java知識點總結（一）

1. 談談你對Java平臺的理解？“Java是解釋執行”，這句話正確嗎？

   Java本身是一種面向對象的語言，最顯著的特性有兩個方面，一是所謂的“書寫一次，到處運行”（Write once, run anywhere），能夠非常容易地獲得跨平臺能力；另外就是垃圾收
   集（GC, Garbage Collection），Java通過垃圾收集器（Garbage Collector）回收分配內存，大部分情況下，程序員不需要自己操心內存的分配和回收。
   我們日常會接觸到JRE（Java Runtime Environment）或者JDK（Java Development Kit）。 JRE，也就是Java運行環境，包含了JVM和Java類庫，以及一些模塊等。
   而JDK可以看作是JRE的一個超集，提供了更多工具，比如編譯器、各種診斷工具等。
   對於“Java是解釋執行”這句話，這個說法不太準確。我們開發的Java的源代碼，首先通過Javac編譯成爲字節碼（bytecode），然後，在運行時，通過 Java虛擬機（JVM）內嵌的
   解釋器將字節碼轉換成爲最終的機器碼。但是常見的JVM，比如我們大多數情況使用的Oracle JDK提供的Hotspot JVM，都提供了JIT（Just-In-Time）編譯器，也就是通常所說的
   動態編譯器，JIT能夠在運行時將熱點代碼編譯成機器碼，這種情況下部分熱點代碼就屬於編譯執行，而不是解釋執行了。

2. Exception和Error有什麼區別？

   Exception和Error都是繼承了Throwable類，在Java中只有Throwable類型的實例纔可以被拋出（throw）或者捕獲（catch），它是異常處理機制的基本組成類型。

   Exception和Error體現了Java平臺設計者對不同異常情況的分類。Exception是程序正常運行中，可以預料的意外情況，可能並且應該被捕獲，進行相應處理。

   Error是指在正常情況下，不大可能出現的情況，絕大部分的Error都會導致程序（比如JVM自身）處於非正常的、不可恢復狀態。既然是非正常情況，所以不便於也不需要捕獲，常見的比如OutOfMemoryError之類，都是Error的子類。

   Exception又分爲可檢查（checked）異常和不檢查（unchecked）異常，可檢查異常在源代碼裏必須顯式地進行捕獲處理，這是編譯期檢查的一部分。前面我介紹的不可查的Error，是Throwable不是Exception。

   不檢查異常就是所謂的運行時異常，類似 NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException之類，通常是可以編碼避免的邏輯錯誤，具體根據需要來判斷是否需要捕獲，並不會在編譯期強制要求。

3. 談談fnal、fnally、 fnalize有什麼不同？

   fnal可以用來修飾類、方法、變量，分別有不同的意義，fnal修飾的class代表不可以繼承擴展，fnal的變量是不可以修改的，而fnal的方法也是不可以重寫的（override）。

   fnally則是Java保證重點代碼一定要被執行的一種機制。我們可以使用try-fnally或者try-catch-fnally來進行類似關閉JDBC連接、保證unlock鎖等動作。

   fnalize是基礎類java.lang.Object的一個方法，它的設計目的是保證對象在被垃圾收集前完成特定資源的回收。fnalize機制現在已經不推薦使用，並且在JDK 9開始被標記爲deprecated。

4. 強引用、軟引用、弱引用、幻象引用有什麼區別？具體使用場景是什麼？

   不同的引用類型，主要體現的是對象不同的可達性（reachable）狀態和對垃圾收集的影響。

   所謂強引用（“Strong” Reference），就是我們最常見的普通對象引用，只要還有強引用指向一個對象，就能表明對象還“活着”，垃圾收集器不會碰這種對象。對於一個普通的對象，如果沒有其他的引用關係，只要超過了引用的作用域或者顯式地將相應（強）引用賦值爲null，就是可以被垃圾收集的了，當然具體回收時機還是要看垃圾收集策略。

   軟引用（SoftReference），是一種相對強引用弱化一些的引用，可以讓對象豁免一些垃圾收集，只有當JVM認爲內存不足時，纔會去試圖回收軟引用指向的對象。JVM會確保在拋出OutOfMemoryError之前，清理軟引用指向的對象。軟引用通常用來實現內存敏感的緩存，如果還有空閒內存，就可以暫時保留緩存，當內存不足時清理掉，這樣就保證了使用緩存的同時，不會耗盡內存。

   弱引用（WeakReference）並不能使對象豁免垃圾收集，僅僅是提供一種訪問在弱引用狀態下對象的途徑。這就可以用來構建一種沒有特定約束的關係，比如，維護一種非強制性的映射關係，如果試圖獲取時對象還在，就使用它，否則重現實例化。它同樣是很多緩存實現的選擇。

   對於幻象引用，有時候也翻譯成虛引用，你不能通過它訪問對象。幻象引用僅僅是提供了一種確保對象被fnalize以後，做某些事情的機制，比如，通常用來做所謂的PostMortem清理機制，我在專欄上一講中介紹的Java平臺自身Cleaner機制等，也有人利用幻象引用監控對象的創建和銷燬。

5. 理解Java的字符串，String、StringBufer、StringBuilder有什麼區別？

   String是Java語言非常基礎和重要的類，提供了構造和管理字符串的各種基本邏輯。它是典型的Immutable類，被聲明成爲fnal class，所有屬性也都是fnal的。也由於它的不可變性，類似拼接、裁剪字符串等動作，都會產生新的String對象。由於字符串操作的普遍性，所以相關操作的效率往往對應用性能有明顯影響。

   StringBufer是爲解決上面提到拼接產生太多中間對象的問題而提供的一個類，我們可以用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本質是一個線程安全的可修改字符序列，它保證了線程安全，也隨之帶來了額外的性能開銷，所以除非有線程安全的需要，不然還是推薦使用它的後繼者，也就是StringBuilder。

   StringBuilder是Java 1.5中新增的，在能力上和StringBufer沒有本質區別，但是它去掉了線程安全的部分，有效減小了開銷，是絕大部分情況下進行字符串拼接的首選。

6. 談談Java反射機制，動態代理是基於什麼原理？

   反射機制是Java語言提供的一種基礎功能，賦予程序在運行時自省（introspect，官方用語）的能力。通過反射我們可以直接操作類或者對象，比如獲取某個對象的類定義，獲取類聲明的屬性和方法，調用方法或者構造對象，甚至可以運行時修改類定義。

   動態代理是一種方便運行時動態構建代理、動態處理代理方法調用的機制，很多場景都是利用類似機制做到的，比如用來包裝RPC調用、面向切面的編程（AOP）。
   實現動態代理的方式很多，比如JDK自身提供的動態代理，就是主要利用了上面提到的反射機制。還有其他的實現方式，比如利用傳說中更高性能的字節碼操作機制，類似ASM、cglib（基於ASM）、Javassist等。

7. int和Integer有什麼區別？談談Integer的值緩存範圍

   int是我們常說的整形數字，是Java的8個原始數據類型（Primitive Types，boolean、byte 、short、char、int、foat、double、long）之一。Java語言雖然號稱一切都是對象，但原始數據類型是例外。

   Integer是int對應的包裝類，它有一個int類型的字段存儲數據，並且提供了基本操作，比如數學運算、int和字符串之間轉換等。在Java 5中，引入了自動裝箱和自動拆箱功能（boxing/unboxing），Java可以根據上下文，自動進行轉換，極大地簡化了相關編程。

   關於Integer的值緩存，這涉及Java 5中另一個改進。構建Integer對象的傳統方式是直接調用構造器，直接new一個對象。但是根據實踐，我們發現大部分數據操作都是集中在有限的、較小的數值範圍，因而，在Java 5中新增了靜態工廠方法valueOf，在調用它的時候會利用一個緩存機制，帶來了明顯的性能改進。按照Javadoc，這個值默認緩存
   是-128到127之間。

8. 對比Vector、ArrayList、LinkedList有何區別？

   這三者都是實現集合框架中的List，也就是所謂的有序集合，因此具體功能也比較近似，比如都提供按照位置進行定位、添加或者刪除的操作，都提供迭代器以遍歷其內容等。但因爲具體的設計區別，在行爲、性能、線程安全等方面，表現又有很大不同。

   Vector是Java早期提供的線程安全的動態數組，如果不需要線程安全，並不建議選擇，畢竟同步是有額外開銷的。Vector內部是使用對象數組來保存數據，可以根據需要自動的增加容量，當數組已滿時，會創建新的數組，並拷貝原有數組數據。

   ArrayList是應用更加廣泛的動態數組實現，它本身不是線程安全的，所以性能要好很多。與Vector近似，ArrayList也是可以根據需要調整容量，不過兩者的調整邏輯有所區別，Vector在擴容時會提高1倍，而ArrayList則是增加50%。

   LinkedList顧名思義是Java提供的雙向鏈表，所以它不需要像上面兩種那樣調整容量，它也不是線程安全的。

9. 對比Hashtable、HashMap、TreeMap有什麼不同？談談你對HashMap的掌握。

   Hashtable、HashMap、TreeMap都是最常見的一些Map實現，是以鍵值對的形式存儲和操作數據的容器類型。

   Hashtable是早期Java類庫提供的一個哈希表實現，本身是同步的，不支持null鍵和值，由於同步導致的性能開銷，所以已經很少被推薦使用。

   HashMap是應用更加廣泛的哈希表實現，行爲上大致上與HashTable一致，主要區別在於HashMap不是同步的，支持null鍵和值等。通常情況下，HashMap進行put或者get操作，可以達到常數時間的性能，所以它是絕大部分利用鍵值對存取場景的首選，比如，實現一個用戶ID和用戶信息對應的運行時存儲結構。

   TreeMap則是基於紅黑樹的一種提供順序訪問的Map，和HashMap不同，它的get、put、remove之類操作都是O（log(n)）的時間複雜度，具體順序可以由指定的Comparator來決定，或者根據鍵的自然順序來判斷。

10. 如何保證容器是線程安全的？ConcurrentHashMap如何實現高效地線程安全？

    Java提供了不同層面的線程安全支持。在傳統集合框架內部，除了Hashtable等同步容器，還提供了所謂的同步包裝器（Synchronized Wrapper），我們可以調用Collections工具類提供的包裝方法，來獲取一個同步的包裝容器（如Collections.synchronizedMap），但是它們都是利用非常粗粒度的同步方式，在高併發情況下，性能比較低下。

    另外，更加普遍的選擇是利用併發包提供的線程安全容器類，它提供了：

    • 各種併發容器，比如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList。
    • 各種線程安全隊列（Queue/Deque），如ArrayBlockingQueue、SynchronousQueue。
    • 各種有序容器的線程安全版本等。

    具體保證線程安全的方式，包括有從簡單的synchronize方式，到基於更加精細化的，比如基於分離鎖實現的ConcurrentHashMap等併發實現等。具體選擇要看開發的場景需求，
    總體來說，併發包內提供的容器通用場景，遠優於早期的簡單同步實現。