秋招备战——Java基础知识

Posted 2023-02-04

垃圾回收，JVM常用参数

将内存中不再被使用的对象进行回收，GC中用于回收的方法称为收集器，由于GC需要消耗一些资源和时间，Java在对对象的生命周期特征进行分析后，按照新生代、老年代的方式来对对象进行收集，以尽可能的缩短GC对应用造成的暂停

对新生代的对象收集称为minor GC

对老生代的对象收集称为full GC

程序中主动调用System.gc()强制执行的GC为full GC。

Xms堆内存的最小大小，默认为物理内存的1/64

Xmx堆内存的最大大小，默认为物理内存的1/4

Xmn堆内新生代的大小，通过这个值也可以得到老生代的大小：Xmx减去Xmn。

char和byte的区别

一个字符类型，无符号型的，占2个字节（Unicode码），Java用char来表示一个字符；一个是字节类型，有符号型，占1个字节。

int和byte能否相互转换

可以相互转换，byte占1字节，而int占用4个字节，不会照成精度损失。

数组和链表的区别

数组是连续的内存空间，适合通过索引查找，查找和修改比较方便；链表不一定是连续的内存空间，添加和删除比较方便。

红黑树的特点

解决平衡二叉查找树的缺点：不适合需要大量插入、删除和查找的场景，需要左旋和右旋来保证平衡，引入红黑树，每条路径的黑色节点数相同，红色节点不能相同，时间复杂度O(logn)。红黑树的特性：红黑树是近似平衡的二叉查找树，支持高效的查找、插入和删除元素，查找删除和插入的效率稳定。红黑树更适合应对实际开发过程中的复杂场景。

父节点为红，子节点还能是红色吗

不可以，需要把红色节点先变成黑色。

排序算法哪些是稳定的

稳定性体现在相同数字在排序之后后面的不会出现到前面

稳定算法：插入排序、冒泡排序、归并排序、基数排序；不稳定算法：希尔排序、选择排序、堆排序、快速排序。

设计模式有哪些？单例模式、工厂模式，单例模式怎么实现？spring中的单例模式和普通单例模式有什么区别？

单例模式：枚举实现、静态内部类实现、利用Spring的依赖注入能力实现单例、双重检查锁。Spring中的单例模式和普通单例模式的区别：spring中的单例是相对于容器，既在ApplicationContext中是单例的。而平常所说的单例是相对于JVM的。另一个JVM可以有多个Spring容器，而且Spring中的单例也只是按bean的id来区分的。

collection 和 collections

collection是一个集合接口，它提供了对集合对象进行基本操作的通用接口方法，实现该接口的类主要有List和Set。

collections是针对集合类的一个包裹类，它提供了一系列静态方法实现对各种集合的搜索、排序以及线程安全化等操作。如sort()对集合进行排序，min（），max（）求集合的最大值和最小值。

synchronized和reentranLock的区别

1. Reentrant Lock显示地获得释放锁，synchronized隐式获得释放锁；
2. ReentrantLock可响应中断，可轮回，synchronized是不可以响应中断的
3. reentranLock是API级别的，synchronized是JVM级别的
4. ReentrantLock可以实现公平锁；
5. ReentrantLock通过Condition可以绑定多个条件；
6. 底层实现不一样，synchronized是同步阻塞，使用的是悲观并发策略，lock是同步非阻塞，采用的是乐观并发策略；
7. Lock是一个接口，而synchronized是Java中的关键字，synchronized是内置的语言实现
8. synchronized在发生异常时，会自动释放线程中的锁，因此不会导致死锁现象发生；而lock在发生异常时，如果没有主动通过unLock()去释放锁，则很可能造成死锁现象，因此使用Lock时需要在finally块中释放锁。

synchronized底层如何实现，锁升级的过程

synchronized底层通过不同的锁实现。线程获取共享资源时，
第一步：检查mark world里面是不是放的自己的Thread，如果是，表示当前线程是处于“偏向锁”。
第二步：如果mark world不是自己的threadID，锁升级，这时候，用CAS来执行切换，新的线程根据MarkWorld里现有的ThreadId，通知之前线程暂停，之前线程将MarkWOrld的内容置空。
第三步：两个线程都把锁对象的hashcode复制到自己新建的用于存储锁的记录空间，接着开始通过cas操作，把锁对象的MarkWorld的内容修改为自己新建的记录空间的地址的方式竞争MarkWorld。
第四步：第三步中成功执行的CAS获得资源，失败的则进入自旋。
第五步：自旋的线程在自旋过程中，成功获得资源，则整个状态依然处于轻量级锁的状态，如果自旋失败。
第六步：进入重量级锁的状态，这个时候，自旋的线程进行阻塞，等待之前线程完成并唤醒自己。

List、Set、Map的区别

List：一个有序容器，元素存入集合的顺序和取出顺序一致，，元素可以重复，可以出入null元素，元素都有索引。常用的有ArrayList、LinkedList和Vector。

Set：无序容器，存入和取出顺序不一致，不可以存储重复元素，只允许存入一个null元素，必须保证元素的唯一性。set接口常用的实现类是HashSet、LinkedHashSet、TreeSet

Map：是一个键值对集合，存储键、值和之间的映射。key无序，唯一；value不要求有序，允许重复。Map常用的有HashMap、Tree Map、Hash Table、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap.

集合框架底层的数据结构

List集合：Arraylist和Vector使用的是 Object 数组， LinkedList使用双向循环链表

set集合：HashSet（无序，唯一）：基于 HashMap 实现的，HashSet的值作为key，value是Object类型的常量
LinkedHashSet继承HashSet，并且通过 LinkedHashMap 来实现的
TreeSet（有序，唯一）： 红黑树(自平衡的排序二叉树。)

Map集合：HashMap由数组+链表+红黑树组成，数组是是HashMap的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的，当链表长度大于阈值（默认为8）并且数组长度大于64时，将链表转化为红黑树

LinkedHashMap（有序） 继承自 HashMap，底层仍然是数组+链表+红黑树组成。另外，LinkedHashMap 在此基础上，节点之间增加了一条双向链表，使得可以保持键值对的插入顺序

HashTable无序，数组+链表组成的，数组是 HashTable的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的

TreeMap有序，红黑树

复合框架的扩容

ArrayList和Vector默认初始容量为10，当元素个数超过容量长度时都进行进行扩容，ArrayList扩容为原来的1.5倍，而Vector扩容为原来的2倍

HashSet和HashMap默认初始容量为16，加载因子为0.75：即当元素个数超过容量长度的0.75倍时，进行扩容，扩容为原来的2倍。HashSet基于 HashMap 实现的，因此两者相同

HashTable：默认初始容量为11，加载因子为0.75，扩容策略是2倍+1，如 初始的容量为11，一次扩容后是容量为23

HashMap的实现原理以及JDK1.7和JDK1.8的区别

JDK1.7是数组+链表，无冲突时，存放数组；冲突时，存放链表；采用头插法。

JDK1.8是数组 + 链表 + 红黑树，无冲突时，存放数组；有冲突存放链表或者红黑树，当链表长度大于阈值（默认为8）并且数组长度大于64时，将链表转化为红黑树；树元素小于等于6时，树结构还原成链表形式。

HashMap是怎么解决哈希冲突的？

（1）使用链地址法（链表）来链接拥有相同hash值的数据；
（2）使用2次扰动函数（hash函数）来降低哈希冲突的概率，使得数据分布更平均；
（3）引入红黑树进一步降低遍历的时间复杂度，使得遍历更快。

扰动函数的解释：

如果只使用hashCode取余，那么相当于参与运算的只有hashCode的低位，高位是没有起到任何作用的，所以我们的思路就是让hashCode的高位也参与进行运算，来获取hash值，进一步降低hash碰撞的概率，使得数据分布更平均，我们把这样的操作称为扰动。

ConcurrentHashMap底层的具体实现

在JDK1.7中，concurrenthashMap是由Segment数组结构和Hash Entry数据结构组成。segment继承了ReentrantLock，是一种可重入锁。Hash Entry则用于存储键值对数据。一个ConcurrentHashMap里包含一个Segment数组，一个Segment里包含一个HashEntry数组，每个HashEnrty是一个链表结构的元素，因此JDK1.7的concurrentHashMap是一种数组＋链表结构。当对HashEnrty数组的数据进行修改时，必须首先获得与它对应的锁，这样才能保证线程安全，也就实现了全局的线程安全。

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而在JDK1.8中采用Node + CAS＋synchronized来保证并发安全进行实现，synchronized只锁定当前链表或红黑二叉树的首节点。如果相应位置上的Node没有初始化，则调用CAS插入相应的数据；如果相应位置的Node不为空，如果该节点的
如果该节点的first.hash!=-1，则对该节点加synchronized锁，更新节点或插入新节点； 如果该节点的first.hash=-1，则扩容。读操作无锁，Node节点的val和next使用volatile修饰，数组也用volatile修饰。

双亲委派机制

当一个类加载器收到了类加载请求的时候，他不会直接去加载指定的类，而是把这个请求委托给自己的父加载器去加载。只有父加载器无法加载这个类的时候，才会由当前这个加载器来负责类的加载。

Java中提供四种类型的加载器，具体如下：

Bootstrap ClassLoader类加载器：主要负责加载Java核心类库，
%JRE_HOME%\\lib下的rt.jar、resources.jar、charsets.jar和class等。

Extention CLassLoader扩展类加载器：主要负责加载目录%JRE_HOME%\\lib\\ext目录下的jar包和class文件。

Application ClassLoader（应用程序类加载器）：主要负责加载当前应用的classpath下的所有类

User ClassLoader（用户自定义类加载器）：用户自定义的类加载器可加载指定路径的class文件。

这四种类加载器存在如下关系，当进行类加载的时候，虽然用户自定义类不会由bootstrap classloader或是extension classloader加载（由类加载器的加载范围决定），但是代码实现还是会一直委托到bootstrap classloader, 上层无法加载，再由下层是否可以加载，如果都无法加载，就会触发findclass,抛出classNotFoundException.

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加载器之间的层级关系并不是以继承的方式存在的，而是以组合的方式处理的。

双亲委派机制的意义：

1. 通过委派的方式，可以避免类的重复加载，当父加载器已经加载某一个类时，子加载器就不会再重新加载这个类。
2. 通过双亲委派的方式，还保证了安全性。因为启动加载器在加载的时候，只会加载Java-home中的jar包里面的类，那么这个类是不会被随意替换的，除非有人跑到你的机器上，破坏你的jdk。那么就可以避免有人自定义一个有破坏功能的jdk里面的类被加载。这样可以有效防止核心Java API被篡改。

双亲委派机制有他存在的意义，不过也存在许多场景是需要破坏这个机制的，所以双亲委派机制也非必然。比如 tomcat web容器里面部署了很多的应用程序，但是这些应用程序对于第三方类库的依赖版本却不一样，但这些第三方类库的路径又是一样的，如果采用默认的双亲委派类加载机制，那么是无法加载多个相同的类。所以，Tomcat破坏双亲委派原则，提供隔离的机制，为每个web容器单独提供一个WebAppClassLoader加载器。

Tomcat的类加载机制：为了实现隔离性，优先加载 Web 应用自己定义的类，所以没有遵照双亲委派的约定，每一个应用自己的类加载器——WebAppClassLoader负责加载本身的目录下的class文件，加载不到时再交给CommonClassLoader加载，这和双亲委派刚好相反。

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