Java基础知识

Java集合

HashMap

1.为什么map的长度是2的n次幂？

参考：https://carsonho.blog.csdn.net/article/details/79373134

• 更高的运算效率：HashMap的元素下标计算方式：h & (length - 1)，如果length为2的n次幂，那么length-1的二进制值全是1，只会保留h值的低n位。简单说就是对哈希值按length长度取模，但是 & 运算比 % 运算效率更高
• 均匀分布：哈希码的计算方式加了二次扰动后才计算下标的，即哈希码的 h ^ (h >>>16)，因为低位数有限，容易冲突，让高位参与运算，减少冲突用的

HashTable

Hashtable之所以效率低下主要是因为其实现使用了synchronized关键字对put等操作进行加锁，而synchronized关键字加锁是对整个对象进行加锁，也就是说在进行put等修改Hash表的操作时，锁住了整个Hash表，从而使得其表现的效率低下。

JUC常用并发容器

ConcurrentHashMap

1. ConcurrentHashMap的原理是什么？如何实现线程安全？

• 数据结构与HashMap基本一致：数组+链表+红黑树，用CAS和sychronized来加锁
• 扩容一次只扩一个桶，这样可以减少扩容造成的并发冲突
• 链表长度达到一定阈值，默认8，链表转为红黑树

1. CopyOnWriteArrayList的使用场景是什么？它是如何实现线程安全的？
2. BlockingQueue有哪些实现？它们之间的区别是什么？
3. 使用ConcurrentLinkedQueue和LinkedList有什么区别？

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）原理

1. 简要解释一下AQS的工作原理。

• AQS使用一个volatile修饰的变量表示同步状态，使用CAS操作实现对同步状态的修改
• 虚拟双向队列 CLH队列：一个线程获取不到锁，就封装为队列的一个Node加入等待队列中
• 资源获取方式：独占、共享，独占即只有一个线程能执行，如ReentrantLock。共享是多个线程可执行，如CountDownLatch
• 独占方式有2种锁：公平锁和非公平锁，公平锁：先到先得，非公平锁：抢锁，谁抢到就是谁的
• acquire方法： 在独占模式下，acquire方法用于获取同步状态，即抢锁
• release方法： 在独占模式下，release方法用于释放同步状态

sychronized原理（监视器）

• monitorenter指令：monitor计数器为0时，线程就会立刻获得然后把锁计数器+1，别的线程只能等待锁

• monitorexit指令：释放对monitor的所有权，就是计数器减1，

• 可重入性： 当一个线程已经获得了某个对象的锁，它再次尝试获取该对象的锁时，会成功。这个特性叫做锁的重入性，计数器会累加

• 总结：

• 任意线程对Object的访问，首先要获得Object的监视器，如果获取失败，该线程就进入同步状态，线程状态变为BLOCKED，当Object的监视器占有者释放后，在同步队列中得线程就会有机会重新获取该监视器。

1. ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock是如何使用AQS的？

线程池

1. ThreadPoolExecutor的核心参数有哪些？它们的作用是什么？
2. 什么是工作队列（work queue）？ThreadPoolExecutor中的工作队列有哪些类型？
3. CachedThreadPool和FixedThreadPool有什么区别？
4. 讲解一下线程池的生命周期。

线程通信和CountDownLatch

1. 什么是线程通信？如何实现线程间通信？
2. CountDownLatch的作用是什么？它是如何工作的？
3. 如何使用CountDownLatch来实现主线程等待所有子线程完成后再继续执行？

其他

1. 如何避免死锁？谈谈你对死锁的理解。
2. 什么是乐观锁和悲观锁？分别举例说明。
3. 简要解释一下CAS（Compare and Swap）操作。

JVM

1. JVM的架构是什么样子的？简要描述一下主要组件。
2. Java程序是如何在JVM中运行的？
3. 解释一下JIT编译器的作用。

内存模型

1. Java内存模型是什么？为什么它是重要的？
2. 什么是堆（Heap）和栈（Stack）？它们之间有什么区别？
3. 解释一下Java的方法区（Method Area）和永久代（Permanent Generation）（在Java 8及之前）或元空间（Metaspace）（在Java 8之后）。

类加载机制

1. Java的类加载过程是怎样的？

包括五个步骤：加载、验证、准备、解析、初始化

• 加载：类加载器负责查找字节码文件，并将其加载到内存中。启动类加载器（Bootstrap Class Loader），扩展类加载器，应用程序类加载器
• 验证：确保被加载的类是符合Java虚拟机规范的
• 准备：Java虚拟机为类的静态变量分配内存并设置默认初始值，如将数字类型初始化为0，对象类型初始化为null。
• 解析：将类、字段、方法的符号引用解析为直接引用
• 初始化：类的静态变量被初始化为程序中给定的值

1. 解释一下类加载器的层次结构和作用。
2. 什么是双亲委派模型？它在类加载中有什么作用？

• 一个类加载器收到加载请求时，先检查是否已经加载过这个类了，如果加载过，那么直接返回类的Class对象

• 未加载，则将其委派给父加载器，父加载器进行相同的检查，层层委派到启动类加载器，如果父加载器可以加载，那么返回Class对象。否则子加载器尝试加载该类

• 好处：避免不同加载器对Java核心类的重复加载，确保Java核心库的安全性。避免冲突：通过这个模型，每个类只会被加载一次，避免了类冲突的问题。

垃圾收集算法和回收器

1. 常见的垃圾收集算法有哪些？简要描述它们的原理。

• 标记-清除算法：可达性分析标记所有存活对象，然后清理回收未被标记的对象。容易产生内存碎片
• 标记整理算法：可达性分析标记所有存活对象，然后将所有对象往来一场移动，再清理边界外的内存。会带来性能开销，但是可解决碎片问题
• 复制算法：内存分为2个区域，每次只用其中一个区域，GC时将所有存活对象复制到另一块区域，再清空原来的区域。缺点不适用于大对象
• 分代收集：将堆分为新生代和老年代，采用不同的GC算法

1. 常见的GC回收器有哪些？它们的特点和适用场景是什么？

• Serial收集器：单线程收集器，简单效率低，串行方式
• Parallel收集器：多线程收集器，以多线程方式对新生代进行垃圾收集，
• CMS收集器：
  • 初始标记：标记GC Root直接关联的对象，暂停所有应用线程
  • 并发标记：标记从GC Roots可达的所有对象，这个阶段和应用线程是并发的，
  • 重新标记：为处理标记过程中产生的新垃圾，需要重新标记所有对象，会短暂停顿
  • 并发清除： 并发清除未标记的对象
  • 缺点：用的标记清除算法，存在内存碎片问题
• G1收集器：将内存划分为多个小空间Region，每个Region可单独回收，步骤：
  • 初始标记、
  • 并发标记、
  • 最终标记：修正并发标记期间产生变动的记录，需停顿线程
  • 筛选回收，根据用户期望的GC停顿时间和成本进行排序，只回收一部分Region

性能调优

1. 如何进行JVM性能调优？
2. 什么是GC暂停时间？如何减少GC暂停时间？
3. 介绍一下常见的JVM性能分析工具。