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java基础

HeChuangJun约 4166 字大约 14 分钟

.1. Java特点、实现原理、JVM、JDK、JRE区别、jdk1.8新特性

一门面向对象、跨平台的编程语言

Java编译器将源代码编译成平台无关的字节码文件class，由对应平台的JVM将字节码文件解释成机器码并运行，实现“一次编写，到处运行”

Java Virtual Machine/Java虚拟机，负责运行Java程序
Java运⾏时环境。包括JVM和Java类库
Java Development Kit/java开发工具。包括JRE、编译器javac、文档生成工具Javadoc等

口日lsp
接口(default修饰)默认方法和静态方法
日期时间API：LocalDate/LocalTime/LocalDateTime time = LocalDate/LocalTime/LocalDateTime.now();
Lambda表达式：把函数作为方法参数 简化代码。函数式接口：@FunctionalInterface修饰能缩写成Lambda，如Runnable，Comparator，Callable等。new Thread( () -> print("a") ).start();

Optional类：用于解决空指针异常

Optional<String> optional = Optional.of("a");
optional.isPresent()、get()、orElse("b");//"a"
optional.ifPresent((s) -> print(s));// "b"

Stream API：Lambda表达式操作集合类。对集合做中间操作（filter、map、flatMap、distinct、limit、peek）返回Stream流或终端操作（any/all/noneMatch、collect、count、findAny/First、forEarch、min、max、reduce、toArray、sorted）返回结果

.2. 数据类型、默认值、越界√存储高精度整数、定点数/货币、汉字？√自动/强制类型转换？运算符&&和&区别，计算2x8、Math.round(-1.5/-1.5)，自增/减、计算i=i++，switch表达式？break、continue、this作用、访问控制符范围？final、finally、finalize区别？

datatype.png
datatype.png

整型类型超出表示范围会出现i+1<i、i-1>i√

BigInteger、BigDecimal/int表示分、char（Java用2字节的Unicode编码表示汉字和字母）

自动类型转换：范围小的数据类型赋值给范围大的数据类型，反之则是强制转换

都表示逻辑与运算，只有两边表达式都为true时结果才为true
&&：有短路功能，当第一个表达式为false，则不再计算第二个
&：两个表达式都执行。当两边表达式不是Boolean类型表示按位运算

2<<3。位运算，左移3位等价于乘以2^3

2/-1等价于Math.floor(x+0.5)加0.5后向下取整

++/--i，先自增/减，再赋值；i++/--相反

i不变，因为自增运算用临时变量接收i值再自增，等价于int temp = i;i++;i = temp;

byte、short、int、char、enum枚举、String

break结束循环，continue跳过本次循环执行下次循环

代表对象本身。引用对象本身；区分重名参数和成员变量；调用本类构造函数

private本类，default同包、protected同包和子类，public所有

final修饰符，修饰类/方法/变量不能被继承/重写/修改且声明时必须初始化。不可变指变量的引用不可变，引用指向的内容的可变
finally：无论（try）是否抛出异常，finally代码都会执行。除了finally中抛出异常或System.exit()退出程序，用于释放资源(I/O)
finalize：Object类的方法，在垃圾回收前调用一次。finalize中强引用对象能避免垃圾回收。不推荐用于管理对象生命周期

.3. 面向对象OOP特性？概念，和面向过程OPP区别？创建对象方式、初始化过程√深/浅拷贝实现？重载/写区别？√抽象类和接口异同？选用？√成员/局部变量、静态/实例变量/方法区别？

封装：把对象的属性私有化并提供外界访问的方法 安全性高
继承：在已存在的父类定义基础上建立子类的方法
子类能直接使用、重写或者扩展从父类继承来的属性和方法。代码复用，扩展性强，但耦合度增强
多态：引用变量的具体类型和调用的方法在编程时不确定，运行时才确定
子类继承父类并重写父类方法、父类引用指向子类对象；类实现接口并实现接口方法、类引用指向接口；~

面向对象：将事物抽象为对象，用类和对象模拟真实世界的关系和操作
面向过程：按步骤分析问题，用函数实现每个步骤，按顺序调用

关注点：面向对象关注对象及其关系，步骤和过程
数据和函数关系：面向对象将数据和方法封装在对象中，数据和函数分离
扩展性与维护性：面向对象通过~提升扩展性和维护性，较弱
关数矿

//用new关键字
A a = new A(); 
//用Class类的newInstance方法
Class clazz = Class.forName("A"); A a = (A) clazz.newInstance();
//用clone方法
A a2= (A) a.clone();
//用ObjectInputStream类的readObject()方法
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("a.txt"));
oos.writeObject(a);
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("a.txt"));
A a2 = (A) ois.readObject();

父类静态(属性->代码块)->子类 父类非静态(属性->构造代码块)->构造方法->子类

浅拷贝：拷贝对象的基本数据类型变量和引用数据类型变量的地址值，不拷贝引用类型变量指向堆中的对象 实现Cloneable接口并重写Object类的clone方法 性能要求高且不需修改引用对象
深拷贝：完全拷贝对象，包括引用类型变量指向堆中的对象 实现Serializable接口 ObjectInputStream和ObjectOutputStream 对象层次深且需要独立修改引用对象

方法重载overload：同一个类中名称相同、参数类型或个数或顺序不同的方法
方法重写override：父子类中方法名、参数列表、返回值相同、方法体不同的方法
返回值、异常小于等于，少于等于父类；访问修饰符大于等于父类
static、final、private方法，构造器不能被继承，因此不能重写

一狗屎剧
同：包含抽象方法；重写完抽象方法才能创建对象
异：类只能继承一个父类，能实现多个接口
抽象类能定义构造函数、私有、具体方法；接口不能、jdk9+、8+支持

优先选接口，定义子类公共实现时用抽象类

语法：成员变量包括类变量或者实例变量，定义在类中，局部变量定义在方法中
内存存储方式：实例变量存储在堆内存中，类变量存储在方法区，~存储在栈内存
访问修饰符：成员变量能被public、private、static修饰，~不能，都能被final修饰
初始值：成员变量（除final修饰外）没有初始值时有默认值，~没有默认值
生命周期：成员变量随对象存在，局部变量随方法调用消失
鱼类方畜生

静态变量/方法：被static修饰，类级别，内存中只有一个副本/不能访问类的非静态成员变量和方法
实例变量/方法：对象级别，通过对象访问/能访问类的所有成员变量和方法

.4. ==和equals区别？hashcode方法作用？两个对象的hashCode方法相同，equals方法一定为true吗？为什么重写equals方法一定要重写hashCode方法？自动装/拆箱及设计理由？int和Integer区别？√==比较Integer√String转成Integer原理？参数传递时传值还是传引用？

==：基本类型比较数值，引用类型比较内存地址
equals：不重写等价于==，重写后比较两个对象内容是否相等。String、Integer重写了

返回由对象内存地址计算出来的int类型的哈希码，重复率低，用作键值对的键，查询效率高

不一定。因为存在哈希冲突，为了解决哈希冲突问题，判断对象是否相等时要比较键的哈希码和equals方法。如果哈希码相同但equals为false，则两个对象不相等

保证集合能正确地存储和查找对象：不重写时，相同对象可能有不同哈希码，存储在集合不同的位置，导致集合元素重复或者找不到元素

自动装箱：Java编译器将基本数据类型转化为包装类。反之则是自动拆箱

简化代码，因为jdk1.5要手动将基本数据类型转成包装类放入集合中

类型：Integer是引用数据类型，int是基本数据类型
内存存储方式：Integer对象存储在堆内存中，引用保存在栈内存中，~存储在栈内存中
默认值：Integer默认值是null；0
语法：Integer必须实例化才能用；不需要
累累墨鱼

除了Integer i = 127 == Integer j=127，其他都是false
new Integer：Integer引用指向堆中的地址
Integer i = 0 ~java常量池中的对象或者Integer缓存池中的Integer对象-128-127

Integer.parseInt/valueOf(String s)最终调用parseInt(String s, int radix)字符串遍历负值累减，21 = -1 x (-1 + -2 x 10)

基本类型和引用类型参数都是值传递，引用类型传递是对象的引用

.5. String创建方法区别？√特点及设计原因？拼接实现原理？与StringBuilder、StringBuffer区别？√

String str1 = "abc" 在字符串常量池中找abc字符串对象，没有则创建;
String str2 = new String("abc") ~，在堆中创建str2对象，引用指向abc字符串对象

引用类型，不能被继承，类被final修饰，不可变类，字符串内容不可改变，因为底层char数组(jdk1.9+改为byte数组)被final修饰。字符串变量的地址值可以改变

节省内存：字符串值在常量池中不重复创建，只引用已存在的对象
性能优化：字符串不变性保证了hash码的唯一性，允许HashMap缓存HashCode，不必重复计算
安全性：字符串常用作网络URL和文件路径等参数，可变则有安全隐患

String：JDK1.8前拼接结果在常量池中如果不存在，则会生成新对象，大量字符串拼接时浪费内存，后改为StringBuilder的append处理
StringBuilder：用于单线程频繁修改字符串内容，直接修改底层char数组，如拼接、替换，不产生新对象，效率高
StringBuffer：线程安全版StringBuilder，方法加synchronized；效率低

.6. Error和Exception区别？异常处理方式？过程？

Exception.jpg
Exception.jpg

(非)受检异常：编译器(不)会检查且(非)必须处理的异常
Exception中除RuntimeException及其子类之外的异常都是受检异常

Throwable
Error：系统级异常。如内存空间不足、方法调用栈溢出
Exception：能处理的异常
编译期异常Checked Exception
运行时期异常RuntimeException及其子类异常，修改代码解决

方法内异常对象throw；方法上throws抛出多个异常类，抛给调用者处理
try catch捕获异常

catch return-> finally return->try return(catch和finally不影响return变量值)

.7. IO？字节/字符流区别？InputStream不能重复读取原因及解决？√BIO、NIO、AIO区别？(反)序列化？零拷贝？

InputStream/Reader: 字节/字符输入流，所有输入流的基类
OutputStream/Writer: 字节/字符输出流。~出~

类图
IO.jpg
IO.jpg

字节流以字节为单位、字符流以2字节的字符为单位输入输出数据，支持多国语言
音频、图片、歌曲使用字节流，中文文本使用字符流

InputStream的数据源（如网络连接、文件等）可能不支持随机访问。例如网络流读取数据后不能返回

用ByteArrayOutputStream保存字节数据
public class InputStreamCacher {  
    private ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = null;
    public InputStreamCacher(InputStream inputStream) {
        byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();  
        byte[] buffer = new byte[1024];    
        int len;    
        try {  
            while ((len = inputStream.read(buffer)) > -1 ) {    
                byteArrayOutputStream.write(buffer, 0, len);    
            }  
            byteArrayOutputStream.flush();  
        } catch (IOException e) {  
            logger.error(e.getMessage(), e);  
        }    
    }
    public InputStream getInputStream() { 
        return new ByteArrayInputStream(byteArrayOutputStream.toByteArray());  
    }  
}  
InputStreamCacher  cacher = new InputStreamCacher(inputStream);  
InputStream stream = cacher.getInputStream();

BIO：同步阻塞模型。服务器处理I/O请求时，线程会阻塞，直到I/O操作(accept、read、write都会阻塞)完成。实现模式为一个线程处理一个连接，用线程池减少资源消耗。用于连接数较少的场景。基于Socket和ServerSocket
NIO：同步非阻塞模型。通过Selector轮询多个通道Channel，实现非阻塞读取和写入数据(select阻塞，accept、read、write都会不阻塞)。即使I/O操作没有完成，线程也不会阻塞。实现模式为一个线程通过seletor管理多个连接，Selector轮询到有I/O请求时才处理。用于高并发IO的场景。基于SocketChannel和ServerSocketChannel
AIO：异步非阻塞模型。基于事件和回调机制，I/O操作由操作系统异步处理完成后通过回调通知程序。实现模式为CompletionHandler异步回调处理I/O操作。用于连接数较多且连接时间长的场景

序列化Serialization：把对象转为二进制流，反之则是反序列化
场景：将对象保存到文件或者数据库、网络传输等
Serializable接口只是标记，推荐实现，避免有些场景报错
serialVersionUID用于标识类的版本。保证序列化和反序列化时类的一致性。没有指定则根据类信息自动生成。如果没有指定又改了类结构，如增加成员变量，则反序列化失败
序列化不包含transient、static修饰的变量。transient不能修饰类和方法
用ObjectOutputStream和ObjectInputStream、jackson、fastjson序列化

在不修改数据前提下，减少从内核缓冲区到用户缓冲区，再从用户缓冲区到内核缓冲区两次数据CPU拷贝和用户态与内核态的两次切换，直接在内核态完成数据拷贝。减少CPU和内存的使用，提升性能
传统read操作将数据从内核空间的文件缓冲区拷贝到用户空间的缓冲区。write操作将数据从用户空间的缓冲区拷贝回内核空间的socket缓冲区，再通过网络传输。
实现方法
mmap+write(RocketMQ)：mmap将内核中读缓冲区地址与用户空间缓冲区地址进行映射，实现内核缓冲区与用户缓冲区的共享。write函数直接在内核态完成数据拷贝，用于大文件传输，小文件可能出现碎片
sendfile(Kafa)：建立两个文件之间的传输通道。在内核缓冲区和socket缓冲区完成CPU拷贝

.8. 泛型？优点？擦除原因？原理？List泛型区别？

generics java特性，本质参数化类型
编译时检查类型安全；自动类型转换，无需显式转换或使用instanceOf，简化代码
向下兼容
编译时会擦除所有类型信息，运行时不保留类型相关信息
List<? extends T>接受任何继承自T的类型的List
List<? super T>接受任何T的父类构成的List

//泛型类。实例化时要指定具体类型
Generic<Integer> genericInteger = new Generic<Integer>(123456);
public class Generic<T>{
    private T key;
    public Generic(T key) {this.key = key;}
    public T getKey(){return key;}
}
//泛型接口
public interface Generator<T> {
    public T method(T key);
}
class GeneratorImpl<T> implements Generator<String>{
    @Override
    public String method() {}
}
//泛型方法
public static <E> void printArray(E[] inputArray){}
Integer[] intArray = { 1, 2, 3 };
printArray( intArray  );

.9. 注解？

提供元数据的机制，给类、方法、字段、参数等代码元素附加信息
生命周期分类
RetentionPolicy.SOURCE：不写入class文件，给编译器用@Override，lombok注解
~.CLASS：写class文件，运行时不保留
~.RUNTIME：写class文件，反射获取注解信息@Autowired，AOP注解

.10. 反射？优缺点？场景？Class.forName和ClassLoader区别？

允许程序在运行时动态地获取类的信息、调用对象的方法、访问或修改对象的字段和创建对象实例
优点：运行时类型判断，动态加载类，代码灵活
缺点：反射相当于解释操作，性能比直接的代码差

使用Class.forName()通过反射加载数据库的驱动连接数据库
Spring通过XML配置反射装载Bean
Java类解析xml或properties内容，得到对应实体类的字节码字符串以及相关的属性信息
工厂模式通过反射根据全限定类名获得类的Class实例

原理：JVM加载字节码时将类型信息加载到方法区，反射用于获取并操作这些信息
javareflect.png

都将class文件加载到JVM，对类进行解释
Class.forName会执行类中的static块
ClassLoader在newInstance才执行