Klassterの工坊

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Java基础

Object

Object 类的常见方法有哪些？

Object 类是一个特殊的类，是所有类的父类，主要提供了以下 11 个方法：

/**
 * native 方法，用于返回当前运行时对象的 Class 对象，使用了 final 关键字修饰，故不允许子类重写。
 */
public final native Class<?> getClass()
/**
 * native 方法，用于返回对象的哈希码，主要使用在哈希表中，比如 JDK 中的HashMap。
 */
public native int hashCode()
/**
 * 用于比较 2 个对象的内存地址是否相等，String 类对该方法进行了重写以用于比较字符串的值是否相等。
 */
public boolean equals(Object obj)
/**
 * native 方法，用于创建并返回当前对象的一份拷贝。
 */
protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException
/**
 * 返回类的名字实例的哈希码的 16 进制的字符串。建议 Object 所有的子类都重写这个方法。
 */
public String toString()
/**
 * native 方法，并且不能重写。唤醒一个在此对象监视器上等待的线程(监视器相当于就是锁的概念)。如果有多个线程在等待只会任意唤醒一个。
 */
public final native void notify()
/**
 * native 方法，并且不能重写。跟 notify 一样，唯一的区别就是会唤醒在此对象监视器上等待的所有线程，而不是一个线程。
 */
public final native void notifyAll()
/**
 * native方法，并且不能重写。暂停线程的执行。注意：sleep 方法没有释放锁，而 wait 方法释放了锁 ，timeout 是等待时间。
 */
public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException
/**
 * 多了 nanos 参数，这个参数表示额外时间（以纳秒为单位，范围是 0-999999）。 所以超时的时间还需要加上 nanos 纳秒。。
 */
public final void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException
/**
 * 跟之前的2个wait方法一样，只不过该方法一直等待，没有超时时间这个概念
 */
public final void wait() throws InterruptedException
/**
 * 实例被垃圾回收器回收的时候触发的操作
 */
protected void finalize() throws Throwable { }

String

String、StringBuffer、StringBuilder 的区别？

可变性：String不可修改，其他两个可修改

线程安全：String对象不可变，线程安全；StringBuffer对方法加了同步锁或者对调用的方法加了同步锁，所以是线程安全的；StringBuilder 并没有对方法进行加同步锁，是非线程安全的。

性能：String修改时，会生成一个新对象。StringBuffer和StringBuilder是对本身进行操作，并不产生新对象。由于StringBuilder方法不加锁，性能更高一些。

String 为什么是不可变的?

  1. 保存字符串的数组被 final 修饰且为私有的，并且String 类没有提供/暴露修改这个字符串的方法。

  2. String 类被 final 修饰导致其不能被继承，进而避免了子类破坏。

public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    private final char value[];
  //...
}

字符串拼接用“+” 还是 StringBuilder?

String底层重写+和+=运算符，本质是生成了StringBuilder对象进行append拼接。

不过在循环中，每次拼接都会生成一个新的StringBuilder对象，性能很低。

所以一般自己创建StringBuilder对象，调用append方法进行拼接更好。

字符串常量池的作用了解吗？

字符串常量池 是 JVM 为了提升性能和减少内存消耗针对字符串专门开辟的一块区域，主要目的是为了避免字符串的重复创建。

// 1.在字符串常量池中查询字符串对象 "ab"，如果没有则创建"ab"并放入字符串常量池
// 2.将字符串对象 "ab" 的引用赋值给 aa
String aa = "ab";
// 直接返回字符串常量池中字符串对象 "ab"，赋值给引用 bb
String bb = "ab";
System.out.println(aa==bb); // true

String.intern 方法有什么作用?

String.intern() 是一个 native (本地) 方法，用来处理字符串常量池中的字符串对象引用。它的工作流程可以概括为以下两种情况：

  1. 常量池中已有相同内容的字符串对象：如果字符串常量池中已经有一个与调用 intern() 方法的字符串内容相同的 String 对象，intern() 方法会直接返回常量池中该对象的引用。

  2. 常量池中没有相同内容的字符串对象：如果字符串常量池中还没有一个与调用 intern() 方法的字符串内容相同的对象，intern() 方法会将当前字符串对象的引用添加到字符串常量池中，并返回该引用。

总结：

  • intern() 方法的主要作用是确保字符串引用在常量池中的唯一性。

  • 当调用 intern() 时，如果常量池中已经存在相同内容的字符串，则返回常量池中已有对象的引用；否则，将该字符串添加到常量池并返回其引用。

// s1 指向字符串常量池中的 "Java" 对象
String s1 = "Java";
// s2 也指向字符串常量池中的 "Java" 对象，和 s1 是同一个对象
String s2 = s1.intern();
// 在堆中创建一个新的 "Java" 对象，s3 指向它
String s3 = new String("Java");
// s4 指向字符串常量池中的 "Java" 对象，和 s1 是同一个对象
String s4 = s3.intern();
// s1 和 s2 指向的是同一个常量池中的对象
System.out.println(s1 == s2); // true
// s3 指向堆中的对象，s4 指向常量池中的对象，所以不同
System.out.println(s3 == s4); // false
// s1 和 s4 都指向常量池中的同一个对象
System.out.println(s1 == s4); // true

String 类型的变量和常量做“+”运算时发生了什么？

String str1 = "str";
String str2 = "ing";
String str3 = "str" + "ing";
String str4 = str1 + str2;
String str5 = "string";
System.out.println(str3 == str4);//false
System.out.println(str3 == str5);//true
System.out.println(str4 == str5);//false

对于编译期可以确定值的字符串，也就是常量字符串，jvm 会将其存入字符串常量池。并且，字符串常量拼接得到的字符串常量在编译阶段就已经被存放字符串常量池，这个得益于编译器的优化。

字符串使用 final 关键字声明之后，可以让编译器当做常量来处理。

final String str1 = "str";
final String str2 = "ing";
// 下面两个表达式其实是等价的
String c = "str" + "ing";// 常量池中的对象
String d = str1 + str2; // 常量池中的对象
System.out.println(c == d);// true

如果，编译器在运行时才能知道其确切值的话，就无法对其优化。

final String str1 = "str";
final String str2 = getStr();
String c = "str" + "ing";// 常量池中的对象
String d = str1 + str2; // 在堆上创建的新的对象
System.out.println(c == d);// false
public static String getStr() {
      return "ing";
}

异常

Java异常类层次结构图：

types-of-exceptions-in-java.png

Exception 和 Error 有什么区别？

在 Java 中，所有的异常都有一个共同的祖先 java.lang 包中的 Throwable 类。Throwable 类有两个重要的子类:

  • Exception :程序本身可以处理的异常，可以通过 catch 来进行捕获。Exception 又可以分为 Checked Exception (受检查异常，必须处理) 和 Unchecked Exception (不受检查异常，可以不处理)。

  • Error ：Error 属于程序无法处理的错误 ，我们没办法通过 catch 来进行捕获不建议通过catch捕获 。例如 Java 虚拟机运行错误（Virtual MachineError）、虚拟机内存不够错误(OutOfMemoryError)、类定义错误（NoClassDefFoundError）等 。这些异常发生时，Java 虚拟机（JVM）一般会选择线程终止。

Checked Exception 和 Unchecked Exception 有什么区别？

Checked Exception 即 受检查异常 ，Java 代码在编译过程中，如果受检查异常没有被 catch或者throws 关键字处理的话，就没办法通过编译。

常见的受检查异常有：IO 相关的异常、ClassNotFoundException、SQLException...。

除了RuntimeException及其子类以外，其他的Exception类及其子类都属于受检查异常 。

Unchecked Exception 即 不受检查异常 ，Java 代码在编译过程中 ，我们即使不处理不受检查异常也可以正常通过编译。

RuntimeException 及其子类都统称为非受检查异常，常见的有（建议记下来，日常开发中会经常用到）：

  • NullPointerException(空指针错误)

  • IllegalArgumentException(参数错误比如方法入参类型错误)

  • NumberFormatException（字符串转换为数字格式错误，IllegalArgumentException的子类）

  • ArrayIndexOutOfBoundsException（数组越界错误）

  • ClassCastException（类型转换错误）

  • ArithmeticException（算术错误）

  • SecurityException （安全错误比如权限不够）

  • UnsupportedOperationException(不支持的操作错误比如重复创建同一用户)

finally 中的代码一定会执行吗？

不一定的！在某些情况下，finally 中的代码不会被执行。

就比如说 finally 之前虚拟机被终止运行的话，finally 中的代码就不会被执行。

try {
    System.out.println("Try to do something");
    throw new RuntimeException("RuntimeException");
} catch (Exception e) {
    System.out.println("Catch Exception -> " + e.getMessage());
    // 终止当前正在运行的Java虚拟机
    System.exit(1);
} finally {
    System.out.println("Finally");
}

输出结果：

Try to do something
Catch Exception -> RuntimeException

另外，在以下 2 种特殊情况下，finally 块的代码也不会被执行：

  1. 程序所在的线程死亡。

  2. 关闭 CPU。

反射

什么是反射

简单来说，Java 反射 (Reflection) 是一种在程序运行时，动态地获取类的信息并操作类或对象（方法、属性）的能力。

通常情况下，我们写的代码在编译时类型就已经确定了，要调用哪个方法、访问哪个字段都是明确的。但反射允许我们在运行时才去探知一个类有哪些方法、哪些属性、它的构造函数是怎样的，甚至可以动态地创建对象、调用方法或修改属性，哪怕这些方法或属性是私有的。

反射的应用

1.依赖注入与控制反转（IoC）

以 Spring/Spring Boot 为代表的 IoC 框架，会在启动时扫描带有特定注解（如 @Component, @Service, @Repository, @Controller）的类，利用反射实例化对象（Bean），并通过反射注入依赖（如 @Autowired、构造器注入等）。

2.注解处理

注解本身只是个“标记”，得有人去读这个标记才知道要做什么。反射就是那个“读取器”。框架通过反射检查类、方法、字段上有没有特定的注解，然后根据注解信息执行相应的逻辑。比如，看到 @Value，就用反射读取注解内容，去配置文件找对应的值，再用反射把值设置给字段。

3.动态代理与 AOP

想在调用某个方法前后自动加点料（比如打日志、开事务、做权限检查）？AOP（面向切面编程）就是干这个的，而动态代理是实现 AOP 的常用手段。JDK 自带的动态代理（Proxy 和 InvocationHandler）就离不开反射。代理对象在内部调用真实对象的方法时，就是通过反射的 Method.invoke 来完成的。

代理

如何实现动态代理？

动态代理是一种非常强大的设计模式，它允许我们在不修改源代码的情况下，对一个类或对象的方法进行功能增强（Enhancement）。

在 Java 中，实现动态代理最主流的方式有两种：JDK 动态代理 和 CGLIB 动态代理。

第一种：JDK 动态代理

Java 官方提供的，其核心要求是目标类必须实现一个或多个接口。JDK 动态代理在运行时，会利用 Proxy.newProxyInstance() 方法，动态地创建一个实现了这些接口的代理类的实例。这个代理类在内存中生成，你看不到它的 .java 或 .class 文件。

当你调用代理对象的任何一个方法时，这个调用都会被转发到我们提供的一个 InvocationHandler 接口的 invoke 方法中。在 invoke 方法里，我们就可以在调用原始方法（目标方法）之前或之后，加入我们自己的增强逻辑。

第二种：CGLIB 动态代理

CGLIB 是一个第三方的代码生成库。它的原理与 JDK 完全不同，它不要求被代理的类实现接口。它在运行时，动态生成目标类的子类作为代理类（通过 ASM 字节码操作技术）。然后，它会重写父类（也就是被代理类）中所有非 final、private 和 static 的方法。

当你调用代理对象的任何一个方法时，这个调用会被 CGLIB 的 MethodInterceptor 接口的 intercept 方法拦截。和 InvocationHandler 的 invoke 方法一样，我们可以在 intercept 方法里，在调用原始的父类方法之前或之后，加入我们的增强逻辑。

JDK 动态代理和 CGLIB 动态代理有什么区别？

  • JDK 动态代理是官方的，它要求被代理的类必须实现接口。它的原理是动态生成一个接口的实现类来作为代理。

  • CGLIB 是第三方的，它不需要接口。它的原理是动态生成一个被代理类的子类来作为代理。但也正因为是继承，所以它不能代理 final 的类，被代理的方法也不能是 final 或 private 。

  • 就二者的效率来说，大部分情况都是 JDK 动态代理更优秀，随着 JDK 版本的升级，这个优势更加明显。

SPI

什么是SPI?

SPI 即 Service Provider Interface ，字面意思就是：“服务提供者的接口”，我的理解是：专门提供给服务提供者或者扩展框架功能的开发者去使用的一个接口。

SPI 将服务接口和具体的服务实现分离开来，将服务调用方和服务实现者解耦，能够提升程序的扩展性、可维护性。修改或者替换服务实现并不需要修改调用方。

很多框架都使用了 Java 的 SPI 机制，比如：Spring 框架、数据库加载驱动、日志接口、以及 Dubbo 的扩展实现等等。

SPI和API的区别

spi-vs-api.png

一般模块之间都是通过接口进行通讯，因此我们在服务调用方和服务实现方（也称服务提供者）之间引入一个“接口”。

  • 当实现方提供了接口和实现，我们可以通过调用实现方的接口从而拥有实现方给我们提供的能力，这就是 API。这种情况下，接口和实现都是放在实现方的包中。调用方通过接口调用实现方的功能，而不需要关心具体的实现细节。

  • 当接口存在于调用方这边时，这就是 SPI 。由接口调用方确定接口规则，然后由不同的厂商根据这个规则对这个接口进行实现，从而提供服务。

举个通俗易懂的例子：公司 H 是一家科技公司，新设计了一款芯片，然后现在需要量产了，而市面上有好几家芯片制造业公司，这个时候，只要 H 公司指定好了这芯片生产的标准（定义好了接口标准），那么这些合作的芯片公司（服务提供者）就按照标准交付自家特色的芯片（提供不同方案的实现，但是给出来的结果是一样的）。

I/O

IO模型分类

同步阻塞 I/O、同步非阻塞 I/O、I/O 多路复用和异步 I/O。

  1. 同步阻塞：每次read，会阻塞，直至数据拷贝到用户空间。

    image-dZCW.png

  2. 同步非阻塞：每次read，不会阻塞，可以去执行一些其他的计算，然后回来继续read检查内核是否准备好了数据。由于非阻塞，可以处理一些其他的任务，更高效一些。但是是轮询的，会消耗CPU资源。

    20190105163821398.jpg

  3. 多路复用：可以一次性监听多个IO请求，每次轮询检查内核是否有数据准备好了，如果准备好则进行read，read 调用的过程（数据从内核空间 -> 用户空间）还是阻塞的。可以处理多个IO，所以性能更好。
    目前支持 IO 多路复用的系统调用，有 select，epoll 等等。select 系统调用，目前几乎在所有的操作系统上都有支持。
    select 调用：内核提供的系统调用，它支持一次查询多个系统调用的可用状态。几乎所有的操作系统都支持。
    epoll 调用：linux 2.6 内核，属于 select 调用的增强版本，优化了 IO 的执行效率。

    20190105163846560.jpg

  4. 异步：基于事件和回调机制实现的，也就是应用操作之后会直接返回，不会堵塞。当后台处理完成，操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。用户线程需要接受kernel的IO操作完成的事件，或者说注册IO操作完成的回调函数，到操作系统的内核。

    20190105163914730.jpg

BIO (Blocking I/O)

BIO 属于同步阻塞 IO 模型 。

一次IO会阻塞一个连接，无法处理高并发场景。

NIO (Non-blocking/New I/O)

Java的NIO是IO多路复用模型。

可以同时处理多个连接，处理高并发网络。

AIO(Asynchronous I/O)

AIO 也就是 NIO 2。Java 7 中引入了 NIO 的改进版 NIO 2，它是异步 IO 模型。

总结

四种IO模型，理论上越往后，阻塞越少，效率也是最优。在这四种 I/O 模型中，前三种属于同步 I/O，因为其中真正的 I/O 操作将阻塞线程。只有最后一种，才是真正的异步 I/O 模型。

参考

https://javaguide.cn/https://www.cnblogs.com/crazymakercircle/p/10225159.htmlhttps://www.cnblogs.com/88223100/p/Deeply-learn-the-implementation-principle-of-IO-multiplexing-select_poll_epoll.html

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