java核心面试知识整理(架构师).pdf

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资源推荐

1. 目录

1. 目录 ......................................................................................................................................................... 1

2. JVM ....................................................................................................................................................... 19

2.1. 线程 ...................................................................................................................................................... 20

2.2. JVM 内存区域 ..................................................................................................................................... 21

2.2.1.

程序计数器

(

线程私有

) ................................................................................................................ 22

2.2.2.

虚拟机栈

(

线程私有

) .................................................................................................................... 22

2.2.3.

本地方法区

(

线程私有

) ................................................................................................................ 23

2.2.4.

堆（

Heap-

线程共享）

运行时数据区

...................................................................................... 23

2.2.5.

方法区

永久代（线程共享）

..................................................................................................... 23

2.3. JVM 运行时内存 ................................................................................................................................. 24

2.3.1.

新生代

.......................................................................................................................................... 24

2.3.1.1. Eden 区 .................................................................................................................................................... 24

2.3.1.2. ServivorFrom ........................................................................................................................................... 24

2.3.1.3. ServivorTo .............................................................................................................................................. 24

2.3.1.4. MinorGC 的过程（复制->清空->互换） ....................................................................................... 24

1：eden、servicorFrom 复制到 ServicorTo，年龄+1 ................................................................................... 25

2：清空 eden、servicorFrom ............................................................................................................................. 25

3：ServicorTo 和 ServicorFrom 互换 ................................................................................................................ 25

2.3.2.

老年代

.......................................................................................................................................... 25

2.3.3.

永久代

.......................................................................................................................................... 25

2.3.3.1. JAVA8 与元数据 ................................................................................................................................. 25

2.4. 垃圾回收与算法 .................................................................................................................................. 26

2.4.1.

如何确定垃圾

.............................................................................................................................. 26

2.4.1.1. 引用计数法............................................................................................................................................... 26

2.4.1.2. 可达性分析............................................................................................................................................... 26

2.4.2.

标记清除算法（Mark-Sweep）

.............................................................................................. 27

2.4.3.

复制算法（

copying

）

................................................................................................................. 27

2.4.4.

标记整理算法

(Mark-Compact) .................................................................................................. 28

2.4.5.

分代收集算法

.............................................................................................................................. 29

2.4.5.1. 新生代与复制算法 .............................................................................................................................. 29

2.4.5.2. 老年代与标记复制算法 ...................................................................................................................... 29

2.5. JAVA 四中引用类型 ........................................................................................................................... 30

2.5.1.

强引用

.......................................................................................................................................... 30

2.5.2.

软引用

.......................................................................................................................................... 30

2.5.3.

弱引用

.......................................................................................................................................... 30

2.5.4.

虚引用

.......................................................................................................................................... 30

2.6. GC 分代收集算法 VS 分区收集算法 ................................................................................................ 30

2.6.1.

分代收集算法

.............................................................................................................................. 30

2.6.1.1. 在新生代-复制算法 ............................................................................................................................. 30

2.6.1.2. 在老年代-标记整理算法 ..................................................................................................................... 30

2.6.2.

分区收集算法

.............................................................................................................................. 31

2.7. GC 垃圾收集器 ................................................................................................................................... 31

2.7.1. Serial

垃圾收集器（单线程、复制算法）

................................................................................ 31

2.7.2. ParNew

垃圾收集器（

Serial+

多线程）

................................................................................... 31

2.7.3. Parallel Scavenge

收集器（多线程复制算法、高效）

.......................................................... 32

2.7.4. Serial Old

收集器（单线程标记整理算法

）

........................................................................... 32

2.7.5. Parallel Old

收集器（多线程标记整理算法）

......................................................................... 33

2.7.6. CMS

收集器（多线程标记清除算法）

..................................................................................... 33

2.7.6.1. 初始标记 .............................................................................................................................................. 33

13/04/2018

Page 2 of 283

2.7.6.2. 并发标记 .............................................................................................................................................. 34

2.7.6.3. 重新标记 .............................................................................................................................................. 34

2.7.6.4. 并发清除 .............................................................................................................................................. 34

2.7.7. G1

收集器

.................................................................................................................................... 34

2.8. JAVA IO/NIO ....................................................................................................................................... 34

2.8.1.

阻塞

模型

................................................................................................................................ 34

2.8.2.

非阻塞

模型

............................................................................................................................ 35

2.8.3.

多路复用

模型

........................................................................................................................ 35

2.8.4.

信号驱动

模型

........................................................................................................................ 36

2.8.5.

异步

模型

................................................................................................................................ 36

2.8.1. JAVA IO

包

.................................................................................................................................. 36

2.8.2. JAVA NIO .................................................................................................................................... 37

2.8.2.1. NIO 的缓冲区 ..................................................................................................................................... 38

2.8.2.2. NIO 的非阻塞 ..................................................................................................................................... 38

2.8.3. Channel ....................................................................................................................................... 40

2.8.4. Buffer ............................................................................................................................................ 40

2.8.5. Selector ........................................................................................................................................ 40

2.9. JVM 类加载机制 ................................................................................................................................. 41

2.9.1.1. 加载 .......................................................................................................................................................... 41

2.9.1.2. 验证 .......................................................................................................................................................... 41

2.9.1.3. 准备 .......................................................................................................................................................... 41

2.9.1.4. 解析 .......................................................................................................................................................... 41

2.9.1.5. 符号引用 .............................................................................................................................................. 42

2.9.1.6. 直接引用 .............................................................................................................................................. 42

2.9.1.7. 初始化 ...................................................................................................................................................... 42

2.9.1.8. 类构造器<client> .............................................................................................................................. 42

2.9.2.

类加载器

...................................................................................................................................... 42

2.9.2.1. 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader) ......................................................................................... 43

2.9.2.2. 扩展类加载器(Extension ClassLoader) .......................................................................................... 43

2.9.2.3. 应用程序类加载器(Application ClassLoader)： .......................................................................... 43

2.9.3.

双亲委派

...................................................................................................................................... 43

2.9.4. OSGI

（动态模型系统）

............................................................................................................ 44

2.9.4.1. 动态改变构造 ...................................................................................................................................... 44

2.9.4.2. 模块化编程与热插拔 .......................................................................................................................... 44

3. JAVA 集合 ............................................................................................................................................ 45

3.1. 接口继承关系和实现 .......................................................................................................................... 45

3.2. LIST ....................................................................................................................................................... 47

3.2.1. ArrayList

（数组）

....................................................................................................................... 47

3.2.2. Vector

（数组实现、线程同步）

............................................................................................... 47

3.2.3. LinkList

（链表）

......................................................................................................................... 47

3.3. SET ....................................................................................................................................................... 48

3.3.1.1. HashSet（Hash 表） ............................................................................................................................. 48

3.3.1.2. TreeSet（二叉树） ................................................................................................................................ 49

3.3.1.3. LinkHashSet（HashSet+LinkedHashMap） ................................................................................... 49

3.4. MAP ....................................................................................................................................................... 50

3.4.1. HashMap

（数组

链表

红黑树）

............................................................................................. 50

3.4.1.1. JAVA7 实现 ............................................................................................................................................. 50

3.4.1.2. JAVA8 实现 ............................................................................................................................................. 51

3.4.2. ConcurrentHashMap.................................................................................................................. 51

3.4.2.1. Segment 段 .............................................................................................................................................. 51

3.4.2.2. 线程安全（Segment 继承 ReentrantLock 加锁） .............................................................................. 51

3.4.2.3. 并行度（默认 16） ................................................................................................................................. 52

3.4.2.4. Java8 实现（引入了红黑树） .............................................................................................................. 52

13/04/2018

Page 3 of 283

3.4.3. HashTable

（线程安全）

........................................................................................................... 53

3.4.4. TreeMap

（可排序）

.................................................................................................................. 53

3.4.5. LinkHashMap

（记录插入顺序）

.............................................................................................. 53

4. JAVA 多线程并发 ................................................................................................................................. 54

4.1.1. JAVA

并发知识库

....................................................................................................................... 54

4.1.2. JAVA

线程实现

创建方式

.......................................................................................................... 54

4.1.2.1. 继承 Thread 类 ........................................................................................................................................ 54

4.1.2.2. 实现 Runnable 接口。 ............................................................................................................................ 54

4.1.2.3. ExecutorService、Callable<Class>、Future 有返回值线程 ............................................................. 55

4.1.2.4. 基于线程池的方式 ................................................................................................................................... 56

4.1.3. 4

种线程池

................................................................................................................................... 56

4.1.3.1. newCachedThreadPool ......................................................................................................................... 57

4.1.3.2. newFixedThreadPool ............................................................................................................................. 57

4.1.3.3. newScheduledThreadPool .................................................................................................................... 58

4.1.3.4. newSingleThreadExecutor ................................................................................................................. 58

4.1.4.

线程生命周期

(

状态

) .................................................................................................................... 58

4.1.4.1. 新建状态（NEW） ................................................................................................................................. 58

4.1.4.2. 就绪状态（RUNNABLE）： ................................................................................................................. 59

4.1.4.3. 运行状态（RUNNING）： .................................................................................................................... 59

4.1.4.4. 阻塞状态（BLOCKED）： .................................................................................................................... 59

等待阻塞（o.wait->等待对列）： ...................................................................................................................... 59

同步阻塞(lock->锁池) .......................................................................................................................................... 59

其他阻塞(sleep/join) ............................................................................................................................................ 59

4.1.4.5. 线程死亡（DEAD） ................................................................................................................................ 59

正常结束 ................................................................................................................................................................ 59

异常结束 ................................................................................................................................................................ 59

调用 stop ............................................................................................................................................................... 59

4.1.5.

终止线程

种方式

...................................................................................................................... 60

4.1.5.1. 正常运行结束 ........................................................................................................................................... 60

4.1.5.2. 使用退出标志退出线程 ........................................................................................................................... 60

4.1.5.3. Interrupt 方法结束线程 ........................................................................................................................... 60

4.1.5.4. stop 方法终止线程（线程不安全） ....................................................................................................... 61

4.1.6. sleep

与

wait

区别

....................................................................................................................... 61

4.1.7. start

与

run

区别

.......................................................................................................................... 62

4.1.8. JAVA

后台线程

........................................................................................................................... 62

4.1.9. JAVA

锁

....................................................................................................................................... 63

4.1.9.1. 乐观锁 ...................................................................................................................................................... 63

4.1.9.2. 悲观锁 ...................................................................................................................................................... 63

4.1.9.3. 自旋锁 ...................................................................................................................................................... 63

自旋锁的优缺点 .................................................................................................................................................... 63

自旋锁时间阈值（1.6 引入了适应性自旋锁） .................................................................................................. 63

自旋锁的开启 ........................................................................................................................................................ 64

4.1.9.4. Synchronized 同步锁 .............................................................................................................................. 64

Synchronized 作用范围 ....................................................................................................................................... 64

Synchronized 核心组件 ....................................................................................................................................... 64

Synchronized 实现 ............................................................................................................................................... 64

4.1.9.5. ReentrantLock ......................................................................................................................................... 66

Lock 接口的主要方法 ........................................................................................................................................... 66

非公平锁 ................................................................................................................................................................ 66

公平锁 .................................................................................................................................................................... 67

ReentrantLock 与 synchronized ........................................................................................................................ 67

ReentrantLock 实现 ............................................................................................................................................. 67

Condition 类和 Object 类锁方法区别区别 ......................................................................................................... 68

tryLock 和 lock 和 lockInterruptibly 的区别 ........................................................................................................ 68

4.1.9.6. Semaphore 信号量 ................................................................................................................................. 68

实现互斥锁（计数器为 1） ................................................................................................................................. 68

代码实现 ................................................................................................................................................................ 68

Semaphore 与 ReentrantLock ........................................................................................................................... 69

4.1.9.7. AtomicInteger .......................................................................................................................................... 69

13/04/2018

Page 4 of 283

4.1.9.8. 可重入锁（递归锁） ............................................................................................................................... 69

4.1.9.9. 公平锁与非公平锁 ................................................................................................................................... 70

公平锁（Fair） ..................................................................................................................................................... 70

非公平锁（Nonfair） ........................................................................................................................................... 70

4.1.9.10. ReadWriteLock 读写锁 ...................................................................................................................... 70

读锁........................................................................................................................................................................ 70

写锁........................................................................................................................................................................ 70

4.1.9.11. 共享锁和独占锁 .................................................................................................................................. 70

独占锁 .................................................................................................................................................................... 70

共享锁 .................................................................................................................................................................... 70

4.1.9.12. 重量级锁（Mutex Lock） ................................................................................................................ 71

4.1.9.13. 轻量级锁 .............................................................................................................................................. 71

锁升级 .................................................................................................................................................................... 71

4.1.9.14. 偏向锁 .................................................................................................................................................. 71

4.1.9.15. 分段锁 .................................................................................................................................................. 71

4.1.9.16. 锁优化 .................................................................................................................................................. 71

减少锁持有时间 .................................................................................................................................................... 72

减小锁粒度 ............................................................................................................................................................ 72

锁分离 .................................................................................................................................................................... 72

锁粗化 .................................................................................................................................................................... 72

锁消除 .................................................................................................................................................................... 72

4.1.10.

线程基本方法

.............................................................................................................................. 72

4.1.10.1. 线程等待（wait） ............................................................................................................................... 73

4.1.10.2. 线程睡眠（sleep） ............................................................................................................................. 73

4.1.10.3. 线程让步（yield） .............................................................................................................................. 73

4.1.10.4. 线程中断（interrupt） ........................................................................................................................ 73

4.1.10.5. Join 等待其他线程终止 ...................................................................................................................... 74

4.1.10.6. 为什么要用 join()方法？ .................................................................................................................... 74

4.1.10.7. 线程唤醒（notify） ............................................................................................................................. 74

4.1.10.8. 其他方法： .......................................................................................................................................... 74

4.1.11.

线程上下文切换

.......................................................................................................................... 75

4.1.11.1. 进程 ...................................................................................................................................................... 75

4.1.11.2. 上下文 .................................................................................................................................................. 75

4.1.11.3. 寄存器 .................................................................................................................................................. 75

4.1.11.4. 程序计数器 .......................................................................................................................................... 75

4.1.11.5. PCB-“切换桢” ................................................................................................................................. 75

4.1.11.6. 上下文切换的活动： .......................................................................................................................... 76

4.1.11.7. 引起线程上下文切换的原因 .............................................................................................................. 76

4.1.12.

同步锁与死锁

.............................................................................................................................. 76

4.1.12.1. 同步锁 .................................................................................................................................................. 76

4.1.12.2. 死锁 ...................................................................................................................................................... 76

4.1.13.

线程池原理

.................................................................................................................................. 76

4.1.13.1. 线程复用 .............................................................................................................................................. 76

4.1.13.2. 线程池的组成 ...................................................................................................................................... 76

4.1.13.3. 拒绝策略 .............................................................................................................................................. 78

4.1.13.4. Java 线程池工作过程 ......................................................................................................................... 78

4.1.14. JAVA

阻塞队列原理

.................................................................................................................... 79

4.1.14.1. 阻塞队列的主要方法 .......................................................................................................................... 80

插入操作： ............................................................................................................................................................ 80

获取数据操作： .................................................................................................................................................... 81

4.1.14.2. Java 中的阻塞队列 ............................................................................................................................. 81

4.1.14.3. ArrayBlockingQueue（公平、非公平） ....................................................................................... 82

4.1.14.4. LinkedBlockingQueue（两个独立锁提高并发） ......................................................................... 82

4.1.14.5. PriorityBlockingQueue（compareTo 排序实现优先）.............................................................. 82

4.1.14.6. DelayQueue（缓存失效、定时任务） .......................................................................................... 82

4.1.14.7. SynchronousQueue（不存储数据、可用于传递数据） .............................................................. 83

4.1.14.8. LinkedTransferQueue...................................................................................................................... 83

13/04/2018

Page 5 of 283

4.1.14.9. LinkedBlockingDeque ..................................................................................................................... 83

4.1.15. CyclicBarrier

、

CountDownLatch

、

Semaphore

的用法

........................................................ 84

4.1.15.1. CountDownLatch（线程计数器） ................................................................................................ 84

4.1.15.2. CyclicBarrier（回环栅栏-等待至 barrier 状态再全部同时执行） ............................................... 84

4.1.15.3. Semaphore（信号量-控制同时访问的线程个数） ....................................................................... 85

4.1.16. volatile

关键字的作用（变量可见性、禁止重排序）

............................................................. 87

变量可见性 ............................................................................................................................................................ 87

禁止重排序 ............................................................................................................................................................ 87

比 sychronized 更轻量级的同步锁 ..................................................................................................................... 87

适用场景 ................................................................................................................................................................ 87

4.1.17.

如何在两个线程之间共享数据

................................................................................................... 88

将数据抽象成一个类，并将数据的操作作为这个类的方法 ............................................................................. 88

Runnable 对象作为一个类的内部类 .................................................................................................................. 89

4.1.18. ThreadLocal

作用（线程本地存储）

........................................................................................ 90

ThreadLocalMap（线程的一个属性） .............................................................................................................. 90

使用场景 ................................................................................................................................................................ 91

4.1.19. synchronized

和

ReentrantLock

的区别

.................................................................................. 91

4.1.19.1. 两者的共同点： .................................................................................................................................. 91

4.1.19.2. 两者的不同点： .................................................................................................................................. 92

4.1.20. ConcurrentHashMap

并发

......................................................................................................... 92

4.1.20.1. 减小锁粒度 .......................................................................................................................................... 92

4.1.20.2. ConcurrentHashMap 分段锁 .......................................................................................................... 92

ConcurrentHashMap 是由 Segment 数组结构和 HashEntry 数组结构组成 ................................................. 93

4.1.21. Java

中用到的线程调度

............................................................................................................. 93

4.1.21.1. 抢占式调度： ...................................................................................................................................... 93

4.1.21.2. 协同式调度： ...................................................................................................................................... 93

4.1.21.3. JVM 的线程调度实现（抢占式调度） ............................................................................................. 94

4.1.21.4. 线程让出 cpu 的情况： ..................................................................................................................... 94

4.1.22.

进程调度算法

.............................................................................................................................. 94

4.1.22.1. 优先调度算法 ...................................................................................................................................... 94

4.1.22.2. 高优先权优先调度算法 ...................................................................................................................... 95

4.1.22.3. 基于时间片的轮转调度算法 .............................................................................................................. 96

4.1.23.

什么是

CAS

（比较并交换-乐观锁机制-锁自旋）

.................................................................. 96

4.1.23.1. 概念及特性 .......................................................................................................................................... 96

4.1.23.2. 原子包 java.util.concurrent.atomic（锁自旋） ........................................................................... 97

4.1.23.3. ABA 问题 ............................................................................................................................................. 98

4.1.24.

什么是

AQS

（抽象的队列同步器）

......................................................................................... 98

Exclusive 独占资源-ReentrantLock ................................................................................................................... 99

Share 共享资源-Semaphore/CountDownLatch ............................................................................................... 99

同步器的实现是 ABS 核心（state 资源状态计数） ....................................................................................... 100

ReentrantReadWriteLock 实现独占和共享两种方式 ..................................................................................... 100

5. JAVA 基础 .......................................................................................................................................... 101

5.1.1. JAVA

异常分类及处理

.............................................................................................................. 101

5.1.1.1. 概念 .................................................................................................................................................... 101

5.1.1.2. 异常分类 ............................................................................................................................................ 101

Error ..................................................................................................................................................................... 101

Exception（RuntimeException、CheckedException） ........................................................................... 101

5.1.1.3. 异常的处理方式 ................................................................................................................................ 102

遇到问题不进行具体处理，而是继续抛给调用者（throw,throws） ......................................................... 102

try catch 捕获异常针对性处理方式 .................................................................................................................. 102

5.1.1.4. Throw 和 throws 的区别： ............................................................................................................ 102