02-面向对象与核心类

阶段：入门篇 ｜ 建议时长：6 天 ｜ 前置：01-环境搭建与基础语法.md

学习目标

• 能用「封装、继承、多态」设计一个 3 层以上继承体系并解释每一处多态调用。
• 能重写 equals/hashCode/toString，并说清两者的约定关系。
• 掌握 String 常量池、Integer 缓存、BigDecimal 精度三大经典坑，能预测代码输出结果。
• 会用枚举表达固定状态集合，并写出线程安全的枚举单例。
• 会用 java.time 完成日期格式化、加减与间隔计算。

核心知识点

类、对象、构造方法与 this

• 类是模板，对象是实例：new 在堆中分配内存，字段有默认值，局部变量必须手动初始化。
• 构造方法与类同名、无返回值；未手写时编译器提供无参构造；this(...) 可在构造方法间复用（必须放第一行）。
• this 指当前对象，用于区分成员变量与参数（this.name = name）。
• JavaBean 规范：字段 private、提供 getter/setter、无参构造。

封装、继承、多态

面试官想听：不只是背定义，而是能各举一个真实设计场景说明「为什么需要」。

• 封装：字段 private + 提供 public 访问器，在 setter 中做校验，隔离变化。
• 继承：class Dog extends Animal，子类复用并扩展父类；Java 单继承（避免菱形冲突），所有类默认继承 Object。
• 多态：父类引用指向子类对象 Animal a = new Dog();，调用 a.sound() 执行的是子类重写后的方法（运行时绑定）；成员变量没有多态，静态方法不参与多态。
• super 调用父类构造（必须第一行）或父类成员；instanceof 判断真实类型后再向下转型（Java 16+ 可写 if (a instanceof Dog d)）。

重写 vs 重载

面试官想听：一句话点破——重写是运行时多态（纵向），重载是编译时多态（横向）。

• @Override 注解让编译器帮你校验是否真的是重写，建议永远加上。
• private、static、final 方法不能被重写。

抽象类 vs 接口

面试官想听：抽象类是「是什么」（模板复用），接口是「能做什么」（能力契约），能按场景选择。

• 典型组合：抽象类 AbstractList 提供骨架实现，接口 List 定义契约——模板方法模式。

static 与 final

• static：属于类而非实例。静态变量所有实例共享；静态方法不能访问实例成员、不能用 this；静态代码块在类加载时执行一次。
• final：修饰类（不能被继承，如 String）、修饰方法（不能被重写）、修饰变量（基本类型值不变，引用类型指向不变但内容可变）。
• 常量命名：static final int MAX_SIZE = 10;

代码块的执行顺序（面试常给继承场景问输出）：

• 静态代码块（static { }）：随类初始化执行，只执行一次；多个静态块按书写顺序执行。
• 实例代码块（{ }，也叫构造代码块）：每次 new 都执行，且在构造方法体之前；它会被编译器插进每个构造方法的最前面。
• 顺序：父类静态块 → 子类静态块 → 父类实例块 → 父类构造方法 → 子类实例块 → 子类构造方法。
• 记忆口诀：静态只一次（先父后子），实例每次 new（先父后子，块在构造前）。类初始化的触发时机与静态块的细节见《02-JVM核心》。

内部类与访问权限

• 成员内部类（持有外部类引用）、静态嵌套类（不持有，推荐静态场景用）、局部内部类、匿名内部类（Lambda 的前身，实现监听器/临时逻辑）。
• 访问权限从小到大：private（本类）→ 默认/包级（同包）→ protected（同包+子类）→ public（全公开）。
• 包的作用：命名空间 + 访问控制；import 引入其他包的类。

Object 核心方法：equals / hashCode / toString

面试官想听：知道默认 equals 是 ==，重写后必须同时重写 hashCode，并能说出约定的具体内容。

• toString() 默认输出 类名@十六进制hash，打印对象会被自动调用，建议重写。
• equals() 默认等价于 ==（比较地址）；重写模板（IDEA 自动生成即可）：

@Override
public boolean equals(Object o) {
    if (this == o) return true;                      // 自反优化
    if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
    return age == p.age && Objects.equals(name, p.name);
}
@Override
public int hashCode() { return Objects.hash(name, age); }

• 约定：equals 相等 ⇒ hashCode 必须相等；hashCode 相等 ⇏ equals 相等（哈希冲突）。违反约定会导致 HashSet/HashMap 存取异常。

String 不可变原理与常量池

面试官想听：说出「private final + 不提供修改方法 + 类被 final 修饰」三层防护和安全/池化/线程安全三大好处。

• 不可变的实现：String 内部 private final char[] value（Java 9+ 改为 byte[]），数组引用不可变且不外泄，String 类本身被 final 修饰不能被子类破坏。
• 常量池：字面量先查池，存在则复用引用，所以 "a" == "a" 为 true；new String("a") 一定在堆上创建新对象，== 为 false，必须用 equals。
• 编译期可确定的拼接 "he" + "llo" 会被优化进常量池；含变量的拼接在运行时生成新对象，应用 StringBuilder。
• String.intern() 可把字符串放入/复用常量池。
• StringBuilder（非线程安全、快）vs StringBuffer（线程安全、慢）；StringJoiner 处理 a, b, c 这类带分隔符拼接。

包装类型与自动装箱、Integer 缓存

面试官想听：能准确答出缓存范围 -128~127，并解释包装类型存在的意义（泛型与集合需要对象）。

Integer a = 127, b = 127;      // true：取自 IntegerCache 缓存数组
Integer c = 128, d = 128;      // false：超出缓存，new 新对象
c == d;        // false
c.equals(d);   // true：包装类型比较永远用 equals

• 自动装箱调用 Integer.valueOf()，拆箱调用 intValue()；装箱发生在集合/泛型场景。
• 经典坑：Integer 与 int 混合比较会自动拆箱；拆箱 null 抛 NullPointerException；三目运算符两侧类型不统一会触发拆箱。
• Byte/Short/Long 缓存同为 -128127，Character 缓存 0127，Float/Double 无缓存。

枚举与枚举单例

public enum OrderStatus {
    WAIT_PAY("待支付"), PAID("已支付"), CLOSED("已关闭");
    private final String desc;
    OrderStatus(String desc) { this.desc = desc; }
    public String getDesc() { return desc; }
}

• 枚举天然继承 java.lang.Enum，有 values()、valueOf()、name()、ordinal()；可用 == 比较（实例唯一）。
• 可定义字段、方法和构造方法；配合 switch 使用最直观。
• 枚举单例是《Effective Java》推荐写法：防止反射创建实例（构造方法反射调用会直接抛异常）且天然线程安全、可序列化：

public enum Singleton { INSTANCE;
    public void doSomething() { /* 业务方法 */ } }

BigDecimal 与精度问题

面试官想听：知道 new BigDecimal(0.1) 会带入二进制误差，必须用字符串构造或 valueOf。

System.out.println(0.1 + 0.2);                       // 0.30000000000000004
BigDecimal a = new BigDecimal("0.1");                // 正确：字符串构造
BigDecimal b = BigDecimal.valueOf(0.1);              // 等效：内部走 Double.toString
System.out.println(a.add(b));                        // 0.2（精确）
new BigDecimal(0.1).doubleValue();                   // 坑：0.1000000000000000055511151231257827

• 除不尽时必须指定舍入模式：divide(b, 2, RoundingMode.HALF_UP)，否则抛 ArithmeticException。
• equals 比较值和精度（1.0 不等于 1），比较数值用 compareTo。

java.time 新日期 API

• LocalDate（日期）、LocalTime（时间）、LocalDateTime（日期时间）不可变且线程安全，取代线程不安全的 SimpleDateFormat。

LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
LocalDateTime d = now.plusDays(3).minusHours(2);
DateTimeFormatter f = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
String s = now.format(f);
long days = Duration.between(t1, t2).toDays();       // Period 用于日期差

• Instant 对应时间戳，ZoneId 处理时区，格式化线程安全可复用。

动手实践

任务 1：Shape 继承体系

• 要求：抽象类 Shape（抽象方法 double area()、double perimeter()，实现 toString 输出面积周长）；接口 Drawable（void draw()）；子类 Circle、Rectangle 实现三者；用 Shape[] shapes 数组循环打印，体现多态。
• 验收标准：main 中不出现 Circle 具体类型的 new（统一用 Shape s = new Circle(2) 声明）；新增 Triangle 子类时循环代码零改动。

任务 2：订单状态枚举

• 要求：把上面的 OrderStatus 补全——每个状态带一个 nextStatus() 返回下一个合法状态（终态返回自身），main 中模拟 WAIT_PAY -> PAID 流转。
• 验收标准：switch/方法内不含魔法字符串；对 CLOSED.nextStatus() 返回自身有单测或打印验证；说出「为什么不用 int 常量 0/1/2 表达状态」。

任务 3：BigDecimal 揭穿 double 的坑

• 验收标准：写程序分别用 double 和 BigDecimal 计算 100 个 0.1 累加；输出 double 版本结果 9.99999999999998（或相近值）与 BigDecimal 版本 10.0；再加一段「金额 0.1 元乘以 3」演示四舍五入保留 2 位的正确写法。

高频面试题

Q：面向对象三大特性是什么？⭐

• 封装：隐藏内部细节，通过公开方法受控访问，降低耦合。
• 继承：子类复用父类代码并扩展，Java 单继承，用 super 访问父类成员。
• 多态：父类引用指向子类对象，运行时绑定调用子类重写方法，提高扩展性。
• 每个特性最好跟一个自己项目/练习里的例子。

Q：接口和抽象类的区别？怎么选？⭐

• 抽象类：单继承、可有构造方法与成员变量、可含具体实现，表达 is-a、做模板复用。
• 接口：多实现、成员全是 public static final 常量、Java 8 后可有 default/static 方法，表达 can-do、定义契约。
• 选择：共享代码骨架用抽象类；定义能力/规范（尤其需要多继承效果）用接口；实践中常组合使用。

Q：== 和 equals 的区别？⭐

• ==：基本类型比值，引用类型比地址。
• equals：Object 默认实现就是 ==；String、Integer 等类重写后比较内容。
• 引用类型判相等一律用 equals；常量放前可防 NPE（"abc".equals(s)）。

Q：重写 equals 时为什么必须重写 hashCode？⭐

• 约定：equals 相等的两个对象 hashCode 必须相等。
• HashSet/HashMap 先用 hashCode 定位桶，再用 equals 判重；只重写 equals 会导致两个「相等」对象被放进不同的桶，出现重复元素或 get 不到。
• 反之 hashCode 相同不代表 equals 相等（允许哈希冲突）。

Q：String 为什么设计成不可变？⭐

• 常量池复用：相同字面量共享一个对象，节省内存。
• 安全性：String 广泛用于类加载名、网络地址、文件路径等，不可变防止被恶意篡改。
• 线程安全：不可变对象天然线程安全，可放心在多线程间共享。
• hashCode 可缓存：String 重写了 hashCode 并缓存结果，适合做 HashMap 的 key。

Q：Integer a = 127; Integer b = 127; a == b 和 128 的版本结果分别是什么？⭐

• 127 为 true：Integer.valueOf 对 -128~127 返回缓存的同一对象。
• 128 为 false：超出缓存范围 new 了新对象，地址不同。
• 结论：包装类型比较一律用 equals，或先拆箱成 int 再比较。

Q：重写和重载的区别？

• 重写发生在父子类，方法签名相同，运行时决定调用哪个（多态基础）；访问权限不能更小、不能抛更宽的受检异常。
• 重载发生在同一个类，方法名相同参数列表不同，编译期按实参静态匹配；与返回值无关。
• 记忆：重写是同一个方法的不同实现，重载是同名方法的不同入口。

Q：BigDecimal 有哪些使用注意点？

• 构造用字符串或 valueOf，禁止传 double。
• 除法指定 scale 和 RoundingMode，防止除不尽抛异常。
• 比较数值用 compareTo 而非 equals（equals 连精度一起比）。

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