文章由来：没有自己的java体系，就是死记硬背面试题目。还是要带着理解去记忆，才能是自己的东西，多问问为什么？

本文借鉴–杨晓峰-java核心技术36讲。

01.为什么使用java？

1.两个特点：跨平台运行/垃圾收集器

• 为什么能跨平台？
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  因为JVM即Java虚拟机，相当于翻译官，JVM来向下关联所有操作系统，他能操作所有操作系统，向上提供统一接口，也就是JavaAPI，程序员只要面向JVM编程，将想要让操作系统做的告诉JVM，它就会去跟操作系统转达。只要面向JVM编程，就可以做到一个程序在所有平台上都能运行。Java语言和平台无关，这就是Java能够跨平台的原因

  jdk：即java语言编写的程序所需的开发工具包。JDK 包含了 JRE，同时还包括 java 源码的编译器 javac、监控工具 jconsole、分析工具 jvisualvm等

  jre：java程序的运行时环境，包含了 java 虚拟机，java基础类库

• 什么是垃圾收集器？
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  释放分配给程序不再使用的对象的内存-因此被命名为“垃圾”，GC处理频繁的是堆
  使得程序员不必担心内存管理问题

02.为什么要比较Exception和Error？

1.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）

2.Exception是基本都是程序的错误,Error是指在JVM自身,系统本身的错误

3.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，
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。

开发注意：

1.勿将异常用于控制流。

2.禁用e.printStackTrace()打印异常 logger.error(各类参数或者对象toString + “_” + e.getMessage(), e)

03.为什么比较final、finally、 finalize？

1.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）。

2.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。

3.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

04.强引用、软引用、弱引用、幻象引用到底是什么？

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 fnalize 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。

05.String、StringBufer、StringBuilder有什么区别？

1. String

(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。

1. 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。

1. StringBufer/StringBuilder

StringBufer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StringBufer/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：

StringBufer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，StringBufer类中方法定义前面都会有synchronize关键字。为
此，StringBufer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StringBufer，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。

06.动态代理是基于什么原理？

1. 反射机制

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felds设值并唤起其methods。获取类声明的属性和方法，调用方法或者构造对象

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。

1. 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）。

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。

1. 运用场景

日志、用户鉴权、全局性异常处理、性能监控，甚至事务处理，AOP

07.int和Integer有什么区别？

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。

08.Vector、ArrayList、LinkedList有何区别？

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。

1. 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。
2. 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。
3. TreeSet支持自然顺序访问，但是添加、删除、包含等操作要相对低效（log(n)时间）。
4. HashSet则是利用哈希算法，理想情况下，如果哈希散列正常，可以提供常数时间的添加、删除、包含等操作，但是它不保证有序。
5. LinkedHashSet，内部构建了一个记录插入顺序的双向链表，因此提供了按照插入顺序遍历的能力，与此同时，也保证了常数时间的添加、删除、包含等操作，这些操作性能略低于HashSet，因为需要维护链表的开销。

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。
需要注意的是：单线程应尽量使用ArrayList，Vector因为同步会有性能损耗；即使在多线程环境下，我们可以利用Collections这个类中为我们提供的synchronizedList(List list)方法返回一个
线程安全的同步列表对象。

09.Hashtable、HashMap、TreeMap有什么不同?

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。

LinkedHashMap和TreeMap都可以保证某种顺序，但二者还是非常不同的。

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。

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源码分析

HashMap内部实现基本点分析。

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。

容量（capcity）和负载系数（load factor）

为什么我们需要在乎容量和负载因子呢？

这是因为容量和负载系数决定了可用的桶的数量，空桶太多会浪费空间，如果使用的太满则会严重影响操作的性能。极端情况下，假设只有一个桶，那么它就退化成了链表，完全不
能提供所谓常数时间存的性能。
既然容量和负载因子这么重要，我们在实践中应该如何选择呢？
如果能够知道HashMap要存取的键值对数量，可以考虑预先设置合适的容量大小。具体数值我们可以根据扩容发生的条件来做简单预估，根据前面的代码分析，我们知道它需要符合

计算条件：负载因子 * 容量 > 元素数量

所以，预先设置的容量需要满足，大于“预估元素数量/负载因子”，同时它是2的幂数，结论已经非常清晰了。
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，(HashMap默认容量为16)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

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

解决哈希冲突的常用方法有：

开放定址法

基本思想是：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，如果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。
再哈希法
这种方法是同时构造多个不同的哈希函数：
Hi=RH1（key） i=1，2，…，k
当哈希地址Hi=RH1（key）发生冲突时，再计算Hi=RH2（key）……，直到冲突不再产生。这种方法不易产生聚集，但增加了计算时间。

链地址法

这种方法的基本思想是将所有哈希地址为i的元素构成一个称为同义词链的单链表，并将单链表的头指针存在哈希表的第i个单元中，因而查找、插入和删除主要在同义词链中进行。链地址法适用
于经常进行插入和删除的情况。
极客时间

建立公共溢出区

这种方法的基本思想是：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。

树化

在JDK1.8中，HashMap做了一些改变：

JDK1.7中，发生哈希碰撞时，将键值对添加到链表头部，JDK1.8是将键值对添加到链表尾部。
JDK1.8中，如果链表的长度超过8，将会将链表转化为红黑树。
容量的初始化：JDK1.7的HashMap在构造时会对容量进行初始化，而JDK1.8是在首次向HashMap总中执行put操作时，对容量进行初始化，也就是说，JDK1.8的HashMap使用了懒汉模式（在使用时才初始化），避免了初始化后却不用的资源浪费。
那为什么要进行树化的改造呢?

主要是为了避免哈希碰撞拒绝服务攻击。

从性能角度来看：解决哈希冲突时使用链表，插入和删除的效率很高，只需O(1)的时间复杂度，但对于查询而言，则需要O(n)的时间负责度。但红黑树的插入，删除，查询的最差时间复杂度为O(logn)。恶意代码可以利用大量数据与服务器交互，比如String的hashcode函数的强度很弱，有人可以很容易的构造出大量hashcode相同的String对象。如果向服务器一次提交数万个hashcode相同的字符串，服务器的查询时间过长，让服务器的CPU被大量占用，当有其他更多的请求时服务器会拒绝服务。而使用红黑树可以将查询时间降低到一定的数量级，可以有效避免哈希碰撞拒绝服务攻击。

10 如何保证集合是线程安全的? ConcurrentHashMap如何实现高效地线程安全

用并发包提供的线程安全容器类，它提供了：
各种并发容器，比如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList。
各种线程安全队列（Queue/Deque），如ArrayBlockingQueue、SynchronousQueue。

如何保证集合是线程安全的

体保证线程安全的方式，包括有从简单的synchronize方式，到基于更加精细化的，比如基于分离锁实现的ConcurrentHashMap等并发实现等。CAS+synchronize

为什么需要ConcurrentHashMap？

Hashtable本身比较低效，因为它的实现基本就是将put、get、size等各种方法加上“synchronized”。简单来说，这就导致了所有并发操作都要竞争同一把锁，一个线程在进行同
步操作时，其他线程只能等待，大大降低了并发操作的效率。
前面已经提过HashMap不是线程安全的，并发情况会导致类似CPU占用100%等一些问题

1.7 ConcurrentHashMap，其实现是基于：分离锁

也就是将内部进行分段（Segment），里面则是HashEntry的数组，和HashMap类似，哈希相同的条目也是以链表形式存放。
HashEntry内部使用volatile的value字段来保证可见性，也利用了不可变对象的机制以改进利用Unsafe提供的底层能力，比如volatile access，去直接完成部分操作，以最优化
性能，毕竟Unsafe中的很多操作都是JVM intrinsic优化过的。
Segment的数量由所谓的concurrentcyLevel决定，默认是16

get操作需要保证的是可见性，

对于put操作，首先是通过二次哈希避免哈希冲突，然后以Unsafe调用方式，直接获取相应的Segment，然后进行线程安全的put操作：

所以，从上面的源码清晰的看出，在进行并发写操作时：

put加锁

通过分段加锁segment，一个hashmap里有若干个segment，每个segment里有若干个桶，桶里存放K-V形式的链表，put数据时通过key哈希得到该元素要添加到的segment，然后
对segment进行加锁，然后在哈希，计算得到给元素要添加到的桶，然后遍历桶中的链表，替换或新增节点到桶中
size
分段计算两次，两次结果相同则返回，否则对所以段加锁重新计算

1.8 ConcurrentHashMap

put CAS 加锁

1.8中不依赖与segment加锁，segment数量与桶数量一致；
首先判断容器是否为空，为空则进行初始化利用volatile的sizeCtl作为互斥手段，如果发现竞争性的初始化，就暂停在那里，等待条件恢复，否则利用CAS设置排他标志
（U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)）;否则重试
对key hash计算得到该key存放的桶位置，判断该桶是否为空，为空则利用CAS设置新节点
否则使用synchronize加锁，遍历桶中数据，替换或新增加点到桶中
最后判断是否需要转为红黑树，转换之前判断是否需要扩容

11 Java提供了哪些IO方式？ NIO如何实现多路复用？

IO

Java IO方式有很多种，基于不同的IO抽象模型和交互方式，可以进行简单区分。

首先，传统的java.io包，它基于流模型实现，提供了我们最熟知的一些IO功能，比如File抽象、输入输出流等。交互方式是同步、阻塞的方式，也就是说，在读取输入流或者写入输
出流时，在读、写动作完成之前，线程会一直阻塞在那里，它们之间的调用是可靠的线性顺序

java.io包的好处是代码比较简单、直观，缺点则是IO效率和扩展性存在局限性，容易成为应用性能的瓶颈。

人们也把java.net下面提供的部分网络API，比如Socket、ServerSocket、HttpURLConnection也归类到同步阻塞IO类库，因为网络通信同样是IO行为。

NIO

在Java 1.4中引入了NIO框架（java.nio包），提供了Channel、Selector、Bufer等新的抽象，可以构建多路复用的、同步非阻塞IO程序，同时提供了更接近操作系统底层
的高性能数据操作方式。

NIO2

在Java 7中，NIO有了进一步的改进，也就是NIO 2，引入了异步非阻塞IO方式，也有很多人叫它AIO（Asynchronous IO）。异步IO操作基于事件和回调机制，可以简单
理解为，应用操作直接返回，而不会阻塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应线程进行后续工作

基本概念

1.区分同步或异步（synchronous/asynchronous）。简单来说，同步是一种可靠的有序运行机制，当我们进行同步操作时，后续的任务是等待当前调用返回，才会进行下一步；
而异步则相反，其他任务不需要等待当前调用返回，通常依靠事件、回调等机制来实现任务间次序关系。

2.区分阻塞与非阻塞（blocking/non-blocking）。在进行阻塞操作时，当前线程会处于阻塞状态，无法从事其他任务，只有当条件就绪才能继续，比如ServerSocket新连接建立
完毕，或数据读取、写入操作完成；而非阻塞则是不管IO操作是否结束，直接返回，相应操作在后台继续处理。
不能一概而论认为同步或阻塞就是低效，具体还要看应用和系统特征。
对于java.io，我们都非常熟悉，我这里就从总体上进行一下总结，如果需要学习更加具体的操作，你可以通过教程等途径完成。总体上，我认为你至少需要理解：

3.IO不仅仅是对文件的操作，网络编程中，比如Socket通信，都是典型的IO操作目标。
输入流、输出流（InputStream/OutputStream）是用于读取或写入字节的，例如操作图片文件。
而Reader/Writer则是用于操作字符，增加了字符编解码等功能，适用于类似从文件中读取或者写入文本信息。本质上计算机操作的都是字节，不管是网络通信还是文件读
取，Reader/Writer相当于构建了应用逻辑和原始数据之间的桥梁。

4.BuferedOutputStream等带缓冲区的实现，可以避免频繁的磁盘读写，进而提高IO处理效率。这种设计利用了缓冲区，将批量数据进行一次操作，但在使用中千万别忘
了fush。

Java NIO概览

1.Bufer，高效的数据容器，除了布尔类型，所有原始数据类型都有相应的Bufer实现。

2.Channel，类似在Linux之类操作系统上看到的文件描述符，是NIO中被用来支持批量式IO操作的一种抽象。通过Socket获取Channel

3.Selector，是NIO实现多路复用的基础，它提供了一种高效的机制，可以检测到注册在Selector上的多个Channel中，是否有Channel处于就绪状态，进而实现了单线程对
多Channel的高效管理。

4.Chartset，提供Unicode字符串定义，NIO也提供了相应的编解码器等，例如，通过下面的方式进行字符串到ByteBufer的转换：
Charset.defaultCharset().encode(“Hello world!”));

由于nio实际上是同步非阻塞io，是一个线程在同步的进行事件处理，当一组事channel处理完毕以后，去检查有没有又可以处理的channel。这也就是同步+非阻塞。

12 Java有几种文件拷贝方式？哪一种最高效？

利用java.io类库，直接为源文件构建一个FileInputStream读取，然后再为目标文件构建一个FileOutputStream，完成写入工作

利用java.nio类库提供的transferTo或transferFrom方法实现

用户态空间（User Space）和内核态空间（Kernel Space），这是操作系统层面的基本概念，操作系统内核、硬件驱动等运行在内核态空间，具有相对高的特
权；而用户态空间，则是给普通应用和服务使用。

13 谈谈接口和抽象类有什么区别？

接口和抽象类是Java面向对象设计的两个基础机制。

接口是对行为的抽象，interface 它是抽象方法的集合，利用接口可以达到API定义和实现分离的目的。接口，不能实例化；不能包含任何非常量成员，任何feld都是隐含着public static
final的意义；同时，没有非静态方法实现，也就是说要么是抽象方法，要么是静态方法。Java标准类库中，定义了非常多的接口，比如java.util.List。

抽象类是不能实例化的类，用abstract关键字修饰class，其目的主要是代码重用。除了不能实例化，形式上和一般的Java类并没有太大区别，可以有一个或者多个抽象方法，也可
以没有抽象方法。抽象类大多用于抽取相关Java类的共用方法实现或者是共同成员变量，然后通过继承的方式达到代码复用的目的。Java标准库中，比如collection框架，很多通用
部分就被抽取成为抽象类，例如java.util.AbstractList。

Java类实现interface使用implements关键词，继承abstract class则是使用extends关键词，我们可以参考Java标准库中的ArrayList。

进行面向对象编程，掌握基本的设计原则是必须的，我今天介绍最通用的部分，也就是所谓的S.O.L.I.D原则。
单一职责（Single Responsibility），类或者对象最好是只有单一职责，在程序设计中如果发现某个类承担着多种义务，可以考虑进行拆分。

开关原则（Open-Close, Open for extension, close for modifcation），设计要对扩展开放，对修改关闭。换句话说，程序设计应保证平滑的扩展性，尽量避免因为新增同
类功能而修改已有实现，这样可以少产出些回归（regression）问题。

里氏替换（Liskov Substitution），这是面向对象的基本要素之一，进行继承关系抽象时，凡是可以用父类或者基类的地方，都可以用子类替换。

接口分离（Interface Segregation），我们在进行类和接口设计时，如果在一个接口里定义了太多方法，其子类很可能面临两难，就是只有部分方法对它是有意义的，这就破坏
了程序的内聚性。

对于这种情况，可以通过拆分成功能单一的多个接口，将行为进行解耦。在未来维护中，如果某个接口设计有变，不会对使用其他接口的子类构成影响。
依赖反转（Dependency Inversion），实体应该依赖于抽象而不是实现。也就是说高层次模块，不应该依赖于低层次模块，而是应该基于抽象。实践这一原则是保证产品代码之
间适当耦合度的法宝。

14 谈谈你知道的设计模式？请手动实现单例模式，Spring等框架中使用了哪些模式？

创建型模式

是对对象创建过程的各种问题和解决方案的总结，包括各种工厂模式（Factory、Abstract Factory）、单例模式（Singleton）、构建器模式（Builder）、原型模
式（ProtoType）。

结构型模式

是针对软件设计结构的总结，关注于类、对象继承、组合方式的实践经验。常见的结构型模式，包括桥接模式（Bridge）、适配器模式（Adapter）、装饰者模式
（Decorator）、代理模式（Proxy）、组合模式（Composite）、外观模式（Facade）、享元模式（Flyweight）等。

行为型模式

是从类或对象之间交互、职责划分等角度总结的模式。比较常见的行为型模式有策略模式（Strategy）、解释器模式（Interpreter）、命令模式（Command）、
观察者模式（Observer）、迭代器模式（Iterator）、模板方法模式（Template Method）、访问者模式（Visitor）。

单例

     private satic Singleton insance = new Singleton();
     public satic Singleton getInsance() {
         return insance;
     }
 }
复制代码

单例2 懒加载

     private satic Singleton insance;
     private Singleton() {
     }
     public satic Singleton getInsance() {
         if (insance == null) {
         insance = new Singleton();
         }
         return insance;
     }
 }
复制代码

单例 加 锁

     private satic volatile Singleton singleton = null;
     private Singleton() {
     }
     public satic Singleton getSingleton() {
         if (singleton == null) { // 尽量避免重复进入同步块
         synchronized(Singleton.class) { // 同步.class，意味着对同步类方法调用
             if (singleton == null) {
             singleton = new Singleton();
             }
            }
         }
     return singleton;
     }
}
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15 synchronized和ReentrantLock有什么区别？有人说synchronized最慢，这话靠谱吗？

synchronized是Java内建的同步机制，它提供了互斥的语义和可见性，当一个线程已经获取当前锁时，其他试图获取的线程只能等待或者阻塞在那里。

ReentrantLock，通常翻译为再入锁，它的语义和synchronized基本相同。再入锁通过代码直接调用lock()方法获取，代码书写也更加灵活。与此同
时，ReentrantLock提供了很多实用的方法，能够实现很多synchronized无法做到的细节控制，比如可以控制fairness，也就是公平性，或者利用定义条件等。但是，编码中也需
要注意，必须要明确调用unlock()方法释放，不然就会一直持有该锁。

ReentrantLock是Lock的实现类，是一个互斥的同步器，在多线程高竞争条件下，

ReentrantLock比synchronized有更加优异的性能表现。

Lock使用起来比较灵活，但是必须有释放锁的配合动作

Lock必须手动获取与释放锁，而synchronized不需要手动释放和开启锁

Lock只适用于代码块锁，而synchronized可用于修饰方法、代码块等

Lock都是基于AQS来实现了。AQS和Condition各自维护了不同的队列

理解什么是线程安全。

如果状态不是共享的，或者不是可修改的，也就不存在线程安全问题

封装：通过封装，我们可以将对象内部状态隐藏、保护起来。

不可变：

线程安全需要保证几个基本特性：

原子性，简单说就是相关操作不会中途被其他线程干扰，一般通过同步机制实现。

可见性，是一个线程修改了某个共享变量，其状态能够立即被其他线程知晓，通常被解释为将线程本地状态反映到主内存上，volatile就是负责保证可见性的。

有序性，是保证线程内串行语义，避免指令重排等

synchronized、ReentrantLock等机制的基本使用与案例。

synchronized (lockObject) { 
  // update object state
}
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lock.lock();
try { 
  // update object state
}
finally {
  lock.unlock(); 
}
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synchronized 底层

synchronized该关键字在编译成class文件后可以看到对应的语句是monitorEnter与monitorExit

synchronized底层原理，跟JVM指令和monitor有关。如果用到了synchronized关键字，在底层编译后的JVM指令中，会有monitorenter和monitorexit两个指令

monitorenter指令执行：

每个对象都有一个关联的monitor，一个对象实例就有一个monitor，一个类的class对象也有一个monitor。如果要对这个对象加锁，那么必须获取这个对象关联的monitor的lock锁

原理：

monitor中有个计数器，默认为0。如果一个线程要获取monitor的锁，会去判断当前计数器是否为0，如果为0，那么可以获得锁，然后对计数器加1。

ReentrantLock底层实现

AQS原理
AQS：AbstractQuenedSynchronizer抽象的队列式同步器。是除了java自带的synchronized关键字之外的锁机制

AQS的核心思想是，如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并将共享资源设置为锁定状态，如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制AQS是用CLH队列锁实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。

CLH（Craig，Landin，and Hagersten）队列是一个虚拟的双向队列，虚拟的双向队列即不存在队列实例，仅存在节点之间的关联关系。
AQS是将每一条请求共享资源的线程封装成一个CLH锁队列的一个结点（Node），来实现锁的分配。

AQS就是基于CLH队列，用volatile修饰共享变量state，线程通过CAS去改变状态符，成功则获取锁成功，失败则进入等待队列，等待被唤醒。

**注意：AQS是自旋锁：**在等待唤醒的时候，经常会使用自旋（while(!cas())）的方式，不停地尝试获取锁，直到被其他线程获取成功

实现了AQS的锁有：自旋锁、互斥锁、读锁写锁、条件产量、信号量、栅栏都是AQS的衍生物

一直在研究JUC方面的。所有的Lock都是基于AQS来实现了。AQS和Condition各自维护了不同的队列，在使用lock和condition的时候，其实就是两个队列的互相移动。如果我们想自定义一个
同步器，可以实现AQS。它提供了获取共享锁和互斥锁的方式，都是基于对state操作而言的。ReentranLock这个是可重入的。其实要弄明白它为啥可重入的呢，咋实现的呢。其实它内部自定
义了同步器Sync，这个又实现了AQS，同时又实现了AOS，而后者就提供了一种互斥锁持有的方式。其实就是每次获取锁的时候，看下当前维护的那个线程和当前请求的线程是否一样，一样就
可重入了。

理解锁膨胀、降级；理解偏斜锁、自旋锁、轻量级锁、重量级锁等概念。

todo 后期完善把

16 synchronized底层如何实现？什么是锁的升级、降级？

synchronized代码块是由一对儿monitorEnter/monitorExit指令实现的，Monitor对象是同步的基本实现单元。 在Java 6之前，Monitor的实现完全是依靠操作系统内部的互斥锁，因为需要进行用户态到内核态的切换，所以同步操作是一个无差别的重量级操作。
现代的（Oracle）JDK中，JVM对此进行了大刀阔斧地改进，提供了三种不同的Monitor实现，也就是常说的三种不同的锁：偏斜锁（Biased Locking）、轻量级锁和重量级锁，大
大改进了其性能。

所谓锁的升级、降级，就是JVM优化synchronized运行的机制，当JVM检测到不同的竞争状况时，会自动切换到适合的锁实现，这种切换就是锁的升级、降级。
当没有竞争出现时，默认会使用偏斜锁。JVM会利用CAS操作（compare and swap），在对象头上的Mark Word部分设置线程ID，以表示这个对象偏向于当前线程，所以并不涉
及真正的互斥锁。这样做的假设是基于在很多应用场景中，大部分对象生命周期中最多会被一个线程锁定，使用偏斜锁可以降低无竞争开销。

如果有另外的线程试图锁定某个已经被偏斜过的对象，JVM就需要撤销（revoke）偏斜锁，并切换到轻量级锁实现。轻量级锁依赖CAS操作Mark Word来试图获取锁，如果重试成
功，就使用普通的轻量级锁；否则，进一步升级为重量级锁。
我注意到有的观点认为Java不会进行锁降级。实际上据我所知，锁降级确实是会发生的，当JVM进入安全点（SafePoint）的时候，会检查是否有闲置的Monitor，然后试图进行降
级。

自旋锁采用让当前线程不停循环体内执行实现，当循环条件被其他线程改变时，才能进入临界区。
由于自旋锁只是将当前线程不停执行循环体，不进行线程状态的改变，所以响应会更快。但当线程不停增加时，性能下降明显。

线程竞争不激烈，并且保持锁的时间段。适合使用自旋锁。
为什么会提出自旋锁，因为互斥锁，在线程的睡眠和唤醒都是复杂而昂贵的操作，需要大量的CPU指令。如果互斥仅仅被锁住是一小段时间，
用来进行线程休眠和唤醒的操作时间比睡眠时间还长，更有可能比不上不断自旋锁上轮询的时间长。

当然自旋锁被持有的时间更长，其他尝试获取自旋锁的线程会一直轮询自旋锁的状态。这将十分浪费CPU。
在单核CPU上，自旋锁是无用，因为当自旋锁尝试获取锁不成功会一直尝试，这会一直占用CPU，其他线程不可能运行，
同时由于其他线程无法运行，所以当前线程无法释放锁。

混合型互斥锁， 在多核系统上起初表现的像自旋锁一样， 如果一个线程不能获取互斥锁， 它不会马上被切换为休眠状态，在一段时间依然无法获取锁，进行睡眠状态。
混合型自旋锁，起初表现的和正常自旋锁一样，如果无法获取互斥锁，它也许会放弃该线程的执行，并允许其他线程执行。

切记，自旋锁只有在多核CPU上有效果，单核毫无效果，只是浪费时间。