java核心技术36总结笔记(1-9)

前段时间在极客时间上购买了杨晓峰老师的《Java核心技术36讲》，趁着这段时间有空，对相关知识点做了一个整体的大纲，若想深入学习，可以购买这个专栏，也可以对着该知识点查阅相关资料，源码等自学。

1 Java平台的理解

JVM ：英文名称（Java Virtual Machine），就是我们耳熟能详的 Java 虚拟机。它只认识 xxx.class 这种类型的文件，它能够将 class 文件中的字节码指令进行识别并调用操作系统向上的 API 完成动作。所以说，jvm 是 Java 能够跨平台的核心，具体的下文会详细说明。

JRE ：英文名称（Java Runtime Environment），我们叫它：Java 运行时环境。它主要包含两个部分，jvm 的标准实现和 Java 的一些基本类库。它相对于 jvm 来说，多出来的是一部分的 Java 类库。

JDK ：英文名称（Java Development Kit），Java 开发工具包。jdk 是整个 Java 开发的核心，它集成了 jre 和一些好用的小工具。例如：javac.exe，java.exe，jar.exe 等。

显然，这三者的关系是：一层层的嵌套关系。JDK>JRE>JVM。

 

今天我要问你的问题是，谈谈你对 Java 平台的理解？“Java 是解释执行”，这句话正确吗？

典型回答

Java 本身是一种面向对象的语言，最显著的特性有两个方面，一是所谓的“书写一次，到处运行”（Write once, run anywhere），能够非常容易地获得跨平台能力；另外就是垃圾收集（GC, Garbage Collection），Java 通过垃圾收集器（Garbage Collector）回收分配内存，大部分情况下，程序员不需要自己操心内存的分配和回收。

我们日常会接触到 JRE（Java Runtime Environment）或者 JDK（Java Development Kit）。 JRE，也就是 Java 运行环境，包含了 JVM 和 Java 类库，以及一些模块等。而 JDK 可以看作是 JRE 的一个超集，提供了更多工具，比如编译器、各种诊断工具等。

对于“Java 是解释执行”这句话，这个说法不太准确。我们开发的 Java 的源代码，首先通过 Javac 编译成为字节码（bytecode），然后，在运行时，通过 Java 虚拟机（JVM）内嵌的解释器将字节码转换成为最终的机器码。但是常见的 JVM，比如我们大多数情况使用的 Oracle JDK 提供的 Hotspot JVM，都提供了 JIT（Just-In-Time）编译器，也就是通常所说的动态编译器，JIT 能够在运行时将热点代码编译成机器码，这种情况下部分热点代码就属于编译执行，而不是解释执行了。

 

热点评论回答:

Java特性:

面向对象（封装，继承，多态）

平台无关性（JVM运行.class文件）

语言（泛型，Lambda）

类库（集合，并发，网络，IO/NIO）

JRE（Java运行环境，JVM，类库）

JDK（Java开发工具，包括JRE，javac，诊断工具）

 

Java是解析运行吗？

不正确！

1，Java源代码经过Javac编译成.class文件

2，.class文件经JVM解析或编译运行。

（1）解析:.class文件经过JVM内嵌的解析器解析执行。

（2）编译:存在JIT编译器（Just In Time Compile 即时编译器）把经常运行的代码作为"热点代码"编译与本地平台相关的机器码，并进行各种层次的优化。

（3）AOT编译器: Java 9提供的直接将所有代码编译成机器码执行。

 

“一次编译、到处运行”说的是Java语言跨平台的特性，Java的跨平台特性与Java虚拟机的存在密不可分，可在不同的环境中运行。比如说Windows平台和Linux平台都有相应的JDK，安装好JDK后也就有了Java语言的运行环境。其实Java语言本身与其他的编程语言没有特别大的差异，并不是说Java语言可以跨平台，而是在不同的平台都有可以让Java语言运行的环境而已，所以才有了Java一次编译，到处运行这样的效果。

严格的讲，跨平台的语言不止Java一种，但Java是较为成熟的一种。“一次编译，到处运行”这种效果跟编译器有关。编程语言的处理需要编译器和解释器。Java虚拟机和DOS类似，相当于一个供程序运行的平台。

程序从源代码到运行的三个阶段：编码——编译——运行——调试。Java在编译阶段则体现了跨平台的特点。编译过程大概是这样的：首先是将Java源代码转化成.CLASS文件字节码，这是第一次编译。.class文件就是可以到处运行的文件。然后Java字节码会被转化为目标机器代码，这是是由JVM来执行的，即Java的第二次编译。

“到处运行”的关键和前提就是JVM。因为在第二次编译中JVM起着关键作用。在可以运行Java虚拟机的地方都内含着一个JVM操作系统。从而使JAVA提供了各种不同平台上的虚拟机制，因此实现了“到处运行”的效果。需要强调的一点是，java并不是编译机制，而是解释机制。Java字节码的设计充分考虑了JIT这一即时编译方式，可以将字节码直接转化成高性能的本地机器码，这同样是虚拟机的一个构成部分。

 

1，JVM的内存模型，堆、栈、方法区；字节码的跨平台性；对象在JVM中的强引用，弱引用，软引用，虚引用，是否可用finalise方法救救它？；双亲委派进行类加载，什么是双亲呢？双亲就是多亲，一份文档由我加载，然后你也加载，这份文档在JVM中是一样的吗？；多态思想是Java需要最核心的概念，也是面向对象的行为的一个最好诠释；理解方法重载与重写在内存中的执行流程，怎么定位到这个具体方法的。2，发展流程，JDK5(重写bug)，JDK6(商用最稳定版)，JDK7(switch的字符串支持)，JDK8(函数式编程)，一直在发展进化。3，理解祖先类Object，它的行为是怎样与现实生活连接起来的。4，理解23种设计模式，因为它是道与术的结合体。

 

我理解的java程序执行步骤:

首先javac编译器将源代码编译成字节码。

然后jvm类加载器加载字节码文件，然后通过解释器逐行解释执行，这种方式的执行速度相对会比较慢。有些方法和代码块是高频率调用的，也就是所谓的热点代码，所以引进jit技术，提前将这类字节码直接编译成本地机器码。这样类似于缓存技术，运行时再遇到这类代码直接可以执行，而不是先解释后执行。

解释执行和编译执行有何区别: 类比一下，一个是同声传译，一个是放录音

 

编译型语言：C/C++、 Pascal（Delphi）

编译就是把源代码（高级语言，人类容易读，容易理解）转换成机器码（CPU能理解，能高效的执行）

 

解释型语言：JavaScript、Perl、Python、Ruby

解释就简单多了，解析源代码，并且直接执行，没有编译过程 

 

编译程序是整体编译完了，再一次性执行。 而解释程序是一边解释，一边执行

JAVA语言是一种编译型-解释型语言，同时具备编译特性和解释特性

其所谓的编译过程只是将.java文件编程成平台无关的字节码.class文件，

并不是向C一样编译成可执行的机器语言，在此请读者注意Java中所谓的“编译”和传统的“编译”的区别。

作为编译型语言，JAVA程序要被统一编译成字节码文件——文件后缀是class。此种文件在java中又称为类文件。

java类文件不能再计算机上直接执行，它需要被java虚拟机翻译成本地的机器码后才能执行，而java虚拟机的翻译过程则是解释性的。

java字节码文件首先被加载到计算机内存中，然后读出一条指令，翻译一条指令，执行一条指令，该过程被称为java语言的解释执行，是由java虚拟机完成的。

以上说的是Java的解释执行，但是比如我们大多数情况使用的Hotspot JVM，都提供了动态编译器编译器JIT，能够追踪热点代码， 然后变成机器指令，这种情况下部分热点代码就属于编译执行，而不是解释执行了

java堆、栈、堆栈的区别

 

2 Exception 和 Error 有什么区别

理解Java的异常体系的设计，Throwable ,Exception,Error 的关系

理解ClassNotFoundException 与NoClassDefFoundError的区别

遵循 Throw early, catch late 原则

 

今天我要问你的问题是，请对比 Exception 和 Error，另外，运行时异常与一般异常有什么区别？

典型回答

Exception 和 Error 都是继承了 Throwable 类，在 Java 中只有 Throwable 类型的实例才可以被抛出（throw）或者捕获（catch），它是异常处理机制的基本组成类型。

Exception 和 Error 体现了 Java 平台设计者对不同异常情况的分类。Exception 是程序正常运行中，可以预料的意外情况，可能并且应该被捕获，进行相应处理。

Error 是指在正常情况下，不大可能出现的情况，绝大部分的 Error 都会导致程序（比如 JVM 自身）处于非正常的、不可恢复状态。既然是非正常情况，所以不便于也不需要捕获，常见的比如 OutOfMemoryError 之类，都是 Error 的子类。

Exception 又分为可检查（checked）异常和不检查（unchecked）异常，可检查异常在源代码里必须显式地进行捕获处理，这是编译期检查的一部分。前面我介绍的不可查的 Error，是 Throwable 不是 Exception , 不检查异常就是所谓的运行时异常，类似 NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException 之类，通常是可以编码避免的逻辑错误，具体根据需要来判断是否需要捕获，并不会在编译期强制要求。

 

其中有些子类型，最好重点理解一下，比如 NoClassDefFoundError 和 ClassNotFoundException 有什么区别，这也是个经典的入门题目。

正如它们的名字所说明的：NoClassDefFoundError是一个错误(Error)，而ClassNOtFoundException是一个异常，在Java中错误和异常是有区别的，我们可以从异常中恢复程序但却不应该尝试从错误中恢复程序。

ClassNotFoundException的产生原因：

Java支持使用Class.forName方法来动态地加载类，任意一个类的类名如果被作为参数传递给这个方法都将导致该类被加载到JVM内存中，如果这个类在类路径中没有被找到，那么此时就会在运行时抛出ClassNotFoundException异常。

要解决这个问题很容易，唯一需要做的就是要确保所需的类连同它依赖的包存在于类路径中。当Class.forName被调用的时候，类加载器会查找

类路径中的类，如果找到了那么这个类就会被成功加载，如果没找到，那么就会抛出ClassNotFountException，除了Class.forName，ClassLoader.loadClass、ClassLOader.findSystemClass在动态加载类到内存中的时候也可能会抛出这个异常。

另外还有一个导致ClassNotFoundException的原因就是：当一个类已经某个类加载器加载到内存中了，此时另一个类加载器又尝试着动态地从同一个包中加载这个类。

由于类的动态加载在某种程度上是被开发者所控制的，所以他可以选择catch这个异常然后采取相应的补救措施。有些程序可能希望忽略这个异常而采取其他方法。还有一些程序则会终止程序然后让用户再次尝试前做点事情。

 

NoClassDefFoundError产生的原因：

如果JVM或者ClassLoader实例尝试加载（可以通过正常的方法调用，也可能是使用new来创建新的对象）类的时候却找不到类的定义。要查找的类在编译的时候是存在的，运行的时候却找不到了。这个错误往往是你使用new操作符来创建一个新的对象但却找不到该对象对应的类。这个时候就会导致NoClassDefFoundError.

由于NoClassDefFoundError是有JVM引起的，所以不应该尝试捕捉这个错误。

解决这个问题的办法就是：查找那些在开发期间存在于类路径下但在运行期间却不在类路径下的类。

另：

ClassNotFoundException发生在装入阶段。

当应用程序试图通过类的字符串名称，使用常规的三种方法装入类，但却找不到指定名称的类定义时就抛出该异常。

NoClassDefFoundError： 当目前执行的类已经编译，但是找不到它的定义时

也就是说你如果编译了一个类B，在类A中调用，编译完成以后，你又删除掉B，运行A的时候那么就会出现这个错误

加载时从外存储器找不到需要的class就出现ClassNotFoundException

连接时从内存找不到需要的class就出现NoClassDefFoundError

 

1.异常的父类。throwable.

2.异常的分类。error错误。exception异常。 

3。对异常分类的使用。error是jvm环境运行错误，不可进行捕获。包括，throwable。exception是程序上的错误，需要在错误时进行捕获，恢复正常运行的形态。对异常捕获，最好进行异常类型最匹配的形式，这样具有日志堆栈信息便于查询，排错。

4。异常的使用是比较消耗性能。消耗性能的方式有try代码快，与生成exception的堆栈快照。

5。注意信息。在生成exception错误信息时，不能使用exception自带方法进行输出。这种方式，不清楚会输出到什么地方，不好排查。

6。异常实践。异常分2种进行处理，一种业务异常，一种程序异常。业务异常直接抛出，程序异常，先处理一次，如果处理不了在进行抛出。

 

3 final、finally、finalize 有什么不同

从安全、性能、垃圾收集方面考虑

谈谈 final、finally、 finalize 有什么不同？

典型回答

final 可以用来修饰类、方法、变量，分别有不同的意义，final 修饰的 class 代表不可以继承扩展，final 的变量是不可以修改的，而 final 的方法也是不可以重写的（override）。

finally 则是 Java 保证重点代码一定要被执行的一种机制。我们可以使用 try-finally 或者 try-catch-finally 来进行类似关闭 JDBC 连接、保证 unlock 锁等动作。

finalize 是基础类 java.lang.Object 的一个方法，它的设计目的是保证对象在被垃圾收集前完成特定资源的回收。finalize 机制现在已经不推荐使用，并且在 JDK 9 开始被标记为 deprecated。

 

1。final修饰的类，不可被继承，修饰的方法不可被重写，修饰的变量不可多次赋值。通过final能够得到性能上的优化，但是不明显，如果大量使用可能会干扰代码，不能表达出本来具有的含义。故不使用。匿名内部类，访问局部变量要求传入的参数，必须是final是要保证数据一致性问题。

2。finally。代码中总是会执行的代码段。除了退出虚拟机外。

3。finalize。在虚拟机回收改对象前进行调用。此种方式不可取。因为java虚拟机不知道在什么时候才对对象进行回收。

String为什么被设计成final这个问题

设计安全：

　　只有当字符串是不可变的，字符串池才有可能实现，字符串池的实现可以在运行时节约很多heap空间，因为不同的字符串变量都指向池中的同一个字符串，如果字符串是可变的，当变量改变了它的值，那么其它指向这个值的变量的值也会一起改变，那么会引起很严重的安全问题。

　　另一方面，从平台安全性上来说，Java自出生那天起就是“为人民服务”，这也就是为什么Java做不了病毒，也不一定非得是病毒，反正总之就是为了安全，人家Java的开发者目的就是不想让Java干这类危险的事儿，Java并不是操作系统本地语言，换句话说Java必须借助操作系统本身的力量才能做事，JDK中提供的好多核心类比如String，这类的类的内部好多方法的实现都不是Java编程语言本身编写的，好多方法都是调用的操作系统本地的API，这就是著名的“本地方法调用”，也只有这样才能做事，这种类是非常底层的，和操作系统交流频繁的，那么如果这种类可以被继承的话，如果我们再把它的方法重写了，往操作系统内部写入一段具有恶意攻击性质的代码什么的，这不就成了核心病毒了么？如果这些个核心的类都能被随便操作的话，那是很恐怖的，会出现好多好多未知的错误，莫名其妙的错误….

从效率上讲：

　　final修饰的类不能被继承，这意味着不允许任何人定义String的子类。这意味着JVM才不用对相关方法在虚函数表中查询，而直接定位到String类的相关方法上，提高了执行效率。

　　因为字符串是不可变的，同一个字符串实例可以被多个线程共享。这样便不用因为线程安全问题而使用同步，这也是设计为final来保证线程安全的一个体现。

　　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，这就使得字符串很适合作为Map中的键，字符串的处理速度要快过其它的键对象。这就是HashMap中的键往往都使用字符串。

总而言之，就是要保证 java.lang.String 引用的对象一定是 java.lang.String的对象，而不是引用它的子孙类，这样才能保证它的效率和安全。

 

4 强引用、软引用、弱引用、幻象引用有什么区别

 

典型回答

不同的引用类型，主要体现的是对象不同的可达性（reachable）状态和对垃圾收集的影响。

所谓强引用（"Strong" Reference），就是我们最常见的普通对象引用，只要还有强引用指向一个对象，就能表明对象还“活着”，垃圾收集器不会碰这种对象。对于一个普通的对象，如果没有其他的引用关系，只要超过了引用的作用域或者显式地将相应（强）引用赋值为 null，就是可以被垃圾收集的了，当然具体回收时机还是要看垃圾收集策略。

软引用（SoftReference），是一种相对强引用弱化一些的引用，可以让对象豁免一些垃圾收集，只有当 JVM 认为内存不足时，才会去试图回收软引用指向的对象。JVM 会确保在抛出 OutOfMemoryError 之前，清理软引用指向的对象。软引用通常用来实现内存敏感的缓存，如果还有空闲内存，就可以暂时保留缓存，当内存不足时清理掉，这样就保证了使用缓存的同时，不会耗尽内存。

弱引用（WeakReference）并不能使对象豁免垃圾收集，仅仅是提供一种访问在弱引用状态下对象的途径。这就可以用来构建一种没有特定约束的关系，比如，维护一种非强制性的映射关系，如果试图获取时对象还在，就使用它，否则重现实例化。它同样是很多缓存实现的选择。

对于幻象引用，有时候也翻译成虚引用，你不能通过它访问对象。幻象引用仅仅是提供了一种确保对象被 finalize 以后，做某些事情的机制，比如，通常用来做所谓的 Post-Mortem 清理机制，我在专栏上一讲中介绍的 Java 平台自身 Cleaner 机制等，也有人利用幻象引用监控对象的创建和销毁。

对象的可达性状态：强引用 -> 软引用 -> 弱引用 -(finalize)->幻想引用

这是 Java 定义的不同可达性级别（reachability level），具体如下：

• 强可达（Strongly Reachable），就是当一个对象可以有一个或多个线程可以不通过各种引用访问到的情况。比如，我们新创建一个对象，那么创建它的线程对它就是强可达。

• 软可达（Softly Reachable），就是当我们只能通过软引用才能访问到对象的状态。

• 弱可达（Weakly Reachable），类似前面提到的，就是无法通过强引用或者软引用访问，只能通过弱引用访问时的状态。这是十分临近 finalize 状态的时机，当弱引用被清除的时候，就符合 finalize 的条件了。

• 幻象可达（Phantom Reachable），上面流程图已经很直观了，就是没有强、软、弱引用关联，并且 finalize 过了，只有幻象引用指向这个对象的时候。

• 当然，还有一个最后的状态，就是不可达（unreachable），意味着对象可以被清除了。

判断对象可达性，是 JVM 垃圾收集器决定如何处理对象的一部分考虑。

所有引用类型，都是抽象类 java.lang.ref.Reference 的子类，你可能注意到它提供了 get() 方法：

除了幻象引用（因为 get 永远返回 null），如果对象还没有被销毁，都可以通过 get 方法获取原有对象。这意味着，利用软引用和弱引用，我们可以将访问到的对象，重新指向强引用，也就是人为的改变了对象的可达性状态！这也是为什么我在上面图里有些地方画了双向箭头。

所以，对于软引用、弱引用之类，垃圾收集器可能会存在二次确认的问题，以保证处于弱引用状态的对象，没有改变为强引用。

但是，你觉得这里有没有可能出现什么问题呢？

不错，如果我们错误的保持了强引用（比如，赋值给了 static 变量），那么对象可能就没有机会变回类似弱引用的可达性状态了，就会产生内存泄漏。所以，检查弱引用指向对象是否被垃圾收集，也是诊断是否有特定内存泄漏的一个思路，如果我们的框架使用到弱引用又怀疑有内存泄漏，就可以从这个角度检查。

对象可达性状态的流转

引用队列（ReferenceQueue）的使用

诊断 JVM 引用情况

Reachability Fence 通过底层 API 来达到强引用的效果

 

在Java语言中，除了基本数据类型外，其他的都是指向各类对象的对象引用；Java中根据其生命周期的长短，将引用分为4类。

1 强引用

特点：我们平常典型编码Object obj = new Object()中的obj就是强引用。通过关键字new创建的对象所关联的引用就是强引用。 当JVM内存空间不足，JVM宁愿抛出OutOfMemoryError运行时错误（OOM），使程序异常终止，也不会靠随意回收具有强引用的“存活”对象来解决内存不足的问题。对于一个普通的对象，如果没有其他的引用关系，只要超过了引用的作用域或者显式地将相应（强）引用赋值为 null，就是可以被垃圾收集的了，具体回收时机还是要看垃圾收集策略。

2 软引用

特点：软引用通过SoftReference类实现。 软引用的生命周期比强引用短一些。只有当 JVM 认为内存不足时，才会去试图回收软引用指向的对象：即JVM 会确保在抛出 OutOfMemoryError 之前，清理软引用指向的对象。软引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果软引用所引用的对象被垃圾回收器回收，Java虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中。后续，我们可以调用ReferenceQueue的poll()方法来检查是否有它所关心的对象被回收。如果队列为空，将返回一个null,否则该方法返回队列中前面的一个Reference对象。

应用场景：软引用通常用来实现内存敏感的缓存。如果还有空闲内存，就可以暂时保留缓存，当内存不足时清理掉，这样就保证了使用缓存的同时，不会耗尽内存。

3 弱引用

弱引用通过WeakReference类实现。 弱引用的生命周期比软引用短。在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程，因此不一定会很快回收弱引用的对象。弱引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果弱引用所引用的对象被垃圾回收，Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。

应用场景：弱应用同样可用于内存敏感的缓存。

4 虚引用

特点：虚引用也叫幻象引用，通过PhantomReference类来实现。无法通过虚引用访问对象的任何属性或函数。幻象引用仅仅是提供了一种确保对象被 finalize 以后，做某些事情的机制。如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收。虚引用必须和引用队列 （ReferenceQueue）联合使用。当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会在回收对象的内存之前，把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。

ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue ();

PhantomReference pr = new PhantomReference (object, queue); 

程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用，来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。如果程序发现某个虚引用已经被加入到引用队列，那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取一些程序行动。

应用场景：可用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动，当一个虚引用关联的对象被垃圾收集器回收之前会收到一条系统通知。

 

5 String、StringBuffer、StringBuilder有什么区别

今天我要问你的问题是，理解 Java 的字符串，String、StringBuffer、StringBuilder 有什么区别？

典型回答

String 是 Java 语言非常基础和重要的类，提供了构造和管理字符串的各种基本逻辑。它是典型的 Immutable 类，被声明成为 final class，所有属性也都是 final 的。也由于它的不可变性，类似拼接、裁剪字符串等动作，都会产生新的 String 对象。由于字符串操作的普遍性，所以相关操作的效率往往对应用性能有明显影响。

StringBuffer 是为解决上面提到拼接产生太多中间对象的问题而提供的一个类，我们可以用 append 或者 add 方法，把字符串添加到已有序列的末尾或者指定位置。StringBuffer 本质是一个线程安全的可修改字符序列，它保证了线程安全，也随之带来了额外的性能开销，所以除非有线程安全的需要，不然还是推荐使用它的后继者，也就是 StringBuilder。

StringBuilder 是 Java 1.5 中新增的，在能力上和 StringBuffer 没有本质区别，但是它去掉了线程安全的部分，有效减小了开销，是绝大部分情况下进行字符串拼接的首选。

 

(1) String的创建机理

由于String在Java世界中使用过于频繁，Java为了避免在一个系统中产生大量的String对象，引入了字符串常量池。其运行机制是：创建一个字符串时，首先检查池中是否有值相同的字符串对象，如果有则不需要创建直接从池中刚查找到的对象引用；如果没有则新建字符串对象，返回对象引用，并且将新创建的对象放入池中。但是，通过new方法创建的String对象是不检查字符串池的，而是直接在堆区或栈区创建一个新的对象，也不会把对象放入池中。上述原则只适用于通过直接量给String对象引用赋值的情况。

举例：String str1 = "123"; //通过直接量赋值方式，放入字符串常量池

String str2 = new String(“123”);//通过new方式赋值方式，不放入字符串常量池

注意：String提供了inter()方法。调用该方法时，如果常量池中包括了一个等于此String对象的字符串（由equals方法确定），则返回池中的字符串。否则，将此String对象添加到池中，并且返回此池中对象的引用。

 

(2) String的特性

[A] 不可变。是指String对象一旦生成，则不能再对它进行改变。不可变的主要作用在于当一个对象需要被多线程共享，并且访问频繁时，可以省略同步和锁等待的时间，从而大幅度提高系统性能。不可变模式是一个可以提高多线程程序的性能，降低多线程程序复杂度的设计模式。

[B] 针对常量池的优化。当2个String对象拥有相同的值时，他们只引用常量池中的同一个拷贝。当同一个字符串反复出现时，这个技术可以大幅度节省内存空间。

2 StringBuffer/StringBuilder

StringBuffer和StringBuilder都实现了AbstractStringBuilder抽象类，拥有几乎一致对外提供的调用接口；其底层在内存中的存储方式与String相同，都是以一个有序的字符序列（char类型的数组）进行存储，不同点是StringBuffer/StringBuilder对象的值是可以改变的，并且值改变以后，对象引用不会发生改变;两者对象在构造过程中，首先按照默认大小申请一个字符数组，由于会不断加入新数据，当超过默认大小后，会创建一个更大的数组，并将原先的数组内容复制过来，再丢弃旧的数组。因此，对于较大对象的扩容会涉及大量的内存复制操作，如果能够预先评估大小，可提升性能。

唯一需要注意的是：StringBuffer是线程安全的，但是StringBuilder是线程不安全的。可参看Java标准类库的源代码，StringBuffer类中方法定义前面都会有synchronize关键字。为此，StringBuffer的性能要远低于StringBuilder。

3 应用场景

[A]在字符串内容不经常发生变化的业务场景优先使用String类。例如：常量声明、少量的字符串拼接操作等。如果有大量的字符串内容拼接，避免使用String与String之间的“+”操作，因为这样会产生大量无用的中间对象，耗费空间且执行效率低下（新建对象、回收对象花费大量时间）。

[B]在频繁进行字符串的运算（如拼接、替换、删除等），并且运行在多线程环境下，建议使用StringBuffer，例如XML解析、HTTP参数解析与封装。

[C]在频繁进行字符串的运算（如拼接、替换、删除等），并且运行在单线程环境下，建议使用StringBuilder，例如SQL语句拼装、JSON封装等。

字符串的设计与实现考量

字符串缓存 intern()方法，由永久代移到堆中。

String 的演化，Java 9 中底层把 char 数组换成了 byte 数组，占用更少的空间

getBytes()方法指定字符编码

参考: 几张图轻松理解String.intern()

 

6 动态代理是基于什么原理

 

典型回答

反射机制是 Java 语言提供的一种基础功能，赋予程序在运行时自省（introspect，官方用语）的能力。通过反射我们可以直接操作类或者对象，比如获取某个对象的类定义，获取类声明的属性和方法，调用方法或者构造对象，甚至可以运行时修改类定义。

动态代理是一种方便运行时动态构建代理、动态处理代理方法调用的机制，很多场景都是利用类似机制做到的，比如用来包装 RPC 调用、面向切面的编程（AOP）。

实现动态代理的方式很多，比如 JDK 自身提供的动态代理，就是主要利用了上面提到的反射机制。还有其他的实现方式，比如利用传说中更高性能的字节码操作机制，类似 ASM、cglib（基于 ASM）、Javassist 等。

1 关于反射

反射最大的作用之一就在于我们可以不在编译时知道某个对象的类型，而在运行时通过提供完整的”包名+类名.class”得到。注意：不是在编译时，而是在运行时。

功能：

•在运行时能判断任意一个对象所属的类。

•在运行时能构造任意一个类的对象。

•在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法。

•在运行时调用任意一个对象的方法。

说大白话就是，利用Java反射机制我们可以加载一个运行时才得知名称的class，获悉其构造方法，并生成其对象实体，能对其fields设值并唤起其methods。

应用场景：

反射技术常用在各类通用框架开发中。因为为了保证框架的通用性，需要根据配置文件加载不同的对象或类，并调用不同的方法，这个时候就会用到反射——运行时动态加载需要加载的对象。

特点：

由于反射会额外消耗一定的系统资源，因此如果不需要动态地创建一个对象，那么就不需要用反射。另外，反射调用方法时可以忽略权限检查，因此可能会破坏封装性而导致安全问题。

2 动态代理

为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。在某些情况下，一个对象不适合或者不能直接引用另一个对象，而代理对象可以在两者之间起到中介的作用（可类比房屋中介，房东委托中介销售房屋、签订合同等）。

所谓动态代理，就是实现阶段不用关心代理谁，而是在运行阶段才指定代理哪个一个对象（不确定性）。如果是自己写代理类的方式就是静态代理（确定性）。

组成要素：

(动态)代理模式主要涉及三个要素：

其一：抽象类接口

其二：被代理类（具体实现抽象接口的类）

其三：动态代理类：实际调用被代理类的方法和属性的类

实现方式:

实现动态代理的方式很多，比如 JDK 自身提供的动态代理，就是主要利用了反射机制。还有其他的实现方式，比如利用字节码操作机制，类似 ASM、CGLIB（基于 ASM）、Javassist 等。

举例，常可采用的JDK提供的动态代理接口InvocationHandler来实现动态代理类。其中invoke方法是该接口定义必须实现的，它完成对真实方法的调用。通过InvocationHandler接口，所有方法都由该Handler来进行处理，即所有被代理的方法都由InvocationHandler接管实际的处理任务。此外，我们常可以在invoke方法实现中增加自定义的逻辑实现，实现对被代理类的业务逻辑无侵入。

反射原理

动态代理分类：JDK动态代理原理，cglib动态代理原理

优缺点，适用场景

 

7 int和Integer有什么区别

int 和 Integer 有什么区别？谈谈 Integer 的值缓存范围。

典型回答

int 是我们常说的整形数字，是 Java 的 8 个原始数据类型（Primitive Types，boolean、byte 、short、char、int、float、double、long）之一。Java 语言虽然号称一切都是对象，但原始数据类型是例外。

Integer 是 int 对应的包装类，它有一个 int 类型的字段存储数据，并且提供了基本操作，比如数学运算、int 和字符串之间转换等。在 Java 5 中，引入了自动装箱和自动拆箱功能（boxing/unboxing），Java 可以根据上下文，自动进行转换，极大地简化了相关编程。

关于 Integer 的值缓存，这涉及 Java 5 中另一个改进。构建 Integer 对象的传统方式是直接调用构造器，直接 new 一个对象。但是根据实践，我们发现大部分数据操作都是集中在有限的、较小的数值范围，因而，在 Java 5 中新增了静态工厂方法 valueOf，在调用它的时候会利用一个缓存机制，带来了明显的性能改进。按照 Javadoc，这个值默认缓存是 -128 到 127 之间。

基本类型和包装类型

包装类型的缓存

自动装箱实际上算是一种语法糖。什么是语法糖？可以简单理解为 Java 平台为我们自动进行了一些转换，保证不同的写法在运行时等价，它们发生在编译阶段，也就是生成的字节码是一致的。

像前面提到的整数，javac 替我们自动把装箱转换为 Integer.valueOf()，把拆箱替换为 Integer.intValue()，这似乎这也顺道回答了另一个问题，既然调用的是 Integer.valueOf，自然能够得到缓存的好处啊。

适应场景，性能影响

 

对象由三部分组成，对象头，对象实例，对齐填充。

其中对象头一般是十六个字节，包括两部分，第一部分有哈希码，锁状态标志，线程持有的锁，偏向线程id，gc分代年龄等。第二部分是类型指针，也就是对象指向它的类元数据指针，可以理解，对象指向它的类。

对象实例就是对象存储的真正有效信息，也是程序中定义各种类型的字段包括父类继承的和子类定义的，这部分的存储顺序会被虚拟机和代码中定义的顺序影响（这里问一下，这个被虚拟机影响是不是就是重排序？？如果是的话，我知道的volatile定义的变量不会被重排序应该就是这里不会受虚拟机影响吧？？）。

第三部分对齐填充只是一个类似占位符的作用，因为内存的使用都会被填充为八字节的倍数。

 

注意事项

[1] 基本类型均具有取值范围，在大数*大数的时候，有可能会出现越界的情况。

[2] 基本类型转换时，使用声明的方式。例：long result= 1234567890 * 24 * 365；结果值一定不会是你所期望的那个值，因为1234567890 * 24已经超过了int的范围，如果修改为：long result= 1234567890L * 24 * 365；就正常了。

[3] 慎用基本类型处理货币存储。如采用double常会带来差距，常采用BigDecimal、整型（如果要精确表示分，可将值扩大100倍转化为整型）解决该问题。

[4] 优先使用基本类型。原则上，建议避免无意中的装箱、拆箱行为，尤其是在性能敏感的场合，

[5] 如果有线程安全的计算需要，建议考虑使用类型AtomicInteger、AtomicLong 这样的线程安全类。部分比较宽的基本数据类型，比如 float、double，甚至不能保证更新操作的原子性，可能出现程序读取到只更新了一半数据位的数值。

 

8 对比Vector、ArrayList、LinkedList有何区别

典型回答

这三者都是实现集合框架中的 List，也就是所谓的有序集合，因此具体功能也比较近似，比如都提供按照位置进行定位、添加或者删除的操作，都提供迭代器以遍历其内容等。但因为具体的设计区别，在行为、性能、线程安全等方面，表现又有很大不同。

Vector 是 Java 早期提供的线程安全的动态数组，如果不需要线程安全，并不建议选择，毕竟同步是有额外开销的。Vector 内部是使用对象数组来保存数据，可以根据需要自动的增加容量，当数组已满时，会创建新的数组，并拷贝原有数组数据。

ArrayList 是应用更加广泛的动态数组实现，它本身不是线程安全的，所以性能要好很多。与 Vector 近似，ArrayList 也是可以根据需要调整容量，不过两者的调整逻辑有所区别，Vector 在扩容时会提高 1 倍，而 ArrayList 则是增加 50%。

LinkedList 顾名思义是 Java 提供的双向链表，所以它不需要像上面两种那样调整容量，它也不是线程安全的。

考点分析

一般来说，也可以补充一下不同容器类型适合的场景：

• Vector 和 ArrayList 作为动态数组，其内部元素以数组形式顺序存储的，所以非常适合随机访问的场合。除了尾部插入和删除元素，往往性能会相对较差，比如我们在中间位置插入一个元素，需要移动后续所有元素。

• 而 LinkedList 进行节点插入、删除却要高效得多，但是随机访问性能则要比动态数组慢。

所以，在应用开发中，如果事先可以估计到，应用操作是偏向于插入、删除，还是随机访问较多，就可以针对性的进行选择。这也是面试最常见的一个考察角度，给定一个场景，选择适合的数据结构，所以对于这种典型选择一定要掌握清楚。

Vector、ArrayList、LinkedList均为线型的数据结构，但是从实现方式与应用场景中又存在差别。

1 底层实现方式

ArrayList内部用数组来实现；LinkedList内部采用双向链表实现；Vector内部用数组实现。

2 读写机制

ArrayList在执行插入元素是超过当前数组预定义的最大值时，数组需要扩容，扩容过程需要调用底层System.arraycopy()方法进行大量的数组复制操作；在删除元素时并不会减少数组的容量（如果需要缩小数组容量，可以调用trimToSize()方法）；在查找元素时要遍历数组，对于非null的元素采取equals的方式寻找。

LinkedList在插入元素时，须创建一个新的Entry对象，并更新相应元素的前后元素的引用；在查找元素时，需遍历链表；在删除元素时，要遍历链表，找到要删除的元素，然后从链表上将此元素删除即可。

Vector与ArrayList仅在插入元素时容量扩充机制不一致。对于Vector，默认创建一个大小为10的Object数组，并将capacityIncrement设置为0；当插入元素数组大小不够时，如果capacityIncrement大于0，则将Object数组的大小扩大为现有size+capacityIncrement；如果capacityIncrement<=0,则将Object数组的大小扩大为现有大小的2倍。

3 读写效率

ArrayList对元素的增加和删除都会引起数组的内存分配空间动态发生变化。因此，对其进行插入和删除速度较慢，但检索速度很快。

LinkedList由于基于链表方式存放数据，增加和删除元素的速度较快，但是检索速度较慢。

4 线程安全性

ArrayList、LinkedList为非线程安全；Vector是基于synchronized实现的线程安全的ArrayList。

我们可以看到 Java 的集合框架，Collection 接口是所有集合的根，然后扩展开提供了三大类集合，分别是：

* List，也就是我们前面介绍最多的有序集合，它提供了方便的访问、插入、删除等操作。

* Set，Set 是不允许重复元素的，这是和 List 最明显的区别，也就是不存在两个对象 equals 返回 true。我们在日常开发中有很多需要保证元素唯一性的场合。

* Queue/Deque，则是 Java 提供的标准队列结构的实现，除了集合的基本功能，它还支持类似先入先出（FIFO， First-in-First-Out）或者后入先出（LIFO，Last-In-First-Out）等特定行为。这里不包括 BlockingQueue，因为通常是并发编程场合，所以被放置在并发包里。

集合：就像是一种容器。用于存储、获取、操作对象的容器。

1. 数组的弊端

①数组的长度不可变     ②数组没有提供可以查看有效元素个数的方法

 

2. 集合的特点

①集合的长度是可变的

②集合可以存储任意类型的对象

③集合只能存储对象

3. 集合框架

java.util.Collection : 集合层次的根接口

    |--- java.util.List: 有序的，可以重复的。

        |--- ArrayList: 采用数组结构存储元素。 查询操作多时选择

        |--- LinkedList: 采用链表结构存储元素。 增删操作多时选择

        |--- Vector:

    |--- java.util.Set: 无序的，不允许重复。

        |--- HashSet : 是 Set 接口的典型实现类。

            判断元素是否存在的依据是：先比较 hashCode 值，若 hashCode 存在，再通过 equals() 比较内容

                                     若 hashCode 值不存在，则直接存储

 

            注意：重写 hashCode 和 equals 二者需要保持一致！

            |--- LinkedHashSet: 相较于 HashSet 多了链表维护元素的顺序。遍历效率高于 HashSet ， 增删效率低于 HashSet

        |--- TreeSet : 拥有自己排序方式

            |-- 自然排序（Comparable）：

                ①需要添加 TreeSet 集合中对象的类实现  Comparable 接口

                ②实现 compareTo(Object o) 方法

            |-- 定制排序（Comparator）

                ①创建一个类实现 Comparator 接口

                ②实现 compare(Object o1, Object o2) 方法

                ③将该实现类的实例作为参数传递给 TreeSet 的构造器       

Collection 各种类的实现原理，使用场景

List 的各种实现，Set 的各种实现，Queue的各种实现

理解Java提供的各种排序算法 Collections.sort() Arrays.sort()

 

9 对比Hashtable、HashMap、TreeMap有什么不同

典型回答

Hashtable、HashMap、TreeMap 都是最常见的一些 Map 实现，是以键值对的形式存储和操作数据的容器类型。

Hashtable 是早期 Java 类库提供的一个哈希表实现，本身是同步的，不支持 null 键和值，由于同步导致的性能开销，所以已经很少被推荐使用。

HashMap 是应用更加广泛的哈希表实现，行为上大致上与 HashTable 一致，主要区别在于 HashMap 不是同步的，支持 null 键和值等。通常情况下，HashMap 进行 put 或者 get 操作，可以达到常数时间的性能，所以它是绝大部分利用键值对存取场景的首选，比如，实现一个用户 ID 和用户信息对应的运行时存储结构。

TreeMap 则是基于红黑树的一种提供顺序访问的 Map，和 HashMap 不同，它的 get、put、remove 之类操作都是 O（log(n)）的时间复杂度，具体顺序可以由指定的 Comparator 来决定，或者根据键的自然顺序来判断。

 

Hashtable 比较特别，作为类似 Vector、Stack 的早期集合相关类型，它是扩展了 Dictionary 类的，类结构上与 HashMap 之类明显不同。

HashMap 等其他 Map 实现则是都扩展了 AbstractMap，里面包含了通用方法抽象。不同 Map 的用途，从类图结构就能体现出来，设计目的已经体现在不同接口上。

大部分使用 Map 的场景，通常就是放入、访问或者删除，而对顺序没有特别要求，HashMap 在这种情况下基本是最好的选择。HashMap 的性能表现非常依赖于哈希码的有效性，请务必掌握 hashCode 和 equals 的一些基本约定，比如：

* equals 相等，hashCode 一定要相等。

* 重写了 hashCode 也要重写 equals。

* hashCode 需要保持一致性，状态改变返回的哈希值仍然要一致。

* equals 的对称、反射、传递等特性。

 

• HashMap 实现原理，源码分析

首先，我们来一起看看 HashMap 内部的结构，它可以看作是数组（Node[] table）和链表结合组成的复合结构，数组被分为一个个桶（bucket），通过哈希值决定了键值对在这个数组的寻址；哈希值相同的键值对，则以链表形式存储，你可以参考下面的示意图。这里需要注意的是，如果链表大小超过阈值（TREEIFY_THRESHOLD, 8），图中的链表就会被改造为树形结构。

Java 8 HashMap 中的树化

容量和负载因子

解决哈希冲突的方法

Hashtable、HashMap、TreeMap心得

（1）    元素特性

HashTable中的key、value都不能为null；HashMap中的key、value可以为null，很显然只能有一个key为null的键值对，但是允许有多个值为null的键值对；TreeMap中当未实现 Comparator 接口时，key 不可以为null；当实现 Comparator 接口时，若未对null情况进行判断，则key不可以为null，反之亦然。

 

（2）顺序特性

HashTable、HashMap具有无序特性。TreeMap是利用红黑树来实现的（树中的每个节点的值，都会大于或等于它的左子树种的所有节点的值，并且小于或等于它的右子树中的所有节点的值），实现了SortMap接口，能够对保存的记录根据键进行排序。所以一般需要排序的情况下是选择TreeMap来进行，默认为升序排序方式（深度优先搜索），可自定义实现Comparator接口实现排序方式。

 

（3）初始化与增长方式

初始化时：HashTable在不指定容量的情况下的默认容量为11，且不要求底层数组的容量一定要为2的整数次幂；HashMap默认容量为16，且要求容量一定为2的整数次幂。

扩容时：Hashtable将容量变为原来的2倍加1；HashMap扩容将容量变为原来的2倍。

 

（4）线程安全性

HashTable其方法函数都是同步的（采用synchronized修饰），不会出现两个线程同时对数据进行操作的情况，因此保证了线程安全性。也正因为如此，在多线程运行环境下效率表现非常低下。因为当一个线程访问HashTable的同步方法时，其他线程也访问同步方法就会进入阻塞状态。比如当一个线程在添加数据时候，另外一个线程即使执行获取其他数据的操作也必须被阻塞，大大降低了程序的运行效率，在新版本中已被废弃，不推荐使用。

HashMap不支持线程的同步，即任一时刻可以有多个线程同时写HashMap;可能会导致数据的不一致。如果需要同步（1）可以用 Collections的synchronizedMap方法；（2）使用ConcurrentHashMap类，相较于HashTable锁住的是对象整体， ConcurrentHashMap基于lock实现锁分段技术。首先将Map存放的数据分成一段一段的存储方式，然后给每一段数据分配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段的数据时，其他段的数据也能被其他线程访问。ConcurrentHashMap不仅保证了多线程运行环境下的数据访问安全性，而且性能上有长足的提升。

 

(5)一段话HashMap

HashMap基于哈希思想，实现对数据的读写。当我们将键值对传递给put()方法时，它调用键对象的hashCode()方法来计算hashcode，让后找到bucket位置来储存值对象。当获取对象时，通过键对象的equals()方法找到正确的键值对，然后返回值对象。HashMap使用链表来解决碰撞问题，当发生碰撞了，对象将会储存在链表的下一个节点中。 HashMap在每个链表节点中储存键值对对象。当两个不同的键对象的hashcode相同时，它们会储存在同一个bucket位置的链表中，可通过键对象的equals()方法用来找到键值对。如果链表大小超过阈值（TREEIFY_THRESHOLD, 8），链表就会被改造为树形结构。