Java 基础核心知识

文章目录1. 谈谈对AQS的理解2. fail-safe机制与fail-fast机制分别有什么作用3. new String(abc)到底创建了几个对象4. 对序列化和反序列化的理解5. 谈谈对Java中SPI的理解6. String、StringBuffer、StringBuilder区别7. Integer 的判断8. 深拷贝和浅拷贝9. 强引用、软引用、弱引用、虚引用有什么区别10. SimpleDateFormat 是线程安全的吗11. Integer和int的区别12. 为什么pojo类布尔类型不要用is开头13. Java五种文件拷贝方式1. 谈谈对AQS的理解AQS是AbstractQueuedSynchronizer的简称是并发编程中比较核心的组件。AQS是多线程同步器它是java.util.concurrent包中多个组件的底层实现如Lock、CountDownLatch、Semaphore等都用到了AQS。从本质上来说AQS提供了两种锁机制分别是排它锁和共享锁。排它锁就是存在多线程竞争同一共享资源时同一时刻只允许一个线程访问该共享资源也就是多个线程中只能有一个线程获得锁资源比如Lock中的ReentrantLock重入锁实现就是用到了AQS中的排它锁功能。共享锁也称为读锁就是在同一时刻允许多个线程同时获得锁资源比如CountDownLatch和Semaphore都是用到了AQS中的共享锁功能。2. fail-safe机制与fail-fast机制分别有什么作用fail-safe和fail-fast 是多线程并发操作集合时的一种失败处理机制。Fail-fast表示快速失败在集合遍历过程中一旦发现容器中的数据被修改了会立刻抛出ConcurrentModificationException异常从而导致遍历失败。Fail-safe表示失败安全也就是在这种机制下出现集合元素的修改不会抛出ConcurrentModificationException。原因是采用安全失败机制的集合容器在遍历时不是直接在集合内容上访问的而是先复制原有集合内容在拷贝的集合上进行遍历。由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到。3. new String(“abc”)到底创建了几个对象首先这个代码里面有一个new关键字这个关键字是在程序运行时根据已经加载的系统类String在堆内存里面实例化的一个字符串对象。然后在这个String的构造方法里面传递了一个“abc”字符串因为String里面的字符串成员变量是final修饰的所以它是一个字符串常量。接下来JVM会拿字面量“abc” 去字符串常量池里面试图去获取它对应的String对象引用如果拿不到就会在堆内存里面创建一个”abc”的String对象并且把引用保存到字符串常量池里面。后续如果再有字面量“abc”的定义因为字符串常量池里面已经存在了字面量“abc”的引用所以只需要从常量池获取对应的引用就可以了不需要再创建。所以对于这个问题1. 如果abc这个字符串常量不存在则创建两个对象分别是abc这个字符串常量以及new String这个实例对象。2. 如果abc这字符串常量存在则只会创建一个对象4. 对序列化和反序列化的理解首先之所以需要序列化核心目的是为了解决网络通信之间的对象传输问题。也就是说如何把当前JVM进程里面的一个对象跨网络传输到另外一个JVM进程里面。序列化就是把内存里面的对象转化为字节流以便用来实现存储或者传输。反序列化就是根据从文件或者网络上获取到的对象的字节流根据字节流里面保存的对象描述信息和状态重新构建一个新的对象。其次序列化的前提是保证通信双方对于对象的可识别性所以很多时候我们会把对象先转化为通用的解析格式比如json、xml等。然后再把他们转化为数据流进行网络传输从而实现跨平台和跨语言的可识别性。市面上开源的序列化技术非常多比如Json、Xml、Protobuf、Kyro、hessian等等。那在实际应用里面哪种序列化最合适我认为有几个关键因素序列化之后的数据大小因为数据大小会影响传输性能序列化的性能序列化耗时较长会影响业务的性能是否支持跨平台和跨语言技术的成熟度越成熟的方案使用的公司越多也就越稳定5. 谈谈对Java中SPI的理解SPI全称是Service Provider Interface 它是JDK内置的一种动态扩展点的实现。简单来说就是我们可以定义一个标准的接口然后第三方的库里面可以实现这个接口。那么程序在运行的时候会根据配置信息动态加载第三方实现的类从而完成功能的动态扩展机制。在Java里面SPI机制有一个非常典型的实现案例就是数据库驱动java.jdbc.DriverJDK里面定义了数据库驱动类Driver它是一个接口JDK并没有提供实现。具体的实现是由第三方数据库厂商来完成的。在程序运行的时候会根据我们声明的驱动类型来动态加载对应的扩展实现从而完成数据库的连接。除此之外在很多开源框架里面都借鉴了Java SPI的思想提供了自己的SPI框架。Dubbo定义了ExtensionLoader实现功能的扩展。Spring提供了SpringFactoriesLoader实现外部功能的集成。6. String、StringBuffer、StringBuilder区别这个是老生常谈的问题八股文鼻祖可以从四个方面展开可变性String内部的value值是final修饰的所以它是不可变类。所以每次修改String的值都会产生一个新的对象。StringBuffer和StringBuilder是可变类字符串的变更不会产生新的对象。线程安全性String是不可变类所以它是线程安全的。StringBuffer是线程安全的因为它每个操作方法都加了synchronized同步关键字。StringBuilder不是线程安全的。所以在多线程环境下对字符串进行操作应该使用StringBuffer否则使用StringBuilder性能方面String的性能是最的低的因为不可变意味着在做字符串拼接和修改的时候需要重新创建新的对象以及分配内存。其次是StringBuffer要比String性能高因为它的可变性使得字符串可以直接被修改最后是StringBuilder它比StringBuffer的性能高因为StringBuffer加了同步锁。存储方面String存储在字符串常量池里面StringBuffer和StringBuilder存储在堆内存空间。最后再补充一下 StringBuilder和StringBuffer都是派生自AbstractStringBuilder这个抽象类。7. Integer 的判断Integer是一个封装类型。它是对应一个int类型的包装。在Java里面之所以要提供Integer这种基本类型的封装类是因为Java是一个面向对象的语言而基本类型不具备对象的特征所以在基本类型上做了一层对象的包装并且提供了相关的属性和访问方法来完善基本类型的操作。在Integer这个封装类里面除了基本的int类型的操作之外还引入了享元模式的设计对-128到127之间的数据做了一层缓存也就是说如果Integer类型的目标值在-128到127之间就直接从缓存里面获取Integer这个对象实例并返回否则创建一个新的Integer对象。这么设计的好处是减少频繁创建Integer对象带来的内存消耗从而提升性能。因此在这样一个前提下如果定义两个Integer对象并且这两个Integer的取值范围正好在-128到127之间直接用号来判断返回的结果必然是true因为这两个Integer指向的内存地址是同一个。否则返回的结果是false。8. 深拷贝和浅拷贝深拷贝和浅拷贝是用来描述对象或者对象数组这种引用数据类型的复制场景的。浅拷贝就是只复制某个对象的指针而不复制对象本身这种复制方式意味着两个引用指针指向被复制对象的同一块内存地址。深拷贝会完全创建一个一模一样的新对象新对象和老对象不共享内存也就意味着对新对象的修改不会影响老对象的值。在Java里面无论是深拷贝还是浅拷贝都需要通过实现Cloneable接口并实现clone()方法。然后我们可以在clone()方法里面实现浅拷贝或者深拷贝的逻辑。实现深拷贝的方法有很多比如通过序列化的方式实现也就是把一个对象先序列化一遍然后再反序列化回来就会得到一个完整的新对象。在clone()方法里面重写克隆逻辑也就是对克隆对象内部的引用变量再进行一次克隆。9. 强引用、软引用、弱引用、虚引用有什么区别不同的引用类型主要体现的是对象不同的可达性状态和对垃圾收集的影响。强引用Strong Reference就是普通对象的引用只要还有强引用指向一个对象就能表示对象还“活着”垃圾收集器无法回收这一类对象。只有在没有其他引用关系或者超过了引用的作用域再或者显示的把引用赋值为null的时候垃圾回收器才能进行内存回收。软引用Soft Referencejava.lang.ref.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。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。弱引用Weak Referencejava.lang.ref.WeakReference相对强引用而言它是允许存在引用关联的情况下被垃圾回收器回收的对象。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只具有弱引用的对象不管当前内存空间足够与否垃圾回收器都会回收该内存。虚引用Phantom Referencejava.lang.ref.PhantomReference它不会决定对象的生命周期它提供了一种确保对象被finalize以后去做某些事的机制。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。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进行垃圾回收然后我们就可以在引用的对象的内存回收之前采取必要的行动。10. SimpleDateFormat 是线程安全的吗SimpleDateFormat不是线程安全的SimpleDateFormat类内部有一个Calendar对象引用它用来储存和这个SimpleDateFormat相关的日期信息。当我们把SimpleDateFormat作为多个线程的共享资源来使用的时候。意味着多个线程会共享SimpleDateFormat里面的Calendar引用多个线程对于同一个Calendar的操作会出现数据脏读现象导致一些不可预料的错误。在实际应用中我认为有4种方法可以解决这个问题。• 第一种把SimpleDateFormat定义成局部变量每个线程调用的时候都创建一个新的实例。• 第二种使用ThreadLocal工具把SimpleDateFormat变成线程私有的• 第三种加同步锁在同一时刻只允许一个线程操作SimpleDateFormat• 第四种在Java8里面引入了一些线程安全的日期API比如LocalDateTimer、DateTimeFormatter 等。11. Integer和int的区别Integer的初始值是nullint的初始值是0Integer存储在堆内存int类型是直接存储在栈空间Integer是对象类型它封装了很多的方法和属性我们在使用的时候更加灵活至于为什么要设计封装类型最主要的原因是Java本身是面向对象的语言一切操作都是以对象作为基础。比如像集合里面存储的元素也只支持存储Object类型普通类型无法通过集合来存储。12. 为什么pojo类布尔类型不要用is开头首先我们来举个实际操作下看看通过转JSON后输出如下我们发现User对象原本布尔类型属性名称是isMan转换成json字符串后的属性名称解析为了man。原因为根据JavaBeans的规范isXX()认为是个方法。你去直接获取isMan属性也是的是user.isMan()而不是user.getIsMan();我们发现fastjson这种序列化的方式,遵循JavaBeans规范isMan()觉得是个方法所以解析到的属性是man。13. Java五种文件拷贝方式传统字节流拷贝FileInputStream FileOutputStream特点基础方法直接逐字节或缓冲区读写效率最低适合小文件。publicstaticvoidmain(String[]args)throwsIOException{try(InputStreamisnewFileInputStream(source.txt);OutputStreamosnewFileOutputStream(target.txt)){byte[]buffernewbyte[1024];intlength;while((lengthis.read(buffer))0){os.write(buffer,0,length);}}}缓冲流优化拷贝BufferedInputStream BufferedOutputStream特点通过缓冲区减少 I/O 次数效率比传统字节流提升 2~5 倍。publicstaticvoidmain(String[]args)throwsIOException{try(BufferedInputStreambisnewBufferedInputStream(newFileInputStream(source.txt));BufferedOutputStreambosnewBufferedOutputStream(newFileOutputStream(target.txt))){byte[]buffernewbyte[8192];// 缓冲区越大性能越好通常 8KB~64KBintlen;while((lenbis.read(buffer))!-1){bos.write(buffer,0,len);}}}NIO Files.copy 方法特点单行代码完成拷贝底层自动优化效率接近最高效适合大多数场景。publicstaticvoidmain(String[]args)throwsIOException{PathsourcePaths.get(source.txt);PathtargetPaths.get(target.txt);Files.copy(source,target,StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);}NIO FileChannel 通道拷贝特点利用通道Channel直接传输数据大文件性能最佳利用零拷贝技术。publicstaticvoidmain(String[]args)throwsIOException{try(FileChannelsourceChannelnewFileInputStream(source.txt).getChannel();FileChanneltargetChannelnewFileOutputStream(target.txt).getChannel()){sourceChannel.transferTo(0,sourceChannel.size(),targetChannel);}}内存映射文件拷贝MappedByteBuffer特点将文件映射到内存直接操作适合超大文件但实现复杂需谨慎处理内存。publicstaticvoidmain(String[]args)throwsIOException{try(RandomAccessFilesourceFilenewRandomAccessFile(source.txt,r);RandomAccessFiletargetFilenewRandomAccessFile(target.txt,rw)){FileChannelsourceChannelsourceFile.getChannel();MappedByteBufferbuffersourceChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY,0,sourceChannel.size());targetFile.getChannel().write(buffer);}}文件拷贝的 5 种实现方式时间效率及场景对比图如何选择最高效方式小文件10MB直接使用 Files.copy代码简洁且性能足够。大文件100MB~1GB优先选择 FileChannel.transferTo()利用零拷贝减少内核态与用户态数据复制。超大文件1GB用内存映射文件MappedByteBuffer但需注意避免频繁映射/释放内存开销大。处理内存溢出风险OutOfMemoryError。