Java基础知识整理

2019-10-16 本文已影响0人孟婆灬来碗汤

一、String和Stringbuffer和StringBuilder的区别？

String：字符串常量

StringBuffer：字符串变量；线程安全的

StringBuilder：字符串变量；线程非安全的

三者执行速度比较：StringBuilder > StringBuffer > String

1.String类的内容一旦声明后是不可改变的，改变的只是其内存的指向，而StringBuffer类的对象内容是可以改变的。

2.对于StringBuffer，不能像String那样直接通过赋值的方式完成对象实例化，必须通过构造方法的方式完成。

3.StringBuffer在进行字符串处理时，不生成新的对象，在内存使用上要优于字符串类。所以在实际使用时，如果经常需要对一个字符串进行修改，例如插入，删除等操作，使用StringBuffer要更加适合一些。

4.StringBuilder，StringBuffer 之间的最大不同在于 StringBuilder 的方法是线程非安全的（不能同步访问）。

5.StringBuilder 相较于 StringBuffer 有速度优势，所以多数情况下建议使用 StringBuilder 类，然而在应用程序要求线程安全的情况下，则必须使用 StringBuffer 类。

StringBuilder与StringBuffer二者的区别主要是在运行速度和线程安全这两方面。

1、StringBuffer 与 StringBuilder 中的方法和功能完全是等价的

2、只是StringBuffer 中的方法大都采用了 synchronized 关键字进行修饰，因此是线程安全的，而 StringBuilder 没有这个修饰，可以被认为是线程不安全的。

3、在单线程程序下，StringBuilder效率更快，因为它不需要加锁，不具备多线程安全而StringBuffer则每次都需要判断锁，效率相对更低。

三者使用的总结：1.如果要操作少量的数据用 = String

2.单线程操作字符串缓冲区下操作大量数据 = StringBuilder

3.多线程操作字符串缓冲区下操作大量数据 = StringBuffer

二、ArrayList,Vector, LinkedList的存储性能和特性

ArrayList和Vector都是使用数组方式存储数据，此数组元素数大于实际存储数据以便增加和插入元素，它们都允许直接按序号索引元素，但是插入元素要涉及数组元素移动等内存操作，所以索引数据快而插入数据慢，Vector由于使用了synchronized思路方法(线程安全) ，通常性能上较ArrayList差，而LinkedList使用双向链表实现存储，按序号索引数据需要进行前向或后向遍历，但是插入数据时只需要记录本项前后项即可，所以插入速度较快

三、HashMap和Hashtable的区别

HashMap：①线程非安全的

②性能方面：由于线程是非安全的，所以每个方法不需要阻塞其他线程，所以性能要优于HashTable

③空值问题：允许键值为Null

④实现方式：继承AbstractMap类

⑤扩容：源码中初始值 1 << 4 ,初始值为16，负载因子默认为0.75（详细请看该链接下《说说hashMap 使用的是哪种数据结构》链接内容）

⑥迭代器：HashMap 中的 Iterator 迭代器是 fail-fast 的，当其他线程改变了HashMap 的结构，如：增加、删除元素，将会抛出 ConcurrentModificationException 异常，而 Hashtable 则不会。

HashTable：①线程安全的，线程安全的原因是所有的元素操作都是用synchronized修饰的，而HashMap没有

②性能方面：由于是线程安全的，所以每个方法需要阻塞其他线程，所以性能要弱于HashMap

③空值问题：不允许键值为null

④实现方式：继承Dictionary类

⑤扩容：源码中初始值为11，负载因子默认为0.75

⑥迭代器： Hashtable 的 Enumerator 不是 fail-fast 的，Enumeration是个接口，不是类，再次，这个东西就是为了实现遍历的，现在已经被迭代器Iterator取代了，Enumeration和iterator最主要区别，其实就是Iterator可以删除元素，但是Enumration却不能。

最大的区别是，Hashtable的思路方法是Synchronize的，而HashMap不是，在多个线程访问Hashtable时，不需要自己为它的思路方法实现同步，而HashMap 就必须为的提供外同步。

四、 final, finally, finalize的区别

final：用于声明属性，方法和类，分别表示属性不可变，方法不可覆盖，类不可继承。

finally：是异常处理语句结构的一部分，表示总是执行。

finalize：是Object类的一个方法，在垃圾收集器执行的时候会调用被回收对象的此方法，可以覆盖此方法提供垃圾收集时的其他资源回收，例如关闭文件等。

五、swtich是否能作用在byte上，是否能作用在long上，是否能作用在String上?

swtich中只能用byte short int char

六、线程的几种状态

创建：当new了一个线程，并没有调用start之前，线程处于创建状态；

就绪：当调用了start之后，线程处于就绪状态，这是，线程调度程序还没有设置执行当前线程；

运行：线程调度程序执行到线程时，当前线程从就绪状态转成运行状态，开始执行run方法里边的代码；

阻塞：线程在运行的时候，被暂停执行（通常等待某项资源就绪后在执行，sleep、wait可以导致线程阻塞），这是该线程处于阻塞状态；

死亡：当一个线程执行完run方法里边的代码或调用了stop方法后，该线程结束运行

生命周期如下图：

七、多线程有几种实现方式?

多线程的几种实现方式：①继承Thread类，重写Run()

②实现Runnable接口,创建步骤如下：

定义一个类实现Runnable接口，作为线程任务类

重写run方法，并实现方法体，方法体的代码就是线程所执行的代码

定义一个可以运行的类，并在main方法中创建线程任务类

创建Thread类，并将线程任务类做为Thread类的构造方法传入

启动线程

③使用内部类的方式：将Thread和Runnable作为内部子类实现

④定时器：定时器Timer（JDK提供API）是一个基于线程的工具类，可以定时的来执行某个任务。提供定时任务的三方框架：Spring的Schedule和Quartz框架

⑤带返回值的线程实现方式：

1)实现Callable接口，实现call(),这个接口类似于Runnable接口，但比Runnable接口更加强大，增加了异常和返回值。

2)创建一个FutureTask，指定Callable对象，做为线程任务。

3)创建线程，指定线程任务。

4)启动线程

⑥基于线程池的方式:

概念：一些线程的集合称为线程池，线程池可以很好的提高性能，线程池在系统启动时创建大量的空闲线程，程序将任务提交以后，线程就会启动一个线程执行该任务，任务结束以后，线程并不会死亡，而是返回线程池，成为空闲状态，当代执行下一个任务。

工作机制：①在线程池的编程模式下，任务是提交给整个线程池的，而不是直接提交给某一个线程，线程池在获取到任务后，会寻找是否有空闲的线程，如果有则将任务提交给这个线程

②一个线程只能执行一个任务，但可以同时向一个线程池提交多个任务

使用线程池的原因：多线程运行时，系统会不断的启动和关闭新线程，成本高，会过度消耗资源，以及过度的切换线程，会造成系统资源的崩溃，所以，线程池是最优选择

四种常见的线程池：

①线程池的返回值都是ExecutorService，ExecutorService是Java提供的用于管理线程池的类。该类作用是：控制线程数量和重用线程

②四种线程池介绍：

1）Executors.newCacheThreadPool():可缓存线程池，先查看池中有没有以前建立的线程，如果有，就直接使用。如果没有，就建一个新的线程加入池中，缓存型池子通常用于执行一些生存期很短的异步型任务

2)Executors.newFixedThreadPool(int n):创建一个可重用固定个数的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程。

3)Executors.newScheduledThreadPool(int n):创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行

4)Executors.newSingleThreadExecutor():创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

八、线程池的参数总结：

①corePoolSize：核心线程数

* 核心线程会一直存活，及时没有任务需要执行

* 当线程数小于核心线程数时，即使有线程空闲，线程池也会优先创建新线程处理

* 设置 allowCoreThreadTimeout=true（默认false）时，核心线程会超时关闭

②queueCapacity：任务队列容量（阻塞队列）

* 当核心线程数达到最大时，新任务会放在队列中排队等待执行

③maxPoolSize：最大线程数

* 当线程数>=corePoolSize，且任务队列已满时。线程池会创建新线程来处理任务

* 当线程数=maxPoolSize，且任务队列已满时，线程池会拒绝处理任务而抛出异常

④keepAliveTime：线程空闲时间

* 当线程空闲时间达到 keepAliveTime时，线程会退出，直到线程数量=corePoolSize

* 如果 allowCoreThreadTimeout=true，则会直到线程数量=0

⑤allowCoreThreadTimeout：允许核心线程超时

⑥rejectedExecutionHandler：任务拒绝处理器

* 两种情况会拒绝处理任务：

- 当线程数已经达到 maxPoolSize ，切队列已满，会拒绝新任务

- 当线程池被调用 shutdown()后，会等待线程池里的任务执行完毕，再shutdown。如果在调用 shutdown()和线程池真正 shutdown之间提交任务，会拒绝新任务

* 线程池会调用 rejectedExecutionHandler来处理这个任务。如果没有设置默认是AbortPolicy，会抛出异常

* ThreadPoolExecutor类有几个内部实现类来处理这类情况：

- AbortPolicy 丢弃任务，抛运行时异常

- CallerRunsPolicy 执行任务

- DiscardPolicy 忽视，什么都不会发生

- DiscardOldestPolicy 从队列中踢出最先进入队列（最后一个执行）的任务

* 实现 RejectedExecutionHandler 接口，可自定义处理器

基于JDK1.8的ConcurrentHashMap的源码分析：

ConcurrentHashMap是线程安全的，利用的是 CAS算法和Synchronized 来保证并发更新的安全

数据机构是：数组+链表+红黑树

重要的成员变量：

table：默认为null，初始化发生在第一次插入操作，默认大小为16的数组，用来存储Node节点数据，扩容时大小总是2的幂次方。

nextTable：默认为null，扩容时新生成的数组，其大小为原数组的两倍。

sizeCtl ：默认为0，用来控制table的初始化和扩容操作，具体应用在后续会体现出来。

① -1 代表table正在初始化

②-N 表示有N-1个线程正在进行扩容操作

③其余情况：

1、如果table未初始化，表示table需要初始化的大小。

2、如果table初始化完成，表示table的容量，默认是table大小的0.75倍，居然用这个公式算0.75（n - (n >>> 2)）。

```

public classConcurrentHashMapextendsAbstractMapimplementsConcurrentMap, Serializable {private static final longserialVersionUID = 7249069246763182397L;// 表的最大容量private static final intMAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;// 默认表的大小private static final intDEFAULT_CAPACITY = 16;// 最大数组大小static final intMAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;// 默认并发数private static final intDEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;// 装载因子private static final floatLOAD_FACTOR = 0.75f;// 转化为红黑树的阈值static final intTREEIFY_THRESHOLD = 8;// 由红黑树转化为链表的阈值static final intUNTREEIFY_THRESHOLD = 6;// 转化为红黑树的表的最小容量static final intMIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;// 每次进行转移的最小值private static final intMIN_TRANSFER_STRIDE = 16;// 生成sizeCtl所使用的bit位数private static intRESIZE_STAMP_BITS = 16;// 进行扩容所允许的最大线程数private static final intMAX_RESIZERS = (1 << (32 - RESIZE_STAMP_BITS)) - 1;// 记录sizeCtl中的大小所需要进行的偏移位数private static final intRESIZE_STAMP_SHIFT = 32 - RESIZE_STAMP_BITS;// 一系列的标识static final intMOVED = -1;// hash for forwarding nodesstatic final intTREEBIN = -2;// hash for roots of treesstatic final intRESERVED = -3;// hash for transient reservationsstatic final intHASH_BITS = 0x7fffffff;// usable bits of normal node hash//

/** Number of CPUS, to place bounds on some sizings */

// 获取可用的CPU个数static final intNCPU = Runtime.getRuntime().availableProcessors();//

/** For serialization compatibility. */

// 进行序列化的属性private static finalObjectStreamField[] serialPersistentFields = {newObjectStreamField("segments", Segment[].class),newObjectStreamField("segmentMask", Integer.TYPE),newObjectStreamField("segmentShift", Integer.TYPE) };// 表transient volatileNode[] table; // 下一个表private transient volatileNode[] nextTable; //

/**

* Base counter value, used mainly when there is no contention,

* but also as a fallback during table initialization

* races. Updated via CAS.

// 基本计数private transient volatile longbaseCount; //

/**

* Table initialization and resizing control. When negative, the

* table is being initialized or resized: -1 for initialization,

* else -(1 + the number of active resizing threads). Otherwise,

* when table is null, holds the initial table size to use upon

* creation, or 0 for default. After initialization, holds the

* next element count value upon which to resize the table.

// 对表初始化和扩容控制private transient volatile intsizeCtl;/**

* The next table index (plus one) to split while resizing.

// 扩容下另一个表的索引private transient volatile inttransferIndex;/**

* Spinlock (locked via CAS) used when resizing and/or creating CounterCells.

// 旋转锁private transient volatile intcellsBusy;/**

* Table of counter cells. When non-null, size is a power of 2.

// counterCell表private transientvolatileCounterCell[] counterCells;// views

// 视图private transientKeySetView keySet;private transientValuesView values;private transientEntrySetView entrySet; // Unsafe mechanicsprivate static finalsun.misc.Unsafe U;private static final longSIZECTL;private static final longTRANSFERINDEX;private static final longBASECOUNT;private static final longCELLSBUSY;private static final longCELLVALUE;private static final longABASE;private static final intASHIFT; static{try{ U = sun.misc.Unsafe.getUnsafe(); Class k = ConcurrentHashMap.class; SIZECTL = U.objectFieldOffset (k.getDeclaredField("sizeCtl")); TRANSFERINDEX = U.objectFieldOffset (k.getDeclaredField("transferIndex")); BASECOUNT = U.objectFieldOffset (k.getDeclaredField("baseCount")); CELLSBUSY = U.objectFieldOffset (k.getDeclaredField("cellsBusy")); Class ck = CounterCell.class; CELLVALUE = U.objectFieldOffset (ck.getDeclaredField("value")); Class ak = Node[].class; ABASE = U.arrayBaseOffset(ak);intscale = U.arrayIndexScale(ak);if((scale & (scale - 1)) != 0)throw newError("data type scale not a power of two"); ASHIFT = 31 - Integer.numberOfLeadingZeros(scale); }catch(Exception e) {throw newError(e); } }}

```