Java复习笔记

封装: 将数据与操作这个数据的方法包装起来，对数据实现只能通过自定义接口实现。
多态: 不同类型的子对象，可以对同一个消息做出不同的响应。
重载：同一个类同一方法名，不同参数返回值；
浅拷贝以及深拷贝：前者是指只拷贝对象的基本数据类型，以及引用地址，而不拷贝其引用指向的对象（就比如对象赋值操作，新/源变量都是指向同一个引用地址），后者即会拷贝基本数据类型，也会拷贝其引用指向的对象，也就是是一个完全独立的新对象。
对于sleep()和wait()方法，sleep会释放CPU但不会释放锁，wait会释放锁以及CPU，所以wait方法必须是synchronized修饰的对象；
==和equals，前者：对于基本数据类型，比较的是变量值【equals是Object.class的方法，基本数据类型没有】，对于引用类型，比较其地址；后者：如果没有重写，是比较对象地址(默认使用的是==)，重写后，按重写逻辑对比；
- 【注意】：如果重写了equals，那么hashCode方法也要求重写，并且保证如果equals和hashCode同时成立；否则再HashMap处理数据时，会导致相同对象却无法存储在同一个哈希桶里面；
native关键子修饰的方法标识调用底层操作系统的方法；不能重写；
StringBuffer和StringBuilder，StringBuffer线程安全(sync)，效率更低；StringBuilder线程不安全，效率高；
finalize()方法，Object类中的一个在被垃圾收集器处理之前做的一些清理工作，方法由垃圾收集器调用；可重写；
集合体系
ArraryList基于动态数组，适用于频繁的数据读取；LinkedList基于链表实现，适用于频繁的插入与删除；
如果未添加权限修饰，表示该方法当前包下可用；
HashMap是基于数组，链表，红黑树数据结构实现的；数组长度(默认为16)可在构造函数指定，数组(bucket)保存着一个链表(Node<K,V>），node持有下一个node的引用，形成链表，当链表数超过8时，会转成红黑树(平衡二叉树)，提高效率；
- put():当put时，会根据key计算hash值，再通过hash%array_len计算出数组的索引，获得该元素下的链表，遍历该元素的链表，同时比较hash(这里其实是比较是否存在相同的key)，如果相同hash值相同(产生hash碰撞)，在比较equals()，如果相同，则直接替换，如果没有，再创建添加到当前链表中；
- 优化思路：每次的hash计算值都决定了新插入值的所在的数组位置，如果可以优化索引的算法，让链表尽量均匀分布在每个数组元素上，这样就可以减少每次遍历链表的次数，不过这个Java已经优化过了；
- HashTable是线程安全的，它不允许key为null，同时存在contains()方法，实现原理与之类似；
- ConcurrentHashMap: 基于sync和CAS实现线程安全，底层数据结构和HashTable一致；对于HashTable，它的效率会更好，HashTable的所有方法几乎都是sync修饰，每次执行都需要判断锁；而ConcurrentHashMap只对数据行锁定，进一步减少了并发下锁冲突概率，同时使用CAS进一步保证了原子性；这也就是性能由于HashTable的原因；
线程的五种状态，新建，就绪，运行，阻塞，死亡；阻塞只能先转就绪态，再转运行态；
阻塞的常见情况：I/O操作；sleep()或者wait() synchronized ;
流类型
- 字节流
- 字符流
- 汇总
- 区别：字节流可以处理所有文件类型以及二进制数据(音频，图像...)，字符流用于处理文本数据；
- 两个特殊类: InputStreamReader，将字节输入流转字符输入流； OutputStreamWriter，将字节输出流转字符输出流；类似的还有两个WriterOutputStream和ReaderInputStream；这个两个类不是java.io包下的；
Java反射
- 设计目的：提高程序灵活性，应对复杂的大框架，比如动态代理就是依赖于反射，Spring框架的AOP也是依赖于反射实现；
- 实现原理：再JVM的ClassLoader加载字节码文件的时候，会将类的信息保存再堆内存的Class对象中，包括类的参数，方法，接口，父类；Class.forName()以及getClass()时，会在堆内存获取Class对象，如果没有则会重新使用ClassLoader进行加载；
Java序列化：序列化，是指将对象转为可存储或者可传输的数据格式的过程；其实就是将Java对象转为对象流的形式，可以将对象流保存在文件中(二进制数据)或者进行网络传输；再通过ObjectInputStream转换回来；
Cookie和Session：首先Cookie是保存再客户端，而session是保存在服务端；Cookie是服务端发送给客户端的一个小数据段，里面通常会有一些鉴权或用户状态信息，比如sessionId；而session是存储再服务端的用户信息或会话，一般有一个唯一Id，通常会使用Cookie来发送到客户端；我理解的是Cookie是客户端与服务端信息交换的一个特定请求头，Session是这个交换信息中存在一部分，比如也可以将一些其他的鉴权信息添加到Cookie中，浏览记录，购物车信息等等...;
Java的内存分区：
- 类加载系统：JVM会使用双亲委派的方式，进行加载字节码文件到内存中；首先BootStrap ClassLoader(根类加载器)尝试加载，Ext ClassLoader(拓展类加载器)，Application ClassLoader(应用类加载器)，最后自定义ClassLoader，如果都没有加载成功会抛出ClassNotFound异常；一般用户写的代码都是由应用类加载加载的。【双亲委派：再类加载的过程中，会优先委派父加载器加载，如果加载失败，再交由子加载器加载；】
- Java堆内存(存放对象实例，这里的元空间再JDK1.8之后就不属于java的堆内存，使用的本地系统内存；这里画在一起只是表面JVM会对这个区域内容进行管理)：
  - 新生代区：当对象初次new创建时，会放在这个区域；老年区：当新生代区的对象经过多次GC任然存活，就会被放入这个区域，这个区域的GC频率会更小，GC的速度也会更慢；元空间区(Jdk1.7叫永久代)：主要用于存储类的元数据信息(类名，接口，方法，变量...)；
    - 新生代还有三个区,一个叫伊甸区,生存区s0,生存区s1; 新创建的对象放在伊甸区,当经过第一轮的CG后,放入生存区s0,再次GC后,放入s1;
- 方法区(非堆)：再JDK8之后，也被称为元空间，方法区是一个抽象概念，而JDK1.7的永久代以及之后版本的元空间都是它的具体实现；这里的数据线程共享，保存类的元数据信息，常量以及静态变量等数据；他里面还有一个常量池；常量池里的方法常量池保存了类的方法信息；【(JDK8)这里强调非堆内存，是因为这个部分内存属于本地内存，是操作系统管理；也就是它是不会被GC回收的；】
- Java栈内存：这里的数据线程私有，主要用来保存方法信息，包括参数，内部变量等；这里的GC执行频率较少；【这里的方法信息来自方法区的方法常量池，再线程执行调用方法时，会进行方法压栈】
- 虚拟机栈内存：这里的数据线程私有，基本和Java栈内存很类似，这里一般都是虚拟机内部的方法信息，也就是native修饰的方法；
- 程序计数器：这个内存占用小，用来记录字节码指令执行的序号信息；程序的分支，跳转，循环，异常处理都是依赖它；每个线程都会维护一个计数器；
- 关于垃圾回收机制
  - 垃圾回收机制主要针对方法区和JVM堆内存;因为相对于其他的比如java的栈内存,程序计数器,本地方法栈他们都是线程私有,随线程生命周期创建与销毁;一般来说,方法区里的数据一般不会回收,一般都是类加载而很少出现类卸载的情况;
  - 回收的主要对象是没有被引用的对象,通常会有特定的算法来判断对象引用; 有二种判断方式:
    - 引用计数:也就是统计当前对象的引用数,如果对象引用为0,则说明对象可回收;但是如果出现循环引用,就类似于死锁一样,无法回收;
    - 可达性分析:也就是以对象属性为起点,进行遍历,判断是否可达,(比如 a.b.c=null,就说明b.c不可以,c就是可以被回收了,或者说a.b=null,b就可以被回收了)
  - 当判断垃圾之后,就会采用特定的回收算法,主要用三种回收算法
    - 标记清除算法(老年代): 就是对垃圾对象进行垃圾标记,直接清除;不过这种很容易出现内存碎片;就会导致内存一大片内存区域使用率很低;申请连续内存区域时失败;(这个适合回收内存较少的情况,整体的内存区域也比较少)
    - 复制算法(新生代):其实也就是重新开辟一个与当前内存区域一样的内存区域,将旧区域的对象复制到新区域中,最后统一释放旧区域;这个可以解决内存碎片问题,不过会占用大量内存;
    - 标记整理算法(老年代):也就是对内存进行重排序,使对象内存变成连续内存;但是这个搬运内存开销很大;
    - 基于上述考虑,JVM采用的是分代回收,对不同的内存代采用不同的回收机制;
- 垃圾回收器(总共七个)：
  - Serial收集器：
    - 优点：简单而高效（单线程），没有线程交互开销，在Client模式下的虚拟机中表现良好。
    - 缺点：进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程（Stop The World）。
  - Serial Old收集器：
    - 优点：Serial收集器的老年代版本，单线程，使用标记-整理算法，适合Client模式下的虚拟机。
    - 缺点：和Serial收集器一样存在Stop The World问题。
  - ParNew收集器：
    - 优点：Serial收集器的多线程版本，在多CPU环境下表现更优。
    - 缺点：同样存在Stop The World问题，但由于是并行工作，通常比Serial收集器有更快的垃圾收集速度。
  - Parallel Scavenge收集器：
    - 优点：关注吞吐量（CPU用于运行用户代码的时间与总时间的比值），可通过参数调节停顿时间或最大吞吐量。
    - 缺点：同样存在Stop The World问题，但优化目标是提高吞吐量而非减少停顿时间。
  - Parallel Old收集器：
    - 优点：Parallel Scavenge收集器的老年代版本，多线程，使用标记-整理算法，适合Server模式下的虚拟机。
    - 缺点：虽然是并行工作，但老年代的垃圾收集通常较为繁重，停顿时间可能较长。
  - CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器：
    - 优点：以最短回收停顿时间为目标，适合对响应时间有较高要求的应用。
    - 缺点：对CPU资源敏感，产生大量内存碎片，无法处理浮动垃圾，可能出现Concurrent Mode Failure。
  - G1(Garbage-First)收集器：
    - 优点：并行与并发，分代收集，空间整合，可预测的停顿时间，适合大堆内存和多处理器机器。
    - 缺点：相对于其他收集器，G1有更复杂的资源管理开销。
  - ZGC收集器：
    - 优点：低延迟，高吞吐量，支持大内存，暂停时间不依赖于堆的大小。
    - 缺点：相对于其他收集器，可能会牺牲一些吞吐量。
线程池：节省线程资源，提高利用率；控制并发数；线程池内部会有一个核心线程，当keepLiveTime过后，allowCoreThreadTimeOut属性决定是否回收，默认不回收(false)。它有4个核心参数：最大线程数，最小线程数，阻塞队列，空闲线程最大存活时间；
Atomic类：使用原子的方式操作数据，保证高并发下的数据安全；如AtomicInteger，AtomicIntegerList；其底层实现使用CAS方式，这个是依赖于Native方法的方式；
- CAS(Compare And Set): 再设置值之前会判断是否为期望值，如果不是，说明有其他线程再操作，会重新获得，直到期望值达到，才会更新并设置；整个过程都是Native方法实现的；
Synchronized原理(同步锁)：对于方法的同步锁，再JVM加载字节码文件时，会再将方法信息添加的方法常量池时，设置ACC_SYNCHRONIZED标志，当指令调用时，会检查是否是同步方法，如果是，执行线程将获得优先获得mointor(其实也就是类似于锁)，当方法执行完毕释放；对于代码块，会使用两个指令标识(monitorenter,monitorexit)，分别再代码块的开始与结束位置，同时会有一个计数器，当有执行线程获得锁时，计数器+1，当到结束位置时，计数器-1；当有其他线程尝试获得锁时，会判断计数器是否为0，非0标识有线程正在执行，其它线程就会处于阻塞状态，直到锁释放；
Synchronized和Lock的区别：Lock是基于CAS方式实现，Sync是纯基于JVM实现；Lock提供了更加便捷的api(比如tryLock())同时也添加超时锁以及可中断(unlock())来灵活处理线程锁的获取，避免线程因等待锁释放而阻塞；
ReentrantLock: 也是JUC包下的一个可重入锁；可打断，可设置超时时间；可设置条件变量；
死锁：当两个或两个以上的线程持有对方需要的资源，且双方均未释放锁时，就会造成线程之间互相等待锁释放，导致死锁现象；
- 解决办法：控制锁(资源)的获得顺序一致性；
volatile关键字：Java中一个轻量级的同步关键字，保证变量的可见性，但不能保证原子性，即被修改所有线程可见；只可以修饰变量，但不会造成线程阻塞；
悲观锁与乐观锁：乐观锁就是觉得不会出现并发安全问题，认为资源就只有它自己使用，只会在对资源修改时会判断是否是自己需要更改的值；典型的就是CAS和版本号控制方式；悲观锁则认为，一个会发生并发安全问题，在拿到共享资源之后，就会上锁，阻塞其它线程获取；synch和ReentrantLock就是典型的悲观锁；
类的加载过程(延迟加载)：分五个步骤，加载->验证->准备->解析->初始化；
- 加载：ClassLoader通过类全限定名加载类的字节码文件，将字节码中的类信息封装成Class对象，并存入方法区中；
- 验证：ClassLoader检验类命名，文件格式，变量引用是否有权限，是否有危险代码；
- 准备：为类的静态变量分配内存，并赋初值；
- 解析：解析类语义，并将引用类型变量替换为实际引用(比如内存地址)；
- 初始化：执行静态代码块；这里是才是真正执行用户写的代码；除了自定义类加载器的情况下，上面的过程都是由JVM自动实现的；
- 类的加载时机(类的加载是延迟加载)：首先类加载的目的是获得类的类信息，方法，变量，父类，以及接口信息到内存中，所以
  - new创建(子)类实例时；
  - 使用(子)类的静态方法，静态变量时；
  - 反射(子)类时；
cron表达式：一个时间表达式，再定时任务中使用较多；
- 有[秒] [分] [时] [日] [月] [周] [年] ，6位；就比如 * 1 0 * * * * ，表示每天的00:01执行任务；有几个比较常用的特殊字符；
- * ：表示匹配该域的任意值，可解读为 “每”。例如在[分]域使用*, 即表示每分钟都会触发定时任务。
- ? ：表示不指定值，只能用在[日]和[周]两个域。在不需要关心当前域时使用。例如要在每月 8 号触发任务，但不关心是周几，我们可以这么设置 0 0 0 8 * ?。
- - ：表示该域的连续范围。例如在[分]域使用5-20则表示从5分到20分钟每分钟触发一次。
- / ：该符号将所在域中的表达式分为两个部分，第一部分表示起始时间，第一部分表示间隔时间。例如在[分]域使用5/20则意味着从第5秒开始，每20分钟触发一次。在 [秒]域上定义 5/10 表示从第5秒开始每1 秒执行一次。
final关键字：
- 修饰类: 这个类不能被继承；
- 修饰方法：这个方法不能被重写；对于final修饰的类，其方法也被隐式添加了final修饰；
- 修饰基本数据类型变量：这个变量的常量值不可以被修改；
- 修饰引用类型变量：这个变量的引用地址不可以修改；
- 【误区】：final修饰只是标识这个变量或类不能修改，并不是说不能修改它的状态(属性)；
Java的网络编程：
- 其实也就是使用java.net包下的相关类，建立socket连接，实现进程之间的数据通信；对于Socket连接，不依赖于任何协议，使用Socket，InetSocketAddress与目标服务器建立连接；目标服务器使用ServerSocket监听端口，接收InputStream数据；对于Http请求(本质还是socket连接，只是添加了一个TCP/IP通信协议)，使用URL根据统一资源定位符(URL)建立连接，获得输入流数据，实现数据通信；
- 关于NIO(同步非阻塞IO)和BIO(同步阻塞IO)
  - NIO: 在IO操作时的读入写出，线程可以做其他的事情，不会阻塞当前线程；BIO: 在IO操作时的读入写出时，线程会被阻塞，等待操作的完成；
  - 首先说一下同步和异步【根本区别是调用者是否需要等待被调用者的执行结果】: 同步是说，当发起一个方法调用时，调用者必须等被调用者返回结果，才能继续执行；而异步是说，当发起一个方法调用时，被调用者立刻返回接收调用请求，调用者继续执行；而调用结果会通过事件等回调机制返回结果；
  - 阻塞和非阻塞：阻塞是说，当发起一个请求时，在没有返回结果之前，当前线程会被挂起阻塞，等待资源获取，不能处理其他事情；非阻塞式说，当发起请求时，线程不会等待请求结果返回，再次期间它可以继续执行其他逻辑；
  - NIO的实现原理：在这个IO模式中，会单独开启一个线程selector来监听多个Channel读写操作，当有数据读入/写出时，会使用Buffer写入缓存区；调用方通过缓存区读取数据；