java核心技术36讲笔记 - HelloWorld开发者社区

Java-Basic

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。

强引用、软引用、弱引用、幻象引用有什么区别？具体使用场景是什么？

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。 andriod中的图片缓存是软引用的例子.

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。 ThreadLocal中entry的Key是弱引用的例子.

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fnalize以后，做某些事情的机制，比如，通常用来做所谓的PostMortem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。

理解Java的字符串， String、 StringBufer、 StringBuilder有什么区别？

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fnal class，所有属性也都是fnal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。

StringBufer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。 StringBufer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StringBufer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。

String是Immutable类的典型实现，原生的保证了基础线程安全，因为你无法对它内部数据进行任何修改，这种便利甚至体现在拷贝构造函数中，由于不可变， Immutable对象在拷贝时不需要额外复制数据。

为了实现修改字符序列的目的， StringBufer和StringBuilder底层都是利用可修改的（ char， JDK 9以后是byte）数组，二者都继承了AbstractStringBuilder，里面包含了基本操作，区别仅在于最终的方法是否加了synchronized。

谈谈Java反射机制，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。

我们知道Spring AOP支持两种模式的动态代理， JDK Proxy或者cglib，如果我们选择cglib方式，你会发现对接口的依赖被克服了。

cglib动态代理采取的是创建目标类的子类的方式，因为是子类化，我们可以达到近似使用被调用者本身的效果。

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、 foat、 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Math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。

这种缓存机制并不是只有Integer才有，同样存在于其他的一些包装类，比如：

Boolean，缓存了true/false对应实例，确切说，只会返回两个常量实例Boolean.TRUE/FALSE。
Short，同样是缓存了-128到127之间的数值。
Byte，数值有限，所以全部都被缓存。
Character，缓存范围'\u0000' 到 '\u007F'。

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： int 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 foat、 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。

[4].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，创建10万个Java对象和10万个整数的开销可不是一个数量级的，不管是内存使用还是处理速度，光是对象头的空间占用就已经是数量级的差距了。

以我们经常会使用到的计数器实现为例，下面是一个常见的线程安全计数器实现。

class Counter {
    private fnal AtomicLong counter = new AtomicLong();
        public void increase() {
        counter.incrementAndGet();
    }
}

如果利用原始数据类型，可以将其修改为

class CompactCounter {
    private volatile long counter;
    private satic fnal AtomicLongFieldUpdater<CompactCounter> updater = AtomicLongFieldUpdater.newUpdater(CompactCounter.class, "counter");
    public void increase() {
        updater.incrementAndGet(this);
    }
}

Java原始数据类型和引用类型局限性:

前面我谈了非常多的技术细节，最后再从Java平台发展的角度来看看，原始数据类型、对象的局限性和演进。对于Java应用开发者，设计复杂而灵活的类型系统似乎已经习以为常了。但是坦白说，毕竟这种类型系统的设计是源于很多年前的技术决定，现在已经逐渐暴露出了一些副作用，例如：

原始数据类型和Java泛型并不能配合使用这是因为Java的泛型某种程度上可以算作伪泛型，它完全是一种编译期的技巧， Java编译期会自动将类型转换为对应的特定类型，这就决定了使用泛型，必须保证相应类型可以转换为Object。
无法高效地表达数据，也不便于表达复杂的数据结构，比如vector和tuple我们知道Java的对象都是引用类型，如果是一个原始数据类型数组，它在内存里是一段连续的内存，而对象数组则不然，数据存储的是引用，对象往往是分散地存储在堆的不同位置。这种设计虽然带来了极大灵活性，但是也导致了数据操作的低效，尤其是无法充分利用现代CPU缓存机制。

Vector、 ArrayList、 LinkedList有何区别？

典型回答: 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。

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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-FirstOut）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。

今天介绍的这些集合类，都不是线程安全的，对于java.util.concurrent里面的线程安全容器，我在专栏后面会去介绍。但是，并不代表这些集合完全不能支持并发编程的场景，在Collections工具类中，提供了一系列的synchronized方法，比如

static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list)

我们完全可以利用类似方法来实现基本的线程安全集合：

List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());

它的实现，基本就是将每个基本方法，比如get、 set、 add之类，都通过synchronizd添加基本的同步支持，非常简单粗暴，但也非常实用。注意这些方法创建的线程安全集合，都符合迭代时fail-fast行为，当发生意外的并发修改时，尽早抛出ConcurrentModifcationException异常，以避免不可预计的行为。

另外一个经常会被考察到的问题，就是理解Java提供的默认排序算法，具体是什么排序方式以及设计思路等。

这个问题本身就是有点陷阱的意味，因为需要区分是Arrays.sort()还是Collections.sort() （底层是调用Arrays.sort()）；什么数据类型；多大的数据集（太小的数据集，复杂排序是没必要的， Java会直接进行二分插入排序）等。

对于原始数据类型，目前使用的是所谓双轴快速排序（ Dual-Pivot QuickSort），是一种改进的快速排序算法，早期版本是相对传统的快速排序，你可以阅读源码。

而对于对象数据类型，目前则是使用TimSort，思想上也是一种归并和二分插入排序（ binarySort）结合的优化排序算法。 TimSort并不是Java的独创，简单说它的思路是查找

数据集中已经排好序的分区（这里叫run），然后合并这些分区来达到排序的目的。

另外， Java 8引入了并行排序算法（直接使用parallelSort方法），这是为了充分利用现代多核处理器的计算能力，底层实现基于fork-join框架，当处理的数据集比较小的时候，差距不明显，甚至还表现差一点；但是，当数据集增长到数万或百万以上时，提高就非常大了，具体还是取决于处理器和系统环境。

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。

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LinkedHashMap通常提供的是遍历顺序符合插入顺序，它的实现是通过为条目（键值对）维护一个双向链表。注意，通过特定构造函数，我们可以创建反映访问顺序的实例，所谓的put、 get、 compute等，都算作“访问”。

对于TreeMap，它的整体顺序是由键的顺序关系决定的，通过Comparator或Comparable（自然顺序）来决定。

HashMap： 而对于负载因子，我建议：

如果没有特别需求，不要轻易进行更改，因为JDK自身的默认负载因子是非常符合通用场景的需求的。
如果确实需要调整，建议不要设置超过0.75的数值，因为会显著增加冲突，降低HashMap的性能。
如果使用太小的负载因子，按照上面的公式，预设容量值也进行调整，否则可能会导致更加频繁的扩容，增加无谓的开销，本身访问性能也会受影响。

那么，为什么HashMap要树化呢？ 本质上这是个安全问题。因为在元素放置过程中，如果一个对象哈希冲突，都被放置到同一个桶里，则会形成一个链表，我们知道链表查询是线性的，会严重影响存取的性能。而在现实世界，构造哈希冲突的数据并不是非常复杂的事情，恶意代码就可以利用这些数据大量与服务器端交互，导致服务器端CPU大量占用，这就构成了哈希碰撞拒绝服务攻击，国内一线互联网公司就发生过类似攻击事件。

Hashtable、 HashMap、 TreeMap比较： 三者均实现了Map接口，存储的内容是基于key-value的键值对映射，一个映射不能有重复的键，一个键最多只能映射一个值。（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。