记录一次Java面试

面试题

没有仔细寻找答案，，，，，，，

1. JVM虚拟机的内存分配

2. Java的GC垃圾回收和算法

   垃圾回收机制的意义

   内存泄露：指该内存空间使用完毕后未回收，在不涉及复杂数据结构的一般情况下，java的内存泄露表现为一个内存对象的生命周期超出了程序需要它的时间长度，我们有是也将其称为“对象游离”。

   垃圾回收机制的算法

   java语言规范没有明确的说明JVM 使用哪种垃圾回收算法，但是任何一种垃圾回收算法一般要做两件基本事情：（1）发现无用的信息对象；（2）回收将无用对象占用的内存空间。使该空间可被程序再次使用。

   引用计数算法

   引用计数算法是垃圾回收器中的早起策略，在这种方法中，堆中的每个对象实例都有一个引用计数器，点一个对象被创建时，且该对象实例分配给一个变量，该变量计数设置为1 ，当任何其他变量赋值为这个对象的引用时，计数加1 ，（a=b ，则b引用的对象实例计数器+1）但当一个对象实例的某个引用超过了生命周期或者被设置为一个新值时，对象实例的引用计数器减1，任何引用计数器为0 的对象实例可以当做垃圾收集。 当一个对象的实例被垃圾收集是，它引用的任何对象实例的引用计数器减1.

   优点：引用计数收集器可以很快的执行，交织在程序运行中。对程序需要不被长时间打断的实时环境比较有利。

   缺点：无法检测出循环引用。如父对象有一个对子对象的引用，子对象反过来引用父对象。这样，他们的引用计数永远不可能为0.

3. Java的数组和链表的区别

   ​ 数组是线性结构，可以直接索引，即要去第i个元素，a[i]即可。链表也是线性结构，要取第i个元素，只需用指针往后遍历i次就可。貌似链表比数组还要麻烦些，而且效率低些。

   ​ 数组的元素在内存的栈区，系统自动申请空间。而链表的结点元素在内存的堆区，每个元素须手动申请空间，如malloc。也就是说数组是静态分配内存，而链表是动态分配内存。

   • 数组静态分配内存，链表动态分配内存；
   • 数组在内存中连续，链表不连续；
   • 数组元素在栈区，链表元素在堆区；
   • 数组利用下标定位，时间复杂度为O(1)，链表定位元素时间复杂度O(n)；
   • 数组插入或删除元素的时间复杂度O(n)，链表的时间复杂度O(1)。

   （1）数组的优点：随机访问性强；查询速度快。

   （2）数组的缺点：增删速度慢；可能浪费内存；内存空间要求高，必须有足够大的连续内存存储空间；数组的大小固定，不能动态扩展。

   （3）链表的优点：插入删除速度快；大小不固定，可以动态扩展；内存利用率高，不会浪费内存。

   （4）链表的缺点：不能随机查找，必须从第一个开始遍历，查找效率低。

4. Java的HashMap的实现原理

   ​ HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用null值和null键。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。

   ​ 在java编程语言中，最基本的结构就是两种，一个是数组，另外一个是模拟指针（引用），所有的数据结构都可以用这两个基本结构来构造的，HashMap也不例外。HashMap实际上是一个“链表散列”的数据结构，即数组和链表的结合体。

   ​ HashMap底层就是一个数组结构，数组中的每一项又是一个链表。当新建一个HashMap的时候，就会初始化一个数组。Entry就是数组中的元素，每个 Map.Entry 其实就是一个key-value对，它持有一个指向下一个元素的引用，这就构成了链表。根据hash值得到这个元素在数组中的位置（即下标），如果数组该位置上已经存放有其他元素了，那么在这个位置上的元素将以链表的形式存放，新加入的放在链头，最先加入的放在链尾。如果数组该位置上没有元素，就直接将该元素放到此数组中的该位置上。在HashMap中要找到某个元素，需要根据key的hash值来求得对应数组中的位置。HashMap 底层采用一个 Entry[] 数组来保存所有的 key-value 对，当需要存储一个 Entry 对象时，会根据hash算法来决定其在数组中的存储位置，在根据equals方法决定其在该数组位置上的链表中的存储位置；当需要取出一个Entry时，也会根据hash算法找到其在数组中的存储位置，再根据equals方法从该位置上的链表中取出该Entry。

   总结：HashMap的实现原理：

   1. 利用key的hashCode重新hash计算出当前对象的元素在数组中的下标
   2. 存储时，如果出现hash值相同的key，此时有两种情况。(1)如果key相同，则覆盖原始值；(2)如果key不同（出现冲突），则将当前的key-value放入链表中
   3. 获取时，直接找到hash值对应的下标，在进一步判断key是否相同，从而找到对应值。
   4. 理解了以上过程就不难明白HashMap是如何解决hash冲突的问题，核心就是使用了数组的存储方式，然后将冲突的key的对象放入链表中，一旦发现冲突就在链表中做进一步的对比。

5. Java的基本数据结构

   Collection

   1.list （ArrayList ，LinkedList（频繁插入删除的时候用），Vector（线程安全），Stack（先进后出））

   2.set （HashSet（无序，根据哈希值查找Entry），TreeSet（需要排序的时候用），LinkedHashSet（有序&&有序迭代的时候用） ）

   Map

   1.TreeMap（需要排序的时候用）

   2.HashMap（无序，根据key的哈希值查找Entry，concurrentHashMap（线程安全）），LinkedHashMap（有序&&有序迭代的时候用），HashTable（线程安全）

   分析

   ArrayList：数组集合，无容量限制，非线程安全。基于数组实现。

   LinkedList：基于双向列表的机制，插入创建一个Entry对象，并切换前后元素引用，非线程安全。相对于ArrayList，其优势：add，remove较快，因为只需要操作前后元素，而ArrayList需要操作整个列表 。get，set较慢以为ArrayList是有序的，LinkedList需要整个遍历。基于链表实现。

   Vector：同ArrayList类似，最大区别是线程安全，还有自动扩充机制为2倍（ArrayList1.5倍）。基于数组实现。

   Stack：继承自Vector，压栈，后进先出（push，pop。peek）

   所有HashSet都是在加入的时候，先从对象中hashcode一个值，然后通过这个值加入到Set中

   HashSet：基于HashMap实现，非线程安全，能存一个null（哈希表通过使用散列表的形式来存贮信息，集合内元素没有特定顺序，且随时会变）

   TreeSet：（SortedSet）基于TreeMap实现 ，key需要实现comparator，实现排序。

   ​ 相对于HashSet：支持排序

   LinkedHashSet：根据哈希值来判断元素存贮的位置，同时使用链表来维护元素之前的顺序，所以他是有序的。优势：迭代速度比HashSet好，插入删除查（因为需要维护前后元素的关系）

   HashMap：根据数组的中hash码，查找Entry在另外一个数组中的位置，遍历用iterator

   HashTable：线程安全，不允许null，便利用enumeration

   TreeMap：能排序的map

   LinkedHashMap：相对于HashMap，插入的时候有序，所以排序的时候

6. Java的四种引用的区别

   java对象的引用包括
   强引用，软引用，弱引用，虚引用

   1. 强引用：是指创建一个对象并把这个对象赋给一个引用变量。

   Object object = new Object();
   String str = "hello";
   

   强引用有引用变量指向时永远不会被垃圾回收，JVM宁愿抛出OutOfMemory错误也不会回收这种对象

   2. 软引用（SoftReference）

   如果一个对象具有软引用，内存空间足够，垃圾回收器就不会回收它；如果内存空间不足了，就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它，该对象就可以被程序使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存,比如网页缓存、图片缓存等。使用软引用能防止内存泄露，增强程序的健壮性。

   3. 弱引用（WeakReference）

   弱引用也是用来描述非必需对象的，当JVM进行垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收被弱引用关联的对象。在java中，用java.lang.ref.WeakReference类来表示。弱引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果弱引用所引用的对象被JVM回收，这个软引用就会被加入到与之关联的引用队列中。

   4. 虚引用（PhantomReference）

   虚引用和前面的软引用、弱引用不同，它并不影响对象的生命周期。在java中用java.lang.ref.PhantomReference类表示。如果一个对象与虚引用关联，则跟没有引用与之关联一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收。

   要注意的是，虚引用必须和引用队列关联使用，当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会把这个虚引用加入到与之 关联的引用队列中。程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用，来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。如果程序发现某个虚引用已经被加入到引用队列，那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。

7. 几十亿的QQ号如何排序 位图

8. TCP和UDP的区别

   TCP与UDP区别总结：

   1、TCP面向连接（如打电话要先拨号建立连接）;UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接
   2、TCP提供可靠的服务。也就是说，通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达;UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付

   Tcp通过校验和，重传控制，序号标识，滑动窗口、确认应答实现可靠传输。如丢包时的重发控制，还可以对次序乱掉的分包进行顺序控制。

   3、UDP具有较好的实时性，工作效率比TCP高，适用于对高速传输和实时性有较高的通信或广播通信。

   4.每一条TCP连接只能是点到点的;UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信

   5、TCP对系统资源要求较多，UDP对系统资源要求较少。

   TCP 和 UDP 的区别

   TCP 是面向连接的，UDP 是面向无连接的
   UDP程序结构较简单
   TCP 是面向字节流的，UDP 是基于数据报的
   TCP 保证数据正确性，UDP 可能丢包
   TCP 保证数据顺序，UDP 不保证

   什么是面向连接，什么是面向无连接

   在互通之前，面向连接的协议会先建立连接，如 TCP 有三次握手，而 UDP 不会

   TCP 为什么是可靠连接

   通过 TCP 连接传输的数据无差错，不丢失，不重复，且按顺序到达。
   TCP 报文头里面的序号能使 TCP 的数据按序到达
   报文头里面的确认序号能保证不丢包，累计确认及超时重传机制
   TCP 拥有流量控制及拥塞控制的机制
   TCP 的顺序问题，丢包问题，流量控制都是通过滑动窗口来解决的
   拥塞控制时通过拥塞窗口来解决的

9. Http协议

   ​ HTTP协议是Hyper Text Transfer Protocol（超文本传输协议）的缩写,是用于从万维网（WWW:World Wide Web ）服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。HTTP是一个基于TCP/IP通信协议来传递数据（HTML 文件, 图片文件, 查询结果等）。

   ​ HTTP是一个属于应用层的面向对象的协议，由于其简捷、快速的方式，适用于分布式超媒体信息系统。它于1990年提出，经过几年的使用与发展，得到不断地完善和扩展。目前在WWW中使用的是HTTP/1.0的第六版，HTTP/1.1的规范化工作正在进行之中，而且HTTP-NG(Next Generation of HTTP)的建议已经提出。

   ​ HTTP协议工作于客户端-服务端架构为上。浏览器作为HTTP客户端通过URL向HTTP服务端即WEB服务器发送所有请求。Web服务器根据接收到的请求后，向客户端发送响应信息。

   主要特点

   1、简单快速：客户向服务器请求服务时，只需传送请求方法和路径。请求方法常用的有GET、HEAD、POST。每种方法规定了客户与服务器联系的类型不同。由于HTTP协议简单，使得HTTP服务器的程序规模小，因而通信速度很快。

   2、灵活：HTTP允许传输任意类型的数据对象。正在传输的类型由Content-Type加以标记。

   3、无连接：无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间。

   4、无状态：HTTP协议是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息，则它必须重传，这样可能导致每次连接传送的数据量增大。另一方面，在服务器不需要先前信息时它的应答就较快。
   5、支持B/S及C/S模式。

   HTTP之URL

   HTTP使用统一资源标识符（Uniform Resource Identifiers, URI）来传输数据和建立连接。URL是一种特殊类型的URI，包含了用于查找某个资源的足够的信息

   URL,全称是UniformResourceLocator, 中文叫统一资源定位符,是互联网上用来标识某一处资源的地址。以下面这个URL为例，介绍下普通URL的各部分组成：

   http://www.aspxfans.com:8080/news/index.asp?boardID=5&ID=24618&page=1#name
   从上面的URL可以看出，一个完整的URL包括以下几部分：
   1.协议部分：该URL的协议部分为“http：”，这代表网页使用的是HTTP协议。在Internet中可以使用多种协议，如HTTP，FTP等等本例中使用的是HTTP协议。在"HTTP"后面的“//”为分隔符

   2.域名部分：该URL的域名部分为“www.aspxfans.com”。一个URL中，也可以使用IP地址作为域名使用

   3.端口部分：跟在域名后面的是端口，域名和端口之间使用“:”作为分隔符。端口不是一个URL必须的部分，如果省略端口部分，将采用默认端口

   4.虚拟目录部分：从域名后的第一个“/”开始到最后一个“/”为止，是虚拟目录部分。虚拟目录也不是一个URL必须的部分。本例中的虚拟目录是“/news/”

   5.文件名部分：从域名后的最后一个“/”开始到“？”为止，是文件名部分，如果没有“?”,则是从域名后的最后一个“/”开始到“#”为止，是文件部分，如果没有“？”和“#”，那么从域名后的最后一个“/”开始到结束，都是文件名部分。本例中的文件名是“index.asp”。文件名部分也不是一个URL必须的部分，如果省略该部分，则使用默认的文件名

   6.锚部分：从“#”开始到最后，都是锚部分。本例中的锚部分是“name”。锚部分也不是一个URL必须的部分

   7.参数部分：从“？”开始到“#”为止之间的部分为参数部分，又称搜索部分、查询部分。本例中的参数部分为“boardID=5&ID=24618&page=1”。参数可以允许有多个参数，参数与参数之间用“&”作为分隔符。

10. 进程和线程的区别

    进程：是并发执行的程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位，是一个动态概念，竞争计算机系统资源的基本单位。

    线程：是进程的一个执行单元，是进程内科调度实体。比进程更小的独立运行的基本单位。线程也被称为轻量级进程。

    一个程序至少一个进程，一个进程至少一个线程。

    为什么会有线程？

    1. 每个进程都有自己的地址空间，即进程空间，在网络或多用户换机下，一个服务器通常需要接收大量不确定数量用户的并发请求，为每一个请求都创建一个进程显然行不通（系统开销大响应用户请求效率低），因此操作系统中线程概念被引进。
    2. 线程的执行过程是线性的，尽管中间会发生中断或者暂停，但是进程所拥有的资源只为改线状执行过程服务，一旦发生线程切换，这些资源需要被保护起来。
    3. 进程分为单线程进程和多线程进程，单线程进程宏观来看也是线性执行过程，微观上只有单一的执行过程。多线程进程宏观是线性的，微观上多个执行操作。
    4. 线程的改变只代表CPU的执行过程的改变，而没有发生进程所拥有的资源的变化。

    进程线程的区别：

    1. 地址空间：同一进程的线程共享本进程的地址空间，而进程之间则是独立的地址空间。
    2. 资源拥有：同一进程内的线程共享本进程的资源如内存、I/O、cpu等，但是进程之间的资源是独立的。
    3. 一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。
    4. 进程切换时，消耗的资源大，效率高。所以涉及到频繁的切换时，使用线程要好于进程。同样如果要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作，只能用线程不能用进程
    5. 执行过程：每个独立的进程程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序入口。但是线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制
    6. 线程是处理器调度的基本单位，但是进程不是。
    7. 两者均可并发执行。

    优缺点：

    线程执行开销小，但是不利于资源的管理和保护。线程适合在SMP机器（双CPU系统）上运行。

    进程执行开销大，但是能够很好的进行资源管理和保护。进程可以跨机器前移。

    何时使用多进程，何时使用多线程？

    对资源的管理和保护要求高，不限制开销和效率时，使用多进程。

    要求效率高，频繁切换时，资源的保护管理要求不是很高时，使用多线程

11. 多线程之间的通信

    线程间的通信方式

    1. 同步：这里讲的同步是指多个线程通过synchronized关键字这种方式来实现线程间的通信。这种方式，本质上就是“共享内存”式的通信。多个线程需要访问同一个共享变量，谁拿到了锁（获得了访问权限），谁就可以执行。
    2. while轮询的方式：在这种方式下，线程A不断地改变条件，线程ThreadB不停地通过while语句检测条件是否成立 ，从而实现了线程间的通信。线程都是先把变量读取到本地线程栈空间，然后再去再去修改的本地变量。因此，如果线程B每次都在取本地的条件变量，那么尽管另外一个线程已经改变了轮询的条件，它也察觉不到，这样也会造成死循环。
    3. wait/notify机制：线程A调用wait() 放弃CPU，并进入阻塞状态。当条件满足时，线程B调用 notify()通知 线程A，所谓通知线程A，就是唤醒线程A，并让它进入可运行状态。这种方式的一个好处就是CPU的利用率提高了。但是也有一些缺点：比如，线程B先执行，一下子添加了5个元素并调用了notify()发送了通知，而此时线程A还在执行；当线程A执行并调用wait()时，那它永远就不可能被唤醒了。因为，线程B已经发了通知了，以后不再发通知了。这说明：通知过早，会打乱程序的执行逻辑。
    4. 管道通信就是使用java.io.PipedInputStream 和 java.io.PipedOutputStream进行通信。

12. volatile的实现原理

    Java语言规范对volatile：Java编程语言允许线程访问共享变量，为了确保共享变量能被准确和一致地更新，线程应该确保通过排他锁单独获得这个变量。

    并发编程中我们一般都会遇到这三个基本概念：原子性、可见性、有序性。

    原子性：即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。volatile是无法保证复合操作的原子性

    可见性是指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。

    当一个变量被volatile修饰后，表示着线程本地内存无效，当一个线程修改共享变量后他会立即被更新到主内存中，当其他线程读取共享变量时，它会直接从主内存中读取。

    有序性：即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

    volatile可以保证线程可见性且提供了一定的有序性，但是无法保证原子性。在JVM底层volatile是采用“内存屏障”来实现的。

    上面那段话，有两层语义

    1. 保证可见性、不保证原子性
    2. 禁止指令重排序

    在执行程序时为了提高性能，编译器和处理器通常会对指令做重排序：

    1. 编译器重排序。编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重新安排语句的执行顺序；
    2. 处理器重排序。如果不存在数据依赖性，处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序；

    观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现，加入volatile关键字时，会多出一个lock前缀指令。lock前缀指令其实就相当于一个内存屏障。内存屏障是一组处理指令，用来实现对内存操作的顺序限制。volatile的底层就是通过内存屏障来实现的。

13. synchronized的基本使用

    （1）修饰普通方法

    （2）修饰静态方法

    （3）修饰代码块

    Synchronized 原理

    ​ monitorenter：每个对象有一个监视器锁（monitor）。当monitor被占用时就会处于锁定状态，线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权，过程如下

    1. 如果monitor的进入数为0，则该线程进入monitor，然后将进入数设置为1，该线程即为monitor的所有者。
    2. 如果线程已经占有该monitor，只是重新进入，则进入monitor的进入数加1.
    3. 如果其他线程已经占用了monitor，则该线程进入阻塞状态，直到monitor的进入数为0，再重新尝试获取monitor的所有权。

    ​ monitorexit：执行monitorexit的线程必须是objectref所对应的monitor的所有者。指令执行时，monitor的进入数减1，如果减1后进入数为0，那线程退出monitor，不再是这个monitor的所有者。其他被这个monitor阻塞的线程可以尝试去获取这个 monitor 的所有权。

    ​ 通过这两段描述，我们应该能很清楚的看出Synchronized的实现原理，Synchronized的语义底层是通过一个monitor的对象来完成，其实wait/notify等方法也依赖于monitor对象，这就是为什么只有在同步的块或者方法中才能调用wait/notify等方法，否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException的异常的原因。

14. 线程同步的方式

    方法一：使用synchronized关键字

    方法二：wait和notify

    wait():使一个线程处于等待状态，并且释放所持有的对象的lock。

    sleep():使一个正在运行的线程处于睡眠状态，是一个静态方法，调用此方法要捕捉InterruptedException异常。
    notify():唤醒一个处于等待状态的线程，注意的是在调用此方法的时候，并不能确切的唤醒某一个等待状态的线程，而是由JVM确定唤醒哪个线程，而且不是按优先级。
    Allnotity():唤醒所有处入等待状态的线程，注意并不是给所有唤醒线程一个对象的锁，而是让它们竞争。

    方法三：使用特殊域变量volatile实现线程同步

    a.volatile关键字为域变量的访问提供了一种免锁机制
    b.使用volatile修饰域相当于告诉虚拟机该域可能会被其他线程更新
    c.因此每次使用该域就要重新计算，而不是使用寄存器中的值
    d.volatile不会提供任何原子操作，它也不能用来修饰final类型的变量

    方法四：使用重入锁实现线程同步

    在JavaSE5.0中新增了一个java.util.concurrent包来支持同步。
    ReentrantLock类是可重入、互斥、实现了Lock接口的锁，它与使用synchronized方法和快具有相同的基本行为和语义，并且扩展了其能力。

    方法五：使用局部变量来实现线程同步

    如果使用ThreadLocal管理变量，则每一个使用该变量的线程都获得该变量的副本，副本之间相互独立，这样每一个线程都可以随意修改自己的变量副本，而不会对其他线程产生影响。

    方法六：使用阻塞队列实现线程同步

    前面5种同步方式都是在底层实现的线程同步，但是我们在实际开发当中，应当尽量远离底层结构。 使用javaSE5.0版本中新增的java.util.concurrent包将有助于简化开发。 本小节主要是使用LinkedBlockingQueue来实现线程的同步。LinkedBlockingQueue是一个基于已连接节点的，范围任意的blocking queue。 队列是先进先出的顺序（FIFO）。LinkedBlockingQueue 类常用方法：1. LinkedBlockingQueue() : 创建一个容量为Integer.MAX_VALUE的LinkedBlockingQueue。2. put(E e) : 在队尾添加一个元素，如果队列满则阻塞。3. size() : 返回队列中的元素个数。4. take() : 移除并返回队头元素，如果队列空则阻塞代码实例

15. TreeMap的实现

    红黑树

    1、每个节点都只能是红色或者黑色

    2、根节点是黑色

    3、每个叶节点（NIL节点，空节点）是黑色的。

    4、如果一个结点是红的，则它两个子节点都是黑的。也就是说在一条路径上不能出现相邻的两个红色结点。

    5、从任一节点到其每个叶子的所有路径都包含相同数目的黑色节点。

    TreeMap的put()的实现方法中主要分为两个步骤，第一：构建排序二叉树，第二：平衡二叉树。