Notes for Oracle Certified Professional Java 11 1Z0-819 1

Java 核心概念複習指南

測驗

請用 2-3 句話簡要回答以下問題。

1. 什麼是 CallableStatement？它與 PreparedStatement 最主要的差異在哪裡？
2. CallableStatement 支援哪三種參數類型？請簡述它們的用途。
3. 請說明 Java 中的「內部類別（Inner Class）」和「靜態嵌套類別（Static Nested Class）」的主要區別。
4. 在介面 (interface) 內部宣告的類別或介面有何特殊行為？
5. 在 JDBC 連線中，auto-commit 模式的預設狀態是什麼？如何手動關閉它？
6. 什麼是「短路邏輯運算子（short circuiting operators）」？請舉例說明。
7. 請說明 finally 區塊在什麼情況下不會被執行？
8. 什麼是 Java 中的「功能性介面（Functional Interface）」？它與 Lambda 表達式有何關係？
9. 請簡述 Java 模組系統 (JEP 261) 中「模組化 JAR/JMOD 檔案」與「展開模組目錄」兩種形式的主要差異及適用情境。
10. Java 中的「實例變數（Instance Variable）」、「靜態變數（Static Variable）」和「區域變數（Local Variable）」在記憶體位置上有何不同？

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測驗答案

1. CallableStatement 是 Java JDBC API 中用於執行資料庫預存程序（stored procedure）或函數的介面。它繼承自 PreparedStatement，但主要差異在於 CallableStatement 支援 IN、OUT、INOUT 三種參數類型，而 PreparedStatement 僅支援 IN 參數。
   使用示例：

   CallableStatement cstmt = conn.prepareCall("{call get_employee(?, ?)}");
   cstmt.setInt(1, 101); // IN 參數
   cstmt.registerOutParameter(2, Types.VARCHAR); // OUT 參數
   cstmt.execute();
   String name = cstmt.getString(2); // 獲取 OUT 參數值

2. CallableStatement 支援三種參數類型：

   • IN 參數：用於傳遞值給預存程序，類似 PreparedStatement 的參數
   • OUT 參數：用於從預存程序取得返回結果，需先註冊後讀取
   • INOUT 參數：同時作為輸入和輸出，需先設置值再註冊為輸出
     重要區別：OUT 和 INOUT 參數需要調用 registerOutParameter() 方法註冊參數類型。

3. 內部類別 vs 靜態嵌套類別：

   • 內部類別：
     • 需要外部類別實例才能建立：Outer.Inner inner = outer.new Inner()
     • 可訪問外部類別的實例成員（包括 private 成員）
     • 不能聲明靜態成員（Java 16+ 允許靜態成員）
   • 靜態嵌套類別：
     • 直接建立：Outer.StaticNested nested = new Outer.StaticNested()
     • 只能訪問外部類別的靜態成員
     • 行為類似頂層類別，更具靈活性

4. 介面內部宣告的類別或介面預設是靜態的，即使沒有明確使用 static 關鍵字。這是因為介面不能實例化，所以其內部類別不需要綁定到介面實例。例如：

   interface MyInterface {
       class Nested { // 隱含 static
           // 類別內容
       }
   }
   // 使用方式：MyInterface.Nested nested = new MyInterface.Nested();

5. JDBC 連線的 auto-commit 模式預設啟用。關閉方式：

   Connection conn = DriverManager.getConnection(url, user, password);
   conn.setAutoCommit(false); // 關閉 auto-commit

   事務管理：關閉後需手動調用 conn.commit() 提交事務或 conn.rollback() 回滾。

6. 短路邏輯運算子 (&& 和 ||) 在確定結果後停止評估後續表達式。
   示例：

   if (obj != null && obj.isValid()) {
       // 若 obj 為 null 則跳過 obj.isValid() 檢查
   }

   非短路運算子 & 和 | 會評估所有表達式，可能導致 NullPointerException。

7. finally 區塊不會執行的情況：

   • 調用 System.exit() 終止 JVM
   • 守護線程在所有非守護線程結束時（不保證 finally 執行）
   • JVM 崩潰或硬體故障
     重要：finally 在 return 後仍會執行！

8. 功能性介面是只有一個抽象方法的介面，可搭配 Lambda 表達式使用。
   示例：

   // 傳統匿名類別
   Runnable r1 = new Runnable() {
       public void run() { System.out.println("Hello"); }
   };
   
   // Lambda 等效寫法
   Runnable r2 = () -> System.out.println("Hello");

9. 模組系統兩種形式：

   形式	優點	缺點	適用場景
   模組化 JAR/JMOD	易於分發部署	更新需重新打包	正式發布
   展開模組目錄	快速修改測試	不易分發	開發階段

10. 變數記憶體位置：

    • 區域變數：stack 記憶體，方法結束即釋放
    • 實例變數：heap 記憶體，隨物件生命週期
    • 靜態變數：方法區（元空間），類別載入時初始化
      多執行緒注意：靜態變數需同步控制（synchronized 或 volatile）

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申論題

請根據提供的資料，選擇其中五題，以申論形式闡述您的理解。

1. PreparedStatement vs CallableStatement：

   • 功能差異：
     • PreparedStatement：執行參數化SQL查詢，防範SQL注入
     • CallableStatement：執行預存程序(stored procedures)和函數
   • 參數處理：
     • PreparedStatement：僅支援IN參數
     • CallableStatement：支援IN, OUT, INOUT三種參數
     • OUT參數需使用registerOutParameter()註冊
   • 應用場景：
     • 優先使用CallableStatement時機：當資料庫已有複雜業務邏輯的預存程序時
     • 範例：銀行轉帳事務處理
   • 效能考量：預存程序通常比動態SQL更高效

2. 內部類別 vs 靜態嵌套類別：

   • 設計哲學：
     • 內部類別：與外部類別實例緊密耦合
     • 靜態嵌套類別：獨立於外部類別實例
   • 實例化差異：

     // 內部類別實例化
     Outer outer = new Outer();
     Outer.Inner inner = outer.new Inner();
     
     // 靜態嵌套類別實例化
     Outer.StaticNested staticNested = new Outer.StaticNested();

   • 記憶體管理：內部類別持有外部類別引用，可能導致記憶體洩漏
   • 介面嵌套類別：預設靜態，因介面無法實例化

3. Java模組系統形式比較：

   特性	模組化JAR/JMOD	展開模組目錄
   結構	壓縮檔案格式	檔案系統目錄結構
   部署	適合生產環境	適合開發環境
   更新	需重新打包	直接修改檔案
   效能	啟動較快	啟動較慢
   應用策略：開發階段用展開目錄，發布時打包為JAR

4. 功能性介面與Lambda：

   • 協同機制：Lambda自動實現功能性介面的單一抽象方法
   • Predicate示例：

     // 匿名內部類別
     Predicate<Integer> oldWay = new Predicate<Integer>() {
         public boolean test(Integer i) { return i > 0; }
     };
     
     // Lambda表達式
     Predicate<Integer> newWay = i -> i > 0;

   • 優勢：
     • 代碼簡潔度提升50%以上
     • 可讀性增強
     • 減少樣板代碼

5. 變數類型與執行緒安全：

   • 區域變數：
     • 生命週期：方法執行期間
     • 執行緒安全：每個線程有自己的stack，天然安全
   • 實例變數：
     • 生命週期：物件存在期間
     • 執行緒安全：需同步控制
   • 靜態變數：
     • 生命週期：類別載入期間
     • 執行緒安全：高風險，需用synchronized或volatile
   • 最佳實踐：盡量使用區域變數，減少共享狀態

6. try-catch-finally進階：

   • finally保證執行：即使return後仍會執行
   • 例外情況：
     • System.exit()立即終止JVM
     • 守護線程隨JVM結束
     • JVM崩潰
   • break/continue限制：
     • 只能在循環結構中使用
     • 在if/else中直接使用會導致編譯錯誤
     • 解決方案：使用標籤(label)跳出嵌套循環

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關鍵詞彙表

• CallableStatement：
  Java JDBC API 中用於執行資料庫預存程序 (stored procedure) 或函數的介面，繼承自 PreparedStatement。支援 IN、OUT 和 INOUT 三種參數類型。使用時需調用 prepareCall() 方法建立實例，並使用 registerOutParameter() 註冊輸出參數。

• PreparedStatement：
  Java JDBC API 中用於執行參數化 SQL 語句的介面，可有效防止 SQL 注入攻擊。使用 ? 作為參數佔位符，通過 setXxx() 方法設置參數值。比 Statement 更高效，特別是在重複執行相同SQL時。

• IN 參數：
  CallableStatement 和 PreparedStatement 共用的輸入參數類型。用於將Java程式中的值傳遞給SQL語句或預存程序。設置方法：setInt(), setString() 等。

• OUT 參數：
  僅 CallableStatement 支援的參數類型，用於從預存程序獲取返回值。必須先使用 registerOutParameter() 註冊參數類型和位置，執行後通過 getXxx() 方法獲取值。

• INOUT 參數：
  CallableStatement 特有的參數類型，兼具輸入和輸出功能。使用時需先設置輸入值，再註冊為輸出參數，最後獲取更新後的值。

• ResultSet：
  代表資料庫查詢結果集的物件，提供游標導航和資料讀取方法。可通過 next() 遍歷結果，使用 getInt(), getString() 等方法讀取欄位值。支援可滾動和可更新結果集。

• 嵌套類別 (Nested Class)：
  定義在另一個類別或介面內部的類別，分為靜態和非靜態兩類。主要用於封裝僅在外部類別中使用的輔助邏輯，提高封裝性。

• 頂層類別 (Top Level Class)：
  直接定義在.java檔案中的類別，非嵌套類別。每個頂層類別必須與文件名相同，且只能有一個public頂層類別。

• 內部類別 (Inner Class)：
  非靜態嵌套類別，與外部類別實例關聯。可訪問外部類別的所有成員，常用於事件處理器和回調實現。實例化需通過外部類別實例。

• 靜態嵌套類別 (Static Nested Class)：
  靜態的嵌套類別，不依賴外部類別實例。行為類似頂層類別，但可訪問外部類別的靜態成員。常用於工具類別實現。

• 自動提交模式 (Auto-commit mode)：
  JDBC 連線的預設事務模式，每個SQL語句執行後自動提交。關閉後需手動調用 commit() 提交事務或 rollback() 回滾。

• System.exit()：
  終止JVM的靜態方法，參數為狀態碼(0表示正常終止)。調用後不會執行finally區塊，應謹慎使用。

• 短路邏輯運算子 (Short-circuiting operators)：
  && 和 || 運算子，在結果確定後跳過後續評估。例如：if (obj != null && obj.isValid()) 可避免NullPointerException。

• 覆寫 (Overriding)：
  子類別重新定義父類別方法，需滿足：方法名相同、參數列表相同、返回類型兼容、訪問修飾符不更嚴格。Java 5+ 支援協變返回類型。

• 協變返回類型 (Covariant return type)：
  Java 5+ 特性，允許覆寫方法返回原返回類型的子類型。提高API靈活性，減少類型轉換。

• 介面欄位 (Interface fields)：
  介面中宣告的欄位默認為 public static final，必須初始化。常用於定義常數，Java 8+ 可通過靜態方法提供更靈活的常數管理。

• 構造函數 (Constructor)：
  類別實例化時調用的特殊方法，方法名與類名相同。可重載，但不可覆寫。第一行必須調用 super() 或 this()，兩者不可共存。

• 私有方法 (Private method)：
  僅類別內部可訪問的方法，子類別不可見。Java 9+ 允許介面定義私有方法，用於提取公共邏輯。

• 飢餓 (Starvation)：
  線程因長期無法獲取CPU時間而”飢餓”。常見原因：高優先級線程壟斷CPU，或同步機制設計不當。解決：公平鎖、線程優先級調整。

• 抖動 (Thrashing)：
  系統因過度線程上下文切換導致效能急降。通常由太多活動線程競爭有限CPU資源引起。解決：減少線程數、使用線程池。

• ScheduledExecutorService：
  ExecutorService 子介面，支援延遲和週期性任務執行。通過 Executors.newScheduledThreadPool() 創建，比 Timer 更靈活可靠。

• ScheduledFuture：
  ScheduledExecutorService 提交任務後返回的對象，可取消任務或查詢狀態。get() 方法獲取結果，可能阻塞。

• scheduleAtFixedRate：
  固定速率執行任務，忽略任務執行時間。適用於嚴格週期性任務，如每分鐘採集數據。

• scheduleWithFixedDelay：
  固定延遲執行任務，每次任務結束後等待固定間隔。適用於需要冷卻期的任務，如API調用限流。

• Executor：
  線程執行基礎介面，僅定義 execute(Runnable) 方法。將任務提交與執行機制解耦。

• ExecutorService：
  Executor 擴展介面，增加任務提交、關閉管理等功能。支援 Callable 任務和 Future 獲取結果。

• Executors：
  工廠類別，提供創建各種線程池的靜態方法，如：

  • newFixedThreadPool()：固定大小線程池
  • newCachedThreadPool()：可擴展線程池
  • newSingleThreadExecutor()：單線程執行器

• 模組化 JAR (Modular JAR)：
  包含 module-info.class 的JAR文件，定義模組邊界和依賴。Java 9+ 的標準分發格式，支援強封裝和可靠配置。

• JMOD 檔案：
  Java模組系統專用格式，可包含原生代碼和配置。主要用於JDK模組，應用開發較少使用。

• 展開模組目錄 (Exploded-Module Directory)：
  模組的未打包目錄結構，便於開發調試。目錄名為模組名，包含展開的類別和資源文件。

• 功能性介面 (Functional Interface)：
  僅含一個抽象方法的介面，可用 @FunctionalInterface 註解標記。Java 內建 java.util.function 包提供常用功能性介面。

• Lambda 表達式 (Lambda Expression)：
  匿名函數簡寫語法：(參數) -> 表達式。自動實現功能性介面，簡化集合操作和事件處理。

• Predicate：
  java.util.function 包中的功能性介面，定義 test(T t) 方法。常用於過濾操作：list.stream().filter(predicate)

• 區域變數 (Local Variable)：
  方法或代碼塊內聲明的變數，無默認值必須初始化。Java 10+ 支援 var 類型推斷。線程安全，存在於stack內存。

• 實例變數 (Instance Variable)：
  類別內聲明的非靜態字段，每個實例獨立。有默認值（0、false、null），存在於heap內存。

• 靜態變數 (Static Variable / Class Variable)：
  類別內 static 字段，所有實例共享。類別加載時初始化，存在於方法區內存。多線程環境需同步控制。

• 元註解 (Meta-annotations)：
  用於註解其他註解的註解，包括：

  • @Target：指定可應用元素類型
  • @Retention：指定註解保留策略
  • @Documented：包含在Javadoc
  • @Inherited：允許子類別繼承
  • @Repeatable：允許多次應用

• @Target：
  指定註解適用目標，如 ElementType.TYPE（類別）、METHOD（方法）、FIELD（字段）等。

• @Retention：
  定義註解生命周期：

  • SOURCE：僅源代碼
  • CLASS：編譯後保留（默認）
  • RUNTIME：運行時可通過反射讀取

• @Documented：
  指示註解應包含在生成文檔中。

• @Inherited：
  允許子類別繼承父類別的註解，僅對類別註解有效。

• @Repeatable：
  Java 8+ 特性，允許同一位置多次應用相同註解。需定義容器註解。

• switch statement rules：
  Java 17+ 支持：

  • 表達式類型：整型、枚舉、String（Java 7+）
  • case 可為常量、枚舉值或文本
  • default 可選但建議使用
  • Java 12+ 支持箭頭語法：case X -> ...

• JEP 261：
  Java 模組系統（Project Jigsaw）核心規範，定義：

  • 模組聲明語法（module-info.java）
  • 模組路徑（modulepath）
  • 訪問控制規則（exports/opens）
  • 兩種模組形式：JMOD和展開目錄

• OUT 參數：CallableStatement 中用於從預存程序取得返回結果的輸出參數。

• INOUT 參數：CallableStatement 中同時作為輸入和輸出的參數。

• ResultSet：在 JDBC 中，用於存放查詢結果集的物件。

• 嵌套類別 (Nested Class)：在另一個類別或介面內部定義的類別。

• 頂層類別 (Top Level Class)：不是嵌套類別的類別，直接定義在 Java 檔案中。

• 內部類別 (Inner Class)：一種非靜態的嵌套類別，必須依賴外部類別的實例才能創建。

• 靜態嵌套類別 (Static Nested Class)：一種使用 static 關鍵字宣告的嵌套類別，行為上等同於頂層類別，不需外部類別實例即可創建。

• 自動提交模式 (Auto-commit mode)：JDBC 連線的預設模式，每個 SQL 陳述式會被視為一個事務並自動提交。

• System.exit()：Java 中用於終止 JVM 執行的靜態方法。

• 短路邏輯運算子 (Short-circuiting operators)：指 && (AND) 和 || (OR) 運算子，如果在評估過程中可以確定整個表達式的值，則不會評估剩餘的子表達式。

• 覆寫 (Overriding)：子類別重新定義父類別中已有的方法。

• 協變返回類型 (Covariant return type)：Java 1.5 之後，覆寫方法可以返回原方法返回類型的一個子類別。

• 介面欄位 (Interface fields)：在介面中宣告的欄位，預設為 public、static 和 final。

• 構造函數 (Constructor)：用於建立物件實例的特殊方法。在其中只能呼叫 super() 或 this() 之一，不能同時呼叫。

• 私有方法 (Private method)：只能在其宣告的類別內部訪問的方法，子類別無法直接訪問或覆寫父類別的私有方法。

• 飢餓 (Starvation)：指一個執行緒因為其他執行緒長時間獨佔 CPU 而無法獲得執行時間的現象。

• 抖動 (Thrashing)：指程式因為執行緒過度頻繁地上下文切換，導致程式進度緩慢或停滯的現象。

• ScheduledExecutorService：ExecutorService 的子介面，提供延遲和週期性執行任務的功能。

• ScheduledFuture：ScheduledExecutorService 的 schedule 方法返回的物件，可用於取消任務或檢查執行狀態。

• scheduleAtFixedRate：ScheduledExecutorService 中用於固定頻率執行任務的方法，不考慮任務本身的執行時間。

• scheduleWithFixedDelay：ScheduledExecutorService 中用於每次任務執行完畢後，再延遲一段時間執行的任務方法，會考慮任務執行時間。

• Executor：Java java.util.concurrent 套件中的基礎介面，只定義了 execute(Runnable command) 方法，用於執行任務。

• ExecutorService：繼承自 Executor，提供更豐富的管理功能，如提交任務、取得結果 (Future)、關閉執行緒池等。

• Executors：一個工具類別，提供靜態工廠方法來建立各種 ExecutorService 實例，例如 newFixedThreadPool、newSingleThreadExecutor 等。

• 模組化 JAR (Modular JAR)：包含編譯後的模組定義 (module-info.class) 及相關類別和資源檔案的 JAR 檔，是 Java 模組常見的打包方式。

• JMOD 檔案：Java 模組系統中另一種模組打包格式，類似於模組化 JAR。

• 展開模組目錄 (Exploded-Module Directory)：以模組名稱命名的目錄，其內容是對應於套件階層的展開目錄樹，方便開發與測試。

• 功能性介面 (Functional Interface)：只包含一個抽象方法的介面，可選擇性地包含多個預設方法或靜態方法。

• Lambda 表達式 (Lambda Expression)：Java 8 引入的語法糖，用於簡潔地實現功能性介面。

• Predicate：java.util.function 套件中的功能性介面，包含一個 test(T t) 抽象方法，返回布林值，常用於過濾條件。

• 區域變數 (Local Variable)：在方法、建構子或程式區塊內部宣告的變數，作用範圍僅限於宣告它的區塊。

• 實例變數 (Instance Variable)：在類別內、方法外宣告且沒有 static 關鍵字的變數，每個物件都有獨立的副本。

• 靜態變數 (Static Variable / Class Variable)：在類別內、方法外宣告並加上 static 關鍵字的變數，屬於類別本身，所有物件共享同一份。

• 元註解 (Meta-annotations)：用於註解其他註解的特殊註解，例如 @Target、@Retention 等，用來為自定義註解提供元信息。

• @Target：元註解，指定自定義註解可以應用於哪些程式元素 (如類別、方法、欄位)。

• @Retention：元註解，定義自定義註解的生命週期 (僅原始碼、編譯後保留、運行時保留)。

• @Documented：元註解，表示該註解會被包含在 JavaDoc 生成的文檔中。

• @Inherited：元註解，表示子類別可以繼承父類別上的註解。

• @Repeatable：元註解 (Java 8 新增)，表示該註解可以在同一個地方多次使用。

• switch statement rules：定義 switch 陳述式中允許的資料類型、case 常數的限制、default 標籤的使用規則等。

• JEP 261：Java 模組系統的規範提案，定義了 Java 模組的兩種形式。