Java理论-Java高级

反射的用途及实现

Java反射机制主要提供了以下功能：在运行时构造一个类的对象；判断一个类所具有的成员变量和方法；调用一个对象的方法；生成动态代理。
反射最大的应用就是框架。
Java反射的主要功能：

1. 确定一个对象的类。
2. 取出类的方法,构造器,属性和超类。
3. 找出某个接口里定义的常量和方法说明。
4. 创建一个类实例,这个实例在运行时刻才有名字(运行时间才生成的对象)。
5. 取得和设定对象数据成员的值,如果数据成员名是运行时刻确定的也能做到。
6. 在运行时刻调用动态对象的方法。
7. 创建数组,数组大小和类型在运行时刻才确定,也能更改数组成员的值。

List 、 Set 、 Map 区别

List，Set都是继承自Collection接口。
List特点：元素有放入顺序，元素可重复。
Set特点：元素无放入顺序，元素不可重复，重复元素会覆盖掉。
List和Set、Map对比：
List：和数组类似，List可以动态增长，查找元素效率高，插入删除元素效率低，因为会引起其他元素位置改变。
Set：查找元素效率低，删除和插入效率高，插入和删除不会引起元素位置改变。
Map是键值对的集合，不允许key重复。

什么场景下使用list，set，map

1. 如果你经常会使用索引来对容器中的元素进行访问，那么List是你的正确的选择。如果你已经知道索引了的话，那么List的实现类比如ArrayList可以提供更快速的访问，如果经常添加删除元素的，那么肯定要选择LinkedList。
2. 如果你想容器中的元素能够按照它们插入的次序进行有序存储，那么还是List，因为List是一个有序容器，它按照插入顺序进行存储。
3. 如果你想保证插入元素的唯一性，也就是你不想有重复值的出现，那么可以选择一个Set的实现类，比如HashSet、LinkedHashSet或者TreeSet。所有Set的实现类都遵循了统一约束比如唯一性。LinkedHashSet也按照元素的插入顺序对它们进行存储。
4. 如果你以键和值的形式进行数据存储那么Map是你正确的选择。你可以根据你的后续需要从HashTable、HashMap、TreeMap中进行选择。

ArrayList 与 LinkedList 区别

Arraylist：
优点：Arraylist是实现了基于动态数组的数据结构，因为地址连续，一旦数据存储好了，查询操作效率会比较高（在内存里是连着放的）。
缺点：因为地址连续，Arraylist要移动数据，所以插入和删除操作效率比较低。
LinkedList：
优点：LinkedList基于链表的数据结构，地址是任意的，所以在开辟内存空间的时候不需要等一个连续的地址，对于新增和删除操作，LinkedList比较占优势。
LinkedList适用于头尾操作或插入指定位置的场景。
缺点：因为LinkedList要移动指针，所以查询操作性能比较低。
适用场景分析：当需要对数据进行多次访问的情况下选用ArrayList，当需要对数据进行多次增加删除修改时采用LinkedList。

HashMap 和 Hashtable 的区别

1. HashMap去掉了Hashtable的contains方法，但是加上了containsValue()和containsKey()方法。
2. Hashtable同步的，而HashMap是非同步的，HashMap效率上比Hashtable要高。
3. HashMap允许空键值，而Hashtable不允许。

HashSet 和 HashMap 的区别

1. Set是线性结构，Set中的值不能重复，HashSet是Set接口的实现类，HashSet中值不能重复是用HashMap的key来实现的。
2. Map是键值对映射，允许空键值。HashMap是Map接口的实现类，key的唯一性是通过key值hash值的唯一来确定，value值是则是链表结构。
3. 他们的共同点都是hash算法实现的唯一性，都不能持有基本类型，只能持有对象。

创建线程的方式及实现

Java中创建线程主要有三种方式：

1. 继承Thread类创建线程类。
2. 通过Runnable接口创建线程类。
3. 通过Callable和Future创建线程。

线程池的几种方式

1. newFixedThreadPool(int nThreads)：创建一个固定长度的线程池，每当提交一个任务就创建一个线程，直到达到线程池的最大数量，这时线程规模将不再变化，当线程发生未预期的错误而结束时，线程池会补充一个新的线程。
2. newCachedThreadPool()：创建一个可缓存的线程池，如果线程池的规模超过了处理需求，将自动回收空闲线程，而当需求增加时，则可以自动添加新线程，线程池的规模不存在任何限制。
3. newSingleThreadExecutor()：这是一个单线程的Executor，它创建单个工作线程来执行任务，如果这个线程异常结束，会创建一个新的来替代它；它的特点是能确保依照任务在队列中的顺序来串行执行。
4. newScheduledThreadPool(int corePoolSize)：创建了一个固定长度的线程池，而且以延迟或定时的方式来执行任务，类似于Timer。

线程的生命周期

生命周期的五种状态：

1. 新建（new Thread）
   当创建Thread类的一个实例（对象）时，此线程进入新建状态（未被启动）。
   例如：Thread t1 = new Thread();
2. 就绪（runnable）
   线程已经被启动，正在等待被分配给CPU时间片，也就是说此时线程正在就绪队列中排队等候得到CPU资源。例如：t1.start();
3. 运行（running）
   线程获得CPU资源正在执行任务（run()方法），此时除非此线程自动放弃CPU资源或者有优先级更高的线程进入，线程将一直运行到结束。
4. 死亡（dead）
   当线程执行完毕或被其它线程杀死，线程就进入死亡状态，这时线程不可能再进入就绪状态等待执行。
   自然终止：正常运行run()方法后终止
   异常终止：调用stop()方法让一个线程终止运行
5. 堵塞（blocked）
   由于某种原因导致正在运行的线程让出CPU并暂停自己的执行，即进入堵塞状态。
   正在睡眠：用sleep(long t)方法可使线程进入睡眠方式。一个睡眠着的线程在指定的时间过去可进入就绪状态。
   正在等待：调用wait()方法。（调用motify()方法回到就绪状态）
   被另一个线程所阻塞：调用suspend()方法。（调用resume()方法恢复）

Java GC机制

为了分代垃圾回收，Java堆内存分为3代：新生代，老年代和永久代。
GC是针对可达性分析法进行回收，当新生代满了开始GC，会进行Minor GC，升到老年代的对象大于老年代剩余空间时会进行Major GC。新生代采用复制算法，老年代采用清除或标记-整理算法。
Java中不能手动触发GC，但可以用不同的引用类来辅助垃圾回收器工作(比如：弱引用或软引用)。

如何线程安全的使用HashMap

HashMap不是线程安全的；Hashtable线程安全，但效率低，因为是Hashtable是使用synchronized的，所有线程竞争同一把锁；而ConcurrentHashMap不仅线程安全而且效率高，因为它包含一个segment数组，将数据分段存储，给每一段数据配一把锁，也就是所谓的锁分段技术。

如何线程安全的使用HashMap，无非就是使用以下三种方式。

• Hashtable：源码中是使用synchronized来保证线程安全的，比如get方法和put方法，所以当一个线程访问Hashtable的同步方法时，当其他线程也要访问同步方法，会被阻塞住。
• ConcurrentHashMap：允许并发的读和线程安全的更新操作，所有操作都是线程安全，不允许null的键值，可以用来代替Hashtable，但要不会锁住整个Map。
• Synchronized Map：当调用synchronizedMap()方法后会返回一个SynchronizedMap类的对象，而在这个类中使用了synchronized同步关键字来保证对Map的操作是线程安全的。

// Hashtable
Map<String, String> hashtable = new Hashtable<>();
// synchronizedMap
Map<String, String> synchronizedHashMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<String, String>());
// ConcurrentHashMap
Map<String, String> concurrentHashMap = new ConcurrentHashMap<>();

HashMap是如何解决冲突的

其实就是链接法，将索引值相同的元素存放到一个单链表里。但为了解决在频繁冲突时HashMap性能降低的问题，Java 8中做了一个小优化，在冲突的元素个数超过设定的值(默认为8)时，会使用平衡树来替代链表存储冲突的元素。
通常情况HashMap，HashTable，HashSet，LinkedHashSet，LinkedHashMap，均采用这种方法处理冲突。
从JDK 8开始，HashMap，LinkedHashMap和ConcurrentHashMap为了提升性能，在频繁冲突的时候使用平衡树来替代链表。

Java创建对象有哪几种方式

大概有四种：new，工厂模式，反射和克隆。

• 工厂模式：是Java中最常用的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。
  在工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。
• 反射：能够让运行于JVM中的程序检测和修改运行时的行为。将Class类中的forName和newInstance配合使用，可以根据存储在字符串中的类名创建一个对象。
  通过反射，我们能够在运行时检测对象的类型；动态构造某个类的对象；检测类的属性和方法；任意调用对象的方法；修改构造函数、方法、属性的可见性。
• 浅复制（浅克隆）：被复制对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值，而所有的对其他对象的引用仍然指向原来的对象。换言之，浅复制仅仅复制所考虑的对象，而不复制它所引用的对象。
• 深复制（深克隆）：被复制对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值，除去那些引用其他对象的变量。那些引用其他对象的变量将指向被复制过的新对象，而不再是原有的那些被引用的对象。换言之，深复制把要复制的对象所引用的对象都复制了一遍。

注解

在自定义注解时需要使用的两个主要的元注解@Retention和@Target。
@Retention用来声明注解的保留策略，有CLASS，RUNTIME，SOURCE三种，分别表示注解保存在类文件，JVM运行时刻和源代码中。
@Target用来声明注解可以被添加到哪些类型的元素上，如类型，方法和域等。

解释一下java.io.Serializable接口？

类通过实现 Java.io.Serializable 接口以启用其序列化功能。未实现此接口的类将无法使其任何状态序列化或反序列化。

PrintStream、BufferedWriter、PrintWriter的比较

• PrintStream类的输出功能非常强大，通常如果需要输出文本内容，都应该将输出流包装成PrintStream后进行输出。
  与其他输出流不同，PrintStream永远不会抛出IOException；而是，异常情况仅设置可通过checkError方法测试的内部标志。另外，为了自动刷新，可以创建一个 PrintStream。
• BufferedWriter：将文本写入字符输出流，缓冲各个字符从而提供单个字符，数组和字符串的高效写入。通过write()方法可以将获取到的字符输出，然后通过newLine()进行换行操作。BufferedWriter中的字符流必须通过调用flush方法才能将其刷出去。并且BufferedWriter只能对字符流进行操作。如果要对字节流操作，则使用BufferedInputStream。
• PrintWriter的println方法自动添加换行，不会抛异常，若关心异常，需要调用checkError方法看是否有异常发生，PrintWriter构造方法可指定参数，实现自动刷新缓存（autoflush）。

什么是Java序列化，如何实现Java序列化？

Java对象的序列化指将一个Java对象写入IO流中，与此对应的是，对象的反序列化则从IO流中恢复该Java对象。
如果要让某个对象支持序列化机制，则必须让它的类是可序列化的，为了让某个类是可序列化的，该类必须实现Serializable接口或Externalizable接口

强引用、软引用、弱引用、虚引用以及他们与GC的关系

强引用：new出的对象之类的引用，
只要强引用还在，永远不会回收
软引用：引用但非必须的对象，内存溢出异常之前，回收
弱引用：非必须的对象，对象能生存到下一次垃圾收集发生之前。
虚引用：对生存时间无影响，在垃圾回收时得到通知。