Cao Note异常、IO 与反射
配套知识点：02 Java 核心特性
怎么用这份笔记
- 分级：
★★★ 必须吃透/★★☆ 了解即可（记结论就行）/★☆☆ 可以跳过（一句话看一眼）- 【简历亮点，高频追问】：简历里写过的技术，面试官会顺着往下挖，这段必须能展开讲
- 每个考点按「定义 → 原理 → 要点 / 易错点」组织，只讲知识点
1. 反射 ★★★
反射是运行时获取类的结构（构造器、字段、方法、注解）并调用它，绕开编译期的类型检查。这是框架的基础：Spring 建 Bean、MyBatis 做结果映射都依赖它。
- 代价有两个：慢，因为要动态解析并做安全检查；以及破坏封装，能拿到私有成员。
- 工程上的优化：启动阶段一次性完成反射并缓存结果，运行期不做反射；
setAccessible(true)关闭安全检查能提升速度；需要高频创建实例时可用 ReflectASM 这类字节码生成方案。 - 插件化是典型用法：给各厂商的命令实现类加自定义注解，启动时按包扫描把所有带注解的类扫出来，反射实例化后按「协议类型 + 命令字」注册进命令表。这样新增一条指令只要写一个带注解的类，不必改动核心链路。
2. 注解与自定义注解 ★★★ 【简历亮点，高频追问】
注解是贴在类、方法、字段上的标签，本身不改变逻辑，必须由外部读取才生效：运行期靠反射读，编译期靠注解处理器读（Lombok 就是后者）。
@Retention决定注解保留到哪一步，只有 RUNTIME 的才能在运行期通过反射拿到；@Target限定它可以标注的位置。两者是自定义注解的固定搭配。- 注解 + 切面（AOP） 是最常见的落地方式：横切逻辑集中在切面里，业务代码只加一行注解，新增功能不用改业务代码。典型用途：协议命令行按注解自动注册、
@RepeatSubmit防重复提交、基于注解的限流、统一鉴权。
3. 异常体系 / try-with-resources ★★★
根是 Throwable，下面分两支：
- Error：JVM 级故障，比如 OOM，程序本身修不了，不捕获。
- Exception，又分受检与非受检：
- 受检异常：编译期强制处理，要么
throws声明，要么try-catch捕获，否则编译不通过，如 IOException；通常是调用方能预判、能恢复的情况。 - 非受检异常（RuntimeException 及子类）：编译器不检查，如 NPE；一般是编程错误，应该改代码而不是到处捕获。
- 受检异常：编译期强制处理，要么
另外两个要点：
- finally 一定执行，除非执行了
System.exit。 - try-with-resources 可以自动关闭资源，比在 finally 里手写关闭更安全。
自定义异常统一继承 RuntimeException，避免 throws 沿全链路污染。捕获的位置放在系统边界：Controller、消息消费者（如 Kafka）、定时任务，统一记日志并转成友好响应。设备报文场景下，单个报文解析失败只丢弃这一条，不能让整条连接挂掉，所以每条报文的处理入口都要单独做异常兜底。
4. 什么时候抛、什么时候捕获 / throw vs throws ★★☆
- 能处理就捕获：能重试、能降级、能记日志补偿的，在本地处理掉，比如下游调用失败后重试 + 降级返回。
- 处理不了就往上抛：或者调用方需要知道结果的情况（参数校验失败、设备不存在这类），直接抛业务异常，由上层统一转成响应。
- throw 与 throws：
throw是抛出一个异常对象（动作），throws是声明方法可能抛出什么（方法签名）。 - 原则：不吞异常，也不拿异常当流程控制；
catch里不能直接catch (Exception)然后返回 null，至少要打日志，否则问题无从排查。
5. final / finally（finalize 已废弃）★★☆
final / finally / finalize 三者只是拼写相近，没有语义关系：
- final：修饰类 → 不能被继承；修饰方法 → 不能被重写；修饰变量 → 引用不能改（对象内部内容仍可变）。
- finally：异常处理中一定会执行的那段代码（除非
System.exit），通常用来释放资源。 - finalize：对象被回收前调用的方法，JDK 9 起已废弃。它执行时机不确定、可能延迟 GC，还能让对象复活，不要用它释放资源；释放资源应该用 try-with-resources 或 Cleaner。
工程用法：工具类、常量类用 final 修饰，防止被继承破坏；处理器基类被各厂商子类继承时，把基类里的编解码主流程声明为 final，只开放子类实现业务方法，保证流程一致、不被改坏。
6. 字节码 / JDK-JRE-JVM ★★★
- 字节码：源码用
javac编译成 字节码（.class），由 JVM 负责执行。字节码与平台无关，各平台 JVM 负责翻译执行，所以是「一次编译，到处运行」。 - JIT：运行期把热点字节码编译成本地机器码，这是 Java 性能的关键。
- 包含关系：JDK ⊃ JRE ⊃ JVM。JVM 负责跑；JRE = JVM + 核心类库；JDK 在 JRE 之上再加编译器等开发工具。
部署上常见多阶段构建：构建阶段用 JDK（例如 JDK 21 编译），运行镜像只放 JRE，以此减小镜像体积。上层能力（AOP 代理、协议插件的动态注册）都建立在字节码这一层之上。
7. BIO / NIO / AIO ★★★ 【简历亮点，高频追问】
- BIO：一连接一线程，读写都阻塞，线程数随连接数线性增长，扛不住高并发。
- NIO：同步非阻塞 + 多路复用，一个线程用 Selector 管理大量连接，谁有事件就处理谁；底层依赖 Linux 的 epoll。
- AIO：异步，读写完成后由内核回调通知；但 Linux 上实现不成熟（本质仍是 epoll 模拟），跨平台一致性不如 NIO。
NIO 的三大件：Buffer（缓冲区）、Channel（双向通道）、Selector（多路复用器）。
选型依据：
- 设备长连接场景（大量 TCP 连接常驻）选 Netty，本质是 NIO 封装：设备量上去以后 BIO 的一连接一线程撑不住；AIO 在 Linux 上不成熟，所以不用。
- Netty 的 ChannelHandler 链路能把编解码、心跳、鉴权拆成独立 handler，职责清晰、便于组合复用。
8. Optional / Java 8 新特性 ★★★
- Optional 是包装「可能为空的值」的容器，把「可能没值」这件事在方法签名上显式表达出来。
orElse无论有没有值都会计算参数，orElseGet才是惰性求值；兜底逻辑有开销时必须用orElseGet。- 使用范围：只建议当方法返回值（例如单对象查询这类可能查不到的场景），不当字段、不当参数，否则只会增加复杂度。
- 同批的 Java 8 新特性：Stream、新时间 API（
LocalDateTime等）、CompletableFuture 是最常用的三块。
9. 深拷贝浅拷贝 / serialVersionUID ★★☆
- 浅拷贝：只复制对象本身，内部的引用字段仍指向同一个对象，两个对象共享引用。
- 深拷贝：把引用链上的对象全部复制一份，彼此完全独立。
clone()默认是浅拷贝；要深拷贝可以覆写clone逐层复制，或者直接用序列化 / 反序列化做拷贝。
serialVersionUID 是序列化版本号：
- 不显式声明时由编译器按类结构生成，类一改动（加字段、改方法）值就会变，旧数据反序列化失败。
- 跨服务传输的 DTO 应显式声明
serialVersionUID，避免加个字段就造成反序列化不兼容。 - 需要对象快照又不想手写
clone时，可以直接用序列化拷贝实现深拷贝。
10. Collection 与 Collections 的区别 ★★☆
一句话：Collection 是接口，Collections 是工具类（多一个 s）。
- Collection：
List/Set/Queue的父接口，定义集合的基本能力——add、remove、size、iterator。 - Collections：全是静态方法的工具类，用来操作或包装集合：
sort、reverse、shuffle、max/min、binarySearch、synchronizedXxx（同步包装）、unmodifiableXxx（不可变包装）、emptyList。 - 常用写法：返回空结果时用
Collections.emptyList()而不是null，调用方少一层判空；synchronizedList包装需要多线程写的列表；unmodifiableList在把内部配置列表暴露出去时防止外部修改。 - 易错点：
Collections.sort要求元素实现Comparable，或者显式传入Comparator，否则抛 ClassCastException；空集合场景不要返回 null，用emptyList能让调用方少写判空。
附：原始题库（旧版逐题，与上文重叠，可折叠跳过）
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11. 深拷贝和浅拷贝的区别是什么?
浅拷贝:被复制对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值,而所有的对其他对象的引用仍然指向原来的对象.换言之,浅拷贝仅仅复制所考虑的对象,而不复制它所引用的对象.
深拷贝:被复制对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值.而那些引用其他对象的变量将指向被复制过的新对象.而不再是原有的那些被引用的对象.换言之.深拷贝把要复制的对象所引用的对象都复制了一遍.
12. try catch finally，try里有return，finally还执行么？
执行，并且finally的执行早于try里面的return
结论：
1、不管有木有出现异常，finally块中代码都会执行；
2、当try和catch中有return时，finally仍然会执行；
3、finally是在return后面的表达式运算后执行的（此时并没有返回运算后的值，而是先把要返回的值保存起来，管finally中的代码怎么样，返回的值都不会改变，任然是之前保存的值），所以函数返回值是在finally执行前确定的；
4、finally中最好不要包含return，否则程序会提前退出，返回值不是try或catch中保存的返回值。
13. Exception与Error包结构
Java可抛出(Throwable)的结构分为三种类型：被检查的异常(CheckedException)，运行时异常 (RuntimeException)，错误(Error)。
1、运行时异常
定义:RuntimeException及其子类都被称为运行时异常。
特点:Java编译器不会检查它。也就是说，当程序中可能出现这类异常时，倘若既"没有通过throws 声明抛出它"，也"没有用try-catch语句捕获它"，还是会编译通过。例如，除数为零时产生的
ArithmeticException异常，数组越界时产生的IndexOutOfBoundsException异常，fail-fast机制产
生的ConcurrentModificationException异常（java.util包下面的所有的集合类都是快速失败
的， “快速失败”也就是fail-fast，它是Java集合的一种错误检测机制。当多个线程对集合进行结构上的改变的操作时，有可能会产生fail-fast机制。记住是有可能，而不是一定。例如：假设存在两个线
程（线程1、线程2），线程1通过Iterator在遍历集合A中的元素，在某个时候线程2修改了集合A的结构（是结构上面的修改，而不是简单的修改集合元素的内容），那么这个时候程序就会抛出
ConcurrentModificationException 异常，从而产生fail-fast机制，这个错叫并发修改异常。 Fail- safe，java.util.concurrent包下面的所有的类都是安全失败的，在遍历过程中，如果已经遍历的数组上的内容变化了，迭代器不会抛出ConcurrentModificationException异常。如果未遍历的数组上的内容发生了变化，则有可能反映到迭代过程中。这就是ConcurrentHashMap迭代器弱一致的表现。 ConcurrentHashMap的弱一致性主要是为了提升效率，是一致性与效率之间的一种权衡。 要成为强一致性，就得到处使用锁，甚至是全局锁，这就与Hashtable和同步的HashMap一样
了。）等，都属于运行时异常。
常见的五种运行时异常：
ClassCastException（类转换异常）
IndexOutOfBoundsException（数组越界）
NullPointerException（空指针异常）
ArrayStoreException（数据存储异常，操作数组是类型不一致）
BufferOverflowException
2、被检查异常
定义:Exception类本身，以及Exception的子类中除了"运行时异常"之外的其它子类都属于被检查异常。
特点 : Java编译器会检查它。 此类异常，要么通过throws进行声明抛出，要么通过try-catch进行捕获处理，否则不能通过编译。例如，CloneNotSupportedException就属于被检查异常。当通过
clone()接口去克隆一个对象，而该对象对应的类没有实现Cloneable接口，就会抛出
CloneNotSupportedException异常。被检查异常通常都是可以恢复的。 如：
IOException
FileNotFoundException
SQLException
被检查的异常适用于那些不是因程序引起的错误情况，比如：读取文件时文件不存在引发的
FileNotFoundException。然而，不被检查的异常通常都是由于糟糕的编程引起的，比如：在对象引用时没有确保对象非空而引起的 NullPointerException。
3、错误
定义 : Error类及其子类。
特点 : 和运行时异常一样，编译器也不会对错误进行检查。
当资源不足、约束失败、或是其它程序无法继续运行的条件发生时，就产生错误。程序本身无法修复这些错误的。例如，VirtualMachineError就属于错误。出现这种错误会导致程序终止运行。
OutOfMemoryError、ThreadDeath。
Java虚拟机规范规定JVM的内存分为了好几块，比如堆，栈，程序计数器，方法区等
14. Java 序列化中如果有些字段不想进行序列化，怎么办？
对于不想进行序列化的变量，使用 transient 关键字修饰。
transient 关键字的作用是：阻止实例中那些用此关键字修饰的的变量序列化；当对象被反序列化时，被 transient 修饰的变量值不会被持久化和恢复。transient 只能修饰变量，不能修饰类和方法。
15. 说说Java 中 IO 流
Java 中 IO 流分为几种?
按照流的流向分，可以分为输入流和输出流；
按照操作单元划分，可以划分为字节流和字符流；
按照流的角色划分为节点流和处理流。
Java Io 流共涉及 40 多个类，这些类看上去很杂乱，但实际上很有规则，而且彼此之间存在非常紧密的联系， Java I0 流的 40 多个类都是从如下 4 个抽象类基类中派生出来的。
InputStream/Reader: 所有的输入流的基类，前者是字节输入流，后者是字符输入流。 OutputStream/Writer: 所有输出流的基类，前者是字节输出流，后者是字符输出流。
按操作方式分类结构图：
按操作对象分类结构图：
16. Java IO与 NIO的区别（补充）
NIO即New IO，这个库是在JDK1.4中才引入的。 NIO和IO有相同的作用和目的，但实现方式不同， NIO主要用到的是块，所以NIO的效率要比IO高很多。在Java API中提供了两套NIO，一套是针对标准输入输出NIO，另一套就是网络编程NIO。
17. java反射的作用与原理
1、定义：
反射机制是在运行时，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意个对象， 都能够调用它的任意一个方法。在java中，只要给定类的名字，就可以通过反射机制来获得类的所有信息。
I 这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为Java语言的反射机制。
2、哪里会用到反射机制？
jdbc就是典型的反射
这就是反射。如hibernate，struts等框架使用反射实现的。
3、反射的实现方式：
第一步：获取Class对象，有4中方法： 1）Class.forName(“类的路径”)；2）类名.class 3）对象名.getClass() 4）基本类型的包装类，可以调用包装类的Type属性来获得该包装类的Class对象
4、实现Java反射的类：
1）Class：表示正在运行的Java应用程序中的类和接口注意： 所有获取对象的信息都需要Class类来实现。 2）Field：提供有关类和接口的属性信息，以及对它的动态访问权限。 3）Constructor： 提供关于类的单个构造方法的信息以及它的访问权限 4）Method：提供类或接口中某个方法的信息
5、反射机制的优缺点：
优点： 1）能够运行时动态获取类的实例，提高灵活性； 2）与动态编译结合缺点： 1）使用反射性能较低，需要解析字节码，将内存中的对象进行解析。 解决方案： 1、通过setAccessible(true) 关闭JDK的安全检查来提升反射速度； 2、多次创建一个类的实例时，有缓存会快很多 3、
ReflectASM工具类，通过字节码生成的方式加快反射速度 2）相对不安全，破坏了封装性（因为通过反射可以获得私有方法和属性）
18. 获取一个类Class对象的方式有哪些？
搞清楚类对象和实例对象，但都是对象。
第一种：通过类对象的 getClass() 方法获取，细心点的都知道，这个 getClass 是 Object 类里面的方法。
第二种：通过类的静态成员表示，每个类都有隐含的静态成员 class。
第三种：通过 Class 类的静态方法 forName() 方法获取。
19. 说说你平时是怎么处理 Java 异常的
try-catch-finally
try 块负责监控可能出现异常的代码
catch 块负责捕获可能出现的异常，并进行处理
finally 块负责清理各种资源，不管是否出现异常都会执行
其中 try 块是必须的，catch 和 finally 至少存在一个标准异常处理流程
抛出异常→捕获异常→捕获成功（当 catch 的异常类型与抛出的异常类型匹配时，捕获成功） →异常被处理，程序继续运行抛出异常→捕获异常→捕获失败（当 catch 的异常类型与抛出异常类型不匹配时，捕获失败） →异常未被处理，程序中断运行
在开发过程中会使用到自定义异常，在通常情况下，程序很少会自己抛出异常，因为异常的类名通常也包含了该异常的有用信息，所以在选择抛出异常的时候，应该选择合适的异常类，从而可以明确地描述该异常情况，所以这时候往往都是自定义异常。
自定义异常通常是通过继承 java.lang.Exception 类，如果想自定义 Runtime 异常的话，可以继承 java.lang.RuntimeException 类，实现一个无参构造和一个带字符串参数的有参构造方法。
在业务代码里，可以针对性的使用自定义异常。比如说：该用户不具备某某权限、余额不足等。
20. 说说深拷贝和浅拷贝？
浅拷贝（shallowCopy）只是增加了一个指针指向已存在的内存地址，
深拷贝（deepCopy）是增加了一个指针并且申请了一个新的内存，使这个增加的指针指向这个新的内存，
使用深拷贝的情况下，释放内存的时候不会因为出现浅拷贝时释放同一个内存的错误。
最好是结合克隆已经原型模式联系在一起哈，记得复习的时候，把这几个联系起来的。
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附：一句话速记（可以跳过 ★☆☆）
- 异常体系：Throwable → Error（不该捕获）/ Exception（受检 + 运行时）。
- try-with-resources：实现 AutoCloseable 即可自动关闭，比 finally 更安全。
- final / finally / finalize：finalize 已废弃（JDK9 起 @Deprecated），别再用。
- BIO / NIO / AIO：阻塞流 / 多路复用（Selector）/ 异步回调。
- 反射：Class → Constructor / Method / Field，能拿到私有成员；Spring、MyBatis 全靠它。
- 深拷贝：基本类型值拷贝、引用类型要递归克隆；浅拷贝只复制引用。
- serialVersionUID：不显式声明时反序列化容易 InvalidClassException；transient 字段不参与序列化。