Java 学习内容总结

最近对Core Java基础做了一些学习。有自己的见解，也有别人的总结，供大家参考。

Java

1 实现多线程的方式有几种？

其实这个问题并不难，只是在这里做一个总结。一共有三种。

• 实现Runnable接口，并实现该接口的run()方法
• 继承Thread类，重写run()方法
• 实现Callable接口，实现call()方法。

大家可能对前两种已经很清楚了，重点说下第三种。
Callable接口是属于Executor框架中的类，Callable 接口与Runnable接口类似，但比后者功能更加强大，主要有三点：

1. Callable可以在任务结束后提供一个返回值，Runnable无法提供这个功能；
2. Callable的call()方法可以抛出异常，Runnable接口的run()方法不能抛出异常；
3. 运行Callable可以得到一个Future对象，Future对象表示异步计算的结果。它提供了检查计算是否完成的方法。由于线程属于异步计算模型，所以无法从其他线程中得到方法的返回值。在这种情况下，就可以使用Future来监视目标线程调用call()方法的情况。当调用Futrue的get()方法以获取结果时，当前线程就会阻塞，直到call()方法结束返回结果。

举个例子，此代码在JDK 8 下运行，因为使用了lambda表达式：

package exam;

import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

public class CallableAndFuture {

    public static void main(String[] args) {
    ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();

    // 启动线程
    Future future = threadPool.submit(() -> "Hello, world");
    
    try {
        System.out.println("waiting thread to finish.");
        System.out.println(future.get()); // 等待线程结束，并获取返回结果
        
        threadPool.shutdown();
    } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    }
}

2 volatile关键字的作用

在Java语言中，有时候为了提高程序的运行效率，编译器会做一些优化操作，把经常被访问的变量缓存起来，程序在读取这个变量的时候又有可能直接从寄存器中读取这个值，而不会去内存中读取。这样的好处提高了程序的运行效率，但当遇到多线程编程时，变量的值可能被其他线程改变了，而该缓存的值不会做相应的改变，从而导致应用程序读取的值可能与实际的变量值不一致。关键字volatile正好解决这个问题，被volatile修饰的变量编译器不会做优化，每次都会从内存读取。

3 代码中不同属性和方法的执行顺序

经常会遇到一个这样的代码，new一个子类，其子类以及父类每个属性和方法的执行顺序，具体可以看以下例子：

**
 * Java程序初始化工作可以在许多不同的代码中来完成，它们执行的顺序如下：
 * 父类静态变量
 * 父类静态代码块
 * 子类静态变量
 * 子类静态代码块
 * 父类非静态变量
 * 父类非静态代码块
 * 父类构造函数
 * 子类非静态变量
 * 子类非静态代码块
 * 子类构造函数
 * 
 * 
 * 注意，只有方法具有多态性，属性则没有。
 * @author TurtusLi
 *
 */
class BaseI {
    int num = 1;

    public BaseI() {
        this.print();
        num = 2;
    }

    public void print() {
        System.out.println("Base.num = " + num);
    }
}

public class Example1423 extends BaseI {

    int num = 3;

    public Example1423() {
        this.print();

        num = 4;
    }

    // 去掉这个复写方法，运行看效果
    @Override
    public void print() {
        System.out.println("Sub.num = " + num);
    }

    public static void main(String[] args) {
        BaseI b = new Example1423();
        System.out.println(b.num);
    }

}

4 switch语句支持String类型的实现原理

在Java 7 以后，switch语句可以用作String类型上。

从本质来讲，switch对字符串的支持，其实也是int类型值的匹配。它的实现原理如下：

通过对case后面的String对象调用hashCode()方法，得到一个int类型的Hash值，然后用这个Hash值来唯一标识着这个case。

那么当匹配的时候，首先调用这个字符串的hashCode()方法，获取一个Hash值（int类型），用这个Hash值来匹配所有的case，如果没有匹配成功，说明不存在；如果匹配成功了，接着会调用字符串的equals()方法进行匹配。

由此看出，String变量不能是null；同时，switch的case子句中使用的字符串也不能为null。

5 多线程同步有几种实现方法

Java主要提供了三种实现同步机制的方法。

1. synchronized关键字。有两种用法，可以是synchronized方法和synchronized代码块。
2. wait和notify方法。
3. Lock。Lock接口有一个实现类ReentrantLock，也可以实现多线程的同步。

6 在多线程编程的时候有哪些注意事项

1. 如果能用volatile代替synchronized，近可能使用volatile。因为被synchronized修饰的方法或代码块在同一时间只能允许一个线程访问，而volatile没有这个限制，因此使用synchronized会降低并发量。由于volatile无法保证原子性操作，因此在多线程的情况下，只有对变量的操作为原子操作的情况下才可以使用volatile。
2. 尽可能减少synchronized块内的代码。
3. 给每一个线程定义一个名字，这样有利于调试。
4. 尽量使用concurrent容器（ConcurrentHashMap）来代替synchronized容器（Hashtable）。
5. 使用线程池来控制多线程的执行。

7 fail-fast 和fail-safe迭代器的区别是什么？

他们的主要区别是fail-safe允许在遍历的过程中对容器的数据进行修改，而fail-fast则不允许。下面分别介绍这两种迭代器的工作原理。

fail-fast：直接在容器上进行遍历，在遍历的过程中，一旦发现容器中的数据被修改了（添加元素、删除或修改元素），就会抛出ConcurrentModificationException异常导致遍历失败。常见的使用fail-fast的容器有HashMap和ArrayList等。

fail-safe：这种遍历是基于容器的克隆。因此，对容器中内容的修改不影响遍历。常见使用fail-safe方式的容器有ConcurrentHashMap和CopyOnWriteArrayList。

8 如何能够使JVM中的虚拟机栈、堆内存和方法区发生内存溢出？

关于JVM的知识，有一本非常好的书籍——周志明《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践（第2版）》，里面有非常好的介绍。几乎可以说是Java程序员必读书籍。

虚拟机栈是线程私有的，当创建一个线程时，同时会新建一个虚拟机栈，它描述的是Java方法执行的内存模型。 栈中有一个非常重要的概念——栈帧。栈帧用于保存局部变量表，操作数栈，方法出口等。

其实栈溢出最简单的方式是无限递归。

堆内存是线程共享的，是JVM中内存管理的最大一块内存，它保存所有实例化的对象。

堆内存溢出最简单的方式是不停的new对象，GC来不及回收，直到内存全部耗尽。

方法区也是内存共享的。它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

方法区溢出简单的方式是，调用String类的intern()方法，此方法如果在堆区找不到已经存在的String对象的话，就会往方法区中的常量池放一份，然后返回其引用放在堆区。还有一种办法是不停地加载类。

9 在 int i =0; i=i++;语句中，i=i++是线程安全的吗？如果不安全，请说明上面操作在JVM中的执行过程，为什么不安全？说出JDK中哪个类能达到以上程序的效果，并且是线程安全且高效的，简述其原理。

语句i=i++的执行过程：先把i的值取出来放到栈顶，可以理解为引入了第三方变量k，此时，k的值为i，然后执行自增操作，于是i的值变为1，最后执行赋值操作i=k（自增前的值），因此，执行结束后，i的值还是0。从上面的分析得知，i=i++语句的执行过程是由多个操作组成，它不是原子操作，因此，不是线程安全的。

在Java中，++i和i++操作并不是线程安全的，在使用的时候，不可避免地会用到synchronized关键字。而AtomicInteger是一个提供原子操作的Integer类，它提供了线程安全且高效的原子操作，是线程安全的，其底层的原理是利用处理器的CAS（Compare And Swap，比较与交换，一种有名的无锁算法）操作来检测栈中的值是否被其他线程改变，如果被改变，则CAS操作失败。这种实现方法在CPU指令级别实现了原子操作，因此，它比使用synchronized来实现同步效率更高。