Java基础知识

Java从1.7到1.8的升级 ⭐️2

有很多，但是最重要的就是Lambda表达式以及Stream流了

ConcurrentHashMap的实现⭐️2

JDK1.7是数组+列表

JDK1.8是数组+列表+红黑树

红黑树的结构和应用

• 红黑树是一种自平衡的二叉查找树
• 节点要么是红色要么是黑色
• 红黑树的根节点一定是黑色
• 红色的叶子节点一定是黑色的
• 从根节点出发，到每一个叶子节点的末尾，都包含相同数目的黑色节点
• 红黑树的应用：HashMap

B+树的结构和应用

首先B树的结构：B树的每个叶子节点都存数据，但是相邻的叶子节点之间没有指针连接

B+树的结构：非叶子节点不存数据只存数据的索引，并且相邻的叶子节点有指针相互连接

这种底层是一个双向链表，双向链表的结构更适用于我们的范围查找

应用：在查询一条数据的时候很显然B树更加适合因为每个叶子节点都存数据，最好的情况就是O(1)

但是在范围查找的时候B树的确定就暴露出来了，因为如果使用B树作为Mysql的索引的话，在查询过程中会产生大量的I/O所以在综合考虑下下选择B+树作为Mysql的索引

Java中IO流的分类

• 从数据的流向：输入流、输出流
• 处理的字节单位：字节、字符

static的作用

• static关键字可以修饰：属性、方法、内部类、代码块；
• static修饰的资源属于类级别，是全体对象共享的资源
• 使用static修饰的属性、静态属性是在类加载过程中初始化的，使用类名.属性进行访问

类加载的过程

java文件从编码到最终运行分成俩个阶段：编码期、运行期

编码期就是执行Javac命令让java文件变成,class文件

运行期就是把.class文件交给JVM去执行

而类加载的过程就是：将.class文件的元数据加载到内存，创建class并且解析、初始化类变量的过程

Java异常的基类

Throwable是 Java 语言中所有错误和异常的基类。它有两个主要的子类：Error 和 Exception，这两个类分别代表了 Java 异常处理体系中的两个分支。

深拷贝、浅拷贝的区别

浅拷贝：拷贝基本数据类型的值、引用类型的地址值、而对于引用类型变量指向的堆中的对象不会拷贝。

深拷贝：完全拷贝一个对象，拷贝被拷贝对象的成员变量的值，堆中的对象也会拷贝一份。

重载和重写的区别

重载：一个类有多个名字，但是参数的个数不相同的方法

重写：子类和父类有一样的方法（参数相同、返回值相同、方法名字相同、但是方法体可能不同）

double和float的区别

范围：float的指数位有8位，而double的指数位有11位

精度：float是单精度 double是双精度

double和float的精度损失

float的精度为7~8位有效数字，7位肯定能保证，8位的值也存在。

double的精度为16~17位有效数字

针对浮点数丢失精度的问题，我们可以通过BigDecimal来解决

java里如何精确表示小数

通过BigDecimal来解决

java里的数据结构

数组、链表、栈、队列、二叉树、哈希表

java里的数据类型

基础数据类型：byte、short、int、long、float、double、char、布尔

引用数据类型：接口、数组、类

jre、jdk、jvm的概念

JVM：Java Virtual Machine，也就是 Java 虚拟机，是 Java 实现跨平台的关键所在，针对不同的操作系统，有不同的 JVM 实现。JVM 负责将 Java 字节码转换为特定平台的机器码，并执行。

JRE：Java Runtime Environment，也就是 Java 运行时环境，包含了运行 Java 程序所必需的库，以及 Java 虚拟机（JVM）。

JDK：Java Development Kit，是一套完整的 Java SDK（软件开发工具包），包括了 JRE 以及编译器（javac）、Java 文档生成工具（Javadoc）、Java 调试器等开发工具。为开发者提供了开发、编译、调试 Java 程序的一整套环境。

HashMap的Put过程

①.判断键值对数组table[i]是否为空或为null，否则执行resize()进行扩容；

②.根据键值key计算hash值得到插入的数组索引i，如果table[i]==null，直接新建节点添加，转向⑥，如 果table[i]不为空，转向③；

③.判断table[i]的首个元素是否和key一样，如果相同直接覆盖value，否则转向 ④，这里的相同指的是hashCode以及equals；

④.判断table[i] 是否为treeNode，即table[i] 是否是红黑树，如果是红黑树，则直接在树中插入键值 对，否则转向⑤；

⑤.遍历table[i]，判断链表长度是否大于8，大于8的话把链表转换为红黑树，在红黑树中执行插入操 作，否则进行链表的插入操作；遍历过程中若发现key已经存在直接覆盖value即可；

⑥.插入成功后，判断实际存在的键值对数量size是否超多了 大容量threshold，如果超过，进行扩容。

HashMap的查找？⭐️

1. 将key的值hash再二次hash.

2. 拿二次hash的值跟数组相模取出桶下标。

3. 去对应的桶下标进行调用equals比较获得一样的key，取出值。

HashMap和HashSet的原理区别

HashMap 和 HashSet 都是 Java 中的集合类，但它们有以下几点区别： HashSet 实现了 Set 接口，只存储对象；HashMap 实现了 Map 接口，用于存储键值对。 HashSet 底层是用 HashMap 存储的，HashSet 封装了一系列 HashMap 的方法，HashSet 将（自己的）值保存到 HashMap 的 Key 里面了。

HashMap中null的处理⭐️

1.先在table[0]的链表中寻找null key，如果有null key就直接覆盖原来的value，返回原来的value；

2.如果在table[0]中没有找到，就进行头插，但是要先判断是否要扩容，需要就扩容，然后进行头插，此时table[0]就是新插入的null key Entry了。

HashSet的遍历顺序

HashSet作为集合，有多种遍历方法，如普通for循环，增强for循环，迭代器，HashSet是通过HashMap来实现的，HashMap通过hash(key)来确定存储的位置，是不具备存储顺序性的，因此HashSet遍历出的元素也并非按照插入的顺序。

HashMap底层原理

JDK8前：数组+列表

JDK8后：数组+列表+红黑树

Java list的实现

Java 的 List 是非常常用的数据类型。List 是有序的 Collection。Java List 一共三个实现类：分别是 ArrayList、Vector 和 LinkedList。

Java面向对象的三大特征

继承、封装、多态

多态的实现

多态（Polymorphism）是指在面向对象程序设计中，同一个方法调用会根据对象的不同而表现出不同的行为。简而言之，多态性是指一个接口可以有多种不同的实现方式，同一个方法名可以具有不同的行为。

在Java中，多态性通过方法的重写（Override）和方法的重载（Overload）实现。重写是指子类重新定义父类中已有的方法，而重载是指在一个类中可以定义多个同名但参数列表不同的方法。

反射的机制

反射（Reflection）机制指的是在运行时检查或操作Java程序中的字段、方法、构造方法等信息的能力。通过反射，可以在运行时动态地获取类的信息、调用类的方法、操作类的属性等。这种能力使得程序可以在运行时动态加载、探索和使用类，而不需要在编译时确定。

使用：

框架和库的设计：如Spring框架、ORM（对象关系映射）工具等，通过反射来动态地管理和操作类的实例。

调试和测试：在开发过程中，可以通过反射获取类的信息和调用方法，实现灵活的调试和测试策略。

动态代理：通过动态代理技术，可以在运行时生成代理类，实现AOP（面向切面编程）等功能。

什么是动态代理?

配置文件处理：某些情况下，可以使用反射从配置文件中读取类名、方法名等信息，并动态地加载和执行。

Hashmap数组大小为2的幂次的原因⭐️

如果为奇数的话求得的索引值会重复，加大哈希碰撞的概率

死锁产生的条件

1.互斥条件 2. 请求与保持条件 3. 不可剥夺条件 4. 循环等待条件

死锁问题如何解决⭐️

1）预防

可以通过设置某些限制条件，去破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或者几个，来预防发生死锁。预防死锁是一种较易实现的方法，已被广泛使用。但是由于所施加的限制条件往往太严格，可能会导致系统资源利用率和系统吞吐量降低。

2）死锁避免

系统对进程发出的每一个系统能够满足的资源申请进行动态检查，并根据检查结果决定是否分配资源；如果分配后系统可能发生死锁，则不予分配，否则予以分配。这是一种保证系统不进入死锁状态的动态策略。

3）死锁检测和解除

先检测：这种方法并不须事先采取任何限制性措施，也不必检查系统是否已经进入不安全区，此方法允许系统在运行过程中发生死锁。但可通过系统所设置的检测机构，及时地检测出死锁的发生，并精确地确定与死锁有关的进程和资源。检测方法包括定时检测、效率低时检测、进程等待时检测等。

java反射的使用⭐️(需要例子)

Java的反射机制是通过java.lang.reflect包中的类和接口来实现的，主要涉及到三个核心类：Class、Constructor和Method。通过这些类，可以在运行时动态获取和操作类的成员信息。

// 获取类的Class对象
Class<?> clazz = MyClass.class;
// 获取构造函数对象
Constructor<?> constructor = clazz.getConstructor(String.class, int.class);
// 创建实例对象
Object instance = constructor.newInstance("example", 123);
// 获取方法对象
Method method = clazz.getMethod("myMethod", String.class);
// 调用方法
method.invoke(instance, "parameter");

包装类的使用场景

泛型、Stream、装箱和拆箱

Stream流对原数组的影响

Stream的三个特性：不存储数据、不改变数据源、数据不可以重复使用

迭代器和增强for循环

在某些情况下，常规的遍历方式容易显得代码臃肿，增强for可以简化数组和集合的遍历，增强代码的可读性。但是操作难度比较大，所以一般使用Lambda表达式的情况居多。

ConcurrentHashMap的线程安全

简单理解就是，ConcurrentHashMap 是一个 Segment 数组，Segment 通过继承 ReentrantLock 来进 行加锁，所以每次需要加锁的操作锁住的是一个 segment，这样只要保证每个 Segment 是线程安全 的，也就实现了全局的线程安全。

synchronized的底层原理

synchronized的底层实现是完全依赖JVM虚拟机的,所以谈synchronized的底层实现，就不得不谈数据在JVM内存的存储：Java对象头，以及Monitor对象监视器。

ReentrantLock

重入锁，表示支持重新进入的锁，也就是说，如果当前线程 t1 通过调用 lock 方法获取了锁之后，再次调用 lock，是不会再阻塞去获取锁的，直接增加重试次数就行了。synchronized 和 ReentrantLock 都是可重入锁。

ConcurrentHashMap的加锁机制

在Java 1.7中，ConcurrentHashMap使用了分段锁（Segment Locking）的设计。它将整个Map划分为多个Segment（段），每个Segment继承自ReentrantLock，并且包含了一个散列桶数组。当进行写操作时，不是对整个Map加锁，而是仅仅对涉及操作的Segment加锁，这样就大大降低了锁的粒度，提高了并发性能。ConcurrentHashMap`在Java 1.8之后通过以下几个方面降低锁竞争并提高并发能力：

• 使用细粒度的CAS操作代替传统的锁。
• 在必要时（如修改链表头结点或扩容时）使用synchronized关键字对桶进行锁定。
• 利用红黑树去优化冲突较多时的查找和更新性能。
• 分布式锁的应用，即仅对涉及到的桶进行加锁，而不是整个数据结构。

sycronized和volatile的原理

1. volatile主要应用在多个线程对实例变量更改的场合，刷新主内存共享变量的值从而使得各个 线程可 以获得最新的值，线程读取变量的值需要从主存中读取；synchronized则是锁定当前变 量，只有当前线 程可以访问该变量，其他线程被阻塞住。另外，synchronized还会创建一个内 存屏障，内存屏障指令保 证了所有CPU操作结果都会直接刷到主存中（即释放锁前），从而保证 了操作的内存可见性，同时也使 得先获得这个锁的线程的所有操作

2. volatile仅能使用在变量级别；synchronized则可以使用在变量、方法、和类级别的。 volatile不会造 成线程的阻塞；synchronized可能会造成线程的阻塞，比如多个线程争抢 synchronized锁对象时，会 出现阻塞。

3. volatile仅能实现变量的修改可见性，不能保证原子性；而synchronized则可以保证变量的 修改可见 性和原子性，因为线程获得锁才能进入临界区，从而保证临界区中的所有语句全部得到 执行。

4. volatile标记的变量不会被编译器优化，可以禁止进行指令重排；synchronized标记的变量 可以被编 译器优化。

接口和抽象类的区别

1. 接口的方法默认是 public，所有方法在接口中不能有实现(Java 8 开始 接口方法可以有默认实现），抽象类可以有非抽象的方法
2. 接口中的实例变量默认是 final 类型的，而抽象类中则不一定
3. 一个类可以实现多个接口，但最多只能实现一个抽象类
4. 一个类实现接口的话要实现接口的所有方法，而抽象类不一定
5. 接口不能用 new 实例化，但可以声明，但是必须引用一个实现该接口的对象 从设计层面来说，抽 象是对类的抽象，是一种模板设计，接口是行为的抽象，是一种行为的规范。

Files的常用方法

Files. exists()：检测文件路径是否存在。

Files. createFile()：创建文件。

Files. createDirectory()：创建文件夹。

Files. delete()：删除一个文件或目录。

Files. copy()：复制文件。

Files. move()：移动文件。

Files. size()：查看文件个数。

Files. read()：读取文件。

Files. write()：写入文件。

== 和Equals的区别⭐️

hashcode和equals的区别.

equals() 和 hashcode() 这两个方法都是从 Object 类中继承过来的。hashCode()：计算出对象实例的哈希码，并返回哈希码，又称为散列函数。equals()：反映的是对象的内存地址或者对象的内容是否相等。

哪个集合接口可以实现List的并发安全⭐️

CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList 是线程安全的 ArrayList。CopyOnWrite 意思为写的时候会将共享变量新复制一份出来。复制的好处在于读操作是无锁的（也就是无阻塞）。

CopyOnWriteArrayList 仅适用于写操作非常少的场景，而且能够容忍读写的短暂不一致。如果读写比例均衡或者有大量写操作的话，使用 CopyOnWriteArrayList 的性能会非常糟糕。

CopyOnWriteArrayList 原理

CopyOnWriteArrayList 内部维护了一个数组，成员变量 array 就指向这个内部数组，所有的读操作都是基于 array 进行的。

栈在内存中的生长方向

栈的生长方向是由上往下的，即从高地址到低地址