Java常见问题总结四
一、ArrayList 和 LinkedList的区别
1. ArrayList底层是基于数组，LinkedList底层是基于链表。
2. 底层数缺结构不同导致适用场景不同，Araylist适合随机查找，LinkedList适合添加、删除。
3. ArrayList和LinkedList都实现了list接口, 但是LinkedList还额外实现了Deque接口，还可以当做双端队列
4. ArrayList需要考虑扩容, LinkedList不需要
5. ArrayList在删除元素时，会将删除元素后全部向前移动，队尾变成null会被垃圾回收机制回收※：ArrayList 的 size 和 Capacity
1. size 表示数组中元素的数量，Capacity 表示数组的容量。
- 当初始化一个长度为10的列表，并向最后一个位置添加元素会报错
2. 只有添加了元素size才会增加，扩容增加的是Capacity。
3. 删除时通过 arraycopy 方法移动元素
arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length)
- src:源数组 srcPos:源数组要复制的起始位置
- dest:目的数组 destPos:目的数组放置的起始位置
- length:复制的长度※：补充ArrayList 和hashMap
ArrayList 扩容机制：直接变成1.5倍。最大扩容到 2^31 次方的大小。
private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
if (s == elementData.length)
// 当长度等于最大值时就会扩容，返回一个新的数组 并抛弃原数组
elementData = grow();
elementData[s] = e;
size = s + 1;
}
-----------------------------------------------------
private int newCapacity(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
// 位运算右移一位相当于直接 /2 这行代码等价于 new = old + old/2
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity <= 0) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return minCapacity;
}
// 最后将新的容量和最大值做对比
return (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE <= 0)? newCapacity : hugeCapacity(minCapacity);
}hashMap的扩容：扩容成原来大小的两倍 当占75%的时候就会开始扩容
final HashMap.Node[] resize() {
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
// 如果当前map需要扩容直接 容量和因子变成double
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1;
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
else {
// 默认无参调用hashMap
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
HashMap.Node[] newTab = (HashMap.Node[])new HashMap.Node[newCap];
table = newTab;
} hashMap的put操作，在1.8版本中引入了红黑树的概念，当长度大于8的时候会转换成红黑树，小于6的时候会转换成链表，其中链表的作用是为了防止hash冲突，将发生碰撞的key存储到连表中
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
HashMap.Node[] tab; HashMap.Node p; int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) // 当前节点没有元素直接new一个
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
HashMap.Node e; K k;
// 存在一个相同node时候会去比较hash
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p; // 取出已存在的node
else if (p instanceof HashMap.TreeNode) // 判断是不是一个树节点
e = ((HashMap.TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
// 当长度大于8就变成红黑树
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { 当有已存在的节点时，新值会覆盖旧值，旧值会返回
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
// 做完插入以后在进行扩容
if (++size > threshold)
resize();
return null;
} 二、threadLocal使用
在每个线程Thread中都有threadLocalMap对象(是threadLocal 的一个内部类)，key 是threadLocal对象是强引用、value就是缓存的值是弱引用。当线程结束完成以后threadLocal就会被GC清除，所以在线程中使用完成以后可以手动的remove掉，否则会造成内存泄露。
public class Node {
// 初始化一个threadLocal, 通过类方法的形式
private ThreadLocal threadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> 0);
private Integer age;
public Integer getAge(){
return this.threadLocal.get();
}
public void setAge(Integer age){
this.threadLocal.set(age);
}
} public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Node node = new Node();
new Thread(() -> {
try{
node.setAge(65);
System.out.println("a线程===>"+node.getAge());
}finally {
threadLocal.remove();
}
}).start();
new Thread(() -> {
try{
node.setAge(48);
System.out.println("b线程===>"+node.getAge());
}finally {
threadLocal.remove();
}
}).start();
}关于threadLocalMap的扩容机制，其机制和hashMap底层的扩容原理是不同的，hashMap采用的是链地址法(数组加链表的形式)，threadLocalMap采用的是开放地址法(冲突的时候会寻找下一个位置是不是有元素，一直找到有空位的地方进行插入)。
三、fast-fail 和 fast-safe机制
fail-fast的字面意思是“快速失败”。当我们在遍历集合元素的时候，经常会使用迭代器，但在迭代器遍历元素的过程中，如果集合的结构被改变的话，就会抛出异常，防止继续遍历。这就是所谓的快速失败机制。它是java集合中的一种错误检测机制。
工作原理 ：迭代器每次执行next方法都会去调用checkForComodification方法，当expectedModcount 和 modCount值不相等的时候就会抛出异常，当删除或者添加元素的时候都会使modCount++所以会出现不相等的情况。
@Override
public void forEachRemaining(Consumer action) {
final int size = ArrayList.this.size;
int i = cursor;
if (i < size) {
final Object[] es = elementData;
if (i >= es.length)
throw new ConcurrentModificationException();
for (; i < size && modCount == expectedModCount; i++)
action.accept(elementAt(es, i));
cursor = i;
lastRet = i - 1;
checkForComodification();
}
}
// 这里是关键
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}fail-safe 当集合的结构被改变的时候，fail-safe机制会在复制原集合的一份数据出来，然后在复制的那份数据遍历。例如copyOnWriteArrayList，缺点是: 开销大。
4. switch 和 if
switch的速度要比 if 判断快。当switch的key是连续的要远比switch的key不连续的执行速度要快。因为连续的switch在字节码层面生成的是 tableswitch，不连续生成的是lookupswitch。
5. try..catch.finally
如果在 try 和 finally中都有return ，会走finally的return方法。
当只在try中return，但是在finally中还对return的变量有操作分为两种情况：
在try 里面进行基本数据类型值的返回，在finally里在对该值进行操作，最终返回的值还是try里面的值。
在try里ruturn一个引用类型的对象，在finally里对该对象进行属性修改，最终返回都对象是finally里修改过的对象。
6.布隆过滤器
其目的是为了防止缓存穿透，本质上是一个二进制的数组。
如何实现一个bit类型的数组，可以通过基本类型进行操作。具体流程是先进行一次hash函数，然后对bit数组长度进行取模操作。
public void test09(){
// 先通过一个hash得到一个值 然后在%上一个bits的长度
int a = 65;
int[] bits = new int[4]; // 每个都是32bit 第一个位置是 0 ~ 31
int index = a / 32; // 确定在第几个桶
int offset = a % 32;
int state = ((bits[index] >> offset) & 1); // 查看某个位置的状态
bits[index] = bits[index] | (1 << offset); // 变成某个位置变成1
bits[index] = bits[index] & ~(1 << offset); // 变成某个位置变成0
}布隆过滤器的也是会存在误判的情况，误判取决于bit数组的长度和hash函数的次数。具体关系如下：
n是样本量，m是位图的长度，p是错误率，v是选取位图的长度，k是哈希函数的次数。
在n确定的情况下，m和p是一个反比例函数图像的关系，m和p的关系如下，算出来的m除8才是bit使用的空间：
在m确定的情况下，p和n是一个二次函数的图像 应选取最低点 ，当k越大就会消耗掉的m越多 则p一定会上升，k和n的关系如下：
真实的错误率为(k和m都是真实的)：
当查询参数 word到来，会经过多个hash函数从而得到多个hash结果值，从而将计算结果所对应的下标值置为1，判断是不是同一个word是需要，所有hash结果相同才会判定为相同。可以通过增加hash函数的数量 和 二进制数组的容量来减少布隆过滤器的误判率。
业务场景中 可以先判断这个数据在不在布隆过滤器(相当于一个白名单或者一个黑名单)中，然后再判断redis缓存，如果没有再判断mysql，然后将查出来的数据更新到redis中。
7. 分布式锁
zk实现分布式锁：用的是临时有序节点。每个客户端连接的时候都会创建一个临时节点，如果自己是最小的就去执行任务，如果不是则监听比自己小1的节点，等待节点的消失。
redis分布式锁：
是通过 Lua 脚本去保证 redis操作的原子性。
加锁核心：
// 如果key不存在直接进行set,会将当前线程号，过期时间等全部set进去。
"if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then " +
"redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
"redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
"return nil; " +
"end; " +
// 如果key存在，并且是当前线程，则进行重入次数+1
"if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then " +
"redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
"redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
"return nil; " +
"end; " +
// 如果key存在value(value就是线程号)不匹配，直接通过pttl命令 返回剩余时间
"return redis.call('pttl', KEYS[1]);",解锁核心：
// 判断当前线程号不一致则忽略，线程号就是value
"if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[3]) == 0) then " +
"return nil;" +
"end; " +
"local counter = redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[3], -1); " +
// 是当前线程就进行减一的操作，因为有可重入的情况，如果大于0，就需要重新设置时间这是重入锁，
// 小于等于0直接删除key进行释放
"if (counter > 0) then " +
"redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]); " +
"return 0; " +
"else " +
"redis.call('del', KEYS[1]); " +
"redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]); " +
"return 1; " +
"end; " +
"return nil;",对于提高容错可以使用redlock。
8、原子类LongAdder 和 LongAccumulator
原子类型的累加器，在高争用的情况下比atomicLong吞吐量要大很多，代价是消耗更大的空间，减少了CAS的重试次数；在低争用的情况下两者相差无几。
1. LongAdder 初值为0的累加器, 是striped64的子类
LongAdder longAdder = new LongAdder();
longAdder.add(2); // +2
longAdder.increment(); // +1
longAdder.sum(); // 多线程不保证准确度
longAdder.sumThenReset(); // 求和并重置为0
longAdder.reset(); // 重置为0
2. LongAccumulator 自定义初值和计算方式的累加器，接收两个参数 [计算方式, 起始值]
LongAccumulator accumulator = new LongAccumulator((x, y) -> x + y, 0);
accumulator.accumulate(1); // +1
accumulator.accumulate(2); // +2
System.out.println(accumulator.get());LongAdder底层的原理是热点分散，类似开多个窗口进行处理，将value值分散到多个数组里，不同线程会命中不同的槽位，各个槽位进行CAS的操作，获取result就是所有槽位值相加 + base。
LongAdder的add时候代码解析：
变量说明：
base：基础值，在没有竞争的情况下直接累加到base，cells扩容后也需要部分累加到base上。
collide：是否还能扩容，false不扩容 true可以扩容。
cellsBusy：初始化/扩容的时候需要获取锁 0 标识无锁，1 标识其他线程已经持有锁了。
getProbe()：得到当前线程的hash值。
CASCellsBusy(): 通过CAS修改 cellsBusy的值。true表示抢锁成功。
public void add(long x) {
Cell[] cs; long b, v; int m; Cell c;
// 只有一个线程的时第一次进来cells为null，casBase做的是自旋锁的比较，如果竞争失败了进行扩容
// base 是基础值, x 是更新值。
if ((cs = cells) != null || !casBase(b = base, b + x)) {
boolean uncontended = true; // 有没有竞争，false代表有竞争产生
// 这里有四个层层递进的判断，当cs 为空，会进行初始化
// 当cs进行了初始化并赋初值后，某个槽位如果为空，则进行初始化一个cell
// 当cs进行了初始化并赋初值，对某个槽位的值CAS竞争失败，会进行扩容
if (cs == null || (m = cs.length - 1) < 0 ||
(c = cs[getProbe() & m]) == null ||
!(uncontended = c.cas(v = c.value, v + x)))
longAccumulate(x, null, uncontended);
}
}在对Cell数组初始化可以分为以下三种情况：
final void longAccumulate(long x, LongBinaryOperator fn,boolean wasUncontended) {
int h; // 值为0需要对线程进行强制初始化
if ((h = getProbe()) == 0) {
ThreadLocalRandom.current(); // 强制初始化
h = getProbe();
wasUncontended = true;
}
boolean collide = false;
done: for (;;) {
Cell[] cs; Cell c; int n; long v;
// cells已经被初始化了，进行某个槽位的争抢
if ((cs = cells) != null && (n = cs.length) > 0) {
// (n - 1) & h 得到了某个坑位值，如果值为null代表cell没有进行初始化
if ((c = cs[(n - 1) & h]) == null) {
if (cellsBusy == 0) { // 如果抢占失败，将collide = false
Cell r = new Cell(x); // 初始化一个cell并赋初值。
if (cellsBusy == 0 && casCellsBusy()) { // 双端校验 高并发就需要这样
try {
Cell[] rs; int m, j;
// cell数组不为空且长度大于0 某个坑位为null 就将当前坑位赋值过去
if ((rs = cells) != null &&
(m = rs.length) > 0 &&
rs[j = (m - 1) & h] == null) {
rs[j] = r;
break done;
}
} finally {
cellsBusy = 0;
}
continue; // Slot is now non-empty
}
}
collide = false;
}
else if (!wasUncontended) // CAS already known to fail
wasUncontended = true; // 跳出来之后在重新获取hash值进行循环
// 某个坑位c再次进行CAS抢锁 如果为成功直接break
else if (c.cas(v = c.value, (fn == null) ? v + x : fn.applyAsLong(v, x)))
break;
else if (n >= NCPU || cells != cs)
collide = false; // 已经到达CPU的上限不会进行扩容
else if (!collide)
collide = true; // 值是false则允许扩容
else if (cellsBusy == 0 && casCellsBusy()) { // 进行扩容的逻辑
try {
if (cells == cs) // 左移相当*2
cells = Arrays.copyOf(cs, n << 1);
} finally {
cellsBusy = 0;
}
collide = false;
continue; // Retry with expanded table
}
h = advanceProbe(h);
}
// cells没有加锁也没有初始化了，尝试加锁并初始化
// cells == cs cs一进来就是null 可以看成 cells==null
else if (cellsBusy == 0 && cells == cs && casCellsBusy()) {
try {
// 进行初始化
if (cells == cs) {
Striped64.Cell[] rs = new Striped64.Cell[2]; // 永远都是二的次幂
rs[h & 1] = new Striped64.Cell(x); // 给每个数组进行赋值 x是1
cells = rs;
break done;
}
} finally {
cellsBusy = 0;
}
}
// 兜底的方法。其他线程正在初始化，多个线程更新base的时候直接break。
// fn是 LongAccumulator 初始化定义的自定义计算方法。
else if (casBase(v = base,(fn == null) ? v + x : fn.applyAsLong(v, x)))
break done;
}
}当sum的代码解析：一句话就是 .
public long sum() {
Cell[] cs = cells;
long sum = base;
if (cs != null) {
for (Striped64.Cell c : cs)
if (c != null)
sum += c.value;
}
return sum;
}