java基础
- 1 面向对象三大特性
- 1.1 java与c++的区别
- 2 java数据结构
1 面向对象三大特性
- 封装：对抽象的事物抽象化成一个对象，并对其对象的属性私有化，同时提供一些能被外界访问属性的方法；
- 继承：子类扩展新的数据域或功能，并复用父类的属性与功能，单继承，多实现；
- 多态：通过继承（多个⼦类对同⼀⽅法的重写）、也可以通过接⼝（实现接⼝并覆盖接⼝）
1.1 java与c++的区别
c++支持多继承，并且有指针的概念，由程序员自己管理内存；Java是单继承，可以用接口实现多继承，Java不提供指针来直接访问内存，程序内存更加安全，并且Java有JVM⾃动内存管理机制，不需要程序员⼿动释放⽆⽤内存
1.2 多态实现原理
多态的底层实现是动态绑定，即在运行时才把方法调用与方法实现关联起来。
1.2.1 静态绑定与动态绑定
- 一种是在编译期确定，被称为静态分派，比如方法的重载；
- 一种是在运行时确定，被称为动态分派，比如方法的覆盖（重写）和接口的实现。
1.2.2 多态的实现
虚拟机栈中会存放当前方法调用的栈帧（局部变量表、操作栈、动态连接 、返回地址）。多态的实现过程，就是方法调用动态分派的过程，如果子类覆盖了父类的方法，则在多态调用中，动态绑定过程会首先确定实际类型是子类，从而先搜索到子类中的方法。这个过程便是方法覆盖的本质。
1.3 static和final关键字
- static：可以修饰属性、方法
- final：关键字主要⽤在三个地⽅：变量、⽅法、类。
1.3.1 static修饰属性
类级别属性，所有对象共享一份，随着类的加载而加载（只加载一次），先于对象的创建；可以使用类名直接调用。
1.3.2 static修饰方法
随着类的加载而加载；可以使用类名直接调用；静态方法中，只能调用静态的成员，不可用this；
1.3.3 final修饰变量
- 如果是基本数据类型的变量，则其数值⼀旦在初始化之后便不能更改；
- 如果是引⽤类型的变量，则在对其初始化之后便不能再让其指向另⼀个对象。
1.3.4 final修饰方法
把⽅法锁定，以防任何继承类修改它的含义（重写）；类中所有的private⽅法都隐式地指定为final。
1.3.5 final修饰类：
- final修饰类时，表明这个类不能被继承。final类中的所有成员⽅法都会被隐式地指定为final⽅法。
- 一个类不能被继承，除了final关键字之外，还有可以私有化构造器。（内部类无效）
1.4 抽象类和接口
- 抽象类：包含抽象方法的类，即使用abstract修饰的类；抽象类只能被继承，所以不能使用final修饰，抽象类不能被实例化
- 接口：接口是一个抽象类型，是抽象方法的集合，接口支持多继承，接口中定义的方法，默认是public abstract修饰的抽象方法
1.4.1 相同点：
- 抽象类和接口都不能被实例化
- 抽象类和接口都可以定义抽象方法，子类/实现类必须覆写这些抽象方法
1.4.2 不同点：
- 抽象类有构造方法，接口没有构造方法
- 抽象类可以包含普通方法，接口中只能是public abstract修饰抽象方法（Java8之后可以）
- 抽象类只能单继承，接口可以多继承
- 抽象类可以定义各种类型的成员变量，接口中只能是public static final修饰的静态常量
1.4.3 抽象类的使用场景：
既想约束子类具有共同的行为（但不再乎其如何实现），又想拥有缺省的方法，又能拥有实例变量
1.4.4 接口的应用场景：
约束多个实现类具有统一的行为，但是不在乎每个实现类如何具体实现；实现类中各个功能之间可能没有任何联系
1.5 泛型以及泛型擦除
参考：https://blog.csdn.net/baoyinwang/article/details/107341997?spm=ata.21736010.0.0.75877ec0O2Mxvm
1.5.1 泛型：
泛型的本质是参数化类型。这种参数类型可以用在类、接口和方法的创建中，分别称为泛型类、泛型接口和泛型方法。
1.5.2 泛型擦除：
Java的泛型是伪泛型，使用泛型的时候加上类型参数，在编译器编译生成的字节码的时候会去掉，这个过程成为类型擦除。 如List等类型，在编译之后都会变成 List。JVM看到的只是List，而由泛型附加的类型信息对JVM来说是不可见的。 可以通过反射添加其它类型元素。
1.5 反射原理以及使用场景
1.5.1 Java反射：
是指在运行状态中，对于任意一个类都能够知道这个类所有的属性和方法；并且都能够调用它的任意一个方法；
1.5.2 反射原理：
反射首先是能够获取到Java中的反射类的字节码，然后将字节码中的方法、变量、构造函数等映射成相应的Method、Filed、Constructor等类
1.5.3 如何得到Class的实例:
- 类名.class(就是一份字节码)
- Class.forName(String className);根据一个类的全限定名来构建Class对象
- 每一个对象都有getClass()方法:obj.getClass();返回对象的真实类型
1.5.4 使用场景：
- 开发通用框架 - 反射最重要的用途就是开发各种通用框架。很多框架（比如 Spring）都是配置化的（比如通过XML文件配置JavaBean、Filter 等），为了保证框架的通用性，需要根据配置文件运行时动态加载不同的对象或类，调用不同的方法。
- 动态代理 - 在切面编程（AOP）中，需要拦截特定的方法，通常，会选择动态代理方式。这时，就需要反射技术来实现了。
- JDK：spring默认动态代理，需要实现接口
- CGLIB：通过asm框架序列化字节流，可配置，性能差
- 自定义注解 - 注解本身仅仅是起到标记作用，它需要利用反射机制，根据注解标记去调用注解解释器，执行行为。
1.6 Java异常体系
1.6.1 Throwable
是Java语言中所有错误或异常的超类。下一层分为 Error 和 Exception
1.6.2 Error
是指java运行时系统的内部错误和资源耗尽错误。应用程序不会抛出该类对象。如果出现了这样的错误，除了告知用户，剩下的就是尽力使程序安全的终止。
1.6.3 Exception
包含：RuntimeException 、CheckedException
- RuntimeException：运行时异常，程序应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生。如NullPointerException、ClassCastException；
- CheckedException：受检异常，程序使用trycatch进行捕捉处理。如IOException、SQLException、NotFoundException；
1.6.4 编程错误
编程错误可以分成三类：语法错误、逻辑错误和运行错误。
- 语法错误（也称编译错误）是在编译过程中出现的错误，由编译器检查发现语法错误
- 逻辑错误指程序的执行结果与预期不符，可以通过调试定位并发现错误的原因
- 运行错误是引起程序非正常终端的错误，需要通过异常处理的方式处理运行错误
2 java数据结构
2.1 ArrayList和LinkedList
2.1.1 ArrayList
- 底层基于数组实现，支持对元素进行快速随机访问，适合随机查找和遍历，不适合插入和删除。
- 默认初始大小为10，当数组容量不够时，会触发扩容机制（扩大到当前的1.5倍），需要将原来数组的数据复制到新的数组中；
- 当从ArrayList的中间位置插入或者删除元素时，需要对数组进行复制、移动、代价比较高。
2.2.2 LinkedList
- 底层基于双向链表实现，适合数据的动态插入和删除；
- 内部提供了List接口中没有定义的方法，用于操作表头和表尾元素，可以当作堆栈、队列和双向队列使用。（比如jdk官方推荐使用基于linkedList的Deque进行堆栈操作）
2.2.3 ArrayList与LinkedList区别：
都是线程不安全的，ArrayList适用于查找的场景，LinkedList适用于增加、删除多的场景
2.2.4 实现线程安全
可以使用原生的Vector，或者是Collections.synchronizedList(List list)函数返回一个线程安全的ArrayList集合。建议使用concurrent并发包下的CopyOnWriteArrayList
- Vector: 底层通过synchronize修饰保证线程安全，效率较差
- CopyOnWriteArrayList：写时加锁，使用了一种叫写时复制的方法；读操作是可以不用加锁的
2.2 List遍历快速失败和安全失败
2.2.1 fail—fast（快速失败）
当异常产生时，直接抛出异常，程序终止; fail-fast主要是体现在当我们在遍历集合元素的时候，经常会使用迭代器，但在迭代器遍历元素的过程中，如果集合的结构（modCount）被改变的话，就会抛出异常ConcurrentModificationException，防止继续遍历。这就是所谓的快速失败机制。
2.2.2 fail—safe（安全失败）
- 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，所以不会触发ConcurrentModificationException
- 缺点：基于拷贝内容的优点是避免了ConcurrentModificationException，但同样地，迭代器并不能访问到修改后的内容，即：迭代器遍历的是开始遍历那一刻拿到的集合拷贝，在遍历期间原集合发生的修改迭代器是不知道的。
- 场景：java.util.concurrent包下的容器都是安全失败，可以在多线程下并发使用，并发修改。
2.3 HashMap
2.3.1 数据结构
HashMap在底层数据结构上采用了数组＋链表＋红黑树，通过散列映射来存储键值对数据
2.3.2 扩容情况
默认的负载因子是0.75，如果数组中已经存储的元素个数大于数组长度的75%，将会引发扩容操作
- 创建一个长度为原来数组长度两倍的新数组
- java1.7采用Entry的重新hash运算，1.8采用高位与运算
2.3.3 put操作步骤
- 判断数组是否为空，为空进行初始化
- 不为空，则计算key的hash值，通过(n - 1) & hash计算应当存放在数组中的下标index
- 查看table[index]是否存在数据，没有数据就构造一个Node节点存放在table[index]中
- 存在数据，说明发生了hash冲突(存在二个节点key的hash值一样), 继续判断key是否相等，相等，用新的value替换原数据
- 若不相等，判断当前节点类型是不是树型节点，如果是树型节点，创造树型节点插入红黑树中
- 若不是红黑树，创建普通Node加入链表中；判断链表长度是否大于8，大于则将链表转换为红黑树
- 插入完成之后判断当前节点数是否大于阈值，若大于，则扩容为原数组的二倍
2.3.4 哈希函数
通过hash函数（优质因子31循环累加）先拿到key的hashcode，是一个32位的值，然后让hashcode的高16位和低16位进行异或操作。该函数也称为扰动函数，做到尽可能降低hash碰撞，通过尾插法进行插入
2.3.5 容量为什么始终都是2^N
先做对数组的⻓度取模运算，得到的余数才能⽤来要存放的位置也就是对应的数组下标。这个数组下标的计算⽅法是“(n - 1) & hash”。（n代表数组⻓度）。方便数组的扩容和增删改时的取模
2.3.6 JDK1.7与1.8的区别
- JDK1.7HashMap：底层是数组和链表，结合在⼀起使⽤也就是链表散列。如果key相同的话，直接覆盖，不相同就通过拉链法解决冲突。扩容翻转时顺序不一致使用头插法会产生死循环，导致cpu100%
- JDK1.8HashMap：底层数据结构上采用了数组＋链表＋红黑树；当链表⻓度⼤于阈值（默认为8-泊松分布），数组的⻓度大于64时，链表将转化为红⿊树，以减少搜索时间。（解决了tomcat臭名昭著的url参数dos攻击问题）
2.4 ConcurrentHashMap
可以通过ConcurrentHashMap和Hashtable来实现线程安全；Hashtable是原始API类，通过synchronize同步修饰，效率低下；ConcurrentHashMap通过分段锁实现，效率较比Hashtable要好；
2.4.1 ConcurrentHashMap的底层实现
- JDK1.7的ConcurrentHashMap底层采⽤分段的数组+链表实现；采用分段锁（Sagment）对整个桶数组进⾏了分割分段(Segment默认16个)，每⼀把锁只锁容器其中⼀部分数据，多线程访问容器⾥不同数据段的数据，就不会存在锁竞争，提⾼并发访问率。
- JDK1.8的 ConcurrentHashMap采⽤的数据结构跟HashMap1.8的结构⼀样，数组+链表/红⿊树；摒弃了Segment的概念，⽽是直接⽤Node数组+链表+红⿊树的数据结构来实现，通过并发控制synchronized和CAS来操作保证线程的安全。
2.5 序列化和反序列化
序列化的意思就是将对象的状态转化成字节流，以后可以通过这些值再生成相同状态的对象。对象序列化是对象持久化的一种实现方法，它是将对象的属性和方法转化为一种序列化的形式用于存储和传输。反序列化就是根据这些保存的信息重建对象的过程。
- 序列化：将java对象转化为字节序列的过程。
- 反序列化：将字节序列转化为java对象的过程。
2.5.1 使用场景
- 数据的持久化，通过序列化可以把数据永久地保存到硬盘上（通常存放在文件里）Redis的RDB
- 利用序列化实现远程通信，即在网络上传送对象的字节序列。 Google的protoBuf
2.5.2 反序列化失败的场景
序列化ID：serialVersionUID不一致的时候，导致反序列化失败
2.6 String
- String使用数组存储内容，数组使用final修饰，因此String定义的字符串的值也是不可变的
- StringBuffer对方法加了同步锁，线程安全，效率略低于StringBuilder 增加一个新的产品，则几乎所有的工厂类都需要进行修改。