Java基础

1：数据结构

        1：栈和队列的区别，具体的场景应用

        栈（Stack）和队列（Queue）是两种基本的数据结构，它们在数据的存取顺序不同；

        栈，后进先出：最后进入栈的元素最先被移出。

        队列，先进先出：第一个进入队列的元素最先被移出。

        2：set 的去重机制

        HashSet 去重机制

        HashSet 是基于哈希表（Hash Table）实现的，它通过元素的 哈希值（hash         code） 和 equals() 方法来确定元素的唯一性。

        TreeSet 去重机制

        TreeSet 是基于红黑树（Red-Black Tree）实现的，它通过元素的 

        自然顺序 或 自定义比 较器 来保证集合的有序性和唯一性。

        3：HashMap 的实现原理

        基本结构： 数组 + 链表/红黑树

        存储原理：

        当往 HashMap 中存储一个键值对时，

        HashMap 首先会根据键的哈希值（hash code）计算出该键值对在数组中的存储位置。

        如果不同的键有相同的哈希值（即发生了 哈希冲突）

        HashMap 会将这些键值对存储在同一个位置（即同一个桶）中，通过链表或红黑树来管理。

        哈希函数：

        HashMap 通过键的 hashCode() 方法生成键的哈希值

        并通过一个哈希函数将哈希值转换为数组的索引。

        计算数组索引的公式：index = (n - 1) & hash，其中 n 是数组的长度。

        使用按位与操作 (&) 来对哈希值进行限制，使得索引值总是落在数组的有效范围内。

        插入操作

        计算哈希值，确定数组索引，检查哈希冲突，如果该位置为空，则将键值对放入该位置。

        如果该位置已经有其他键值对（即发生哈希冲突），

        HashMap 会遍历该位置的链表或红黑树，检查是否已经有相同的键：

        如果有相同的键，则更新对应的值。

        如果没有相同的键，则将新的键值对添加到链表或树的末尾。

        链表到红黑树的转换

        当同一个位置的链表长度超过 8 时（默认值），HashMap 会将链表转换为 红黑树

        如果链表长度小于 6，会从红黑树转换回链表。

        查找操作

        HashMap 的查找操作是通过键的哈希值来定位对应的数组位置，从而查找值的。

        查找步骤如下：

        通过键的 hashCode() 计算哈希值。

        通过哈希值和数组长度计算出对应的数组索引。

        在该数组索引处检查是否有链表或红黑树：

        如果没有，则返回 null。

        如果有，则根据链表或红黑树的结构找到对应的键，并返回相应的值。

        扩容机制

        HashMap 的数组在插入大量键值对时可能会装满，这时需要对数组进行 扩容。

        HashMap 的扩容机制是通过重新分配更大的数组，

        并将原数组中的元素重新哈希并插入到新数组中。

        触发扩容的条件：

        当 HashMap 中的元素数量超过 阈值 时，触发扩容。

        阈值的计算：阈值 = 数组长度 * 负载因子，默认负载因子为 0.75。

        扩容过程：

        创建一个新数组，长度是原数组的 2 倍。

        将原数组中的所有键值对重新计算哈希值，并插入到新数组中。

        如果某个位置有链表或红黑树，则重新计算每个键的数组索引，

        重新分配到新数组的不同位置。

        删除操作

        删除操作也是通过键的哈希值定位到数组中的具体位置。

        删除步骤如下：

        通过键的 hashCode() 计算哈希值。

        根据哈希值定位到数组的具体索引。

        遍历该位置的链表或红黑树，找到对应的键并移除该节点。

        如果是红黑树，还需要进行树的调整。

4：HashMap 和 Hashtable 区别

        1. 线程安全性

        HashMap：非线程安全。它不支持多个线程同时访问和修改同一个 HashMap，如果有多线程并发访问，必须通过外部同步机制（如 Collections.synchronizedMap() 或 ConcurrentHashMap）来保证线程安全。

        Hashtable：线程安全。Hashtable 的所有方法都使用了 synchronized 关键字进行同步。

        2. 性能

        HashMap：由于没有内置的同步机制，HashMap 的性能一般比 Hashtable 要高。

        3. 是否允许 null 键和值

        HashMap：允许 1 个 null 键 和 多个 null 值。

        Hashtable：不允许 null 键或 null 值。

        4. 扩容机制

        HashMap：默认初始容量为 16，负载因子为 0.75，以 2 倍扩容

        Hashtable：默认初始容量为 11，负载因子为 0.75，以 2 倍加 1扩容

2：线程

        1. 什么是线程和进程？

        进程：是指一个在内存中运行的应用程序，常见的app都是一个个进程。进程具有自己独立的内存空间，一个进程可以有多个线程；

        线程：是指进程中的一个执行任务的单元，负责执行当前进程中程序的执行，一个进程至少有一个线程，一个进程内的多个线程见可共享数据

        2：创建线程的几种方式？

        实现Runnable接口

        继承Thread类

        实现Callable接口

        使用Executors工具类创建线程池

        3：Java线程状态和方法？

        Java线程状态有6种，分别是 NEW（新建状态）、RUNNABLE（就绪状态）、 BLOCKED（阻塞状态）、WAIT（等待状态）、TIME_WAIT（超时等待状态）、TERMINATED（终止状态）：

        4：sleep()和wait()方法的区别是什么？

        虽然两个方法都有让线程暂停的作用，但是两个还是发挥不同作用的：

        wait()是Object类的方法，sleep()是Thread类的方法；

        wait()释放锁，让线程进入等待状态，sleep()不释放锁，让线程进入阻塞状态；

        wait()方法后线程不会自动恢复执行，需要手动调用notify()/notifyAll()方法唤醒，sleep()在睡眠固定时间后会走动苏醒；

        wait()常用于线程间交互/通信，sleep通常被用于暂停等待

        5：并发编程的三要素是什么？

        原子性：原子是指一个不可再分割的颗粒，原子性值得是一个或者多个操作要么全部成功要么全部失败；

        可见性：一个线程对贡献变量的修改，另一个线程能够立刻看到（volatile，synchronized）；

        有序性：程序执行代码的顺序要按照代码的先后顺序执行。

        6：形成死锁的四个必要条件：

        互斥条件：线程申请的资源在一段时间中只能被一个线程使用

        请求与等待条件：线程已经拥有了一个资源，但是又申请新的资源，拥有的资源保持不变 。

        不可剥夺条件：在一个线程没有用完，主动释放资源的时候，不能被抢占。

        循环等待条件：多个线程之间存在资源循环链。

        7：线程池的拒绝策略？

        当任务队列和线程池都满了时所采取的应对策略：

        默认是AbordPolicy，表示无法处理新任务，并抛出RejectedExecutionException异常；

        CallerRunsPolicy：用调用者所在的线程处理任务。此策略提供简单的反馈机制，能够减缓新任务的提交速度；

        DiscardPolicy：不能执行任务，并将任务删除；

        DiscardOldestPolicy：丢弃队列最近的任务，并执行当前的任务。

        8：Synchronization lock都是悲观锁，适合写操作比较多的情况

        乐观锁CAS算法，其实就是使用当前线程副本数据跟内存数据对比，然后再去操作或者去重试

        原子类就是CAS

        CompareAndSet底层就是调用CompareAndSwap，不推荐CompareAndSwap，因为他是unsafe，不受jvm 管理，需要自己释放内存

        CAS会引入ABA问题，原子类加标记

        volatile 关键字，可见性和排序行，防止CPU出现指令重排，懒汉单例模式就是volatile 修饰，加锁双重判断

 

3：IO

 

        1.什么是Java NIO？

        Java NIO ： 同步非阻塞，服务器实现模式为一个请求一个线程，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有I/O请求时才启动一个线程进行处理。

 

4：设计模式

        1：单例模式:

        单例模式整个系统有一个对象实例。

        优点：不会频繁地创建和销毁对象，浪费系统资源。

        使用场景：IO 、数据库连接、Redis 连接等。

        静态加载单例模式代码实现：

        

        单例模式的延迟加载，非线程安全

        

        单例模式的线程安全代码

        

        

        2：工厂模式

        建立一个工厂类，对实现了同一接口的一些类进行实例的创建

        3：策略模式

        策略模式是指定义一系列算法，将每个算法都封装起来，并且使他们之间可以相互替换。

        4：观察者模式

        观察者模式是定义对象间的一种一对多依赖关系，使得每当一个对象状态发生改变时，其相关依赖对象皆得到通知并被自动更新

        5：代理模式

        JDK动态代理

        基于接口

        反射机制 InvocationHandler.invoke()

        CGLIB动态代理

        基于字节码操作

        生成目标类的子类并重写目标类的方法来实现代理

        优缺点