java基础知识梳理

java开发面试整理。来源：https://github.com/Snailclimb/JavaGuide

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Guide哥

java泛型、类型擦除、常用的通配符

来源：https://segmentfault.com/a/1190000019306920

举例：

// 指定泛型为String
List<String> list1 = new ArrayList<>();
// 指定泛型为Integer
List<Integer> list2 = new ArrayList<>();

System.out.println(list1.getClass() == list2.getClass()); //true

上面判断的结果就是true。代表两个传入了不同类型的List最终都编译成ArrayList，成为了同一种类型。原来的泛型参数String和Integer被擦除掉了。这就是类型擦除的例子。

==和equals方法的区别

1. == : 它的作用是判断两个对象的地址或基本数据类型的值是不是相等。即判断两个对象是不是同一个对象。

• 因为 Java 只有值传递，所以，对于 == 来说，不管是比较基本数据类型，还是引用数据类型的变量，其本质比较的都是值，只是引用类型变量存的值是对象的地址。

2. equals() : 它的作用也是判断两个对象是否相等，它不能用于比较基本数据类型的变量。

   • equals() 方法存在两种使用情况：
     • 情况 1：类没有覆盖 equals()方法。则通过equals()比较该类的两个对象时，等价于通过“==”比较这两个对象。使用的默认是 Object类equals()方法。
     • 情况 2：类覆盖了 equals()方法。一般，我们都覆盖 equals()方法来两个对象的内容相等；若它们的内容相等，则返回 true(即，认为这两个对象相等)。

3. 举例：

   public class test1 {
       public static void main(String[] args) {
           String a = new String("ab"); // a 为一个引用
           String b = new String("ab"); // b为另一个引用,对象的内容一样
           String aa = "ab"; // 放在常量池中
           String bb = "ab"; // 从常量池中查找
           if (aa == bb) // true
               System.out.println("aa==bb");
           if (a == b) // false，非同一对象
               System.out.println("a==b");
           if (a.equals(b)) // true
               System.out.println("aEQb");
           if (42 == 42.0) { // true
               System.out.println("true");
           }
       }
   }

   说明：

   • String 中的 equals 方法是被重写过的，因为 Object 的 equals 方法是比较的对象的内存地址，而 String 的 equals 方法比较的是对象的值。
   • 当创建 String 类型的对象时，虚拟机会在常量池中查找有没有已经存在的值和要创建的值相同的对象，如果有就把它赋给当前引用。如果没有就在常量池中重新创建一个 String 对象。

hashCode()与 equals()

1)为什么重写 equals 时必须重写 hashCode 方法？

1. hashCode()介绍:

   hashCode() 的作用是获取哈希码，也称为散列码；它实际上是返回一个 int 整数。这个哈希码的作用是确定该对象在哈希表中的索引位置。hashCode()定义在 JDK 的 Object 类中，这就意味着 Java 中的任何类都包含有 hashCode() 函数。散列表（哈希表）存储的是键值对(key-value)，它的特点是：能根据“键”快速的检索出对应的“值”。这其中就利用到了散列码（哈希码）！（可以快速找到所需要的对象）

2)为什么要有 hashCode？

1. 我们以“HashSet 如何检查重复”为例子来说明为什么要有 hashCode？

   当你把对象加入 HashSet 时，HashSet 会先计算对象的 hashcode 值来判断对象加入的位置，同时也会与其他已经加入的对象的 hashcode 值作比较，如果没有相符的 hashcode，HashSet 会假设对象没有重复出现。但是如果发现有相同 hashcode 值的对象，这时会调用 equals() 方法来检查 hashcode 相等的对象是否真的相同。如果两者相同，HashSet 就不会让其加入操作成功。如果不同的话，就会重新散列到其他位置。（摘自 Java 启蒙书《Head First Java》第二版）。这样我们就大大减少了 equals 的次数，相应就大大提高了执行速度。

3)为什么重写 equals 时必须重写 hashCode 方法？

1. 如果两个对象相等，则 hashcode 一定也是相同的。两个对象相等,对两个对象分别调用 equals 方法都返回 true。但是，两个对象有相同的 hashcode 值，它们也不一定是相等的 。因此，equals 方法被覆盖过，则 hashCode 方法也必须被覆盖。
2. hashCode()的默认行为是对堆上的对象产生独特值。如果没有重写 hashCode()，则该 class 的两个对象无论如何都不会相等（即使这两个对象指向相同的数据）

4)为什么两个对象有相同的 hashcode 值，它们也不一定是相等的？

因为 hashCode() 所使用的杂凑算法也许刚好会让多个对象传回相同的杂凑值。越糟糕的杂凑算法越容易碰撞，但这也与数据值域分布的特性有关（所谓碰撞也就是指的是不同的对象得到相同的 hashCode。

我们刚刚也提到了 HashSet,如果 HashSet 在对比的时候，同样的 hashcode 有多个对象，它会使用 equals() 来判断是否真的相同。也就是说 hashcode 只是用来缩小查找成本。

自动装箱与拆箱

• 装箱：将基本类型用它们对应的引用类型包装起来；
• 拆箱：将包装类型转换为基本数据类型；

Integer包装类型会将[-128,127]之间的数据直接放到缓存中，所以比较会是true。如果超出这个范围则会新建一个对象。

Java 基本类型的包装类的大部分都实现了常量池技术，即 Byte,Short,Integer,Long,Character,Boolean；前面 4 种包装类默认创建了数值[-128，127] 的相应类型的缓存数据，Character 创建了数值在[0,127]范围的缓存数据，Boolean 直接返回 True Or False。如果超出对应范围仍然会去创建新的对象。

重载与重写的区别

重载：

​ 发生在同一个类中，方法名必须相同，参数类型不同、个数不同、顺序不同，方法返回值和访问修饰符可以不同。

重写：

​ 重写发生在运行期，是子类对父类的允许访问的方法的实现过程进行重新编写。

1. 返回值类型、方法名、参数列表必须相同，抛出的异常范围小于等于父类，访问修饰符范围大于等于父类。
2. 如果父类方法访问修饰符为 private/final/static 则子类就不能重写该方法，但是被 static 修饰的方法能够被再次声明。
3. 构造方法无法被重写

区别点	重载方法	重写方法
发生范围	同一个类	子类
参数列表	必须修改	一定不能修改
返回类型	可修改	子类方法返回值类型应比父类方法返回值类型更小或相等
异常	可修改	子类方法声明抛出的异常类应比父类方法声明抛出的异常类更小或相等；
访问修饰符	可修改	一定不能做更严格的限制（可以降低限制）
发生阶段	编译期	运行期

Constructor 构造器方法不能被 override（重写）,但是可以 overload（重载）,所以你可以看到一个类中有多个构造函数的情况。

注意：

​ Java 程序在执行子类的构造方法之前，如果没有用 super()来调用父类特定的构造方法，则会调用父类中“没有参数的构造方法”。因此，如果父类中只定义了有参数的构造方法，而在子类的构造方法中又没有用 super()来调用父类中特定的构造方法，则编译时将发生错误，因为 Java 程序在父类中找不到没有参数的构造方法可供执行。解决办法是在父类里加上一个不做事且没有参数的构造方法。

一个类如果没有声明构造方法，那么也会有默认的不带参数的构造方法。如果你写了有参的构造方法，尽量也写上无参的构造方法（避免踩坑，是个好习惯）。

深拷贝VS浅拷贝

1. 浅拷贝：对基本数据类型进行值传递，对引用数据类型进行引用传递般的拷贝，此为浅拷贝。
2. 深拷贝：对基本数据类型进行值传递，对引用数据类型，创建一个新的对象，并复制其内容，此为深拷贝。

成员变量与局部变量的区别

1. **从语法形式上看:**成员变量是属于类的，而局部变量是在代码块或方法中定义的变量或是方法的参数；成员变量可以被 public,private,static 等修饰符所修饰，而局部变量不能被访问控制修饰符及 static 所修饰；但是，成员变量和局部变量都能被 final 所修饰。
2. **从变量在内存中的存储方式来看:**如果成员变量是使用static修饰的，那么这个成员变量是属于类的，如果没有使用static修饰，这个成员变量是属于实例的。而对象存在于堆内存，局部变量则存在于栈内存。
3. **从变量在内存中的生存时间上看:**成员变量是对象的一部分，它随着对象的创建而存在，而局部变量随着方法的调用而自动消失。
4. **成员变量如果没有被赋初值:**则会自动以类型的默认值而赋值（一种情况例外:被 final 修饰的成员变量也必须显式地赋值），而局部变量则不会自动赋值。

面向对象的三大特征

继承、封装、多态（子类可以使用父类的方法，也可以重写父类的方法）

静态方法内调用一个非静态成员为什么是非法的?

由于静态方法可以不通过对象进行调用，因此在静态方法里，不能调用其他非静态变量，也不可以访问非静态变量成员。

静态方法和实例方法有何不同

1. 在外部调用静态方法时，可以使用”类名.方法名”的方式，也可以使用”对象名.方法名”的方式。而实例方法只有后面这种方式。也就是说，调用静态方法可以无需创建对象。
2. 静态方法在访问本类的成员时，只允许访问静态成员（即静态成员变量和静态方法），而不允许访问实例成员变量和实例方法；实例方法则无此限制。

首先，两者本质上的区别是：静态方法是在类中使用staitc修饰的方法，在类定义的时候已经被装载和分配。而非静态方法是不加static关键字的方法，在类定义时没有占用内存，只有在类被实例化成对象时，对象调用该方法才被分配内存。其次，静态方法中只能调用静态成员或者方法，不能调用非静态方法或者非静态成员，而非静态方法既可以调用静态成员或者方法又可以调用其他的非静态成员或者方法。

例子1：静态方法的Main方法访问类中的非静态成员方法。

class Test {
    public int sum(int a,int b) {//非静态方法
    	return a+b;
    }
    
	public static void main(String[] args) {
        int result=sum(1,2);//静态方法调用非静态方法
        System.out.println("result="+result);
	}
}

结论：以上程序在编译时，会提示静态方法不能引用非静态方法的错误信息。

解决方法：

1. 静态方法只能访问静态方法和静态成员。

   class Test{
   	public static int sum(int a,int b) {//加入static关键字，变成静态方法
   		return a+b;
   	}
   
   	public static void main(String[] args) {
   		int result=sum(1,2);//静态方法调用静态方法
   		System.out.println("result="+result);
       }
   }

2. 非静态方法要被实例化才能被静态方法调用。

   class Test{
   	public int sum(int a,int b){
   		return a+b;
   	}
   
   	public static void main(String[] args){
   		Test test=new Test();//实例化类
   		int result=test.sum(1,2);//调用非静态方法
   		System.out.println("result="+result);
   	}
   }

String、StringBuffer 和 StringBuilder 的区别是什么? String 为什么是不可变的?

1. string类中使用final关键字修饰字符。而 StringBuilder 与 StringBuffer 都继承自 AbstractStringBuilder 类，在 AbstractStringBuilder 中也是使用字符数组保存字符串char[]value 但是没有用 final 关键字修饰，所以这两种对象都是可变的。
2. 在线程安全性方面：String 中的对象是不可变的，也就可以理解为常量，线程安全。AbstractStringBuilder 是 StringBuilder 与 StringBuffer 的公共父类，定义了一些字符串的基本操作，如 expandCapacity、append、insert、indexOf 等公共方法。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，所以是非线程安全的。
3. 性能：每次对 String 类型进行改变的时候，都会生成一个新的 String 对象，然后将指针指向新的 String 对象。StringBuffer 每次都会对 StringBuffer 对象本身进行操作，而不是生成新的对象并改变对象引用。相同情况下使用 StringBuilder 相比使用 StringBuffer 仅能获得 10%~15% 左右的性能提升，但却要冒多线程不安全的风险。

对于三者使用的总结：

1. 操作少量的数据: 适用 String
2. 单线程操作字符串缓冲区下操作大量数据: 适用 StringBuilder
3. 多线程操作字符串缓冲区下操作大量数据: 适用 StringBuffer

Object类

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

public final native Class<?> getClass()//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 native int hashCode() //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 boolean equals(Object obj)//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用户比较字符串的值是否相等。

protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException//naitive方法，用于创建并返回当前对象的一份拷贝。一般情况下，对于任何对象 x，表达式 x.clone() != x 为true，x.clone().getClass() == x.getClass() 为true。Object本身没有实现Cloneable接口，所以不重写clone方法并且进行调用的话会发生CloneNotSupportedException异常。

public String toString()//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 final native void notify()//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 notifyAll()//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 wait(long timeout) throws InterruptedException//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 void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException//多了nanos参数，这个参数表示额外时间（以毫微秒为单位，范围是 0-999999）。 所以超时的时间还需要加上nanos毫秒。

public final void wait() 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

protected void finalize() throws Throwable { }//实例被垃圾回收器回收的时候触发的操作

java序列化

Java 提供了一种对象序列化的机制，该机制中，一个对象可以被表示为一个字节序列，该字节序列包括该对象的数据、有关对象的类型的信息和存储在对象中数据的类型。

将序列化对象写入文件之后，可以从文件中读取出来，并且对它进行反序列化，也就是说，对象的类型信息、对象的数据，还有对象中的数据类型可以用来在内存中新建对象。

整个过程都是 Java 虚拟机（JVM）独立的，也就是说，在一个平台上序列化的对象可以在另一个完全不同的平台上反序列化该对象。

类 ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream 是高层次的数据流，它们包含反序列化和序列化对象的方法。

对于不想进行序列化的变量，使用 transient 关键字修饰。

transient 关键字的作用是：阻止实例中那些用此关键字修饰的的变量序列化；当对象被反序列化时，被 transient 修饰的变量值不会被持久化和恢复。transient 只能修饰变量，不能修饰类和方法。

获取用键盘输入常用的两种方法

方法 1：通过 Scanner

Scanner input = new Scanner(System.in);
String s  = input.nextLine();
input.close();

方法 2：通过 BufferedReader

BufferedReader input = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
String s = input.readLine();

反射机制

JAVA 反射机制是在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意一个方法和属性；这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为 java 语言的反射机制。

静态编译和动态编译

• 静态编译： 在编译时确定类型，绑定对象
• 动态编译： 运行时确定类型，绑定对象

反射机制优缺点

• 优点： 运行期类型的判断，动态加载类，提高代码灵活度。
• 缺点： 1,性能瓶颈：反射相当于一系列解释操作，通知 JVM 要做的事情，性能比直接的 java 代码要慢很多。2,安全问题，让我们可以动态操作改变类的属性同时也增加了类的安全隐患。

反射的应用场景

反射是框架设计的灵魂。

在我们平时的项目开发过程中，基本上很少会直接使用到反射机制，但这不能说明反射机制没有用，实际上有很多设计、开发都与反射机制有关，例如模块化的开发，通过反射去调用对应的字节码；动态代理设计模式也采用了反射机制，还有我们日常使用的 Spring／Hibernate 等框架也大量使用到了反射机制。

举例：

1. 我们在使用 JDBC 连接数据库时使用 Class.forName()通过反射加载数据库的驱动程序；
2. Spring 框架的 IOC（动态加载管理 Bean）创建对象以及 AOP（动态代理）功能都和反射有联系；
3. 动态配置实例的属性；
4. ……

异常

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（异常）和 Error（错误）。Exception 能被程序本身处理(try-catch)， Error 是无法处理的(只能尽量避免)。

Exception 和 Error 二者都是 Java 异常处理的重要子类，各自都包含大量子类。

• 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 受检查异常(checked exception必须处理) 和 不受检查异常(un-checked exception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 。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。

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/throw 处理的话，就没办法通过编译 。除了RuntimeException及其子类以外，其他的Exception类及其子类都属于检查异常 。常见的受检查异常有： IO 相关的异常、ClassNotFoundException 、SQLException…。

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，例如：NullPointExecrption、NumberFormatException（字符串转换为数字）、ArrayIndexOutOfBoundsException（数组越界）、ClassCastException（类型转换错误）、ArithmeticException（算术错误）等。

Throwable 类常用方法

• public string getMessage():返回异常发生时的简要描述
• public string toString():返回异常发生时的详细信息
• public string getLocalizedMessage():返回异常对象的本地化信息。使用 Throwable 的子类覆盖这个方法，可以生成本地化信息。如果子类没有覆盖该方法，则该方法返回的信息与 getMessage（）返回的结果相同
• public void printStackTrace():在控制台上打印 Throwable 对象封装的异常信息

多线程

线程、进程、程序，以及他们之间的关系？

线程与进程相似，但线程是一个比进程更小的执行单位。一个进程在其执行的过程中可以产生多个线程。与进程不同的是同类的多个线程共享同一块内存空间和一组系统资源，所以系统在产生一个线程，或是在各个线程之间作切换工作时，负担要比进程小得多，也正因为如此，线程也被称为轻量级进程。

程序是含有指令和数据的文件，被存储在磁盘或其他的数据存储设备中，也就是说程序是静态的代码。

进程是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位，因此进程是动态的。系统运行一个程序即是一个进程从创建，运行到消亡的过程。简单来说，一个进程就是一个执行中的程序，它在计算机中一个指令接着一个指令地执行着，同时，每个进程还占有某些系统资源如 CPU 时间，内存空间，文件，输入输出设备的使用权等等。换句话说，当程序在执行时，将会被操作系统载入内存中。 线程是进程划分成的更小的运行单位。线程和进程最大的不同在于基本上各进程是独立的，而各线程则不一定，因为同一进程中的线程极有可能会相互影响。从另一角度来说，进程属于操作系统的范畴，主要是同一段时间内，可以同时执行一个以上的程序，而线程则是在同一程序内几乎同时执行一个以上的程序段。

线程的基本状态

还有一个READY（可运行，也是就绪状态）状态。操作系统隐藏 Java 虚拟机（JVM）中的 READY 和 RUNNING 状态，它只能看到 RUNNABLE 状态，所以Java 系统一般将这两个状态统称为 RUNNABLE（运行中） 状态 。

线程的变迁图：

当线程执行 wait()方法之后，线程进入 WAITING（等待） 状态。进入等待状态的线程需要依靠其他线程的通知才能够返回到运行状态，而 TIME_WAITING(超时等待) 状态相当于在等待状态的基础上增加了超时限制，比如通过 sleep（long millis）方法或 wait（long millis）方法可以将 Java 线程置于 TIMED WAITING 状态。当超时时间到达后 Java 线程将会返回到 RUNNABLE 状态。当线程调用同步方法时，在没有获取到锁的情况下，线程将会进入到 BLOCKED（阻塞） 状态。线程在执行 Runnable 的run()方法之后将会进入到 TERMINATED（终止） 状态。

文件与I/O流

Java 中 IO 流分为几种?

• 按照流的流向分，可以分为输入流和输出流；
• 按照操作单元划分，可以划分为字节流和字符流；
• 按照流的角色划分为节点流和处理流。

Java IO 流的 40 多个类都是从如下 4 个抽象类基类中派生出来的。按字节和字符的原则，各两个。

• InputStream/Reader: 所有的输入流的基类，前者是字节输入流，后者是字符输入流。
• OutputStream/Writer: 所有输出流的基类，前者是字节输出流，后者是字符输出流。

按操作方式分：

按操作对象分：

BIO,NIO,AIO 有什么区别

• BIO (Blocking I/O): 同步阻塞 I/O 模式，数据的读取写入必须阻塞在一个线程内等待其完成。在活动连接数不是特别高（小于单机 1000）的情况下，这种模型是比较不错的，可以让每一个连接专注于自己的 I/O 并且编程模型简单，也不用过多考虑系统的过载、限流等问题。线程池本身就是一个天然的漏斗，可以缓冲一些系统处理不了的连接或请求。但是，当面对十万甚至百万级连接的时候，传统的 BIO 模型是无能为力的。因此，我们需要一种更高效的 I/O 处理模型来应对更高的并发量。
• NIO (Non-blocking/New I/O): NIO 是一种同步非阻塞的 I/O 模型，在 Java 1.4 中引入了 NIO 框架，对应 java.nio 包，提供了 Channel , Selector，Buffer 等抽象。NIO 中的 N 可以理解为 Non-blocking，不单纯是 New。它支持面向缓冲的，基于通道的 I/O 操作方法。 NIO 提供了与传统 BIO 模型中的 Socket 和 ServerSocket 相对应的 SocketChannel 和 ServerSocketChannel 两种不同的套接字通道实现,两种通道都支持阻塞和非阻塞两种模式。阻塞模式使用就像传统中的支持一样，比较简单，但是性能和可靠性都不好；非阻塞模式正好与之相反。对于低负载、低并发的应用程序，可以使用同步阻塞 I/O 来提升开发速率和更好的维护性；对于高负载、高并发的（网络）应用，应使用 NIO 的非阻塞模式来开发
• AIO (Asynchronous I/O): AIO 也就是 NIO 2。在 Java 7 中引入了 NIO 的改进版 NIO 2,它是异步非阻塞的 IO 模型。异步 IO 是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，不会堵塞在那里，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。AIO 是异步 IO 的缩写，虽然 NIO 在网络操作中，提供了非阻塞的方法，但是 NIO 的 IO 行为还是同步的。对于 NIO 来说，我们的业务线程是在 IO 操作准备好时，得到通知，接着就由这个线程自行进行 IO 操作，IO 操作本身是同步的。查阅网上相关资料，我发现就目前来说 AIO 的应用还不是很广泛，Netty 之前也尝试使用过 AIO，不过又放弃了。

举例就像：

• 去理发店，老实的在的店里面等的就是BIO。先去逛商场，过一段时间再回来看看有没有到自己的就是NIO（需要重复的回来看看到没到自己）。去逛商场，等轮到自己了，理发店会主动发消息（或者有专门的人）通知你，这就是AIO。