Java面试题(2)

一、HashMap 和 HashTable 的区别?底层实现是什么?【老题目】

1.区别:

(1)HashMap方法没有synchronized修饰,线程非安全, HashTable线程安全

(2)HashMap允许key 和value 为null,而HashTable不允许

2.HashMap底层实现:数组+链表实现

jdk8开始链表高度达到8、数组长度超过64时,链表转变为红黑树,元素以内部类node节点(链表)存在。

数组干什么用?HashMap存储元素的过程及步骤:

  • 计算key的hash值,根据这个hash值进行二次hash,然后对数组(HashMap里面会维护一个数组)长度取模,对应到数组下标。
  • 如果没有产生hash冲突(如果计算出来的该数组的下标位置没有元素),则直接创建node存入数组,此时没有链表。
  • 如果产生hash冲突(如果计算出来的该数组的下标位置有元素,此时会出现链表),先进行equals比较,如果equals比较相同(key值相同的话,则会覆盖掉原来的value值)则取代该元素。hashcode一样但是equals比较两个对象不相等的话,则判断链表高度插入链表(会维护一个链表),链表越来越长,当链表高度达到8时(链表越长遍历的效率就会越低),并且数组长度达到64则会把链表转变为红黑树(平行二叉树,查询的效率有保障),当数组的长度低于6时则将红黑树转回链表
  • key为null, 存在下标0的位置

数组扩容:跟ArrayList里面的数组扩容是一样的,Java中静态数组new出来的时候就已经固定了长度,HashMap可以一直往里面放入值(小于Int的最大值),数组的长度如果固定是10 ,但是现在需要加入元素,则会出现数组越界。如果使用HashMap的话,基于HashMap底层的扩容因子,就会new一个新的数组,把数组的长度直接变大,把旧的数组里面的元素复制到新的数组里面。

二、ConcurrentHashMap原理,JDK7 和 JDK8版本的区别

ConcurrentHashMap是线程安全的hashMap

JDK7:  (分段锁)

数据结构:ReentrantLock+Segment+HashEntry,一个Segment中包含一个HashEntry数组,每个HashEntry又是一个链表结构(类似hashMap,底层是数组+链表,只是ConcurrentHashMap多了一个Segment,Segment的个数可以由函数指定)

元素查询:二次hash,第一次hash定位到Segment(属于哪一段),第二次hash定位到元素所在的链表的头部(Segment里面由一个数组,找到数组的下标,数组的下标就是链表的头部)

锁:Segment分段锁(计算Key,根据key找到这个Segment是属于哪一段,找到某一段,跟HashTable相比锁的粒度要小一些),Segment继承了ReentrantLock,锁定操作的Segment,其他的Segment不受影响,并发度就是指Segment个数(可以同时接受多少个线程来操作),可以通过构造函数指定,数组扩容不会影响其他的Segment(一般数组扩容是比较消耗性能的,所以ConcurrentHashMap性能比较高)。

读(get方法)的时候不加锁,写的时候需要加锁,不怕读的时候读到脏数据吗?那是因为由volatile来保证的。

ConcurrentHashMap维护了一个node内部类跟LinkedList类似,node里面有一个val变量存储元素,这个val变量是采用了volatile来修饰的,保证可见性。所以get方法不需要加锁。

JDK8:   (jdk8之前synchronized性能不及ReentrantLock,但是在jdk8之后对synchronized做了很大的优化)

数据结构:synchronized+CAS+Node+红黑树,Node的val和next都用volatile修饰,保证可见性

查找、替换、赋值操作都使用CAS,CAS是乐观锁,CAS在很多场景下并发不是很激烈的时候效率比synchronized会更高。

锁:锁链表的head节点,不影响其他元素的读写,锁粒度更细,效率更高,扩容时,阻塞所有的读写操作、并发扩容

读操作无锁:

Node的val和next都用volatile修饰,读写线程对该变量互相可见,保证不会读到脏数据。

数组用volatile修饰,保证扩容时被读线程感知

三、如何实现一个IOC容器

1、配置文件配置包扫描路径

2、递归包扫描获取.class文件

3、反射、确定需要交给IOC管理的类

4、对需要注入的类进行依赖注入

配置文件中指定需要扫描的包路径

定义一些注解,分别表示访问控制层、业务服务层、数据持久层、依赖注入注解、获取配置文件注解

从配置文件中获取需要扫描的包路径,获取到当前路径下的文件信息及文件夹信息,我们将当前路径下所有的.class结尾的文件添加到一个set集合中进行存储

遍历这个set集合,获取在类上有指定注解的类,并将其交给IOC容器,定义一个安全的Map用来存储这些对象

遍历这个IOC容器,获取到每一个类的实例,判断里面是有依赖它的类的实例,然后进行递归注入。

四、什么是字节码,采用字节码的好处是什么?

Java中的编译器与解释器:

Java中引入了虚拟机的概念,既在机器和编译程序之间加入了一层抽象的虚拟的机器。这台虚拟的机器(jvm)在任何平台上都提供给编译程序一个共同的接口。

编译程序只需要面向虚拟机,生成虚拟机能够理解的代码,然后由解释器(有windows版本的、linux版本的)来将虚拟机代码转换为特定系统的机器码执行。在Java中,这种供虚拟机理解的代码叫做字节码(即扩展名为.class的文件),它不面向任务特定的处理器,只面向虚拟机。

每一种平台的解释器(windows与Linux)是不同的,但是实现的虚拟机是相同的。Java源程序经过编译器编译后编程字节码,字节码由虚拟机解释执行,虚拟机将每一条要执行的字节码送给解释器,解释器将其翻译成待定机器上的机器码,然后在特定的机器上运行。这也就是解释了Java的编译与解释并存的特点。

Java源代码-->编译器-->jvm可以执行的Java字节码(即虚拟机指令)-->jvm-->jvm中解释器-->机器可执行的二进制机器码--->程序运行。

采用字节码的好处:(Java跨平台,提高效率)

Java语言通过字节码的方式,在一定程度上解决了传统解释性语言执行效率低的问题,同时又保留了解释型语言可移植的特点。所以Java程序运行时比较高效,而且,由于字节码并不专对一种特定的机器,因此,Java程序无须重新编译便可在多种不同的计算机上运行。

五、Java类加载器

JDK自带有三个类加载器:bootstrap ClassLoader、ExtClassLoader、AppClassLoader.

Bootstrap ClassLoader是ExtClassLoader的父类加载器,默认负责加载%JAVA_HOME%lib下的jar包和class文件。

ExtClassLoader是AppClassLoader的父类加载器,负责加载%JAVA_HOME%lib/ext文件夹下的jar包和class类。

AppClassLoader是自定义类加载器的父类,负责加载classpath下的类文件及引入的jar包。系统类加载器,线程上下文加载器。

继承ClassLoader可以实现自定义类加载器

六、双亲委派模型

main方法是由AppClassLoader来加载的。

双亲委派模型的好处:

  • 主要是为了安全性,避免用户自己编写的类动态替换Java的一些核心类,比如String。
  • 同时也避免了类的重复加载,因为JVM中区分不同类,不仅仅是根据类名,相同的class文件被不同的ClassLoader加载就是不同的两个类。

七、Java中的异常体系

Java中的所有异常都来自顶级父类Throwable。

Throwable下有两个子类Exception和Error。

Error是程序无法处理的错误,一旦出现这个错误,则程序将被迫停止运行。例如内存溢出。

Exception不会导致程序停止,又分为两个部分RunTimeException运行时异常和CheckedException检查异常(语法问题),例如空指针,数组下标越界。某个方法或某个调用出问题。

RunTimeException(运行时异常)常常发生在程序运行过程中,会导致程序当前(调用)线程执行失败,可以处理的异常。

CheckedException常常发生在程序编译过程中,会导致程序编译不通过。

八、GC如何判断对象可以被回收【可达性分析】

  • 引用计数法:每个对象有一个引用计数属性,新增一个引用计数加1,引用释放时计数减1,计数为0时意味着这个对象可以被回收。
  • 可达性分析法:从 GC Roots 开始向下搜索,搜索所走过的路径称为引用链。当一个对象到GC Roots没有任何引用链接相连时,则证明此对象是不可用的,那么虚拟机就判断是可回收对象。
引用计数法的缺点,可能会出现A引用了B,B又引用了A,这时候就算他们都不再使用了,但因为相互引用计数器=1 永远无法被回收。
引用计数法的优点:效率高,只需判断计数器就可以判断这个对象是否可以被回收。

因为引用计数法有缺陷所以有了可达性分析。

GC Roots 的对象有:

  • 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象。(add()方法中  new了一个user对象,那么这个user对象就是GC Roots)
  • 方法去中类静态属性引用的对象
  • 方法区中常量引用的对象
  • 本地方法栈中JNI(即一般说的Native方法)引用的对象

可达性算法中的不可达对象先不是立即死亡,对象拥有一次自我拯救的机会。对象被系统宣告死亡至少要经历两次标记过程:第一次是经可达性分析发现没有GC Roots相连接的引用链,此时会做一个标记,此时是不会立即被回收的,第二次是在由虚拟机自动建立的finalizer队列中判断是否需要执行finalizer()方法。

当对象变成()不可达时,DC会判断该对象是否覆盖了finalize()方法,若第二次没有被覆盖,则直接将其回收。否则若第二次对象未执行过finalize()方法,将其放入F-Queue队列,由低优先级线程执行该队列中对象的finalize()方法。执行finalize()方法完毕之后,GC会再次判断该对象是否可达,若不可达,则进行回收,否则,对象”复活“

每个对象只能触发一次finalize()方法

由于finalize()方法运行代价高昂,不确定性大,无法保证各个对象的调用顺序,不推荐大家使用,建议遗忘它。

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