Java后端面试题-Java篇
文章目录
- 1.Java语言的特点
- 2.比较JVM，JDK，JRE
- 3.为什么说Java语言解释与编译共存
- 4.Java 中的几种基本数据类型是什么？对应的包装类型是什么？各自占用多少字节呢？
- 5.Java 泛型了解么？什么是类型擦除？介绍一下常用的通配符？
- 6. ==和 equals 的区别
- 7. hashCode()和equals()
- 8. 重载和重写的区别
- 9.深拷贝和浅拷贝的区别，引用拷贝
- 10.面向对象和面向过程的区别
- 11.成员变量和局部变量的区别
- 12.面向对象三大特性
- 13.String、StringBuilder和StringBuffer的区别
- 14.序列化，反序列化
- 15.List、Set、Map的区别
- 16. ArrayList和LinkedList的区别
- 17. HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap的区别
- 18. 说一下 HashMap 的实现原理？
- 19.异常
- 20. 进程和线程的区别
- 21. 创建线程的方式
- 22.什么是死锁，死锁如何产生，死锁如何避免
- 23. synchronized关键字
- 24.volatile关键字
- 25.乐观锁和悲观锁的区别
- 26.ThreadLocal
- 27.线程池
自己整理的一些面试题和答案，有的问题为了方便理解可能内容比较多
1.Java语言的特点
- 简单易学；
- 面向对象（封装，继承，多态）；
- 平台无关性（ Java 虚拟机实现平台无关性）；
- 支持多线程（ C++ 语言没有内置的多线程机制，因此必须调用操作系统的多线程功能来进行多线程程序设计，而 Java 语言却提供了多线程支持）；
- 可靠性；
- 安全性；
- 支持网络编程并且很方便（ Java 语言诞生本身就是为简化网络编程设计的，因此 Java 语言不仅支持网络编程而且很方便）；
- 编译与解释并存；
2.比较JVM，JDK，JRE
JVM
Java 虚拟机（JVM）是运行 Java 字节码的虚拟机。JVM 有针对不同系统的特定实现（Windows，Linux，macOS），目的是使用相同的字节码，它们都会给出相同的结果。
什么是字节码?采用字节码的好处是什么?
在 Java 中，JVM 可以理解的代码就叫做
字节码（即扩展名为.class的文件），它不面向任何特定的处理器，只面向虚拟机。Java 语言通过字节码的方式，在一定程度上解决了传统解释型语言执行效率低的问题，同时又保留了解释型语言可移植的特点。所以 Java 程序运行时比较高效，而且，由于字节码并不针对一种特定的机器，因此，Java 程序无须重新编译便可在多种不同操作系统的计算机上运行。
Java 程序从源代码到运行一般有下面 3 步：
我们需要格外注意的是 .class->机器码 这一步。在这一步 JVM 类加载器首先加载字节码文件，然后通过解释器逐行解释执行，这种方式的执行速度会相对比较慢。而且，有些方法和代码块是经常需要被调用的(也就是所谓的热点代码)，所以后面引进了 JIT 编译器，而 JIT 属于运行时编译。当 JIT 编译器完成第一次编译后，其会将字节码对应的机器码保存下来，下次可以直接使用。而我们知道，机器码的运行效率肯定是高于 Java 解释器的。这也解释了我们为什么经常会说 Java 是编译与解释共存的语言。
HotSpot 采用了惰性评估(Lazy Evaluation)的做法，根据二八定律，消耗大部分系统资源的只有那一小部分的代码（热点代码），而这也就是 JIT 所需要编译的部分。JVM 会根据代码每次被执行的情况收集信息并相应地做出一些优化，因此执行的次数越多，它的速度就越快。JDK 9 引入了一种新的编译模式 AOT(Ahead of Time Compilation)，它是直接将字节码编译成机器码，这样就避免了 JIT 预热等各方面的开销。JDK 支持分层编译和 AOT 协作使用。但是 ，AOT 编译器的编译质量是肯定比不上 JIT 编译器的。
总结：
Java 虚拟机（JVM）是运行 Java 字节码的虚拟机。JVM 有针对不同系统的特定实现（Windows，Linux，macOS），目的是使用相同的字节码，它们都会给出相同的结果。字节码和不同系统的 JVM 实现是 Java 语言“一次编译，随处可以运行”的关键所在。
JDK和JRE
JDK 是 Java Development Kit 缩写，它是功能齐全的 Java SDK。它拥有 JRE 所拥有的一切，还有编译器（javac）和工具（如 javadoc 和 jdb）。它能够创建和编译程序。
JRE 是 Java 运行时环境。它是运行已编译 Java 程序所需的所有内容的集合，包括 Java 虚拟机（JVM），Java 类库，java 命令和其他的一些基础构件。但是，它不能用于创建新程序。
如果你只是为了运行一下 Java 程序的话，那么你只需要安装 JRE 就可以了。如果你需要进行一些 Java 编程方面的工作，那么你就需要安装 JDK 了。
3.为什么说Java语言解释与编译共存
高级编程语言按照程序的执行方式分为编译型和解释型两种。简单来说，编译型语言是指编译器针对特定的操作系统将源代码一次性翻译成可被该平台执行的机器码；解释型语言是指解释器对源程序逐行解释成特定平台的机器码并立即执行。比如，你想阅读一本英文名著，你可以找一个英文翻译人员帮助你阅读， 有两种选择方式，你可以先等翻译人员将全本的英文名著（也就是源码）都翻译成汉语，再去阅读，也可以让翻译人员翻译一段，你在旁边阅读一段，慢慢把书读完。
Java 语言既具有编译型语言的特征，也具有解释型语言的特征，因为 Java 程序要经过先编译，后解释两个步骤，由 Java 编写的程序需要先经过编译步骤，生成字节码（\*.class 文件），这种字节码必须由 Java 解释器来解释执行。因此，我们可以认为 Java 语言编译与解释并存。
4.Java 中的几种基本数据类型是什么？对应的包装类型是什么？各自占用多少字节呢？
Java 中有 8 种基本数据类型，分别为：
- 6 种数字类型 ：
byte、short、int、long、float、double - 1 种字符类型：
char - 1 种布尔型：
boolean。
这 8 种基本数据类型的默认值以及所占空间的大小如下：
| 基本类型 | 位数 | 字节 | 默认值 |
|---|---|---|---|
int | 32 | 4 | 0 |
short | 16 | 2 | 0 |
long | 64 | 8 | 0L |
byte | 8 | 1 | 0 |
char | 16 | 2 | ‘u0000’ |
float | 32 | 4 | 0f |
double | 64 | 8 | 0d |
boolean | 1 | false |
另外，对于 boolean，官方文档未明确定义，它依赖于 JVM 厂商的具体实现。逻辑上理解是占用 1 位，但是实际中会考虑计算机高效存储因素。
注意：
- Java 里使用
long类型的数据一定要在数值后面加上 L，否则将作为整型解析。 char a = 'h'char :单引号，String a = "hello":双引号。
这八种基本类型都有对应的包装类分别为：Byte、Short、Integer、Long、Float、Double、Character、Boolean 。
包装类型不赋值就是 Null ，而基本类型有默认值且不是 Null。
另外，这个问题建议还可以先从 JVM 层面来分析。
基本数据类型直接存放在 Java 虚拟机栈中的局部变量表中，而包装类型属于对象类型，我们知道对象实例都存在于堆中。相比于对象类型， 基本数据类型占用的空间非常小。
《深入理解 Java 虚拟机》 ：局部变量表主要存放了编译期可知的基本数据类型**（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）**、对象引用（reference 类型，它不同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）。
5.Java 泛型了解么？什么是类型擦除？介绍一下常用的通配符？
Java 泛型（generics）是 JDK 5 中引入的一个新特性, 泛型提供了编译时类型安全检测机制，该机制允许程序员在编译时检测到非法的类型。泛型的本质是参数化类型，也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。
Java 的泛型是伪泛型，这是因为 Java 在编译期间，所有的泛型信息都会被擦掉，这也就是通常所说类型擦除 。
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(12);
//这里直接添加会报错
list.add("a");
Class<? extends List> clazz = list.getClass();
Method add = clazz.getDeclaredMethod("add", Object.class);
//但是通过反射添加，是可以的
add.invoke(list, "kl");
System.out.println(list);
泛型一般有三种使用方式:泛型类、泛型接口、泛型方法。
1.泛型类：
//此处T可以随便写为任意标识，常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型
//在实例化泛型类时，必须指定T的具体类型
public class Generic<T> {
private T key;
public Generic(T key) {
this.key = key;
}
public T getKey() {
return key;
}
}Copy to clipboardErrorCopied
如何实例化泛型类：
Generic<Integer> genericInteger = new Generic<Integer>(123456);Copy to clipboardErrorCopied
2.泛型接口 ：
public interface Generator<T> {
public T method();
}Copy to clipboardErrorCopied
实现泛型接口，不指定类型：
class GeneratorImpl<T> implements Generator<T>{
@Override
public T method() {
return null;
}
}Copy to clipboardErrorCopied
实现泛型接口，指定类型：
class GeneratorImpl implements Generator<String>{
@Override
public String method() {
return "hello";
}
}Copy to clipboardErrorCopied
3.泛型方法 ：
public static <E> void printArray(E[] inputArray) {
for (E element : inputArray) {
System.out.printf("%s ", element);
}
System.out.println();
}Copy to clipboardErrorCopied
使用：
// 创建不同类型数组： Integer, Double 和 Character
Integer[] intArray = { 1, 2, 3 };
String[] stringArray = { "Hello", "World" };
printArray(intArray);
printArray(stringArray);Copy to clipboardErrorCopied
常用的通配符为： T，E，K，V，？
- ？ 表示不确定的 java 类型
- T (type) 表示具体的一个 java 类型
- K V (key value) 分别代表 java 键值中的 Key Value
- E (element) 代表 Element
6. ==和 equals 的区别
对于基本数据类型来说，==比较的是值。对于引用数据类型来说，==比较的是对象的内存地址。
因为 Java 只有值传递，所以，对于 == 来说，不管是比较基本数据类型，还是引用数据类型的变量，其本质比较的都是值，只是引用类型变量存的值是对象的地址。
equals() 作用不能用于判断基本数据类型的变量，只能用来判断两个对象是否相等。equals()方法存在于Object类中，而Object类是所有类的直接或间接父类。
Object 类 equals() 方法：
public boolean equals(Object obj) {
return (this == obj);
}Copy to clipboardErrorCopied
equals() 方法存在两种使用情况：
- 类没有重写
equals()方法 ：通过equals()比较该类的两个对象时，等价于通过“==”比较这两个对象，使用的默认是Object类equals()方法。 - 类重写了
equals()方法 ：一般我们都覆盖equals()方法来比较两个对象中的属性是否相等；若它们的属性相等，则返回 true(即，认为这两个对象相等)。
对于使用 equals 方法，内部实现分为三个步骤：
- 先比较引用是否相同(是否为同一对象),
- 再判断类型是否一致（是否为同一类型）,
- 最后比较内容是否一致
举个例子：
public class test1 {
public static void main(String[] args) {
String a = new String("ab"); // a 为一个引用
String b = new String("ab"); // b为另一个引用,对象的内容一样
String aa = "ab"; // 放在常量池中
String bb = "ab"; // 从常量池中查找
if (aa == bb) // true
System.out.println("aa==bb");
if (a == b) // false，非同一对象
System.out.println("a==b");
if (a.equals(b)) // true
System.out.println("aEQb");
if (42 == 42.0) { // true
System.out.println("true");
}
}
}
说明：
String中的equals方法是被重写过的，因为Object的equals方法是比较的对象的内存地址，而String的equals方法比较的是对象的值。- 当创建
String类型的对象时，虚拟机会在常量池中查找有没有已经存在的值和要创建的值相同的对象，如果有就把它赋给当前引用。如果没有就在常量池中重新创建一个String对象。
String类equals()方法：
public boolean equals(Object anObject) {
// 如果地址相等
if (this == anObject) {
return true;
}
// obj instanceof Class 返回一个boolean值 表示obj对象是否属于Class这个类
// 如果 anObject对象是String类型的
if (anObject instanceof String) {
String anotherString = (String)anObject;
int n = value.length;
// 先判断两个String的长度是否相等
if (n == anotherString.value.length) {
char v1[] = value;
char v2[] = anotherString.value;
int i = 0;
// 如果长度相等再逐一比较每个字符是否相等
while (n-- != 0) {
if (v1[i] != v2[i])
return false;
i++;
}
return true;
}
}
return false;
}Copy to clipboardErrorCopied
7. hashCode()和equals()
面试官可能会问你：“你重写过 hashCode() 和 equals()么?为什么重写 equals() 时必须重写 hashCode() 方法？”
一个非常基础的问题，面试中的重中之重，然而，很多求职者还是会回答不到点子上去。
hashCode() 有什么用？
hashCode() 的作用是获取哈希码（int 整数），也称为散列码。这个哈希码的作用是确定该对象在哈希表中的索引位置。
hashCode()定义在 JDK 的 Object 类中，这就意味着 Java 中的任何类都包含有 hashCode() 函数。另外需要注意的是： Object 的 hashCode() 方法是本地方法，也就是用 C 语言或 C++ 实现的，该方法通常用来将对象的内存地址转换为整数之后返回。
public native int hashCode();
散列表存储的是键值对(key-value)，它的特点是：能根据“键”快速的检索出对应的“值”。这其中就利用到了散列码！（可以快速找到所需要的对象）
为什么要有 hashCode？
我们以“HashSet 如何检查重复”为例子来说明为什么要有 hashCode？
当你把对象加入
HashSet时，HashSet会先计算对象的hashCode值来判断对象加入的位置，同时也会与其他已经加入的对象的hashCode值作比较，如果没有相符的hashCode，HashSet会假设对象没有重复出现。但是如果发现有相同hashCode值的对象，这时会调用equals()方法来检查hashCode相等的对象是否真的相同。如果两者相同，HashSet就不会让其加入操作成功。如果不同的话，就会重新散列到其他位置。这样我们就大大减少了equals的次数，相应就大大提高了执行速度。
其实， hashCode() 和 equals()都是用于比较两个对象是否相等。
那为什么 JDK 还要同时提供这两个方法呢？
这是因为在一些容器（比如 HashMap、HashSet）中，有了 hashCode() 之后，判断元素是否在对应容器中的效率会更高（参考添加元素进HashSet的过程）！
我们在前面也提到了添加元素进HashSet的过程，如果 HashSet 在对比的时候，同样的 hashCode 有多个对象，它会继续使用 equals() 来判断是否真的相同。也就是说 hashCode 帮助我们大大缩小了查找成本。
那为什么不只提供 hashCode() 方法呢？
这是因为两个对象的hashCode 值相等并不代表两个对象就相等。
那为什么两个对象有相同的 hashCode 值，它们也不一定是相等的？
因为 hashCode() 所使用的哈希算法也许刚好会让多个对象传回相同的哈希值。越糟糕的哈希算法越容易碰撞，但这也与数据值域分布的特性有关（所谓哈希碰撞也就是指的是不同的对象得到相同的 hashCode )。
总结下来就是 ：
- 如果两个对象的
hashCode值相等，那这两个对象不一定相等（哈希碰撞）。 - 如果两个对象的
hashCode值相等并且equals()方法也返回true，我们才认为这两个对象相等。 - 如果两个对象的
hashCode值不相等，我们就可以直接认为这两个对象不相等。
相信大家看了我前面对 hashCode() 和 equals() 的介绍之后，下面这个问题已经难不倒你们了。
为什么重写 equals() 时必须重写 hashCode() 方法？
因为两个相等的对象的 hashCode 值必须是相等。也就是说如果 equals 方法判断两个对象是相等的，那这两个对象的 hashCode 值也要相等。
如果重写 equals() 时没有重写 hashCode() 方法的话就可能会导致 equals 方法判断是相等的两个对象，hashCode 值却不相等。
思考 ：重写 equals() 时没有重写 hashCode() 方法的话，使用 HashMap 可能会出现什么问题。
总结 ：
equals方法判断两个对象是相等的，那这两个对象的hashCode值也要相等。- 两个对象有相同的
hashCode值，他们也不一定是相等的（哈希碰撞）。
如果只重写了 equals 方法，那么默认情况下，Set 进行去重操作时，会先判断两个对象的 hashCode 是否相同，此时因为没有重写 hashCode 方法，所以会直接执行 Object 中的 hashCode 方法，而 Object 中的 hashCode 方法对比的是两个不同引用地址的对象，所以结果是 false，那么 equals 方法就不用执行了，直接返回的结果就是 false：两个对象不是相等的，于是就在 Set 集合中插入了两个相同的对象。
hashCode 和 equals 两个方法是用来协同判断两个对象是否相等的，采用这种方式的原因是可以提高程序插入和查询的速度，如果在重写 equals 时，不重写 hashCode，就会导致在某些场景下，例如将两个相等的自定义对象存储在 Set 集合时，虽然他们的值相同，但由于是两个对象，引用地址不同，Object的hashCode方法会认为它们不相同，就返回false 不会再执行equals方法，就会出现程序执行的异常，为了保证程序的正常执行，所以我们就需要在重写 equals 时，也一并重写 hashCode 方法才行。
8. 重载和重写的区别
重载就是同样的一个方法能够根据输入数据的不同，做出不同的处理
重写就是当子类继承自父类的相同方法，输入数据一样，但要做出有别于父类的响应时，你就要覆盖父类方法
重载
发生在同一个类中（或者父类和子类之间），方法名必须相同，参数类型不同、个数不同、顺序不同，方法返回值和访问修饰符可以不同。
《Java 核心技术》这本书是这样介绍重载的：
如果多个方法(比如
StringBuilder的构造方法)有相同的名字、不同的参数， 便产生了重载。StringBuilder sb = new StringBuilder(); StringBuilder sb2 = new StringBuilder("HelloWorld");
综上：重载就是同一个类中多个同名方法根据不同的传参来执行不同的逻辑处理。
重写
重写发生在运行期，是子类对父类的允许访问的方法的实现过程进行重新编写。
- 方法名、参数列表必须相同，子类方法返回值类型应比父类方法返回值类型更小或相等，抛出的异常范围小于等于父类，访问修饰符范围大于等于父类。
- 如果父类方法访问修饰符为
private/final/static则子类就不能重写该方法，但是被static修饰的方法能够被再次声明。 - 构造方法无法被重写
综上：重写就是子类对父类方法的重新改造，外部样子不能改变，内部逻辑可以改变。
| 区别点 | 重载方法 | 重写方法 |
|---|---|---|
| 发生范围 | 同一个类 | 子类 |
| 参数列表 | 必须修改 | 一定不能修改 |
| 返回类型 | 可修改 | 子类方法返回值类型应比父类方法返回值类型更小或相等 |
| 异常 | 可修改 | 子类方法声明抛出的异常类应比父类方法声明抛出的异常类更小或相等； |
| 访问修饰符 | 可修改 | 一定不能做更严格的限制（可以降低限制） |
| 发生阶段 | 编译期 | 运行期 |
方法的重写要遵循“两同两小一大”：
- “两同”即方法名相同、形参列表相同；
- “两小”指的是子类方法返回值类型应比父类方法返回值类型更小或相等，子类方法声明抛出的异常类应比父类方法声明抛出的异常类更小或相等；
- “一大”指的是子类方法的访问权限应比父类方法的访问权限更大或相等。
关于 重写的返回值类型 这里需要额外多说明一下，上面的表述不太清晰准确：如果方法的返回类型是 void 和基本数据类型，则返回值重写时不可修改。但是如果方法的返回值是引用类型，重写时是可以返回该引用类型的子类的。
public class Hero {
public String name() {
return "超级英雄";
}
}
public class SuperMan extends Hero{
@Override
public String name() {
return "超人";
}
public Hero hero() {
return new Hero();
}
}
public class SuperSuperMan extends SuperMan {
public String name() {
return "超级超级英雄";
}
@Override
public SuperMan hero() {
return new SuperMan();
}
}
9.深拷贝和浅拷贝的区别，引用拷贝
关于深拷贝和浅拷贝区别，我这里先给结论：
- 浅拷贝：浅拷贝会在堆上创建一个新的对象（区别于引用拷贝的一点），不过，如果原对象内部的属性是引用类型的话，浅拷贝会直接复制内部对象的引用地址，也就是说拷贝对象和原对象共用同一个内部对象。
- 深拷贝 ：深拷贝会完全复制整个对象，包括这个对象所包含的内部对象。
上面的结论没有完全理解的话也没关系，我们来看一个具体的案例！
浅拷贝
浅拷贝的示例代码如下，我们这里实现了 Cloneable 接口，并重写了 clone() 方法。
clone() 方法的实现很简单，直接调用的是父类 Object 的 clone() 方法。
public class Address implements Cloneable{
private String name;
// 省略构造函数、Getter&Setter方法
@Override
public Address clone() {
try {
return (Address) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new AssertionError();
}
}
}
public class Person implements Cloneable {
private Address address;
// 省略构造函数、Getter&Setter方法
@Override
public Person clone() {
try {
Person person = (Person) super.clone();
return person;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new AssertionError();
}
}
}
测试 ：
Person person1 = new Person(new Address("武汉"));
Person person1Copy = person1.clone();
// true
System.out.println(person1.getAddress() == person1Copy.getAddress());Copy to clipboardErrorCopied
从输出结果就可以看出， person1 的克隆对象和 person1 使用的仍然是同一个 Address 对象。
深拷贝
这里我们简单对 Person 类的 clone() 方法进行修改，连带着要把 Person 对象内部的 Address 对象一起复制。
@Override
public Person clone() {
try {
Person person = (Person) super.clone();
person.setAddress(person.getAddress().clone());
return person;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new AssertionError();
}
}Copy to clipboardErrorCopied
测试 ：
Person person1 = new Person(new Address("武汉"));
Person person1Copy = person1.clone();
// false
System.out.println(person1.getAddress() == person1Copy.getAddress());Copy to clipboardErrorCopied
从输出结构就可以看出，虽然 person1 的克隆对象和 person1 包含的 Address 对象已经是不同的了。
那什么是引用拷贝呢？ 简单来说，引用拷贝就是两个不同的引用指向同一个对象。
我专门画了一张图来描述浅拷贝、深拷贝、引用拷贝：
10.面向对象和面向过程的区别
两者的主要区别在于解决问题的方式不同：
- 面向过程把解决问题的过程拆成一个个方法，通过一个个方法的执行解决问题。
- 面向对象会先抽象出对象，然后用对象执行方法的方式解决问题。
另外，面向对象开发的程序一般更易维护、易复用、易扩展。
11.成员变量和局部变量的区别
- 语法形式 ：从语法形式上看，成员变量是属于类的，而局部变量是在代码块或方法中定义的变量或是方法的参数；成员变量可以被
public,private,static等修饰符所修饰，而局部变量不能被访问控制修饰符及static所修饰；但是，成员变量和局部变量都能被final所修饰。 - 存储方式 ：从变量在内存中的存储方式来看,如果成员变量是使用
static修饰的，那么这个成员变量是属于类的，如果没有使用static修饰，这个成员变量是属于实例的。而对象存在于堆内存，局部变量则存在于栈内存。 - 生存时间 ：从变量在内存中的生存时间上看，成员变量是对象的一部分，它随着对象的创建而存在，而局部变量随着方法的调用而自动消失。
- 默认值 ：从变量是否有默认值来看，成员变量如果没有被赋初始值，则会自动以类型的默认值而赋值（一种情况例外:被
final修饰的成员变量也必须显式地赋值），而局部变量则不会自动赋值。
12.面向对象三大特性
封装
封装是指把一个对象的状态信息（也就是属性）隐藏在对象内部，不允许外部对象直接访问对象的内部信息。但是可以提供一些可以被外界访问的方法来操作属性。就好像我们看不到挂在墙上的空调的内部的零件信息（也就是属性），但是可以通过遥控器（方法）来控制空调。如果属性不想被外界访问，我们大可不必提供方法给外界访问。但是如果一个类没有提供给外界访问的方法，那么这个类也没有什么意义了。就好像如果没有空调遥控器，那么我们就无法操控空凋制冷，空调本身就没有意义了（当然现在还有很多其他方法 ，这里只是为了举例子）。
public class Student {
private int id;//id属性私有化
private String name;//name属性私有化
//获取id的方法
public int getId() {
return id;
}
//设置id的方法
public void setId(int id) {
this.id = id;
}
//获取name的方法
public String getName() {
return name;
}
//设置name的方法
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}
继承
不同类型的对象，相互之间经常有一定数量的共同点。例如，小明同学、小红同学、小李同学，都共享学生的特性（班级、学号等）。同时，每一个对象还定义了额外的特性使得他们与众不同。例如小明的数学比较好，小红的性格惹人喜爱；小李的力气比较大。继承是使用已存在的类的定义作为基础建立新类的技术，新类的定义可以增加新的数据或新的功能，也可以用父类的功能，但不能选择性地继承父类。通过使用继承，可以快速地创建新的类，可以提高代码的重用，程序的可维护性，节省大量创建新类的时间 ，提高我们的开发效率。
关于继承如下 3 点请记住：
- 子类拥有父类对象所有的属性和方法（包括私有属性和私有方法），但是父类中的私有属性和方法子类是无法访问，只是拥有。
- 子类可以拥有自己属性和方法，即子类可以对父类进行扩展。
- 子类可以用自己的方式实现父类的方法。（以后介绍）。
多态
多态，顾名思义，表示一个对象具有多种的状态，具体表现为父类的引用指向子类的实例。
多态的特点:
- 对象类型和引用类型之间具有继承（类）/实现（接口）的关系；
- 引用类型变量发出的方法调用的到底是哪个类中的方法，必须在程序运行期间才能确定；
- 多态不能调用“只在子类存在但在父类不存在”的方法；
- 如果子类重写了父类的方法，真正执行的是子类覆盖的方法，如果子类没有覆盖父类的方法，执行的是父类的方法
13.String、StringBuilder和StringBuffer的区别
可变性
简单的来说：String 类中使用 final 关键字修饰字符数组来保存字符串，所以String 对象是不可变的。
public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
private final char value[];
//...
}Copy to clipboardErrorCopied
🐛 修正 ： 我们知道被
final关键字修饰的类不能被继承，修饰的方法不能被重写，修饰的变量是基本数据类型则值不能改变，修饰的变量是引用类型则不能再指向其他对象。因此，final关键字修饰的数组保存字符串并不是String不可变的根本原因，因为这个数组保存的字符串是可变的（final修饰引用类型变量的情况）。
String真正不可变有下面几点原因：
- 保存字符串的数组被
final修饰且为私有的，并且String类没有提供/暴露修改这个字符串的方法。String类被final修饰导致其不能被继承，进而避免了子类破坏String不可变。相关阅读：如何理解 String 类型值的不可变？ - 知乎提问
补充（来自issue 675）：在 Java 9 之后，
String、StringBuilder与StringBuffer的实现改用 byte 数组存储字符串。
StringBuilder 与 StringBuffer 都继承自 AbstractStringBuilder 类，在 AbstractStringBuilder 中也是使用字符数组保存字符串，不过没有使用 final 和 private 关键字修饰，最关键的是这个 AbstractStringBuilder 类还提供了很多修改字符串的方法比如 append 方法。
abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
char[] value;
public AbstractStringBuilder append(String str) {
if (str == null)
return appendNull();
int len = str.length();
ensureCapacityInternal(count + len);
str.getChars(0, len, value, count);
count += len;
return this;
}
//...
}Copy to clipboardErrorCopied
线程安全性
String 中的对象是不可变的，也就可以理解为常量，线程安全。AbstractStringBuilder 是 StringBuilder 与 StringBuffer 的公共父类，定义了一些字符串的基本操作，如 expandCapacity、append、insert、indexOf 等公共方法。StringBuffer 对方法加了同步锁或者对调用的方法加了同步锁，所以是线程安全的。StringBuilder 并没有对方法进行加同步锁，所以是非线程安全的。
性能
每次对 String 类型进行改变的时候，都会生成一个新的 String 对象，然后将指针指向新的 String 对象。StringBuffer 每次都会对 StringBuffer 对象本身进行操作，而不是生成新的对象并改变对象引用。相同情况下使用 StringBuilder 相比使用 StringBuffer 仅能获得 10%~15% 左右的性能提升，但却要冒多线程不安全的风险。
对于三者使用的总结：
- 操作少量的数据: 适用
String - 单线程操作字符串缓冲区下操作大量数据: 适用
StringBuilder - 多线程操作字符串缓冲区下操作大量数据: 适用
StringBuffer
14.序列化，反序列化
如果我们需要持久化 Java 对象比如将 Java 对象保存在文件中，或者在网络传输 Java 对象，这些场景都需要用到序列化。
简单来说：
- 序列化： 将数据结构或对象转换成二进制字节流的过程
- 反序列化：将在序列化过程中所生成的二进制字节流转换成数据结构或者对象的过程
对于 Java 这种面向对象编程语言来说，我们序列化的都是对象（Object）也就是实例化后的类(Class)，但是在 C++这种半面向对象的语言中，struct(结构体)定义的是数据结构类型，而 class 对应的是对象类型。
综上：序列化的主要目的是通过网络传输对象或者说是将对象存储到文件系统、数据库、内存中。
15.List、Set、Map的区别
List(对付顺序的好帮手): 存储的元素是有序的、可重复的。Set(注重独一无二的性质): 存储的元素是无序的、不可重复的。Map(用 key 来搜索的专家): 使用键值对（key-value）存储，类似于数学上的函数 y=f(x)，“x” 代表 key，“y” 代表 value，key 是无序的、不可重复的，value 是无序的、可重复的，每个键最多映射到一个值。
16. ArrayList和LinkedList的区别
- 是否保证线程安全：
ArrayList和LinkedList都是不同步的，也就是不保证线程安全； - 底层数据结构：
Arraylist底层使用的是Object数组；LinkedList底层使用的是 双向链表 数据结构（JDK1.6 之前为循环链表，JDK1.7 取消了循环。注意双向链表和双向循环链表的区别，下面有介绍到！） - 插入和删除是否受元素位置的影响：
ArrayList采用数组存储，所以插入和删除元素的时间复杂度受元素位置的影响。 比如：执行add(E e)方法的时候，ArrayList会默认在将指定的元素追加到此列表的末尾，这种情况时间复杂度就是 O(1)。但是如果要在指定位置 i 插入和删除元素的话（add(int index, E element)）时间复杂度就为 O(n-i)。因为在进行上述操作的时候集合中第 i 和第 i 个元素之后的(n-i)个元素都要执行向后位/向前移一位的操作。LinkedList采用链表存储，所以，如果是在头尾插入或者删除元素不受元素位置的影响（add(E e)、addFirst(E e)、addLast(E e)、removeFirst()、removeLast()），近似 O(1)，如果是要在指定位置i插入和删除元素的话（add(int index, E element)，remove(Object o)） 时间复杂度近似为 O(n) ，因为需要先移动到指定位置再插入。
- 是否支持快速随机访问：
LinkedList不支持高效的随机元素访问，而ArrayList支持。快速随机访问就是通过元素的序号快速获取元素对象(对应于get(int index)方法)。 - 内存空间占用： ArrayList 的空间浪费主要体现在在 list 列表的结尾会预留一定的容量空间，而 LinkedList 的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗比 ArrayList 更多的空间（因为要存放直接后继和直接前驱以及数据）
17. HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap的区别
HashMap 和 Hashtable 的区别
- 线程是否安全：
HashMap是非线程安全的，Hashtable是线程安全的,因为Hashtable内部的方法基本都经过synchronized修饰。（如果你要保证线程安全的话就使用ConcurrentHashMap吧！）； - 效率： 因为线程安全的问题，
HashMap要比Hashtable效率高一点。另外，Hashtable基本被淘汰，不要在代码中使用它； - 对 Null key 和 Null value 的支持：
HashMap可以存储 null 的 key 和 value，但 null 作为键只能有一个，null 作为值可以有多个；Hashtable 不允许有 null 键和 null 值，否则会抛出NullPointerException。 - 初始容量大小和每次扩充容量大小的不同 ： ① 创建时如果不指定容量初始值，
Hashtable默认的初始大小为 11，之后每次扩充，容量变为原来的 2n+1。HashMap默认的初始化大小为 16。之后每次扩充，容量变为原来的 2 倍。② 创建时如果给定了容量初始值，那么 Hashtable 会直接使用你给定的大小，而HashMap会将其扩充为 2 的幂次方大小（HashMap中的tableSizeFor()方法保证，下面给出了源代码）。也就是说HashMap总是使用 2 的幂作为哈希表的大小,后面会介绍到为什么是 2 的幂次方。 - 底层数据结构： JDK1.8 以后的
HashMap在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值（默认为 8）（将链表转换成红黑树前会判断，如果当前数组的长度小于 64，那么会选择先进行数组扩容，而不是转换为红黑树）时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间。Hashtable 没有这样的机制。
ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别
ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别主要体现在实现线程安全的方式上不同。
- 底层数据结构： JDK1.7 的
ConcurrentHashMap底层采用 分段的数组+链表 实现，JDK1.8 采用的数据结构跟HashMap1.8的结构一样，数组+链表/红黑二叉树。Hashtable和 JDK1.8 之前的HashMap的底层数据结构类似都是采用 数组+链表 的形式，数组是 HashMap 的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的； - 实现线程安全的方式（重要）： ① 在 JDK1.7 的时候，
ConcurrentHashMap（分段锁） 对整个桶数组进行了分割分段(Segment)，每一把锁只锁容器其中一部分数据，多线程访问容器里不同数据段的数据，就不会存在锁竞争，提高并发访问率。 到了 JDK1.8 的时候已经摒弃了Segment的概念，而是直接用Node数组+链表+红黑树的数据结构来实现，并发控制使用synchronized和 CAS 来操作。（JDK1.6 以后 对synchronized锁做了很多优化） 整个看起来就像是优化过且线程安全的HashMap，虽然在 JDK1.8 中还能看到Segment的数据结构，但是已经简化了属性，只是为了兼容旧版本；②Hashtable(同一把锁) :使用synchronized来保证线程安全，效率非常低下。当一个线程访问同步方法时，其他线程也访问同步方法，可能会进入阻塞或轮询状态，如使用 put 添加元素，另一个线程不能使用 put 添加元素，也不能使用 get，竞争会越来越激烈效率越低。
18. 说一下 HashMap 的实现原理？
存储结构
HashMap的底层数据结构是什么？
在JDK1.7 和JDK1.8 中有所差别：
在JDK1.7 中，由“数组+链表”组成，数组是 HashMap 的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的。
在JDK1.8 中，由“数组+链表+红黑树”组成。当链表过长，则会严重影响 HashMap 的性能，红黑树搜索时间复杂度是 O(logn)，而链表是糟糕的 O(n)。因此，JDK1.8 对数据结构做了进一步的优化，引入了红黑树，链表和红黑树在达到一定条件会进行转换：
- 当链表超过 8 且数据总量超过 64 才会转红黑树。
- 将链表转换成红黑树前会判断，如果当前数组的长度小于 64，那么会选择先进行数组扩容，而不是转换为红黑树，以减少搜索时间。（数组扩容需要重写计算索引）
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更深入的面试问题，
为什么在解决 hash 冲突的时候，不直接用红黑树？而选择先用链表，再转红黑树?
因为红黑树需要进行左旋，右旋，变色这些操作来保持平衡，而单链表不需要。当元素小于 8 个的时候，此时做查询操作，链表结构已经能保证查询性能。当元素大于 8 个的时候， 红黑树搜索时间复杂度是 O(logn)，而链表是 O(n)，此时需要红黑树来加快查询速度，但是新增节点的效率变慢了。
因此，如果一开始就用红黑树结构，元素太少，新增效率又比较慢，无疑这是浪费性能的。
不用红黑树，用二叉查找树可以么?
可以。但是二叉查找树在特殊情况下会变成一条线性结构（这就跟原来使用链表结构一样了，造成很深的问题），遍历查找会非常慢。
字段结构
默认加载因子是多少？为什么是 0.75，不是 0.6 或者 0.8 ？
回答这个问题前，我们来先看下HashMap的默认构造函数：
int threshold; // 容纳键值对的最大值
final float loadFactor; // 负载因子
int modCount;
int size;
Node[] table的初始化长度length(默认值是16)，Load factor为负载因子(默认值是0.75)，threshold是HashMap所能容纳键值对的最大值。threshold = length * Load factor。也就是说，在数组定义好长度之后，负载因子越大，所能容纳的键值对个数越多。
默认的loadFactor是0.75，0.75是对空间和时间效率的一个平衡选择，一般不要修改，除非在时间和空间比较特殊的情况下 ：
- 如果内存空间很多而又对时间效率要求很高，可以降低负载因子Load factor的值 。
- 相反，如果内存空间紧张而对时间效率要求不高，可以增加负载因子loadFactor的值，这个值可以大于1。
索引计算
HashMap 中 key 的存储索引是怎么计算的？
首先根据key的值计算出hashcode的值，然后根据hashcode计算出hash值，最后通过hash&（length-1）（相当于取模运算）计算得到存储的位置。看看源码的实现：
// jdk1.7
方法一：
static int hash(int h) {
int h = hashSeed;
// 判断h不等于0 并且 k 是String类型
if (0 != h && k instanceof String) {
return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
}
h ^= k.hashCode(); // 为第一步：取hashCode值
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
方法二：
static int indexFor(int h, int length) { //jdk1.7的源码，jdk1.8没有这个方法，但实现原理一样
return h & (length-1); //第三步：取模运算
}
// jdk1.8
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
/*
h = key.hashCode() 为第一步：取hashCode值
h ^ (h >>> 16) 为第二步：高位参与运算
*/
}
这里的 Hash 算法本质上就是三步：取key的 hashCode 值、根据 hashcode 计算出hash值、通过取模计算下标。其中，JDK1.7和1.8的不同之处，就在于第二步。我们来看下详细过程，以JDK1.8为例，n为table的长度。
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扩展出以下几个问题，
JDK1.8 为什么要 hashcode 异或其右移十六位的值？
因为在JDK 1.7 中扰动了 4 次，计算 hash 值的性能会稍差一点点。 从速度、功效、质量来考虑，JDK1.8 优化了高位运算的算法，通过hashCode()的高16位异或低16位实现：(h = k.hashCode()) ^ (h >>> 16)。这么做可以在数组 table 的 length 比较小的时候，也能保证考虑到高低Bit都参与到Hash的计算中，同时不会有太大的开销。
为什么 hash 值要与length-1相与？
- 把 hash 值对数组长度取模运算，模运算的消耗很大，没有位运算快。
- 当 length 总是 2 的n次方时，h& (length-1) 运算等价于对length取模，也就是 h%length，但是 & 比 % 具有更高的效率。
HashMap数组的长度为什么是 2 的幂次方？
这样做效果上等同于取模，在速度、效率上比直接取模要快得多。除此之外，2 的 N 次幂有助于减少碰撞的几率。如果 length 为2的幂次方，则 length-1 转化为二进制必定是11111……的形式，在与h的二进制与操作效率会非常的快，而且空间不浪费。我们来举个例子，看下图：
当 length =15时，6 和 7 的结果一样，这样表示他们在 table 存储的位置是相同的，也就是产生了碰撞，6、7就会在一个位置形成链表，4和5的结果也是一样，这样就会导致查询速度降低。
如果我们进一步分析，还会发现空间浪费非常大，以 length=15 为例，在 1、3、5、7、9、11、13、15 这八处没有存放数据。因为hash值在与14（即 1110）进行&运算时，得到的结果最后一位永远都是0，即 0001、0011、0101、0111、1001、1011、1101、1111位置处是不可能存储数据的。
补充数组容量计算的小奥秘
HashMap 构造函数允许用户传入的容量不是 2 的 n 次方，因为它可以自动地将传入的容量转换为 2 的 n 次方。会取大于或等于这个数的 且最近的2次幂作为 table 数组的初始容量，使用tableSizeFor(int)方法，如 tableSizeFor(10) = 16（2 的 4 次幂），tableSizeFor(20) = 32（2 的 5 次幂），也就是说 table 数组的长度总是 2 的次幂。JDK1.8 源码如下：
static final int tableSizeFor(int cap) {
int n = cap - 1;
n |= n >>> 1;
n |= n >>> 2;
n |= n >>> 4;
n |= n >>> 8;
n |= n >>> 16;
return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}
/*
解释：位或( | )
int n = cap - 1; 让cap-1再赋值给n的目的是另找到的目标值大于或等于原值。例如二进制1000，十进制数值为8。如果不对它减1而直接操作，将得到答案10000，即16。显然不是结果。减1后二进制为111，再进行操作则会得到原来的数值1000，即8。
*/
put方法
HashMap 的put方法流程？
简要流程如下：
- 首先根据 key 的值计算 hash 值，找到该元素在数组中存储的下标；
- 如果数组是空的，则调用 resize 进行初始化；
- 如果没有哈希冲突直接放在对应的数组下标里；
- 如果冲突了，且 key 已经存在，就覆盖掉 value；
- 如果冲突后，发现该节点是红黑树，就将这个节点挂在树上；
- 如果冲突后是链表，判断该链表是否大于 8 ，如果大于 8 并且数组容量小于 64，就进行扩容；如果链表节点大于 8 并且数组的容量大于 64，则将这个结构转换为红黑树；否则，链表插入键值对，若 key 存在，就覆盖掉 value。
详细分析，见JDK1.8HashMap 的 put 方法源码:
public V put(K key, V value) {
// 对key的hashCode()做hash
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
// 步骤1：tab为空则创建
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
// 步骤2：计算index，并对null做处理
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
// 步骤3：节点key存在，直接覆盖value
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
// 步骤4：判断该链为红黑树
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
// 步骤5：该链为链表
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//链表长度大于8转换为红黑树进行处理
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
// key已经存在直接覆盖value
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
// 步骤6：超过最大容量 就扩容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
// 第31行treeifyBin方法部分代码
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
int n, index; Node<K,V> e;
// static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
// 如果大于8但是数组容量小于64，就进行扩容
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
resize();
}
扩展的问题
JDK1.7 和1.8 的put方法区别是什么？
区别在两处：
解决哈希冲突时，JDK1.7 只使用链表，JDK1.8 使用链表+红黑树，当满足一定条件，链表会转换为红黑树。
链表插入元素时，JDK1.7 使用头插法插入元素，在多线程的环境下有可能导致环形链表的出现，扩容的时候会导致死循环。因此，JDK1.8使用尾插法插入元素，在扩容时会保持链表元素原本的顺序，就不会出现链表成环的问题了，但JDK1.8 的 HashMap 仍然是线程不安全的，具体原因会在另一篇文章分析。
扩容机制
HashMap 的扩容方式？
Hashmap 在容量超过负载因子所定义的容量之后，就会扩容。Java 里的数组是无法自动扩容的，方法是将 Hashmap 的大小扩大为原来数组的两倍，并将原来的对象放入新的数组中。
那扩容的具体步骤是什么？让我们看看源码。
先来看下JDK1.7 的代码：
void resize(int newCapacity) { //传入新的容量
Entry[] oldTable = table; //引用扩容前的Entry数组
int oldCapacity = oldTable.length;
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { //扩容前的数组大小如果已经达到最大(2^30)了
threshold = Integer.MAX_VALUE; //修改阈值为int的最大值(2^31-1)，这样以后就不会扩容了
return;
}
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; //初始化一个新的Entry数组
transfer(newTable); //！！将数据转移到新的Entry数组里
table = newTable; //HashMap的table属性引用新的Entry数组
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);//修改阈值
}
这里就是使用一个容量更大的数组来代替已有的容量小的数组，transfer()方法将原有Entry数组的元素拷贝到新的Entry数组里。
void transfer(Entry[] newTable) {
Entry[] src = table; //src引用了旧的Entry数组
int newCapacity = newTable.length;
for (int j = 0; j < src.length; j++) { //遍历旧的Entry数组
Entry<K,V> e = src[j]; //取得旧Entry数组的每个元素
if (e != null) {
src[j] = null;//释放旧Entry数组的对象引用（for循环后，旧的Entry数组不再引用任何对象）
do {
Entry<K,V> next = e.next;
int i = indexFor(e.hash, newCapacity); //！！重新计算每个元素在数组中的位置
e.next = newTable[i]; //标记[1]
newTable[i] = e; //将元素放在数组上
e = next; //访问下一个Entry链上的元素
} while (e != null);
}
}
}
newTable[i] 的引用赋给了 e.next ，也就是使用了单链表的头插入方式，同一位置上新元素总会被放在链表的头部位置；这样先放在一个索引上的元素终会被放到 Entry 链的尾部(如果发生了 hash 冲突的话）。
JDK1.8的优化
扩容在JDK1.8中有什么不一样？
JDK1.8做了两处优化：
- resize 之后，元素的位置在原来的位置，或者原来的位置 +oldCap (原来哈希表的长度）。不需要像 JDK1.7 的实现那样重新计算hash ，只需要看看原来的 hash 值新增的那个bit是1还是0就好了，是0的话索引没变，是1的话索引变成“原索引 + oldCap ”。这个设计非常的巧妙，省去了重新计算 hash 值的时间。如果原来的hash值&oldCap=0,那么它的位置不变；否则就放到原来的位置+oldCap
如下图所示，n 为 table 的长度，图（a）表示扩容前的 key1 和 key2 两种 key 确定索引位置的示例，图（b）表示扩容后 key1 和key2 两种 key 确定索引位置的示例，其中 hash1 是 key1 对应的哈希与高位运算结果。
元素在重新计算 hash 之后，因为 n 变为 2倍，那么 n-1 的 mask 范围在高位多 1 bit(红色)，因此新的index就会发生这样的变化：
- JDK1.7 中 rehash 的时候，旧链表迁移新链表的时候，如果在新表的数 组索引位置相同，则链表元素会倒置（头插法）。JDK1.8 不会倒置，使用尾插法。
下图为 16扩充为 32 的 resize 示意图：
感兴趣的小伙伴可以看下 JDK1.8 的 resize 源码：
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
// 超过最大值就不再扩充了，就只好随你碰撞去吧
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
// 没超过最大值，就扩充为原来的2倍
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
else { // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
// 计算新的resize上限
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes"，"unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) {
// 把每个bucket都移动到新的buckets中
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // 链表优化重hash的代码块
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;
// 原索引
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
// 原索引+oldCap
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
// 原索引放到bucket里
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
// 原索引+oldCap放到bucket里
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
其他
还知道哪些hash算法？
Hash函数是指把一个大范围映射到一个小范围，目的往往是为了节省空间，使得数据容易保存。 比较出名的有MurmurHash、MD4、MD5等等。
key 可以为 Null 吗?
可以，key 为 Null 的时候，hash算法最后的值以0来计算，也就是放在数组的第一个位置。
一般用什么作为HashMap的key?
一般用Integer、String 这种不可变类当 HashMap 当 key，而且 String 最为常用。
- 因为字符串是不可变的，所以在它创建的时候 hashcode 就被缓存了，不需要重新计算。这就是 HashMap 中的键往往都使用字符串的原因。
- 因为获取对象的时候要用到 equals() 和 hashCode() 方法，那么键对象正确的重写这两个方法是非常重要的,这些类已经很规范的重写了 hashCode() 以及 equals() 方法。
用可变类当 HashMap 的 key 有什么问题?
hashcode 可能发生改变，导致 put 进去的值，无法 get 出。如下所示
HashMap<List<String>, Object> changeMap = new HashMap<>();
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("hello");
Object objectValue = new Object();
changeMap.put(list, objectValue);
System.out.println(changeMap.get(list));
list.add("hello world");//hashcode发生了改变
System.out.println(changeMap.get(list));
输出值如下
java.lang.Object@74a14482
null
19.异常
异常分为哪几种？
Checked Exception和Unchecked Exception。
Checked Exception 即受检查异常，Java代码在编译过程中，如果受检查代码没有被catch / throw 处理的话，就没办法通过编译。
Unchecked Exception 即不受检查异常，Java代码在编译过程中，我们即使不处理不受检查异常，也可以正常通过编译。
受检查异常有哪些？
除了RuntimeException 及其子类外，其他的Exception类及其子类都属于受检查异常。常见的受检查异常有：IO相关的异常、ClassNotFoundException、SQLException…
不受检查异常有哪些？
RuntimeException及其子类都统称为不受检查异常，例如：NullPointerException、NumberFormatException（字符串转换为数字）、ArrayIndexOutOfBoundsException（数组下标越界）、ClassCastException（类型转换错误）、ArithmeticException（算术错误）等
try-catch-finally使用
try 块：用于捕获异常。其后可接零个或者多个 catch 块，如果没有 catch 快，则必须跟一个 finally 快。
catch 块：用于处理 try 中捕获的异常
finally 块：无论是否捕获或处理异常，finally 块都会被执行，如果在 try 或 catch 中遇到 return 语句，则 finally 中的代码会在 return 之前执行。
try {
System.out.println("Try to do something");
throw new RuntimeException("RuntimeException");
} catch (Exception e) {
System.out.println("Catch Exception -> " + e.getMessage());
} finally {
System.out.println("Finally");
}
20. 进程和线程的区别
进程是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位，因此进程是动态的。系统运行一个程序即是一个进程从创建，运行到消亡的过程。
在 Java 中，当我们启动 main 函数时其实就是启动了一个 JVM 的进程，而 main 函数所在的线程就是这个进程中的一个线程，也称主线程。
线程与进程相似，但线程是一个比进程更小的执行单位。一个进程在其执行的过程中可以产生多个线程。与进程不同的是同类的多个线程共享进程的堆和方法区资源，但每个线程有自己的程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈，所以系统在产生一个线程，或是在各个线程之间作切换工作时，负担要比进程小得多，也正因为如此，线程也被称为轻量级进程。
进程和线程之间的关系：
从上图可以看出：一个进程可以有多个线程，线程之间共享进程的堆和方法区（JDK1.8之后的元空间）资源，但每个进程有自己的虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器。
程序计数器为什么私有？
程序计数器主要有下面两个作用：
- 字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码的流程控制。
- 在多线程情况下，程序计数器用于记录当前线程执行的位置，从而当线程被切换回来的时候能够知道该线程上次运行到哪了。
如果执行的是native（本地）方法，那么程序计数器记录的是 undefined 地址，只有执行java代码时，程序计数器记录的才是下一条指令地址。
所以，程序计数器私有主要是为了线程切换后能恢复到正确的执行位置。
虚拟机栈和本地方法栈为什么是私有的？
- 虚拟机栈：每个 Java 方法在执行的同时回创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作上栈、常量池引用等信息。从方法调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在 Java 虚拟机栈中入栈和出栈的过程。
- 本地方法栈：和虚拟机栈所发挥的作用非常相似，区别是：虚拟机栈为执行 Java 方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。在 HotSpot 虚拟机中和 Java 虚拟机栈合二为一。
所以，为了保证线程中局部变量不被别的线程访问到，虚拟机栈和本地方法栈是线程私有的。
堆和方法区：
堆和方法区是所有线程共享的资源，其中堆是进程中最大的一块内存，主要用于存放新创建的对象（几乎所有对象都在这里分配内存），方法区主要用于存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
线程的生命周期和状态：
Java 线程在运行的生命周期中的指定时刻只可能处于下面 6 种不同状态的其中一个状态
线程创建之后它将处于 NEW（新建） 状态，调用 start() 方法后开始运行，线程这时候处于 READY（就绪还是可运行） 状态。可运行状态的线程获得了 CPU 时间片（timeslice）后就处于 RUNNING（运行） 状态。
当线程执行 wait()方法之后，线程进入 WAITING（等待） 状态。进入等待状态的线程需要依靠其他线程的通知才能够返回到运行状态，而 TIMED_WAITING(超时等待) 状态相当于在等待状态的基础上增加了超时限制，比如通过 sleep（long millis）方法或 wait（long millis）方法可以将 Java 线程置于 TIMED_WAITING 状态。当超时时间到达后 Java 线程将会返回到 RUNNABLE 状态。当线程调用同步方法时，在没有获取到锁的情况下，线程将会进入到 BLOCKED（阻塞） 状态。线程在执行 Runnable 的run()方法之后将会进入到 TERMINATED（终止） 状态。
21. 创建线程的方式
创建线程有四种方式：
- 继承 Thread 重写 run 方法；
//创建线程类
public class ThreadDemo extends Thread {
//重写run()方法
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i<1000;i++) {
System.out.println("Thread::"+i);
}
}
}
/***********************************************************************/
//调用线程
//创建线程对象
ThreadDemo t1 = new ThreadDemo();
//启动线程
t1.start();
- 实现 Runnable 接口；
//实现Runnable 接口创建线程类 RThread
public class RThread implements Runnable {
@Override
//重写run()方法
public void run() {
for(int i = 0;i<1000;i++) {
System.out.println("Thread::"+i);
}
}
}
/***********************************************************************/
//调用线程
//创建RThread 类的对象 rThread
RThread rThread = new RThread();
//创建Thread类对象，并把rThread当成参数传入，相当于对rThread进行了封装。
Thread t2 = new Thread(rThread);
//通过start()方法启动线程
t2.start();
- 实现 Callable 接口；
//通过实现Callable接口来创建线程类
public class CThread implements Callable<String> {
private String name;
public CThread(String name ) {
this.name = name;
}
//重写call()方法
@Override
public String call() throws Exception {
return name;
}
}
/***********************************************************************/
//调用线程
//创建线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
//创建接收结果的列表集合
List<Future> list = new ArrayList<Future>();
for(int i = 0;i<5;i++) {
//创建线程对象
Callable c = new CThread("线程"+i);
//将线程对象提交到线程池中，并将返回结果接收
Future future = pool.submit(c);
System.out.println("线程"+i+"已经加入线程池");
//将返回结果加入集合
list.add(future);
}
//关闭线程池
pool.shutdown();
//打印返回结果
for (Future future : list) {
try {
System.out.println(future.get().toString());
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
- 使用匿名内部类，基于线程池的execute()，创建临时线程。
public class EThread {
public static void main(String[] args) {
//创建线程池
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
for(int i = 0;i<10;i++) {
//调用execute()方法创建线程
//采用匿名内部类的方法，创建Runnable对象，并重写run()方法
threadPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
});
}
}
}
22.什么是死锁，死锁如何产生，死锁如何避免
线程死锁描述的是这样一种情况：多个线程同时被阻塞，它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞，因此程序不可能正常终止。
如下图所示，线程 A 持有资源 2，线程 B 持有资源 1，他们同时都想申请对方的资源，所以这两个线程就会互相等待而进入死锁状态。
public class DeadLockDemo {
private static Object resource1 = new Object();//资源 1
private static Object resource2 = new Object();//资源 2
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
synchronized (resource1) {
System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
synchronized (resource2) {
System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
}
}
}, "线程 1").start();
new Thread(() -> {
synchronized (resource2) {
System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource1");
synchronized (resource1) {
System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
}
}
}, "线程 2").start();
}
}
线程 A 通过 synchronized (resource1) 获得 resource1 的监视器锁，然后通过Thread.sleep(1000);让线程 A 休眠 1s 为的是让线程 B 得到执行然后获取到 resource2 的监视器锁。线程 A 和线程 B 休眠结束了都开始企图请求获取对方的资源，然后这两个线程就会陷入互相等待的状态，这也就产生了死锁。
上面的例子符合产生死锁的四个必要条件：
- 互斥条件：该资源任意一个时刻只由一个线程占用。
- 请求与保持条件：一个线程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
- 不剥夺条件:线程已获得的资源在未使用完之前不能被其他线程强行剥夺，只有自己使用完毕后才释放资源。
- 循环等待条件:若干线程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。
如何预防和避免线程死锁？
如何预防死锁？ 破坏死锁的产生的必要条件即可：
- 破坏请求与保持条件 ：一次性申请所有的资源。
- 破坏不剥夺条件 ：占用部分资源的线程进一步申请其他资源时，如果申请不到，可以主动释放它占有的资源。
- 破坏循环等待条件 ：靠按序申请资源来预防。按某一顺序申请资源，释放资源则反序释放。破坏循环等待条件。
如何避免死锁？
避免死锁就是在资源分配时，借助于算法（比如银行家算法）对资源分配进行计算评估，使其进入安全状态。
23. synchronized关键字
synchronized使用方式：
- 修饰实例方法：作用于当前对象实例加锁，进入同步代码前需要获得当前对象实例的锁。
- 修饰静态方法：也就是给当前类加锁，会作用于类的所有对象实例，因为静态成员不属于任何一个实例对象，是类成员（static 表明这是该类的一个静态资源，不管new 了多少个对象，只有一份）。所以如果一个线程A调用一个实例对象的非静态 synchronized方法，而线程B需要调用这个实例对象所属类的静态 synchronized 方法，是允许的，不会方法互斥现象，因为访问静态 synchronized 方法占用的锁是当前类的锁，而访问非静态 synchronized 方法占用的锁是当前实例对象锁。
- 修饰代码块：指定加锁对象，对给定对象加锁，进入同步代码块前要获得指定对象的锁。
总结：synchronized 加到static静态方法上是给Class类上锁，加到非静态方法上是给对象实例上锁。代码块的话是根据指定的是Class还是对象实例锁来决定。
构造方法可以使用synchronized修饰吗？
不能，构造方法本身就是线程安全的。
synchronized实现方式：
JVM 基于进入和退出 Monitor 对象来实现方法同步和代码块同步，但是两者的实现细节不一样。
- 代码块同步：通过使用 monitorenter 和 monitorexit 指令实现的
- 同步方法：ACC_SYNCHRONIZED 修饰
monitorenter 指令是在编译后插入到同步代码块的开始位置，而 monitorexit 指令是在编译后插入到同步代码块的结束处或异常处，对于同步方法，个人觉得也是类似的原理，进入方法前添加一个 monitorenter 指令，退出方法后条件一个 monitorexit 指令。
synchronized锁的分类：
级别从低到高依次是：
- 无锁状态
- 偏向锁状态
- 轻量级锁状态
- 重量级锁状态
锁可以升级，但不能降级。即：无锁 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁是单向的。
24.volatile关键字
并发编程三个重要特征：
- 原子性：一次操作或者多次操作，要么都做，要么都不做。synchronized可以保证代码片段的原子性。
- 可见性：当一个线程对共享变量进行了修改，那么其他线程是可以立即看到修改后的最新值。volatile关键字可以保证共享变量的可见性。
- 有序性：由于Java在编译器以及运行期间的优化，代码的执行顺序未必就是编写代码时候的顺序。volatile关键字可以禁止指令进行重新排序优化。
volatile是JVM提供的轻量级的同步机制
- 保证可见性
- 不保证原子性
- 可以防止指令重排
synchronized和volatile关键字的区别：
volatile关键字是线程同步的轻量级实现，所以volatile性能肯定比synchronized关键字要好 。但是volatile关键字只能用于变量而synchronized关键字可以修饰方法以及代码块 。volatile关键字能保证数据的可见性，但不能保证数据的原子性。synchronized关键字两者都能保证。volatile关键字主要用于解决变量在多个线程之间的可见性，而synchronized关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性。
25.乐观锁和悲观锁的区别
**悲观锁：**共享资源每次只给一个线程使用，其他线程阻塞，用完后再把资源转让给其他线程。Java中synchronized和ReentrantLock等独占锁就是悲观锁思想的实现。
**乐观锁：**每次读数据时都认为被人不会修改，所以不会上锁，但是在更新时会判断在此期间（拿到数据到更新期间）别人有没有更新这个数据，可以使用版本号机制和CAS实现。乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量。
26.ThreadLocal
ThreadLocal简介：
如果你创建了一个 ThreadLocal 变量，那么访问这个变量的每个线程都会有这个变量的本地副本。他们可以用 get() 和set() 方法来获取默认值或将其值更改为当前线程所存的副本的值，从而避免了线程安全问题。
作用
- ThreadLocal 可以实现【资源对象】的线程隔离，让每个线程各用各的【资源对象】，避免争用引发的线程安全问题
- ThreadLocal 同时也实现了线程内的资源共享
原理
每个线程内有一个 ThreadLocalMap 类型的成员变量，用来存储资源对象
- 调用 set 方法，就是以 ThreadLocal 自己作为 key，资源对象作为 value，放入当前线程的 ThreadLocalMap 集合中
- 调用 get 方法，就是以 ThreadLocal 自己作为 key，到当前线程中查找关联的资源值
- 调用 remove 方法，就是以 ThreadLocal 自己作为 key，移除当前线程关联的资源值
27.线程池
为什么要使用线程池？
- 降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
- 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
- 提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。
如何创建线程池？
-
通过构造方法创建， ThreadPoolExcutor（）
-
通过Executor框架的工具栏Executors创建
可以创建三种类型的ThreadPoolExcutor：
- FixedThreadPool：该方法返回一个固有线程数量的线程池。该线程池中的线程数量始终不变。当有一个新的任务提交时，线程池中若有空闲线程，则立即执行。若没有，则新的任务会被暂存在一个任务队列中，待有线程空闲时，便处理在任务队列中的任务。
- SingleThreadExecutor：该方法返回一个只有一个线程的线程池。若有多于一个任务被提交到该线程池，该任务会被保存到任务队列中，等到线程空闲，按先入先出的顺序执行队列中的任务。
- CachedThreadPool：该方法返回一个可以根据实际情况调整线程数量的线程池。线程池的线程数量不确定，但若有空闲线程可以复用，则会优先使用可复用的线程。若所有线程均在工作，又有新的任务提交，则会创建新的线程处理任务。所有线程在当前任务执行完毕后，将返回线程池进行复用。
ThreadPoolExecutor构造函数参数分析：
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler)
七大参数
- corePoolSize 核心线程数目 - 池中会保留的最多线程数
- maximumPoolSize 最大线程数目 - 核心线程+救急线程的最大数目
- keepAliveTime 生存时间 - 救急线程的生存时间，生存时间内没有新任务，此线程资源会释放
- unit 时间单位 - 救急线程的生存时间单位，如秒、毫秒等
- workQueue - 当没有空闲核心线程时，新来任务会加入到此队列排队，队列满会创建救急线程执行任务
- threadFactory 线程工厂 - 可以定制线程对象的创建，例如设置线程名字、是否是守护线程等
- handler 拒绝策略 - 当所有线程都在繁忙，workQueue 也放满时，会触发拒绝策略
- 抛异常 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.AbortPolicy
- 由调用者执行任务 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy
- 丢弃任务 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy
- 丢弃最早排队任务 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-WSyEJdgG-1653307657811)(面试题.assets/image-20210831093204388.png)]
oolExcutor（）
-
通过Executor框架的工具栏Executors创建
可以创建三种类型的ThreadPoolExcutor：
- FixedThreadPool：该方法返回一个固有线程数量的线程池。该线程池中的线程数量始终不变。当有一个新的任务提交时，线程池中若有空闲线程，则立即执行。若没有，则新的任务会被暂存在一个任务队列中，待有线程空闲时，便处理在任务队列中的任务。
- SingleThreadExecutor：该方法返回一个只有一个线程的线程池。若有多于一个任务被提交到该线程池，该任务会被保存到任务队列中，等到线程空闲，按先入先出的顺序执行队列中的任务。
- CachedThreadPool：该方法返回一个可以根据实际情况调整线程数量的线程池。线程池的线程数量不确定，但若有空闲线程可以复用，则会优先使用可复用的线程。若所有线程均在工作，又有新的任务提交，则会创建新的线程处理任务。所有线程在当前任务执行完毕后，将返回线程池进行复用。
ThreadPoolExecutor构造函数参数分析：
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler)
七大参数
- corePoolSize 核心线程数目 - 池中会保留的最多线程数
- maximumPoolSize 最大线程数目 - 核心线程+救急线程的最大数目
- keepAliveTime 生存时间 - 救急线程的生存时间，生存时间内没有新任务，此线程资源会释放
- unit 时间单位 - 救急线程的生存时间单位，如秒、毫秒等
- workQueue - 当没有空闲核心线程时，新来任务会加入到此队列排队，队列满会创建救急线程执行任务
- threadFactory 线程工厂 - 可以定制线程对象的创建，例如设置线程名字、是否是守护线程等
- handler 拒绝策略 - 当所有线程都在繁忙，workQueue 也放满时，会触发拒绝策略
- 抛异常 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.AbortPolicy
- 由调用者执行任务 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy
- 丢弃任务 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy
- 丢弃最早排队任务 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy
魔乐社区（Modelers.cn) 是一个中立、公益的人工智能社区，提供人工智能工具、模型、数据的托管、展示与应用协同服务，为人工智能开发及爱好者搭建开放的学习交流平台。社区通过理事会方式运作，由全产业链共同建设、共同运营、共同享有，推动国产AI生态繁荣发展。
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