從環境配置到集合框架

一、開發環境與基礎語法

1. 環境變量配置

JAVA_HOME=D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_51
PATH=%JAVA_HOME%\bin;%JAVA_HOME%\jre\bin;...
CLASSPATH=.;%JAVA_HOME%\lib;%JAVA_HOME%\lib\tools.jar

注意：JDK 9+ 無需配置 CLASSPATH，模塊系統自動解析依賴。

2. 基本數據類型與字面量

3. 變量作用域與初始化

• 成員變量（實例/靜態）：有默認值，類加載/實例化時初始化。
• 局部變量（方法內/參數）：無默認值，使用前必須顯式初始化，否則編譯錯誤。

4. 運算符重點

• 自增/自減：++i 先增後用，i++ 先用後增。
• 字符串 +：任意一方為 String 則拼接，左至右結合。
• 短路邏輯：&&、|| 遇到確定結果跳過後續運算。
• 三目運算：condition ? expr1 : expr2，類型向上兼容。

二、流程控制與數組

1. 分支與循環

• switch (JDK 7+ 支援 String)，case 穿透需 break。
• while 先判斷後執行；do-while 至少執行一次。
• for 適用於已知次數；增強 for (for (E e : coll)) 底層為迭代器，遍歷過程中不可修改集合結構。

2. 數組操作

int[] arr = new int[10];          // 默認值 0
int[] arr = {1,3,5,7};            // 靜態初始化
System.arraycopy(src, 0, dest, 0, 5); // 高效複製
Arrays.copyOf(arr, 20);           // 擴容/截取，不足填充默認值
Arrays.sort(arr);                 // 雙軸快排，優於冒泡

三、面向對象核心

1. 類與對象

• 類是模板，對象是實例（堆內存），引用變量指向對象（棧內存）。
• this：當前對象引用，區分同名成員/局部變量，構造器鏈調用 this(...) 必須首行。
• static：屬於類，方法區存儲一份，無 this，只能訪問靜態成員。
• final：變量不可變（引用不變）、方法不可重寫、類不可繼承。static final 編譯期常量折疊優化。

2. 繼承與多態

• 單繼承 extends，多實現 implements。
• 子類構造器默認調用 super()，父類無無參構造則需顯式 super(args)。
• 向上造型：父類引用指向子類對象，調用方法看對象類型（動態綁定），訪問字段看引用類型（靜態綁定）。
• instanceof 安全向下造型前檢查。

3. 抽象類與接口

四、核心 API 常用類

1. 字符串處理

• String：不可變，常量池優化，intern() 手動入池。
• StringBuilder：非線程安全，高性能拼接（append/insert/delete/replace/reverse）。
• StringBuffer：線程安全（方法加 synchronized），性能較低。

2. 正則表達式

// 常用元字符
\d  數字     \w  單詞字符    \s  空白
.   任意字符  *  0~n次      +  1~n次      ?  0~1次
{n} 精確n次   {n,} 至少n次   {n,m} n到m次
^ $ 行首尾   () 分組捕獲    |  或
// 核心方法
str.matches(regex)        // 整體匹配
str.split(regex)          // 分割
str.replaceAll(regex, r)  // 替換
Pattern.compile(regex).matcher(str) // 複雜提取：find()/group()/start()/end()

3. 包裝類與自動拆裝箱

• 八大基本類型對應包裝類（Integer 等），繼承 Number 或 Object。
• valueOf() 緩存 -128~127，推薦替代 new Integer()。
• 自動拆裝箱：Integer i = 100; int n = i; 編譯器插入 valueOf/intValue。
• BigDecimal：精確浮點運算（add/subtract/multiply/divide(scale, roundingMode)）。

4. 日期時間 (JDK 8+ 推薦 java.time)

LocalDateTime.now();                    // 當前日期時間
DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
LocalDate.parse("2023-01-01", formatter);
Duration.between(start, end).toMillis(); // 間隔毫秒

5. 集合框架體系

Collection
├── List (有序、可重複)  → ArrayList(查詢快) / LinkedList(增刪快、雙端隊列/棧)
├── Set (無序、不可重複) → HashSet / LinkedHashSet(插入序) / TreeSet(有序)
└── Queue (隊列)         → PriorityQueue / ArrayDeque(雙端)

Map (鍵值對)
├── HashMap (無序、鍵不可重複、允許 null key/value)
├── LinkedHashMap (插入序/訪問序)
├── TreeMap (鍵自然序/比較器序、不允許 null key)
└── ConcurrentHashMap (高並發、分段鎖/CAS)

核心操作

• 遍歷：Iterator（可刪除）、增強 for（只讀）、forEach (JDK 8)。
• 排序：Collections.sort(list) (自然序) 或 list.sort(comparator) (定制序)。
• 轉換：collection.toArray()、Arrays.asList(arr) (固定長度)、new ArrayList<>(list) (可變)。

五、異常處理機制

體系結構

Throwable
├── Error (系統級，不可恢復：OOM, StackOverflow)
└── Exception
    ├── RuntimeException (非檢查：NPE, IndexOOB, ClassCast, Arithmetic)
    └── 其他 (檢查异常：IOException, ParseException, SQLException)

處理模式

try {
    risky();
} catch (SpecificException e) {
    handle();
} catch (Exception e) { // 父類放後
    log();
} finally {
    cleanup(); // 必執行（除 System.exit/崩潰）
}

• throws 聲明拋出管道，調用者必須捕獲或繼續拋出。
• 自定義異常繼承 Exception (檢查) 或 RuntimeException (非檢查)。

六、IO 流體系

分類

關鍵點

• 字節流處理圖片/視頻/序列化；字符流處理文本（編碼轉換：getBytes(charset)/new String(bytes, charset)）。
• 緩衝流 (Buffered*) 內部維護 8KB 數組，大幅提升單字節/行讀寫效率。
• try-with-resources (JDK 7+) 自動關閉實現 AutoCloseable 的資源。
• 序列化：實現 Serializable，serialVersionUID 版本控制，transient/static 不序列化。

七、多線程基礎

創建方式

1. 繼承 Thread 重寫 run()。
2. 實現 Runnable 傳入 Thread 構造器（推薦，解耦任務與線程）。
3. 線程池 ExecutorService 提交 Runnable/Callable。

同步機制

• synchronized：對象鎖/類鎖，可重入，非公平，JVM 優化（偏向鎖→輕量級鎖→重量級鎖）。
• Lock：顯式鎖，支援中斷/超時/公平/多條件。
• volatile：可見性+有序性，不保證原子性（i++ 非原子）。
• 線程通信：wait/notify/notifyAll (需在同步塊中)、Condition.await/signal。

線程池

ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(10); // 固定大小
es.execute(() -> {});        // 無返回值
Future<Integer> f = es.submit(() -> 1); // 有返回值
f.get(3, TimeUnit.SECONDS);  // 阻塞獲取結果，支援超時
es.shutdown();               // 優雅關閉

八、常用工具類

• Objects：requireNonNull/equals/hashCode/toString 防空指針。
• Collections：sort/reverse/shuffle/synchronizedList/unmodifiableList。
• Arrays：sort/binarySearch/copyOf/toString/deepEquals。
• Math/Random/ThreadLocalRandom：數學運算、隨機數。

提示：本文匯總 Java SE 核心知識點，適合面試複習、知識查漏補缺。實際開發中請結合 Effective Java、JVM 規範、官方 API 文檔深入掌握。