Java基础知识随记

2025年02月26日 2.2k 字大概 9 分钟

基础知识

Java访问修饰符为默认(default)是包级访问权限，只有包内的类才能访问，而不是public
Java只有值传递，不存在C++的引用传递
==比较值（基本类型的值是value，类的值是地址）,equal的比较一般是内容相等（但是Object的equal是=比较）
hashCode()用于快速判断元素之间相等，减少equla调用。hash相等才用equal判断是否真相等而非hash冲突。
重写 equals() 时必须重写 hashCode() 方法
包装类保存的基本类型的值都是final，每次赋值都是重新new
String、StringBuffer、StringBuilder
1. String的值是final，不可变，对其修改/拼接等操作是new String()给他指向
2. String.intern()：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。
方法回调（CallBack）：解耦逻辑、提高复用和可扩展性。思想如下
- 函数A执行需要调用函数B，对于B的执行结果，A会把相应的处理逻辑封装成函数接口（称为：回调函数）
- 在调用B时，A同时传递回调函数，B在执行时，会自己决定何时使用回调函数
- 好处是当多个不同函数调用B，各自实现自身的回调函数，即可复用函数B

异常(Exception) :程序本身可以处理的异常，可以通过 catch 来进行捕获。

反射

1. 通过反射能绕过访问权限获取私有字段/方法

Class<Test> c = Test.class;
try {
    /**
     * getDeclaredXXX:获取所有级别函数/字段，非public级别需要设定setAccessible(true)才能使用
     * getXXX：获取public级别的
     */
    //获取私有带参构造函数、私有字段、私有方法
    Constructor<Test> constructor = c.getDeclaredConstructor(int.class, String.class);
    constructor.setAccessible(true);

    Field filed = c.getDeclaredField("filed");
    filed.setAccessible(true);

    Method print = c.getDeclaredMethod("print",String.class);
    print.setAccessible(true);

    //测试私有构造函数/方法/字段
    Test now = constructor.newInstance(666, "张三");
    //调用时需要传入实例对象，后面附带方法参数
    System.out.println(filed.get(now));//张三
    print.invoke(now,"llllla");//haha:  llllla
    filed.set(now,"李四");
    System.out.println(filed.get(now));//李四

} catch (Exception ex) {
    System.out.println(ex);
}

class Test {
    public int val;
    private String filed;

    private void print(String s) {
        System.out.println("haha:  "+s);
    }
    public Test() {}
   private   Test(int v, String s) {
        val = v;
        filed = s;
    }
}

Java 集合

数组和链表的区别
- 数组访问速度快，但插入删除慢，且内存必须连续，可能存在空间浪费或不足无法扩展
- 链表插入速度快，可以动态开辟空间，适合频繁增删改，但是访问速度慢（内存分配、垃圾回收等无需随机访问的经常使用）
- 循环链表的应用：循环队列（体现公平性、轮询）
ArrayList
1. 基于Object[]实现，未指定容量时默认为空数组,插入数据时初始数组长度为默认容量10
2. 扩容：要插入元素时发现超出当前容量，扩容（newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)），将原数组拷贝进长度为新容量的新数组中（v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);）
3. clear：将数组中的每个元素都设为null
HashSet、LinkedHashSet、TreeSet
HashSet 的底层数据结构是HashMap。读取顺序是按hash值排序
LinkedHashSet 的底层数据结构是LinkedHashMap，链表维护元素的插入顺序，能按照添加顺序遍历输出
TreeSet 的底层数据结构是红黑树
HashMap单独坐一桌：
1. 由数组+链表/红黑树组成的（链表长>7且数组长度>63，转换为红黑树）。
  - 元素是Node<K,V>,红黑树的结点TreeNode继承自Node，使得可以用迭代器遍历map所有结点
  - 扩容后，会对链表/红黑树的拆分，根据他们二进制高位（扩容新增那一位）是否为1，会分成2条链表（各自存放到新的map位置），链表长度过长则直接树化
2. 总是使用 2 的幂作为哈希表的大小。HashMap 默认的初始化大小为 16。之后每次扩充，容量变为原来的 2 倍。
3. hash()：
  - (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)，右移一半来异或得到hash值
  - 通过 (n - 1) & hash 判断当前元素存放的位置
  - 如果当前位置存在元素的话，就判断该元素与要存入的元素的 hash 值以及 key 是否相同，如果相同的话，直接覆盖；不相同就遍历链表插入链表尾部。
  - jdk8引入了红黑树，不再有rehash操作来保证扩容后hash的随机性
  - 红黑树的内部排序基于System.identityHashCode()：依据对象初始内存地址计算的一个哈希值（保证了该值不会因为对象内存地址改变而改变）
4. 核心字段：initialCapacity(初始容量)、loadFactor(负载因子(可以大于1))、threshold（扩容阈值）
  - 扩容阈值一般等于Capacity*loadFactor，如果不超过最大阈值的话。当map元素数量>threshold，执行resize()扩容
  - loadFactor 负载因子控制数组存放数据的疏密程度，默认负载因子为0.75f。
  - 扩容：先创建一个新table，把旧table暂存起来，然后table指向新的空table，遍历旧table的桶把元素迁移到新table（扩容期间get/put操作对新table存在并发问题）
5. 线程不安全存在的一些问题：
  - 扩容会死循环/死锁（JDK7）：因为采用头插法，导致链表成为环形链表
  - 并发下put元素消失
  - get，put并发导致get为null，因为put导致扩容改位置了
ConcurrentHashMap
- 加锁：基本是在桶上（table数组的一个结点）加Synchronized，变更操作则是unsafe的cas锁
- 扩容
  - 引入了迁移结点ForwardingNode：一个桶被迁移后，把该结点标记为ForwardingNode（key,value均为null，hash值为MOVED（-1）,但提供了新table的指向）
  - 扩容的核心是transfer迁移方法，
    - 第一个执行transfer会创建一个新nextTable
    - 对于每个执行transfer的线程，会分配其把旧table的一段连续桶迁移到新table（迁移一个桶时，从尾巴迁移到头部，保证get不加锁也不存在问题）
- put：如果put的桶是MOVED状态，则执行helpTransfer去帮忙扩容，否则锁桶然后去插入元素
- get：如果get的桶是MOVED状态，说明数据已经迁移到新table，去新table查找，否则查找旧table
LinkedHashMap 继承自 HashMap，并在 HashMap 基础上维护一条双向链表，支持遍历时会按照插入顺序有序进行迭代。

设计模式

单例模式（确保一个类只有一个实例）

双重检验锁方式实现

public class A {
    private volatile static A uniqueInstance;//全局唯一实例，用volatile修饰，保证线程安全
    private A() {}
    public  static A getUniqueInstance() {//获取实例
        if (uniqueInstance == null) {//先判断对象是否已经实例过，没有实例化过才进入加锁代码
            synchronized (A.class) {//类对象加锁
                if (uniqueInstance == null) {
                    uniqueInstance = new A();
                }
            }
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

uniqueInstance = new Singleton(); 这段代码其实是分为三步执行：
1. 为 uniqueInstance 分配内存空间
2. 初始化uniqueInstance；
3. 将 uniqueInstance 指向分配的内存地址
如果不用volatile修饰，执行顺序可能变为1->3->2，那么其他线程获取实例时可能获取一个没有初始化的null实例

代理模式
1. 静态代理：在编译时便将代理类变成class文件（一般需要手动增加代理类，除非使用aspectJ）
2. 动态代理：运行时，代理类无需编译，直接生成代理类的字节码。无侵入性，无需修改目标类源码。
  - JDK动态代理：通过反射机制动态生成代理类（如 Proxy.newProxyInstance()）。只能代理实现了接口的类
  - CGLIB动态代理：通过字节码生成库（如 ASM）动态创建目标类的子类。只能代理public且非final的方法/类

参考文章

Java7/8 中的 HashMap 和 ConcurrentHashMap 全解析
 设计模式也可以这么简单
 JAVA回调机制(CallBack)详解

Java基础知识随记

基础知识

异常(Exception) :程序本身可以处理的异常，可以通过 catch 来进行捕获。

分类

反射

1. 通过反射能绕过访问权限获取私有字段/方法

Java 集合

设计模式

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