java基础知识个人理解

java基础知识个人理解

为了方便自己快速的回忆java相关基础知识

1.hashmap

java7中Hashmap在并发下有死循环、put或get方法并发问题。
死循环是因为hashmap在多线程同时扩容的时候，每个线程各自初始化新的table，再把原先的节点使用头插法链到新的table上，最终会导致节点间出现循环依赖，这样在get方法的时候死循环。java8中使用尾插法，解决了该问题。
java8的hashmap为了解决get方法复杂度为O(N)的问题，在链表数量大于8时(要先判断hash桶是否大于64，如果不大于64则先进行扩容)，会将该链表转化为红黑树，从而使复杂度降为O(log(N))。

java8的concurrenthashmap抛弃了java以前的锁分段的用法，使用CAS+Synchronized实现并发安全。
普通hashmap并发不安全的地方主要在三个地方
1.初始化
concurrenthashmap中有个属性sizeCtl，具体含义如下

• 负数代表正在进行初始化或扩容操作
• 1代表正在初始化
• N 表示有N-1个线程正在进行扩容操作
• 正数或0代表hash表还没有被初始化，这个数值表示初始化或下一次进行扩容的大小

在一个线程已经初始化时，使用CAS把sizeCtl状态变更，其他线程感知到有线程在初始化，使用Thread.yield()将线程挂起来解决并发问题。

2.put方法

• 如果table[i]要插入节点位置为Null，使用CAS把节点添加到table[i]上
• table[i]不为Null并且hash值=-1，说明该节点为forward节点（已经扩容完毕的节点），说明当前有其他线程正在扩容，要去协助扩容。
• 前两种情况都不满足，将table[i]节点使用Synchronized锁住，判断需不需要转变红黑树，再执行相应插入操作。

3.get方法
get方法完全无锁，通过hash计算要查找的table[i],再获取table[i]的hash值，如果值为-1，表明是forward节点，则调用该节点的find方法，在新的nextTable去查询节点。如果大于0，则在当前table[i]下寻找节点。

2.多线程相关

1.线程池
在Executors类下，提前帮我们实现了四种线程池分别为
Executors.newFixedThreadPool(x)
Executors.newCachedThreadPool()
Executors.newScheduledThreadPool(5)
Executors.newSingleThreadExecutor()
返回值为ExecutorService
使用该方法创建出的newFixedThreadPool 和newCachedThreadPool使用的无界队列，也就是LinkedBlockingQueue，会发生OOM，所以不建议使用

2.ThreadPoolExecutor
上述四种线程池其实也是调用的该类的构造函数生成的，只不过Executors帮我们封装了相应参数。
完整构造参数如下

• corePoolSize 线程池长期维持的线程数，即使线程处于Idle状态，也不会回收。
• maximumPoolSize 线程池中线程的上限 超过该数量会使用拒绝策略
• keepAliveTime 非核心线程的最大空闲时间，如果非核心线程空闲的时间超过这个时间，该线程会被回收。
• workQueue 任务队列 当任务队列为BlockingQueue时，如果核心线程都不可用，则会在队列放满时，再新增线程运行任务。当任务队列为SynchronousQueue时，总会新开线程执行任务。
• RejectedExecutionHandler 当运行线程数大于maximumPoolSize时的拒绝策略 默认为抛出异常，提供了四种也可以自定义 1.抛出异常 2.直接忽略 3.丢弃最老的线程 4.由主线程执行
• ThreadFactory threadFactory, 新线程的产生方式，也就是给线程起个名称什么的。

3.ExecutorService
ExecutorService为Executor直接的扩展接口（Executor只有excute方法）

• ExecutorService.submit用于提交一个新线程到线程池中 ExecutorService.shutdown
• 用于停止线程池中的线程（会让线程执行完） ExecutorService.shutdownNow
• 用于停止线程池中的线程（返回未执行的线程列表，会发生线程中断异常InterruptedException）
• ExecutorService.invokeAll 接受一个线程列表，当所有线程运行完成返回Futrue集合
• ExecutorService.invokeAny 接受一个线程列表，当任一线程运行完成该线程的结果，取消其他正在进行的线程

4.线程状态

• 新建状态（New）：当线程对象对创建后，即进入了新建状态
• 就绪状态（Runnable）：当调用线程对象的start()方法（t.start();），线程即进入就绪状态。处于就绪状态的线程，只是说明此线程已经做好了准备，随时等待CPU调度执行，获取cpu 的使用权,并不是说执行了t.start()此线程立即就会执行
• 运行状态（Running）：可运行状态(runnable)的线程获得了cpu 时间片（timeslice） ，执行程序代码。 当CPU开始调度处于就绪状态的线程时，此时线程才得以真正执行，即进入到运行状态。
• 阻塞状态（Blocked）：处于运行状态中的线程由于某种原因，暂时放弃对CPU的使用权
• 死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

5.线程调用方法

• sleep():sleep为Thread提供的方法，执行该方法后，当前线程让出CPU（依然保留着资源，因此不能在同步代码中执行sleep方法）等待休眠时间结束后，重新竞争线程执行。
• wait():wait为Object的方法，调用wati方法会释放掉线程的所有资源（包括锁），并且只能被Notify方法唤醒，唤醒后，先获取对象锁。
• yield():与sleep方法相同，但区别是，只允许同优先级的线程获取CPU时间片。

6.JUC并发包

• Semaphore 基本类同于最原始的信号量，虚拟一个抽象资源池用于线程申请资源和释放资源。
• CountDownLatch 基本操作为countDown/await，主要用于保证线程顺序 或者 执行依赖的场景，比如说线程A要等待线程B（也可以是一批线程）运行完以后再执行自己的工作。并且CountDownLatch初始申请的数量是不会重置的。
• CyclicBarrier 只提供await操作，更加强调的是等待一批线程就位以后，再执行某项操作，比如说用于消息批量发送场景，等待积累了N条消息后，再进行发送。并且初始化数量可重置，能够重复使用。
• BlockingQueue 阻塞队列，该名称原因因为其相比于其他队列，额外提供了阻塞插入获取操作 take（如果队列为空，等待队列有值再返回） 、poll(超时阻塞)、 put （如果队列已满，等待队列有空闲再插入）操作、offer(超时阻塞)，这两个操作就是阻塞执行的。在消费者-生产者模式下，就不用开发自己再处理循坏等待相应的场景了。

3.垃圾回收

java8默认的垃圾收集器为 parScavenage + parOld

3.1 标记清除（mark-sweap）

正如其名称一样，在扫描对象时，对于可回收的对象置上标记，在回收阶段，把标记过的对象全部回收掉。但是会产生内存碎片，影响后续的对象分配，所以一般只会用于老年代中（老年代中的对象只要很少一部分会回收掉，所以产生的碎片不多）

3.2 复制算法

为了解决标记清楚算法中的内存碎片问题，复制算法出现了。复制算法额外使用了一倍的空间用于存放存活的对象，而原先的空间就可以全被回收了，不足就是会额外消耗空间，所以一般常用于年轻代（年轻代中每一次可回收的对象占比比较大，且大对象一般不会放在年轻代中）

3.3 G1

1.概述，g1整体上使用了复制算法，解决了CMS中的内存碎片问题，并把所有的堆内容分为了region，通过计算不同region的回收效率，根据指定的目标选择合适的region进行回收
2.region，region分为四种

• E=Eden
• S=Survivor 当E的对象移动到S时，如果空间不够，则全部转移到O中，并将E整体回收
• O=Old
• H=humongous 用于存放大对象（超过region 50%以上）

3.Remembered Set
对象之间的引用会不可避免的出现跨代引用的情况，对于old->young这种例子，在回收时young，必须要扫描old，开销太大，所以在每个region上定义了RS(为了维护RS，在改变引用前添加写屏障，检查是否存在跨代引用，如果存在，把引用的对象添加到RS中)，RS存放的时有那些old region引用了本region的对象（谁引用了我）,这样在进行扫描时，只需要把RS中的对象作为root即可。
4.young gc
Young GC主要是对Eden区进行GC，它在Eden空间耗尽时会被触发，整个回收阶段都要STW。

• 阶段1：根扫描 静态和本地对象被扫描
• 阶段2：更新RS 处理dirty card队列更新RS
• 阶段3：处理RS 检测从年轻代指向年老代的对象
• 阶段4：对象拷贝 拷贝存活的对象到survivor/old区
• 阶段5：处理引用队列 软引用，弱引用，虚引用处理

5.full gc
由于full gc会先触发一次young gc 所以 初始标记与young gc的初始标记是可以复用的

• 初始标记（STW 耗时很短） 在此阶段，G1 GC 对根进行标记。该阶段与常规的 (STW) 年轻代垃圾回收密切相关。
• 根区域扫描（与用户线程并行执行） G1 GC 在初始标记的存活区扫描对老年代的引用，并标记被引用的对象。只有完成该阶段后，才能开始下一次 STW 年轻代垃圾回收。
• 并发标记（Concurrent Marking） G1 GC 在整个堆中查找可访问的（存活的）对象。该阶段与应用程序同时运行，可以被 STW 年轻代垃圾回收中断
• 最终标记（STW） 最终确定标记（耗时长），清空 SATB 缓冲区，跟踪未被访问的存活对象，并执行引用处理（将RS log中的记录合并到RS中，RS log为并发期间对象引用的变化记录）。
• 清除垃圾（STW） 在这个最后阶段，执行统计和 RSet 净化的 STW 操作。在统计期间，G1 GC 会识别完全空闲的区域和可供进行混合垃圾回收的区域。清理阶段在将空白区域重置并返回到空闲列表时为部分并发。

由于存在与用户线程并发情况，所以引入了SATB（Snapshot-At-The-Beginning）机制，确保垃圾回收的正确性。在GC开始时，创建一个堆的对象引用快照，并使用了三色标记算法，来标记对象的引用状态。在并发标记阶段，如果对象的引用状态发生改变，则将这些对象置灰，表明对象不可回收，因此G1回收会产生浮动垃圾(float garbge)，当浮动垃圾过多时，G1会退化使用serial回收堆空间。

6.三色标记算法

• 黑色:根对象，或者该对象与它的子对象都被扫描
• 灰色:对象本身被扫描,但还没扫描完该对象中的子对象
• 白色:未被扫描对象，扫描完成所有对象之后，最终为白色的为不可达对象，即垃圾对象

G1总结：

1. G1为跨越新生代和老年代的垃圾回收算法
2. 通过的region的方式进行垃圾回收，可以在吞吐量和停顿时间进行一定范围的选择
3. G1的STW时间主要消耗在对象转移和最终标记阶段，其中对象转移是大头，并且堆空间越大，存活对象越多，则对象转移耗时也就越长。

3.4 安全点和安全区域

无论是那种GC收集器，在寻找所有root根节点的时候都是需要暂停用户任务的。但是简单粗暴的直接暂停当前所有任务的运行显然是不合理的，在hotSpot中存在安全点（SafePoint）,当线程发现当前需要中断时，就运行到下一个安全点中暂停当前任务。对于休眠的线程来讲，因为无法运行到下一个安全点，所以又新增了安全区域的概念，表明在安全区域中，对象的引用不会发生改变。

4.即时编译器JIT

1.热点代码
对于热点代码，JVM会启用编译器将热点代码编译为本地代码。
2.方法内联，减少方法栈的数量
3.栈上分配
将部分变量和对象直接分配到方法栈中，减少额外的GC

5.异常

根据大类，java中异常可分为Error和Exception
其中Exception又可分为以下几种

1. 非检查异常
   又可称为RuntimeException,在代码中不需要强制处理，例如最常见的NPE空指针异常。
2. 检查异常
   在代码中必须要被处理的异常（要么try catch 要么往上抛），比如说IOExcepiton

6.缓存

1. 缓存穿透
   接口所查询的数据为空，导致缓存无法生效（因为缓存里面没有数据），查询直接越过了缓存。
2. 缓存击穿
   在缓存过期的那一时刻内，有大量请求进来，造成数据库压力过大，一般只会发生在热点数据中。
   解决方法：增加保底的缓存层，也就是一共有两层缓存A和B，当A的key失效时，请求会再去请求B，B收到请求后只允许有一个请求去查库，其他请求直接返回默认数据，当查库的请求查询到请求结果后，再去设置A的缓存。
3. 缓存雪崩
   有很多key在同一时间过期，在这一时间内，大量请求都打到了数据库上。
   解决方法：不让key都在同一时间过期，过期时间增加随机值。