java面经1

String, StringBuffer, StringBuilder区别

第一点是可变性。String不可变，String Buffer和StringBuider可变。这是因为String被final修饰，每次操作都生成新的对象。StringBuffer和StringBuilder的父类AbstractStringBuilder没有被final修饰。

第二点是线程安全。String和StringBuffer是线程安全的，因为String被final修饰，StringBuffer所有的方法都用了synchronized。StringBuilder是线程不安全的。因此单线程时使用StringBuilder，性能较好，多线程时使用StringBuffer，线程安全。

为什么静态方法不能调用非静态方法和变量？

静态方法是属于类，在类加载时就会分配内存，可以通过类名去直接访问。

非静态成员属于类的对象，只有该对象实例化之后才存在，通过类的对象去访问。

异常类型

Throwable下面有两个直接子类，Error和Exception。

Error是严重的系统错误，无法被应用程序捕获和处理，例如内存溢出或者堆栈溢出。

Exception的子类有RuntimeException和其他Exception。

RuntimeException通常不需要在方法的声明中显式地捕获或声明抛出，例如空指针异常，算数异常等等。

其他Exception也称Checked Exception，这些异常通常需要在方法的声明中显式地捕获或声明抛出，例如IOException，SQLException等等。

捕获:  try...catch，一般用在调用处，能让代码继续往下运行。

抛出: throw throws，在方法中，出现异常了，方法就没有继续运行下去的意义了，采取抛出处理让该方法结束运行并告诉调用者出现了问题。

字节流与字符流区别？

适用场景：字符流适合文本文件，字节流适合图片视频音频。因为字符流能自动处理文件编码，确保正确解析文件中的字符，并且字符流读取非文本文件时，可能会将某些特定的字节序列视为文件的结尾，导致数据丢失。

缓冲：字节流不使用缓冲，字符流将频繁访问的资源放入内存。

字节流是InputStream、OutputStream。字符流是Reader、Writer。

ArrayList扩容机制

ArrayList每次扩容是原来的1.5倍。因为扩容时，会将老数组中的元素重新拷贝一份到新的数组中，因此扩容代价比较高，我们要尽量避免数组扩容，尽可能地在创建ArrayList对象时指定其容量。

是否线程安全？如何线程安全地操作ArrayList？

ArrayList线程安全的操作方法

• Vector。List list = new ArrayList()，替换为List arrayList = new Vector<>()。使用了synchronized关键字，效率较低。

• JUC中的CopyOnWriteArrayList。CopyOnWriteArrayList list =new CopyOnWriteArrayList() 。写数据时将原来array复制到新的array，修改后，将引用指向新数组，任何可变的操作（add、set、remove等）都通过ReentrantLock 控制并发，读数据时不用加锁，适用于读多写少的并发场景。

• Collections.synchronizedList(list)。方法都加了synchronized修饰。加锁的对象是当前SynchronizedCollection实例，适用于将现有的非线程安全的 List 转换为线程安全的情况。

LinkedList线程安全的操作方法

JUC中的ConcurrentLinkedQueue和Collections.synchronizedList(List)。

HashMap、TreeMap、LinkedHashMap的区别？

相同点

• 都属于Map；
  • Map 主要用于存储键(key)值(value)对，根据键得到值，因此键不允许键重复，但允许值重复。
• 都是线程不安全的

不同点

JDK7与JDK8的HashMap区别

HashMap为什么线程不安全？

为什么HashMap会出现死循环

• HashMap死循环只发生在JDK1.7版本中主要原因:头插法 +链表 +多线程并发 +扩容累加到一起就会形成死循环。
• 多线程下:建议采用ConcurrentHashMap替代。
• JDK1.8中，HashMap改成尾插法，解决了链表死循环的问题。

HashMap系列--保证线程安全的方法

线程安全Map的三种方法

HashTable，Map map = new Hashtable<>()，synchronized修饰get/put方法，性能差。

Collections.synchronizedMap，Map map =Collections.synchronizedMap(new HashMap())，所有方法都使用synchronized修饰，性能差。

 JUC中的ConcurrentHashMap，Map map = new ConcurrentHashMap<>()，每次只给一个桶（数组项）加锁，性能好。

ConcurrentHashMap的原理

JDK8原理概述

JDK8中ConcurrentHashMap结构基本上和HashMap一样，采用了HashMap（数组 + 链表 + 红黑树） + synchronized + CAS + node 的实现方式来设计。读操作使用volatile，写操作使用synchronized 和CAS。

CAS：在判断数组中当前位置为null的时候，使用CAS把这个新的Node写入数组中对应的位置。

synchronized ：当数组中的指定位置不为空时，通过加锁来添加这个节点进入数组或者红黑树。

JDK8中采用的是Node（放弃了Segment，一个Node对应一个桶）。Node：保存key，value及key的hash值的数据结构。其中value和next都用volatile修饰，保证并发的可见性。

class Nodeimplements Map.Entry {
    final int hash;
    final K key;
    volatile V val;
    volatile Node next;
    
    //... 省略部分代码
}

 

JDK7原理概述

在JDK1.7中ConcurrentHashMap采用了HashMap + ReentrantLock + Segment的方式实现。

ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment，它类似于HashMap的结构，即：内部拥有一个Entry数组，数组中的每个元素又是一个链表，同时又是一个ReentrantLock（Segment继承了ReentrantLock）。

ConcurrentHashMap使用分段锁技术，将数据分成一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问，能够实现真正的并发访问。

ConcurrentHashMap的内部结构图

JDK 7中的ConcurrentHashMap使用分段锁实现并发控制，每个段内部有独立的锁和哈希表。JDK 8中的ConcurrentHashMap摒弃了Segment概念，引入了分段锁和锁分段技术，将哈希表分成多个区块，每个区块可以独立访问。JDK 8还引入了CAS操作和volatile关键字来实现更高效的并发控制。

HashMap的底层原理

HashMap 是 Java 中常用的数据结构，用于存储键值对。它的底层原理是基于哈希表（Hash Table）。

在 HashMap 内部，它使用一个数组（Array）来存储数据。当我们将键值对存储到 HashMap 中时，HashMap 首先会根据键的哈希码（hash code）计算出在数组中的索引位置。哈希码是根据键的对象生成的一个整数值，用于快速定位该键值对在数组中的位置。

当多个键通过哈希函数计算得到相同的索引位置时，就发生了哈希碰撞（hash collision）。为了解决碰撞问题，HashMap 使用链表（Linked List）或红黑树（Red-Black Tree）来存储具有相同索引位置的键值对。链表适用于碰撞较少的情况，而红黑树则用于处理碰撞较多的情况，以提高查询效率。

当我们需要从 HashMap 中获取值时，HashMap 会根据键的哈希码找到对应的索引位置，并在链表或红黑树中进行查找。这样，HashMap 可以在平均情况下以接近 O(1) 的时间复杂度实现键值对的存取操作。

需要注意的是，HashMap 的性能取决于哈希函数的质量以及负载因子（load factor）。负载因子是一个衡量哈希表空间利用率的参数，当哈希表中的元素个数达到负载因子与数组长度的乘积时，会触发扩容操作，以保持较低的碰撞概率和较高的性能。

总结来说，HashMap 的底层原理是基于哈希表，利用哈希码和数组索引来存储和获取键值对，并使用链表或红黑树来解决哈希碰撞问题。

hash冲突的4种解决方案？

链地址法

对于相同的哈希值，使用链表进行连接。（HashMap使用此法）

优点

处理冲突简单，无堆积现象。即非同义词决不会发生冲突，因此平均查找长度较短；
适合总数经常变化的情况。（因为拉链法中各链表上的结点空间是动态申请的）
占空间小。装填因子可取α≥1，且结点较大时，拉链法中增加的指针域可忽略不计
删除结点的操作易于实现。只要简单地删去链表上相应的结点即可。

缺点

查询时效率较低。（存储是动态的，查询时跳转需要更多的时间）
在key-value可以预知，以及没有后续增改操作时候，开放定址法性能优于链地址法。
不容易序列化

再哈希法

提供多个哈希函数，如果第一个哈希函数计算出来的key的哈希值冲突了，则使用第二个哈希函数计算key的哈希值。

优点  不易产生聚集

缺点  增加了计算时间

建立公共溢出区

将哈希表分为基本表和溢出表两部分，凡是和基本表发生冲突的元素，一律填入溢出表。

开放定址法

当关键字key的哈希地址p =H（key）出现冲突时，以p为基础，产生另一个哈希地址p1，若p1仍然冲突，再以p为基础，产生另一个哈希地址p2，…，直到找出一个不冲突的哈希地址pi ，将相应元素存入其中。

开放定址法有三种方式：线性探测再散列，线性探测再散列，伪随机探测再散列。

优点：

容易序列化
若可预知数据总数，可以创建完美哈希数列

缺点：

占空间很大。（开放定址法为减少冲突，要求装填因子α较小，故当结点规模较大时会浪费很多空间）
删除节点很麻烦。不能简单地将被删结点的空间置为空，否则将截断在它之后填人散列表的同义词结点的查找路径。这是因为各种开放地址法中，空地址单元(即开放地址)都是查找失败的条件。因此在用开放地址法处理冲突的散列表上执行删除操作，只能在被删结点上做删除标记，而不能真正删除结点。
 

HashMap扩容的原理

扩容时机

• 首次调用put方法时，HashMap会发现table为空然后调用resize方法进行初始化。
• 非首次调用put方法时，若HashMap发现size大于threshold（阈值）（当前数组的大小乘以加载因子的值），则会调用resize方法进行扩容。
• 链表长度大于8 且数组长度小于64 会进行扩容。（链表长度大于8 且数组长度大于等于64，会转化为红黑树）。

resize()扩容过程

• 判断旧数组容量是否已经达到最大（2^30）了，若达到则修改阈值为Integer的最大值（2^31 - 1），以后就不会扩容了。若没达到，则修改数组大小为原来的2倍。
• 以新数组大小创建新的数组，将数据转移到新的数组里。
• 不一定所有的节点都要换位置。比如：原数组大小为16，扩容后为32。若原来有hash值为1和17两个数据，他们对16取余都是1，在同一个桶里；扩容后，1对32取余仍然是1，而17对32取余却成了17，需要换个位置。

SingleDateFormat--线程安全的操作方法(有实例)

 SingleDateFormat线程不安全的原因

SingleDateFormat类内部有个Calendar对象引用，Calendar用于存储日期信息，如果SimpleDateFormat是多个线程之间共享的, 那么多个线程可以同时访问和修改Calendar对象的状态。就会出现线程安全问题。

解决方案

1、每调用一次方法就会创建一个SimpleDateFormat对象，但每调用一次方法就会创建一个SimpleDateFormat对象。

2、方法加synchronized，不过性能差。

3、使用ThreadLocal，这种方式推荐。

4、如果是JDK8的应用，可以使用Instant代替Date，LocalDateTime代替Calendar，DateTimeFormatter（所有字段都是final类型）代替Simpledateformatter。

线程池有哪些参数？

    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler)

1、corePoolSize
线程池的核心线程数
即便是线程池里没有任何任务，也会有corePoolSize个线程在候着等任务。

2、maximumPoolSize
最大线程数。
超过此数量，会触发拒绝策略。

3、keepAliveTime
线程的存活时间。
当线程池里的线程数大于corePoolSize时，如果等了keepAliveTime时长还没有任务可执行，则线程退出。

4、unit
指定keepAliveTime的单位
比如：秒：TimeUnit.SECONDS。

5、workQueue
一个阻塞队列，提交的任务将会被放到这个队列里。

6、threadFactory
线程工厂，用来创建线程
主要是为了给线程起名字，默认工厂的线程名字：pool-1-thread-3。

7、handler
拒绝策略
当线程池里线程被耗尽，且队列也满了的时候会调用。
默认拒绝策略为AbortPolicy。即：不执行此任务，而且抛出一个运行时异常
 

线程池使用步骤？

1:创建一个线程池对象，控制要创建几个线程对象。

2:实现线程，新建一个类实现Runnable或者Callable接口。

3:使用submit或者execute提交线程调用。submit有返回值，返回值是future对象，可以获取执行结果。execute无返回值。

4:使用shutdown方法关闭线程池。

线程池的工作流程

CPU密集与IO密集的场景如何设置线程池参数？

如果任务被阻塞的时间少于执行时间，即这些任务是计算密集型的，则程序所需线程数将随之减少，但最少也不应低于处理器的核心数。核心线程数 = CPU核数 + 1

如果任务被阻塞的时间大于执行时间，即该任务是IO密集型的，我们就需要创建比处理器核心数大几倍数量的线程。例如，如果任务有50%的时间处于阻塞状态，则程序所需线程数为处理器可用核心数的两倍。核心线程数 = CPU核数 * 2 + 1

线程池的阻塞队列(BlockingQueue)

ArrayBlockingQueue

基于数组的FIFO队列；有界；创建时必须指定大小；入队和出队共用一个可重入锁。默认使用非公平锁。

LinkedBlockingQueue

默认大小的LinkedBlockingQueue将导致所有 corePoolSize 线程都忙时新任务在队列中等待。这样，创建的线程不会超过 corePoolSize。（因此，maximumPoolSize 的值也就无效了）。使用无界队列的好处是可以避免任务因为队列满而被拒绝或阻塞，因此当每个任务相互独立且任务数量较大时，适合使用无界队列。

常见线程池种类

FixedThreadPool（固定线程池）

固定线程池是一种固定大小的线程池，其中线程数量是预先指定的。当有新任务提交时，如果线程池中有空闲线程，则立即执行；如果线程池中没有空闲线程，则任务进入等待队列，直到有线程可用。固定线程池适用于需要限制并发线程数量的场景，如服务器请求处理、并发任务数量可预知的情况。

SingleThreadExecutor（单线程池）

单线程池是只有一个工作线程的线程池，所有任务按照顺序执行，每个任务都在前一个任务执行完成后开始执行。适用于需要按照顺序串行执行任务的场景，如消息队列的消费者、数据库事务处理等。

ScheduledThreadPool（定时线程池）

定时线程池用于执行延迟任务或定时任务，可以指定任务的延迟时间或固定的执行间隔。定时线程池会根据任务的执行时间自动调度线程，保证任务按照预定的时间顺序执行。适用于需要定时执行任务的场景，如定时任务调度、定时数据备份等。

CachedThreadPool（缓存线程池）

缓存线程池根据需要创建线程，如果有空闲线程，则复用空闲线程执行任务；如果没有空闲线程，则创建新线程。当线程空闲时间超过指定的时间（例如60秒），则被终止并从线程池中移除。缓存线程池适用于任务数量不确定、任务执行时间短暂、需要快速响应的场景。

进程的三种创建方式

1、继承Thread类的方式进行实现：

定义一个MyThread继承Thread类

在MyThread类中重写run()方法

创建MyThread类对象

启动线程

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("MyThread线程方法执行" + i);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        myThread.start();
    }
}

问题.run()方法和start()的区别

run()：封装线程执行的代码，直接调用，相当于普通方法的调用，并没有开启线程

start()：启动线程；然后由JVM调用此线程的run()方法

2、方式2:实现Runnable接口

定义一个类MyRunnable实现Runnable接口

在MyRunnable类中重写run()方法

创建MyRunnable类的对象

创建Thread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数

启动线程

public class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
for (int i=0;i<10;i++){
    System.out.println("线程方法执行"+i);
}
    }
    public static void main(String[] args) {
        //创建了一个参数对象
        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
        //创建了一个线程对象，并把参数传递给这个线程
        //在线程启动后，执行的就是参数里面的run方法
        Thread thread = new Thread(myRunnable);
        //run方法
        thread.start();
    }
}

3、方式3：Callble和Future（可以获取返回结果）

定义一个类MyCallable实现Callable接口

在MyCallable类中重写call()方法

创建MyCallable类的对象

创建Future的实现类FutureTask对象，把MyCallable对象作为构造方法的参数

创建Thread类的对象，把FutureTask对象作为构造方法的参数

启动线程

public class MyCallable implements Callable {
    @Override
    public String call() throws Exception {
for (int i=0;i<100;i++){
    System.out.println("MyCallable运行次数"+i);
}
        //返回值就是表示线程运行之后的结果
        return "你好";
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        //线程开启之后需要执行里面的call方法
        MyCallable myCallable = new MyCallable();
        //可以获取线程执行完毕之后的结果，也可以作为参数传递给Thread对象
        FutureTask futureTask = new FutureTask(myCallable);
        //创建线程对象
        Thread thread = new Thread(futureTask);
        //开启线程
        thread.start();
 
        try {
            //获取返回结果
            String s = futureTask.get();
            System.out.println(s);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
 
    }
}

调用get方法，就可以获取线程结束之后的结果，必须在线程结束之后才能获取否则只能死等线程

ReentrantLock和synchronized锁

ReentrantLock

 对象实例、类信息、常量、静态变量分别在运行时数据区的哪个位置？

各区域的数据

以JDK8为例：

• 堆：对象实例、String常量池、基本类型常量池
• 方法区：类信息、静态变量
• 虚拟机栈：临时变量（方法内的变量）
• 元空间：类常量池、运行时常量池