Java面试手册——高频问题总结（二）
這里將Java集合和垃圾回收的知識(shí)總結(jié)，放到（二）中。對(duì)Java平臺(tái)的理解、Java基礎(chǔ)知識(shí)、面向?qū)ο笳?qǐng)參考Java面試手冊(cè)——高頻問題總結(jié)（一）
Java高頻問題面試：
| 1 | Java面試手冊(cè)——高頻問題總結(jié)（一） |
| 2 | Java面試手冊(cè)——高頻問題總結(jié)（二） |
| 3 | Java基礎(chǔ)面試突擊 |
| 4 | Java虛擬機(jī)——JVM總結(jié) |
| 5 | JVM面試突擊 |
文章目錄
- 四、Java集合
- 1. Java集合框架的基礎(chǔ)接口有哪些？
- 2. Collection 和 Collections 有什么區(qū)別？
- 3. List、Set、Map是否繼承自Collection接口？
- 4. HashMap 和 HashTable 的區(qū)別？
- 5. ArrayList、Vector 和 LinkedList 的區(qū)別是什么？ArrayList 是否會(huì)越界？
- 6. Array 和 ArrayList 區(qū)別？
- 7. HashMap 和 ConcurrentHashMap 的區(qū)別？
- 8. HashMap的內(nèi)部具體如何實(shí)現(xiàn)（高頻問題）？
- 9. HashMap 底層，負(fù)載因子，為啥是2^n？
- 10. ConcurrentHashMap的原理是什么？ConcurrentHashMap 鎖加在了什么地方？
- 11. TreeMap 底層，紅黑樹原理？
- 12. 什么是迭代器？Iterator 和 ListIterator 的區(qū)別是什么？
- 13. HashSet 的實(shí)現(xiàn)原理？
- 14. 快速失敗（fail-fast）和安全失敗（fail-safe）的區(qū)別是什么？
- 15. HashMap操作注意事項(xiàng)以及優(yōu)化？
- 五、 JVM 和 垃圾回收 GC
- 1. JVM、JDK和JRE的關(guān)系
- 2. JVM回收算法和回收器，CMS采用哪種回收算法，怎么解決內(nèi)存碎片問題？
- 3. 類加載過程
- 4. JVM分區(qū)，JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)
- 5. Java虛擬機(jī)的作用？
- 6. GC如何判斷對(duì)象需要被回收？
- 7. JVM內(nèi)存模型是什么？
- 8. JVM是如何實(shí)現(xiàn)線程的？
- 9. JVM最大內(nèi)存限制是多少？
- 10. 描述一下JVM加載class文件的原理機(jī)制？
- 11. 除了哪個(gè)區(qū)域外，虛擬機(jī)內(nèi)存其它運(yùn)行區(qū)域都會(huì)發(fā)生OutOfMemoryError? 什么情況下會(huì)出現(xiàn)堆內(nèi)存溢出？
- 12. Java中內(nèi)存泄漏是什么？什么時(shí)候會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存泄漏？
- 13. 垃圾回收器的原理是什么？
- 六、Java 多線程
- 1. 什么是進(jìn)程？什么是線程？
- 2. 線程的實(shí)現(xiàn)方式？創(chuàng)建線程的方法？
- 3. Thread類中的 start() 和 run() 方法有什么區(qū)別？啟動(dòng)一個(gè)線程是用哪個(gè)方法？
- 4. 解釋下線程的幾種可用狀態(tài)？
- 5. 多線程同步的方法？
- 6. 如何在兩個(gè)線程間共享數(shù)據(jù)？
- 7. 如何線程安全的實(shí)現(xiàn)一個(gè)計(jì)數(shù)器？
- 8. 線程池的種類？運(yùn)行流程，參數(shù)，策略？線程池有什么好處？
- 9. 講一下AQS？
- 10. 如何理解Java多線程回調(diào)的方法？
- 11. 同步方法和同步代碼塊的區(qū)別？
- 12. sleep() 和 wait() 有什么區(qū)別？
- 13. 在監(jiān)視器（Monitor）內(nèi)部，如何做到線程同步的？程序應(yīng)該做哪種級(jí)別的同步？
- 14. 同步和異步有何異同，在什么情況下分別使用他們？舉例說明。
- 15. 說出所知道的線程同步的方法？
- 16. 線程的sleep() 和yield() 方法有什么區(qū)別？
- 17. 如何保證線程安全？
- 18. CyclicBarrier 和 CountDownLatch的區(qū)別？
- 19. 講一下公平鎖和非公平鎖在reetranklock里的實(shí)現(xiàn)。
- 20. 講一下Synchronized，可重入是怎么實(shí)現(xiàn)的？
- 21. 鎖和同步的區(qū)別。
- 22. 什么是死鎖？如何確保N個(gè)線程可以訪問N個(gè)資源同時(shí)又不導(dǎo)致死鎖？
- 23. 簡(jiǎn)述Synchronized 和 java.util.cncurrent.locks.Lock的異同？
- 七、IO 和 NIO
- 1. 什么是IO流？
- 2. Java中有幾種類型的流？
- 3. 字節(jié)流和字符流哪個(gè)好？怎么選擇？
- 4. IO模型有幾種？分別介紹一下。
- 5. NIO和IO的區(qū)別？以及使用場(chǎng)景？
- 6. NIO的核心組件是什么，分別介紹一下？
四、Java集合
1. Java集合框架的基礎(chǔ)接口有哪些？
Collection為集合層級(jí)的根接口。一個(gè)集合代表一組對(duì)象，這些對(duì)象即為它的元素。Java平臺(tái)不提供這個(gè)接口任何直接實(shí)現(xiàn)。
Set是一個(gè)不能包含重復(fù)元素的集合。
List是一個(gè)有序集合，可以包含重復(fù)元素。可以通過它的索引來訪問任何元素。List更像長度動(dòng)態(tài)變換的數(shù)組。
Map是一個(gè)將key映射到value的對(duì)象。一個(gè)Map不能包含重復(fù)的key：每個(gè)key最多只能映射一個(gè)value。
一些其它的接口有Queue、Dequeue、SortedSet、SortedMap 和 ListIteator。
2. Collection 和 Collections 有什么區(qū)別？
Collection 是一個(gè)集合接口，它提供了對(duì)集合對(duì)象進(jìn)行基本操作的通用接口方法，所有集合都是它的子類，比如List、Set 等。
Collections 是一個(gè)包裝類，包含了很多靜態(tài)方法，不能被實(shí)例化，就像一個(gè)工具類，比如提供排序方法：Collections.sort(list)。
3. List、Set、Map是否繼承自Collection接口？
List，Set是，Map不是。Map是鍵值對(duì)映射容器，與List和Set有明顯的區(qū)別，而Set存儲(chǔ)的零散的元素且不允許有重復(fù)的元素，List是線性結(jié)構(gòu)的容器，適用于按數(shù)值索引訪問元素的情況。
4. HashMap 和 HashTable 的區(qū)別？
HashMap 和 HashTable 都實(shí)現(xiàn)了 Map 接口，很多特性相似。不同點(diǎn)如下：
注：HashTable同步，HashMap異步：同步指多線程安全，異步指多線程不安全。在Hashtable中，所有的public方法都加上了synchronized，所以說Hashtable是同步的，而HashMap沒有，所以HashMap是異步的。
詳細(xì)請(qǐng)參考：對(duì)比HashTable、HashMap、TreeMap有什么不同？
5. ArrayList、Vector 和 LinkedList 的區(qū)別是什么？ArrayList 是否會(huì)越界？
ArrayList 和 LinkedList的區(qū)別：
綜合來說，在需要頻繁讀取集合中的元素時(shí)，更推薦使用ArrayList，而在插入和刪除操作較多時(shí)，更推薦使用LinkedList。
ArrayList 和 Vector 的異同：
ArrayList和Vector在很多時(shí)候都很類似。
以下是ArrayList和Vector的不同點(diǎn)。
詳細(xì)請(qǐng)參考：對(duì)比Vector、ArrayList、LinkedList有何區(qū)別？
ArrayList 并發(fā) add() 可能出現(xiàn)數(shù)組下標(biāo)越界異常。
6. Array 和 ArrayList 區(qū)別？
7. HashMap 和 ConcurrentHashMap 的區(qū)別？
HashMap是線程不安全的，put時(shí)在多線程情況下，會(huì)形成環(huán)從而導(dǎo)致死循環(huán)。CoucurrentHashMap 是線程安全的，采用分段鎖機(jī)制，減少鎖的粒度。
8. HashMap的內(nèi)部具體如何實(shí)現(xiàn)（高頻問題）？
從結(jié)構(gòu)上來講，HashMap 是數(shù)組+鏈表+紅黑樹 （JDK1.8增加了紅黑樹部分）實(shí)現(xiàn)的，如下圖所示：
兩個(gè)問題：數(shù)據(jù)底層具體存儲(chǔ)的是什么？這樣的存儲(chǔ)方式有什么優(yōu)點(diǎn)？
（1）HashMap類中有一個(gè)非常重要的字段就是Node[] table， 即哈希桶數(shù)組，明顯它是一個(gè)Node數(shù)組。看一下Node[JDK1.8]:
Node是HashMap的一個(gè)內(nèi)部類，實(shí)現(xiàn)了Map.Entry接口，本質(zhì)上就是一個(gè)映射（鍵值對(duì)）。上圖中每個(gè)黑色圓點(diǎn)就是一個(gè)Node對(duì)象。
（2）HashMap就是使用哈希表來存儲(chǔ)的。哈希表為解決哈希沖突，Java中HashMap采用鏈地址法。
如果哈希桶數(shù)組很大，即使較差的Hash算法也會(huì)比較分散，如果哈希桶數(shù)組數(shù)組很小，即使好的Hash算法也會(huì)出現(xiàn)較多碰撞，所以就需要在空間成本和時(shí)間成本之間權(quán)衡，其實(shí)就是在根據(jù)實(shí)際情況確定哈希桶數(shù)組的大小，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)好的hash算法減少Hash碰撞。那么通過什么方式來控制map使得Hash碰撞的概率又小，哈希桶數(shù)組(Node] table)占用空間又少呢?答案就是好的Hash算法和擴(kuò)容機(jī)制。
9. HashMap 底層，負(fù)載因子，為啥是2^n？
負(fù)載因子默認(rèn)是0.75，2^n 是為了讓散列更加均勻，例如出現(xiàn)極端情況都散列在數(shù)組中的一個(gè)下標(biāo)，那么HashMap會(huì)由 O(1) 復(fù)雜度退化為 O(n) 的。
10. ConcurrentHashMap的原理是什么？ConcurrentHashMap 鎖加在了什么地方？
（1）ConcurrentHashMap的原理是什么？
ConcurrentHashMap類中包含兩個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類HashEntry和Segment。
HashEntry 用來封裝映射表的鍵/值對(duì)；Segment用來充當(dāng)鎖的角色，每個(gè)Segment 對(duì)象守護(hù)整個(gè)散列映射表的若干個(gè)桶。每個(gè)桶是由若干個(gè)HashEntry對(duì)象鏈接起來的鏈表。一個(gè)ConcurrentHashMap 實(shí)例中包含由若干個(gè)Segment對(duì)象組成的數(shù)組。HashEntry 用來封裝散列映射表中的鍵值對(duì)。在HashEntry類中, key，hash 和 next域都被聲明為final 型，value域被聲明為 volatile型。
在ConcurrentHashMap中，在散列時(shí)如果產(chǎn)生“碰撞”，將采用“分離鏈接法”來處理“碰撞”：把“碰撞”的 HashEntry對(duì)象鏈接成一個(gè)鏈表。由于HashEntry的next域?yàn)閒inal 型，所以新節(jié)點(diǎn)只能在鏈表的表頭處插入。下圖是在一個(gè)空桶中依次插入A，B，C三個(gè)HashEntry對(duì)象后的結(jié)構(gòu)圖:
插入三個(gè)節(jié)點(diǎn)后桶的結(jié)構(gòu)示意圖:
注意:由于只能在表頭插入，所以鏈表中節(jié)點(diǎn)的順序和插入的順序相反。
Segment類繼承于ReentrantLock 類，從而使得Segment對(duì)象能充當(dāng)鎖的角色。每個(gè)Segment 對(duì)象用來守護(hù)其（成員對(duì)象 table 中）包含的若干個(gè)桶。
（2）ConcurrentHashMap 鎖加在了什么地方？
加在每個(gè) Segment 上面。
（3）ConcurrentHashMap有什么優(yōu)勢(shì)，1.7，1.8區(qū)別？
Concurrenthashmap線程安全的，1.7是在 jdk1.7中采用Segment + HashEntry的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，lock 加在Segment上面。1.7size計(jì)算是先采用不加鎖的方式，連續(xù)計(jì)算元素的個(gè)數(shù)，最多計(jì)算3次:
1.8 中放棄了Segment臃腫的設(shè)計(jì)，取而代之的是采用Node + CAS+ Synchronized來保證并發(fā)安全進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，1.8中使用一個(gè)volatile類型的變量baseCount記錄元素的個(gè)數(shù)，當(dāng)插入新數(shù)據(jù)或則刪除數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)通過addCount()方法更新baseCount，通過累加baseCount和CounterCell數(shù)組中的數(shù)量，即可得到元素的總個(gè)數(shù)。
11. TreeMap 底層，紅黑樹原理？
TreeMap 的實(shí)現(xiàn)就是紅黑樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也就說是一棵自平衡的排序二叉樹，這樣就可以保證當(dāng)需要快速檢索指定節(jié)點(diǎn)。
紅黑樹的插入、刪除、遍歷時(shí)間復(fù)雜度都為0(log N)，所以性能上低于哈希表。但是哈希表無法提供鍵值對(duì)的有序輸出，紅黑樹因?yàn)槭桥判虿迦氲?#xff0c;可以按照鍵的值的大小有序輸出。
紅黑樹性質(zhì):
12. 什么是迭代器？Iterator 和 ListIterator 的區(qū)別是什么？
什么是迭代器？
Iterator 提供了統(tǒng)一遍歷操作集合元素的統(tǒng)一接口， Collection接口實(shí)現(xiàn)Iterable接口。
每個(gè)集合都通過實(shí)現(xiàn)Iterable接口中iterator()方法返回Iterator接口的實(shí)例，然后對(duì)集合的元素進(jìn)行迭代操作。
有一點(diǎn)需要注意的是:在迭代元素的時(shí)候不能通過集合的方法刪除元素，否則會(huì)拋出ConcurrentModificationException異常．但是可以通過Iterator接口中的remove()方法進(jìn)行刪除。
lterator和 ListIterator的區(qū)別是:
13. HashSet 的實(shí)現(xiàn)原理？
HashSet 是基于HashMap實(shí)現(xiàn)的，HashSet的底層使用HashMap來保存所有元素，因?yàn)镠ashSet的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，相關(guān)HashSet的操作，基本上都是直接調(diào)用底層HashMap的相關(guān)方法來完成的，HashSet不允許有重復(fù)的值。
14. 快速失敗（fail-fast）和安全失敗（fail-safe）的區(qū)別是什么？
Iterator的安全失敗是基于對(duì)底層集合做拷貝，因此，它不受源集合上修改的影響。
java.util包下面的所有的集合類都是快速失敗的，而java.util.concurrent包下面的所有的類都是安全失敗的。
快速失敗的迭代器會(huì)拋出ConcurrentModificationException異常，而安全失敗的迭代器永遠(yuǎn)不會(huì)拋出這樣的異常。
15. HashMap操作注意事項(xiàng)以及優(yōu)化？
五、 JVM 和 垃圾回收 GC
1. JVM、JDK和JRE的關(guān)系
見Java面試手冊(cè)——高頻問題總結(jié)（一）中JVM、JDK和JRE的關(guān)系。
2. JVM回收算法和回收器，CMS采用哪種回收算法，怎么解決內(nèi)存碎片問題？
見Java虛擬機(jī)——JVM總結(jié)中垃圾回收算法。
3. 類加載過程
見Java虛擬機(jī)——JVM總結(jié)中類加載過程。
4. JVM分區(qū)，JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)
見Java虛擬機(jī)——JVM總結(jié)中JVM分區(qū)，JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)。
5. Java虛擬機(jī)的作用？
解釋運(yùn)行字節(jié)碼程序，消除平臺(tái)相關(guān)性。
JVM將Java字節(jié)碼解釋為具體平臺(tái)的具體指令。一般的高級(jí)語言如要在不同的平臺(tái)上運(yùn)行，至少需要編譯成不同的目標(biāo)代碼。而引入JVM后，Java語言在不同平臺(tái)上運(yùn)行時(shí)不需要重新編譯。Java語言使用模式Java虛擬機(jī)屏蔽了與具體平臺(tái)相關(guān)的信息，使得Java語言編譯程序只需生成在Java虛擬機(jī)上運(yùn)行的目標(biāo)代碼(字節(jié)碼)，就可以在多種平臺(tái)上不加修改地運(yùn)行。Java虛擬機(jī)在執(zhí)行字節(jié)碼時(shí)，把字節(jié)碼解釋成具體平臺(tái)上的機(jī)器指令執(zhí)行。
假設(shè)一個(gè)場(chǎng)景，要求stop the world時(shí)間非常短，你會(huì)怎么設(shè)計(jì)垃圾回收機(jī)制?
絕大多數(shù)新創(chuàng)建的對(duì)象分配在Eden 區(qū)。
在Eden區(qū)發(fā)生一次GC后，存活的對(duì)象移到其中一個(gè)Survivor 區(qū)。
在Eden區(qū)發(fā)生一次GC后，對(duì)象是存放到Survivor區(qū)，這個(gè)Survivor區(qū)已經(jīng)存在其他存活的對(duì)象。
一旦一個(gè)Survivor區(qū)已滿，存活的對(duì)象移動(dòng)到另外一個(gè)Survivor區(qū)。然后之前那個(gè)空間已滿Survivor區(qū)將置為空，沒有任何數(shù)據(jù)。
經(jīng)過重復(fù)多次這樣的步驟后依舊存活的對(duì)象將被移到老年代。
6. GC如何判斷對(duì)象需要被回收？
即使在可達(dá)性分析算法中不可達(dá)的對(duì)象,也并非是“非回收不可”的, 這時(shí)候它們暫時(shí)處于“等待”階段,要真正宣告一個(gè)對(duì)象回收,至少要經(jīng)歷兩次標(biāo)記過程:如果對(duì)象在進(jìn)行可達(dá)性分析后發(fā)現(xiàn)沒有與GC Roots相連接的引用鏈,那它將會(huì)被第一次標(biāo)記并且進(jìn)行一次篩選,篩選的條件是此對(duì)象是否有必要執(zhí)行finalize()方法。當(dāng)對(duì)象沒有覆蓋finalize()方法,或者finalize()方法已經(jīng)被虛擬機(jī)調(diào)用過,虛擬機(jī)將這兩種情況都視為“沒有必要執(zhí)行”。(即意味著直接回收)
如果這個(gè)對(duì)象被判定為有必要執(zhí)行finalize()方法,那么這個(gè)對(duì)象將會(huì)放置在一個(gè)叫做F-Queue 的隊(duì)列之中,并在稍后由一個(gè)由虛擬機(jī)自動(dòng)建立的、低優(yōu)先級(jí)的Finalizer線程去執(zhí)行它。這里所謂的“執(zhí)行”是指虛擬機(jī)會(huì)觸發(fā)這個(gè)方法,但并不承諾會(huì)等待它運(yùn)行結(jié)束,這樣做的原因是,如果一個(gè)對(duì)象在finalize()方法中執(zhí)行緩慢,或者發(fā)生了死循環(huán)(更極端的情況),將很可能會(huì)導(dǎo)致F-Queue 隊(duì)列中其他對(duì)象永久處于等待,甚至導(dǎo)致整個(gè)內(nèi)存回收系統(tǒng)崩潰。
finalize()方法是對(duì)象逃脫回收的最后一次機(jī)會(huì),稍后GC將對(duì)F-Queue中的對(duì)象進(jìn)行第二次小規(guī)模的標(biāo)記,如果對(duì)象要在finalize()中跳出回收一一只要重新與引用鏈上的任何一個(gè)對(duì)象建立關(guān)聯(lián)即可,譬如把自己(this關(guān)鍵字)賦值給某個(gè)類變量或者對(duì)象的成員變量,那在第二次標(biāo)記時(shí)它將被移除出“即將回收”的集合;如果對(duì)象這時(shí)候還沒有逃脫,那基本上它就真的被回收了。
7. JVM內(nèi)存模型是什么？
Java內(nèi)存模型(簡(jiǎn)稱JMM)，JMM決定一個(gè)線程對(duì)共享變量的寫入何時(shí)對(duì)另一個(gè)線程可見。從抽象的角度來看，JMM定義了線程和主內(nèi)存之間的抽象關(guān)系:線程之間的共享變量存儲(chǔ)在主內(nèi)存(main memory)中，每個(gè)線程都有一個(gè)私有的本地內(nèi)存(local memory)，本地內(nèi)存中存儲(chǔ)了該線程以讀/寫共享變量的副本。
本地內(nèi)存是JMM的一個(gè)抽象概念，并不真實(shí)存在。它涵蓋了緩存，寫緩沖區(qū)，寄存器以及其他的硬件和編譯器優(yōu)化。其關(guān)系模型圖如下圖所示:
8. JVM是如何實(shí)現(xiàn)線程的？
線程是比進(jìn)程更輕量級(jí)的調(diào)度執(zhí)行單位。線程可以把一個(gè)進(jìn)程的資源分配和執(zhí)行調(diào)度分開。一個(gè)進(jìn)程里可以啟動(dòng)多條線程，各個(gè)線程可共享該進(jìn)程的資源(內(nèi)存地址，文件I0等)，又可以獨(dú)立調(diào)度。線程是CPU調(diào)度的基本單位。
主流OS都提供線程實(shí)現(xiàn)。Java語言提供對(duì)線程操作的同一API，每個(gè)已經(jīng)執(zhí)行start()，且還未結(jié)束的java.lang.Thread類的實(shí)例，代表了一個(gè)線程。
Thread類的關(guān)鍵方法，都聲明為Native。這意味著這個(gè)方法無法或沒有使用平臺(tái)無關(guān)的手段來實(shí)現(xiàn)，也可能是為了執(zhí)行效率。
實(shí)現(xiàn)線程的方式：
使用內(nèi)核線程實(shí)現(xiàn)，內(nèi)核線程（Kernel-Level Thread， KLT）就是直接由操作系統(tǒng)內(nèi)核支持的線程。
9. JVM最大內(nèi)存限制是多少？
(1) 堆內(nèi)存分配
JVM初始分配的內(nèi)存由-Xms指定，默認(rèn)是物理內(nèi)存的1/64;JVM最大分配的內(nèi)存由-Xmx指定，默認(rèn)是物理內(nèi)存的1/4。默認(rèn)空余堆內(nèi)存小于40%時(shí)，JVM就會(huì)增大堆直到-Xmx的最大限制;空余堆內(nèi)存大于70%時(shí)，JVM會(huì)減少堆直到-Xms的最小限制。因此服務(wù)器一般設(shè)置-Xms、一Xmx相等以避免在每次GC后調(diào)整堆的大小。
(2) 非堆內(nèi)存分配
JVM使用-XX:PermSize 設(shè)置非堆內(nèi)存初始值，默認(rèn)是物理內(nèi)存的1/64;由XX:MaxPermSize設(shè)置最大非堆內(nèi)存的大小，默認(rèn)是物理內(nèi)存的1/4。
(3) VM最大內(nèi)存
首先JVM內(nèi)存限制于實(shí)際的最大物理內(nèi)存，假設(shè)物理內(nèi)存無限大的話，JVM內(nèi)存的最大值跟操作系統(tǒng)有很大的關(guān)系。簡(jiǎn)單的說就32位處理器雖然可控內(nèi)存空間有4GB,但是具體的操作系統(tǒng)會(huì)給一個(gè)限制，這個(gè)限制一般是2GB-3GB(一般來說Windows系統(tǒng)下為1.5G-2G，Linux系統(tǒng)下為2G-3G)，而64bit 以上的處理器就不會(huì)有限制了。
10. 描述一下JVM加載class文件的原理機(jī)制？
JVM中類的裝載是由ClassLoader和它的子類來實(shí)現(xiàn)的,Java ClassLoader是一個(gè)重要的Java運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)組件。它負(fù)責(zé)在運(yùn)行時(shí)查找和裝入類文件的類。
Java中的所有類，都需要由類加載器裝載到JVM中才能運(yùn)行。類加載器本身也是一個(gè)類，而它的工作就是把class文件從硬盤讀取到內(nèi)存中。在寫程序的時(shí)候，我們幾乎不需要關(guān)心類的加載，因?yàn)檫@些都是隱式裝載的，除非我們有特殊的用法，像是反射，就需要顯式的加載所需要的類。
11. 除了哪個(gè)區(qū)域外，虛擬機(jī)內(nèi)存其它運(yùn)行區(qū)域都會(huì)發(fā)生OutOfMemoryError? 什么情況下會(huì)出現(xiàn)堆內(nèi)存溢出？
程序計(jì)數(shù)器。
堆內(nèi)存存儲(chǔ)對(duì)象的實(shí)例。我們只要不斷的創(chuàng)建對(duì)象，并保證gc roots到對(duì)象之間有可達(dá)路徑來避免垃圾回收機(jī)制清除這些對(duì)象，就會(huì)在對(duì)象數(shù)量達(dá)到最大，堆容量限制后，產(chǎn)生內(nèi)存溢出異常。
空間什么情況下會(huì)拋出OutOfMemoryError?
如果虛擬機(jī)在擴(kuò)展棧時(shí)無法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存空間，則拋出OutOfMemoryError。
12. Java中內(nèi)存泄漏是什么？什么時(shí)候會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存泄漏？
Java中的內(nèi)存泄漏，廣義并通俗的說：不再會(huì)被使用的對(duì)象的內(nèi)存不能被回收，就是內(nèi)存泄漏。
如果長生命周期的對(duì)象持有短生命周期的引用，就可能出現(xiàn)內(nèi)存泄漏。
13. 垃圾回收器的原理是什么？
對(duì)于GC來說，當(dāng)程序員創(chuàng)建對(duì)象時(shí)，GC就開始監(jiān)控這個(gè)對(duì)象的地址、大小以及使用情況。通常，GC采用有向圖的方式記錄和管理堆(heap)中的所有對(duì)象。通過這種方式確定哪些對(duì)象是”可達(dá)的”，哪些對(duì)象是”不可達(dá)的”。當(dāng)GC確定一些對(duì)象為”不可達(dá)”時(shí)，GC就有責(zé)任回收這些內(nèi)存空間。可以。程序員可以手動(dòng)執(zhí)行System.gc()，通知GC運(yùn)行，但是Java 語言規(guī)范并不保證GC一定會(huì)執(zhí)行。
六、Java 多線程
1. 什么是進(jìn)程？什么是線程？
進(jìn)程是系統(tǒng)中正在運(yùn)行的一個(gè)程序，程序一旦運(yùn)行就是進(jìn)程。
進(jìn)程可以看成程序執(zhí)行的一個(gè)實(shí)例。進(jìn)程是系統(tǒng)資源分配的獨(dú)立實(shí)體，每個(gè)進(jìn)程都擁有獨(dú)立的地址空間。一個(gè)進(jìn)程無法訪問另一個(gè)進(jìn)程的變量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如果想讓一個(gè)進(jìn)程訪問另一個(gè)進(jìn)程的資源，需要使用進(jìn)程間通信，比如管道，文件，套接字等。
線程是操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行運(yùn)算調(diào)度的最小單位。它被包含在進(jìn)程之中，是進(jìn)程中的實(shí)際運(yùn)作單位。一條線程指的是進(jìn)程中一個(gè)單一順序的控制流，一個(gè)進(jìn)程中可以并發(fā)多個(gè)線程，每條線程并行執(zhí)行不同的任務(wù)。
2. 線程的實(shí)現(xiàn)方式？創(chuàng)建線程的方法？
創(chuàng)建線程有如下三種方式:
一、繼承Thread類創(chuàng)建線程類
- (1）定義Thread類的子類，并重寫該類的run方法，該run方法的方法體就代表了線程要完成的任務(wù)。因此把run()方法稱為執(zhí)行體。
- (2）創(chuàng)建Thread子類的實(shí)例，即創(chuàng)建了線程對(duì)象。
- (3）調(diào)用線程對(duì)象的start()方法來啟動(dòng)該線程。
二、通過Runnable接口創(chuàng)建線程類
- (1)定義runnable接口的實(shí)現(xiàn)類，并重寫該接口的run()方法，該run()方法的方法體同樣是該線程的線程執(zhí)行體。
- (2)創(chuàng)建Runnable實(shí)現(xiàn)類的實(shí)例，并依此實(shí)例作為Thread的target來創(chuàng)建Thread對(duì)象，該Thread對(duì)象才是真正的線程對(duì)象。
- (3）調(diào)用線程對(duì)象的start()方法來啟動(dòng)該線程。
三、通過Callable和 Future創(chuàng)建線程
-
(1)創(chuàng)建Callable接口的實(shí)現(xiàn)類，并實(shí)現(xiàn)call()方法，該call()方法將作為線程執(zhí)行體，并且有返回值。
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(2)創(chuàng)建Callable實(shí)現(xiàn)類的實(shí)例,使用FutureTask類來包裝Callable對(duì)象，該FutureTask對(duì)象封裝了該Callable對(duì)象的call()方法的返回值。
-
(3）使用FutureTask對(duì)象作為Thread對(duì)象的target創(chuàng)建并啟動(dòng)新線程。(4）調(diào)用FutureTask對(duì)象的get()方法來獲得子線程執(zhí)行結(jié)束后的返回值。
3. Thread類中的 start() 和 run() 方法有什么區(qū)別？啟動(dòng)一個(gè)線程是用哪個(gè)方法？
start() 和 run() 方法的區(qū)別：
啟動(dòng)一個(gè)線程是調(diào)用 start()方法，使線程所代表的虛擬處理機(jī)處于可運(yùn)行狀態(tài)，這意味著它可以由JVM調(diào)度并執(zhí)行。這并不意味著線程就會(huì)立即運(yùn)行。run() 方法可以產(chǎn)生必須退出的標(biāo)志來停止一個(gè)線程。
4. 解釋下線程的幾種可用狀態(tài)？
1．新建( new ) : 新創(chuàng)建了一個(gè)線程對(duì)象。
2．可運(yùn)行( runnable ) : 線程對(duì)象創(chuàng)建后，其他線程(比如 main線程）調(diào)用了該對(duì)象的start()方法。該狀態(tài)的線程位于可運(yùn)行線程池中，等待被線程調(diào)度選中，獲取cpu的使用權(quán)。
3．運(yùn)行( running ) : 可運(yùn)行狀態(tài)( runnable )的線程獲得了cpu時(shí)間片( timeslice ) ,執(zhí)行程序代碼。
4．阻塞( block ) : 阻塞狀態(tài)是指線程因?yàn)槟撤N原因放棄了cpu使用權(quán)，也即讓出了cpu timeslice ，暫時(shí)停止運(yùn)行。直到線程進(jìn)入可運(yùn)行( runnable )狀態(tài)，才有機(jī)會(huì)再次獲得cputimeslice轉(zhuǎn)到運(yùn)行( running )狀態(tài)。阻塞的情況分三種:
- (一)．等待阻塞:運(yùn)行( running )的線程執(zhí)行o . wait()方法，JVM 會(huì)把該線程放入等待隊(duì)列( waitting queue )中。
- (二)．同步阻塞:運(yùn)行(running )的線程在獲取對(duì)象的同步鎖時(shí)，若該同步鎖被別的線程占用，則JVM會(huì)把該線程放入鎖池( lock pool )中。
- (三)．其他阻塞:運(yùn)行( running )的線程執(zhí)行Thread . sleep ( long ms )或t . join()方法，或者發(fā)出了I/0請(qǐng)求時(shí)，JVM會(huì)把該線程置為阻塞狀態(tài)。當(dāng)sleep()狀態(tài)超時(shí)、join()等待線程終止或者超時(shí)、或者Ⅰ/0處理完畢時(shí)，線程重新轉(zhuǎn)入可運(yùn)行(runnable)狀態(tài)。
5．死亡( dead ) : 線程run ()、 main()方法執(zhí)行結(jié)束，或者因異常退出了run()方法，則該線程結(jié)束生命周期。死亡的線程不可再次復(fù)生。
5. 多線程同步的方法？
可以使用synchronized、lock、volatile和ThreadLocal來實(shí)現(xiàn)同步。
6. 如何在兩個(gè)線程間共享數(shù)據(jù)？
如果一個(gè)類繼承Thread，則不適合資源共享。但是如果實(shí)現(xiàn)了Runable接口的話，則很容易的實(shí)現(xiàn)資源共享。實(shí)現(xiàn)Runnable接口或callable接口，適合多個(gè)相同或不同的程序代碼的線程去共享同一個(gè)資源。
多個(gè)線程共享數(shù)據(jù)分兩種情況：
7. 如何線程安全的實(shí)現(xiàn)一個(gè)計(jì)數(shù)器？
可以使用加鎖， 比如 synchronized 或者 lock。 也可以使用 Concurrent 包下的原子類。
8. 線程池的種類？運(yùn)行流程，參數(shù)，策略？線程池有什么好處？
線程池的種類：
1、newFixedThreadPool 創(chuàng)建一個(gè)指定工作線程數(shù)量的線程池。每當(dāng)提交一個(gè)任務(wù)就創(chuàng)建一個(gè)工作線程，如果工作線程數(shù)量達(dá)到線程池初始的最大數(shù)，則將提交的任務(wù)存入到池隊(duì)列中。
2、newCachedThreadPool 創(chuàng)建一個(gè)可緩存的線程池。這種類型的線程池特點(diǎn)是:
- 工作線程的創(chuàng)建數(shù)量幾乎沒有限制(其實(shí)也有限制的,數(shù)目為Interger. MAX_VALUE), 這樣可靈活的往線程池中添加線程。
- 如果長時(shí)間沒有往線程池中提交任務(wù)，即如果工作線程空閑了指定的時(shí)間(默認(rèn)為1分鐘)，則該工作線程將自動(dòng)終止。終止后，如果你又提交了新的任務(wù)，則線程池重新創(chuàng)建一個(gè)工作線程。
3、newSingleThreadExecutor 創(chuàng)建一個(gè)單線程化的Executor，即只創(chuàng)建唯一的工作者線程來執(zhí)行任務(wù)，如果這個(gè)線程異常結(jié)束，會(huì)有另一個(gè)取代它，保證順序執(zhí)行(我覺得這點(diǎn)是它的特色)。單工作線程最大的特點(diǎn)是可保證順序地執(zhí)行各個(gè)任務(wù)，并且在任意給定的時(shí)間不會(huì)有多個(gè)線程是活動(dòng)的。
4、newScheduleThreadPool 創(chuàng)建一個(gè)定長的線程池，而且支持定時(shí)的以及周期性的任務(wù)執(zhí)行，類似于Timer。(這種線程池原理暫還沒完全了解透徹)
線程池的運(yùn)行流程，參數(shù)，策略：
線程池主要就是指定線程池核心線程數(shù)大小，最大線程數(shù)，存儲(chǔ)的隊(duì)列，拒絕策略，空閑線程存活時(shí)長。當(dāng)需要任務(wù)大于核心線程數(shù)時(shí)候，就開始把任務(wù)往存儲(chǔ)任務(wù)的隊(duì)列里，當(dāng)存儲(chǔ)隊(duì)列滿了的話，就開始增加線程池創(chuàng)建的線程數(shù)量，如果當(dāng)線程數(shù)量也達(dá)到了最大，就開始執(zhí)行拒絕策略，比如說記錄日志，直接丟棄，或者丟棄最老的任務(wù)。
線程池的好處：
第一:降低資源消耗。通過重復(fù)利用己創(chuàng)建的線程降低線程創(chuàng)建和銷毀造成的消耗。
第二:提高響應(yīng)速度。當(dāng)任務(wù)到達(dá)時(shí)，任務(wù)可以不需要等到線程創(chuàng)建就能執(zhí)行。
第三:提高線程的可管理性，線程是稀缺資源，如果無限制地創(chuàng)建，不僅會(huì)消耗系統(tǒng)資源，還會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使用線程池可以進(jìn)行統(tǒng)一分配、調(diào)優(yōu)和監(jiān)控。
9. 講一下AQS？
AQS其實(shí)就是一個(gè)可以給我們實(shí)現(xiàn)鎖的框架。
內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是:先進(jìn)先出的隊(duì)列、state狀態(tài)定義了內(nèi)部類ConditionObject。
擁有兩種線程模式獨(dú)占模式和共享模式。
在LOCK包中的相關(guān)鎖(常用的有ReentrantLock、 ReadWriteLock)都是基于AQS來構(gòu)建，一般我們叫 AQS為同步器。
10. 如何理解Java多線程回調(diào)的方法？
所謂回調(diào)，就是客戶程序C調(diào)用服務(wù)程序S中的某個(gè)方法A，然后S又在某個(gè)時(shí)候反過來調(diào)用C中的某個(gè)方法B，對(duì)于C來說，這個(gè)B便叫做回調(diào)方法。
11. 同步方法和同步代碼塊的區(qū)別？
區(qū)別：
同步方法默認(rèn)用 this 或者當(dāng)前類 class 對(duì)象作為鎖；
同步代碼塊可以選擇以什么來加鎖，比同步方法要更細(xì)粒度，我們可以選擇只同步會(huì)發(fā)生同步的問題的部分代碼而不是整個(gè)方法。
12. sleep() 和 wait() 有什么區(qū)別？
sleep 是線程類(Thread )的方法，導(dǎo)致此線程暫停執(zhí)行指定時(shí)間，把執(zhí)行機(jī)會(huì)給其他線程，但是監(jiān)控狀態(tài)依然保持，到時(shí)后會(huì)自動(dòng)恢復(fù)。調(diào)用sleep不會(huì)釋放對(duì)象鎖。
wait 是Object類的方法，對(duì)此對(duì)象調(diào)用wait方法導(dǎo)致本線程放棄對(duì)象鎖，進(jìn)入等待此對(duì)象的等待鎖定池，只有針對(duì)此對(duì)象發(fā)出 notify 方法（或notifyAll）后本線程才進(jìn)入對(duì)象鎖定池準(zhǔn)備獲得對(duì)象鎖進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。
sleep用Thread調(diào)用,在非同步狀態(tài)下就可以調(diào)用, wait用同步監(jiān)視器調(diào)用,必須在同名代碼中調(diào)用。
13. 在監(jiān)視器（Monitor）內(nèi)部，如何做到線程同步的？程序應(yīng)該做哪種級(jí)別的同步？
監(jiān)視器和鎖在Java 虛擬機(jī)中是一塊使用的。監(jiān)視器監(jiān)視一塊同步代碼塊，確保一次只有一個(gè)線程執(zhí)行同步代碼塊。每一個(gè)監(jiān)視器都和一個(gè)對(duì)象引用相關(guān)聯(lián)。線程在獲取鎖之前不允許執(zhí)行同步代碼。
14. 同步和異步有何異同，在什么情況下分別使用他們？舉例說明。
如果數(shù)據(jù)將在線程間共享。例如正在寫的數(shù)據(jù)以后可能被另一個(gè)線程讀到，或者正在讀的數(shù)據(jù)可能已經(jīng)被另一個(gè)線程寫過了，那么這些數(shù)據(jù)就是共享數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行同步存取。
當(dāng)應(yīng)用程序在對(duì)象上調(diào)用了一個(gè)需要花費(fèi)很長時(shí)間來執(zhí)行的方法,并且不希望讓程序等待方法的返回時(shí)，就應(yīng)該使用異步編程，在很多情況下采用異步途徑往往更有效率。
15. 說出所知道的線程同步的方法？
wait()∶使一個(gè)線程處于等待狀態(tài)，并且釋放所持有的對(duì)象的lock。
sleep(): 使一個(gè)正在運(yùn)行的線程處于睡眠狀態(tài)，是一個(gè)靜態(tài)方法，調(diào)用此方法要捕捉InterruptedException異常。
notify(): 喚醒一個(gè)處于等待狀態(tài)的線程，注意的是在調(diào)用此方法的時(shí)候，并不能確切的喚醒某一個(gè)等待狀態(tài)的線程，而是由JVM確定喚醒哪個(gè)線程，而且不是按優(yōu)先級(jí)。
Allnotity(): 喚醒所有處入等待狀態(tài)的線程，注意并不是給所有喚醒線程一個(gè)對(duì)象的鎖，而是讓它們競(jìng)爭(zhēng)。
16. 線程的sleep() 和yield() 方法有什么區(qū)別？
17. 如何保證線程安全？
通過合理的時(shí)間調(diào)度，避開共享資源的存取沖突。另外，在并行任務(wù)設(shè)計(jì)上可以通過適當(dāng)?shù)牟呗?#xff0c;保證任務(wù)與任務(wù)之間不存在共享資源，設(shè)計(jì)一個(gè)規(guī)則來保證一個(gè)客戶的計(jì)算工作和數(shù)據(jù)訪問只會(huì)被一個(gè)線程或一臺(tái)工作機(jī)完成，而不是把一個(gè)客戶的計(jì)算工作分配給多個(gè)線程去完成。
18. CyclicBarrier 和 CountDownLatch的區(qū)別？
CountDownLatch:
計(jì)數(shù)器: 計(jì)數(shù)器只能使用一次。
等待: 一個(gè)線程或多個(gè)等待另外n個(gè)線程完成之后才能執(zhí)行。
CyclicBarrier:
計(jì)數(shù)器: 計(jì)數(shù)器可以重置（通過reset()方法)。
等待: n個(gè)線程相互等待，任何一個(gè)線程完成之前，所有的線程都必須等待。
19. 講一下公平鎖和非公平鎖在reetranklock里的實(shí)現(xiàn)。
如果一個(gè)鎖是公平的，那么鎖的獲取順序就應(yīng)該符合請(qǐng)求的絕對(duì)時(shí)間順序，FIFO。
對(duì)于非公平鎖，只要CAS設(shè)置同步狀態(tài)成功，則表示當(dāng)前線程獲取了鎖，而公平鎖還需要判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否有前驅(qū)節(jié)點(diǎn)，如果有，則表示有線程比當(dāng)前線程更早請(qǐng)求獲取鎖，因此需要等待前驅(qū)線程獲取并釋放鎖之后才能繼續(xù)獲取鎖。
20. 講一下Synchronized，可重入是怎么實(shí)現(xiàn)的？
每個(gè)鎖關(guān)聯(lián)一個(gè)線程持有者和一個(gè)計(jì)數(shù)器。
當(dāng)計(jì)數(shù)器為0時(shí)表示該鎖沒有被任何線程持有，那么任何線程都都可能獲得該鎖而調(diào)用相應(yīng)方法。
當(dāng)一個(gè)線程請(qǐng)求成功后，JVM會(huì)記下持有鎖的線程，并將計(jì)數(shù)器計(jì)為1。此時(shí)其他線程請(qǐng)求該鎖，則必須等待。而該持有鎖的線程如果再次請(qǐng)求這個(gè)鎖，就可以再次拿到這個(gè)鎖，同時(shí)計(jì)數(shù)器會(huì)遞增。
當(dāng)線程退出一個(gè)synchronized方法/塊時(shí)，計(jì)數(shù)器會(huì)遞減，如果計(jì)數(shù)器為0， 則釋放該鎖。
21. 鎖和同步的區(qū)別。
（1）用法上的不同:
synchronized 既可以加在方法上，也可以加載特定代碼塊上，而lock需要顯示地指定起始位置和終止位置。
synchronized是托管給JVM執(zhí)行的，lock的鎖定是通過代碼實(shí)現(xiàn)的，它有比synchronized更精確的線程語義。
（2）性能上的不同:
lock接口的實(shí)現(xiàn)類ReentrantLock，不僅具有和synchronized相同的并發(fā)性和內(nèi)存語義，還多了超時(shí)的獲取鎖、定時(shí)鎖、等候和中斷鎖等。
在競(jìng)爭(zhēng)不是很激烈的情況下，synchronized的性能優(yōu)于ReentrantLock，競(jìng)爭(zhēng)激烈的情況下synchronized 的性能會(huì)下降的非常快，而ReentrantLock 則基本不變。
（3）鎖機(jī)制不同:
synchronized獲取鎖和釋放鎖的方式都是在塊結(jié)構(gòu)中，當(dāng)獲取多個(gè)鎖時(shí)，必須以相反的順序釋放，并且是自動(dòng)解鎖。而Lock則需要開發(fā)人員手動(dòng)釋放，并且必須在finally中釋放，否則會(huì)引起死鎖。
22. 什么是死鎖？如何確保N個(gè)線程可以訪問N個(gè)資源同時(shí)又不導(dǎo)致死鎖？
什么是死鎖？
兩個(gè)線程或兩個(gè)以上線程都在等待對(duì)方執(zhí)行完畢才能繼續(xù)往下執(zhí)行的時(shí)候就發(fā)生了死鎖。結(jié)果就是這些線程都陷入了無限的等待中。
例如，如果線程1鎖住了A，然后嘗試對(duì)B進(jìn)行加鎖，同時(shí)線程2已經(jīng)鎖住了B，接著嘗試對(duì)A進(jìn)行加鎖，這時(shí)死鎖就發(fā)生了。線程1永遠(yuǎn)得不到B，線程2也永遠(yuǎn)得不到A，并且它們永遠(yuǎn)也不會(huì)知道發(fā)生了這樣的事情。為了得到彼此的對(duì)象（A和B)，它們將永遠(yuǎn)阻塞下去。這種情況就是一個(gè)死鎖。
如何確保N個(gè)線程可以訪問N個(gè)資源同時(shí)又不導(dǎo)致死鎖？
使用多線程的時(shí)候，一種非常簡(jiǎn)單的避免死鎖的方式就是: 指定獲取鎖的順序，并強(qiáng)制線程按照指定的順序獲取鎖。因此，如果所有的線程都是以同樣的順序加鎖和釋放鎖，就不會(huì)出現(xiàn)死鎖了。
預(yù)防死鎖，預(yù)先破壞產(chǎn)生死鎖的四個(gè)條件。互斥不可能破壞，所以有如下三種方法:
23. 簡(jiǎn)述Synchronized 和 java.util.cncurrent.locks.Lock的異同？
主要相同點(diǎn): Lock 能完成synchronized 所實(shí)現(xiàn)的所有功能。
主要不同點(diǎn): Lock有比 synchronized更精確的線程語義和更好的性能。synchronized會(huì)自動(dòng)釋放鎖，而Lock一定要求程序員手工釋放，并且必須在finally 從句中釋放。
七、IO 和 NIO
1. 什么是IO流？
它是一種數(shù)據(jù)的流從源頭流到目的地。比如文件拷貝，輸入流和輸出流都包括了。輸入流從文件中讀取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到進(jìn)程（process）中，輸出流從進(jìn)程中讀取數(shù)據(jù)然后寫入到目標(biāo)文件。
2. Java中有幾種類型的流？
按照單位大小：字符流、字節(jié)流。
按照流的方向：輸入流、輸出流。
3. 字節(jié)流和字符流哪個(gè)好？怎么選擇？
字節(jié)流是， 選擇BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream。
字符流是，選擇BufferedReader 和 BufferedWriter。
4. IO模型有幾種？分別介紹一下。
阻塞IO、非阻塞IO、多路復(fù)用IO、信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO以及異步IO。
阻塞IO（blocking IO）
應(yīng)用程序調(diào)用一個(gè)IO函數(shù)，導(dǎo)致應(yīng)用程序阻塞，如果數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好，從內(nèi)核拷貝到用戶空間，否則一直等待下去。
一個(gè)典型的讀操作流程大致如下圖，當(dāng)用戶進(jìn)程調(diào)用recvfrom這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，kernel就開始了IO的第一個(gè)階段:準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，就是數(shù)據(jù)被拷貝到內(nèi)核緩沖區(qū)中的一個(gè)過程〈很多網(wǎng)絡(luò)IO數(shù)據(jù)不會(huì)那么快到達(dá)，如沒收一個(gè)完整的UDP包)，等數(shù)據(jù)到操作系統(tǒng)內(nèi)核緩沖區(qū)了，就到了第二階段:將數(shù)據(jù)從內(nèi)核緩沖區(qū)拷貝到用戶內(nèi)存，然后kernel返回結(jié)果，用戶進(jìn)程才會(huì)解除block狀態(tài)，重新運(yùn)行起來。
blocking IO的特點(diǎn)就是在IO執(zhí)行的兩個(gè)階段用戶進(jìn)程都會(huì)block住。
非阻塞IO（nonblocking IO）
非阻塞I/О模型，我們把一個(gè)套接口設(shè)置為非阻塞就是告訴內(nèi)核，當(dāng)所請(qǐng)求的I/O操作無法完成時(shí)，不要將進(jìn)程睡眠，而是返回一個(gè)錯(cuò)誤。這樣我們的I/O操作函數(shù)將不斷的測(cè)試數(shù)據(jù)是否已經(jīng)準(zhǔn)備好，如果沒有準(zhǔn)備好，繼續(xù)測(cè)試，直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好為止。在這個(gè)不斷測(cè)試的過程中，會(huì)大量的占用CPU的時(shí)間。
當(dāng)用戶進(jìn)程發(fā)出read操作時(shí)，如果kernel中數(shù)據(jù)還沒準(zhǔn)備好，那么并不會(huì)block用戶進(jìn)程，而是立即返回error，用戶進(jìn)程判斷結(jié)果是error，就知道數(shù)據(jù)還沒準(zhǔn)備好，用戶可以再次發(fā)read，直到kernel中數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，并且用戶再一次發(fā)read操作，產(chǎn)生system call，那么kernel 馬上將數(shù)據(jù)拷貝到用戶內(nèi)存，然后返回;
所以nonblocking IO的特點(diǎn)是用戶進(jìn)程需要不斷的主動(dòng)詢問kernel數(shù)據(jù)好了沒有。
阻塞IO一個(gè)線程只能處理一個(gè)IO流事件，要想同時(shí)處理多個(gè)IO流事件要么多線程要么多進(jìn)程，這樣做效率顯然不會(huì)高，而非阻塞IO可以一個(gè)線程處理多個(gè)流事件，只要不停地詢所有流事件即可，當(dāng)然這個(gè)方式也不好，當(dāng)大多數(shù)流沒數(shù)據(jù)時(shí)，也是會(huì)大量浪費(fèi)CPU資源;為了避免CPU空轉(zhuǎn)，引進(jìn)代理(select和poll，兩種方式相差不大)，代理可以觀察多個(gè)流I/O事件，空閑時(shí)會(huì)把當(dāng)前線程阻塞掉，當(dāng)有一個(gè)或多個(gè)I/O事件時(shí)，就從阻塞態(tài)醒過來，把所有IO流都輪詢一遍，于是沒有IO事件我們的程序就阻塞在select方法處，即便這樣依然存在問題，我們從select出只是知道有IO事件發(fā)生，卻不知道是哪幾個(gè)流，還是只能輪詢所有流，epoll這樣的代理就可以把哪個(gè)流發(fā)生怎樣的IO事件通知我們。
多路復(fù)用IO模型（IO multiplexing）
I/O多路復(fù)用就在于單個(gè)進(jìn)程可以同時(shí)處理多個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接IO,基本原理就是select，poll，epoll這些個(gè)函數(shù)會(huì)不斷輪詢所負(fù)責(zé)的所有socket，當(dāng)某個(gè)socket有數(shù)據(jù)到達(dá)了，就通知用戶進(jìn)程，這三個(gè)functon會(huì)阻塞進(jìn)程，但和IO阻塞不同，這些函數(shù)可以同時(shí)阻塞多個(gè)IO操作，而且可以同時(shí)對(duì)多個(gè)讀操作，寫操作IO進(jìn)行檢驗(yàn)，直到有數(shù)據(jù)到達(dá)，才真正調(diào)用IO操作函數(shù)，調(diào)用過程如下圖；
所以IO多路復(fù)用的特點(diǎn)是通過一種機(jī)制一個(gè)進(jìn)程能同時(shí)等待多個(gè)文件描述符，而這些文件描述符(套接字描述符)其中任意一個(gè)進(jìn)入就緒狀態(tài)，select函數(shù)就可以返回。
IO多路復(fù)用的優(yōu)勢(shì)在于并發(fā)數(shù)比較高的IO操作情況，可以同時(shí)處理多個(gè)連接，和bloking IO一樣socket是被阻塞的，只不過在多路復(fù)用中socket是被select阻塞，而在阻塞IO中是被socket IO給阻塞。
信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO模型
可以用信號(hào)，讓內(nèi)核在描述符就緒時(shí)發(fā)送SIGIO信號(hào)通知我們，通過sigaction系統(tǒng)調(diào)用安裝一個(gè)信號(hào)處理函數(shù)。該系統(tǒng)調(diào)用將立即返回，我們的進(jìn)程繼續(xù)工作，也就是說它沒有被阻塞。當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)準(zhǔn)備好讀取時(shí)，內(nèi)核就為該進(jìn)程產(chǎn)生一個(gè)SIGIO信號(hào)。我們隨后既可以在信號(hào)處理函數(shù)中調(diào)用recvfrom讀取數(shù)據(jù)報(bào)，并通知主循環(huán)數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好待處理。
特點(diǎn):等待數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)期間進(jìn)程不被阻塞。主循環(huán)可以繼續(xù)執(zhí)行，只要等待來自信號(hào)處理函數(shù)的通知:既可以是數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好被處理，也可以是數(shù)據(jù)報(bào)已準(zhǔn)備好被讀取。
異步IO（asynchronous IO）
異步IO告知內(nèi)核啟動(dòng)某個(gè)操作，并讓內(nèi)核在整個(gè)操作(包括將內(nèi)核數(shù)據(jù)復(fù)制到我們自己的緩沖區(qū))完成后通知我們，調(diào)用aio_read (Posix異步I/O函數(shù)以aio或lio開頭）函數(shù)，給內(nèi)核傳遞描述字、緩沖區(qū)指針、緩沖區(qū)大小(與read相同的3個(gè)參數(shù))、文件偏移以及通知的方式，然后系統(tǒng)立即返回。我們的進(jìn)程不阻塞于等待I/O操作的完成。當(dāng)內(nèi)核將數(shù)據(jù)拷貝到緩沖區(qū)后，再通知應(yīng)用程序。
用戶進(jìn)程發(fā)起read操作之后，立刻就可以開始去做其它的事。而另一方面，從kernel的角度，當(dāng)它受到一個(gè)asynchronous read之后，首先它會(huì)立刻返回，所以不會(huì)對(duì)用戶進(jìn)程產(chǎn)生任何block。然后，kernel會(huì)等待數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完成，然后將數(shù)據(jù)拷貝到用戶內(nèi)存，當(dāng)這一切都完成之后，kernel會(huì)給用戶進(jìn)程發(fā)送一個(gè)signal，告訴它read操作完成了。
5. NIO和IO的區(qū)別？以及使用場(chǎng)景？
NIO即New IO，這個(gè)庫是在JDK1.4中才引入的。NIO和IO有相同的作用和目的，但實(shí)現(xiàn)方式不同，NIO主要用到的是塊，所以NIO的效率要比IO高很多。在Java API中提供了兩套NIO，一套是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出NIO，另一套就是網(wǎng)絡(luò)編程N(yùn)IO。
NIO是為彌補(bǔ)傳統(tǒng)IO的不足而誕生的，但是尺有所短寸有所長，**NIO也有缺點(diǎn)，因?yàn)镹IO是面向緩沖區(qū)的操作，每一次的數(shù)據(jù)處理都是對(duì)緩沖區(qū)進(jìn)行的，那么就會(huì)有一個(gè)問題，在數(shù)據(jù)處理之前必須要判斷緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)是否完整或者已經(jīng)讀取完畢，如果沒有，假設(shè)數(shù)據(jù)只讀取了一部分，那么對(duì)不完整的數(shù)據(jù)處理沒有任何意義。**所以每次數(shù)據(jù)處理之前都要檢測(cè)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。
那么NIO和IO各適用的場(chǎng)景是什么呢?
如果需要管理同時(shí)打開的成千上萬個(gè)連接，這些連接每次只是發(fā)送少量的數(shù)據(jù)，例如聊天服務(wù)器，這時(shí)候用NIO處理數(shù)據(jù)可能是個(gè)很好的選擇。
而如果只有少量的連接，而這些連接每次要發(fā)送大量的數(shù)據(jù)，這時(shí)候傳統(tǒng)的IO更合適。使用哪種處理數(shù)據(jù)，需要在數(shù)據(jù)的響應(yīng)等待時(shí)間和檢查緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的時(shí)間上作比較來權(quán)衡選擇。
6. NIO的核心組件是什么，分別介紹一下？
channel、buffer、selector
什么是Channel？
一個(gè)Channel(通道)代表和某一實(shí)體的連接，這個(gè)實(shí)體可以是文件、網(wǎng)絡(luò)套接字等。也就是說，通道是Java NIO提供的一座橋梁，用于我們的程序和操作系統(tǒng)底層I/O服務(wù)進(jìn)行交互。
通道是一種很基本很抽象的描述，和不同的I/O服務(wù)交互，執(zhí)行不同的I/O操作，實(shí)現(xiàn)不一樣，因此具體的有FileChannel、SocketChannel等。
通道使用起來跟Stream比較像，可以讀取數(shù)據(jù)到Buffer中，也可以把Buffer中的數(shù)據(jù)寫入通道。
當(dāng)然，也有區(qū)別，主要體現(xiàn)在如下兩點(diǎn)：
Java NIO 中最常用的通道實(shí)現(xiàn)？
Buffer是什么？
NIO中所使用的緩沖區(qū)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的byte數(shù)組，而是封裝過的Buffer類，通過它提供的API，我們可以靈活的操縱數(shù)據(jù)。
與Java基本類型相對(duì)應(yīng)，NIO提供了多種Buffer類型，如ByteBuffer、CharBuffer、IntBuffer等，區(qū)別就是讀寫緩沖區(qū)時(shí)的單位長度不一樣(以對(duì)應(yīng)類型的變量為單位進(jìn)行讀寫)。
核心Buffer的實(shí)現(xiàn)有哪些？
核心的buffer實(shí)現(xiàn)有哪些：ByteBuffer、CharBuffer、DoubleBuffer、FloatBufferr、IntBuffer、LongBuffer、ShortBuffer，涵蓋了所有的基本數(shù)據(jù)類型（4類8種，除了Boolean）。也有其他的buffer如MappedByteBuffer。
Buffer讀寫數(shù)據(jù)基本操作：
在寫buffer的時(shí)候，buffer會(huì)跟蹤寫入了多少數(shù)據(jù)，需要讀buffer的時(shí)候，需要調(diào)用flip()來將buffer從寫模式切換成讀模式，讀模式中只能讀取寫入的數(shù)據(jù)，而非整個(gè)buffer。
當(dāng)數(shù)據(jù)都讀完了，你需要清空buffer以供下次使用，可以有2種方法來操作:調(diào)用clear()或者調(diào)用compact()。
區(qū)別: clear方法清空整個(gè)buffer，compact方法只清除你已經(jīng)讀取的數(shù)據(jù)，未讀取的數(shù)據(jù)會(huì)被移到buffer的開頭,此時(shí)寫入數(shù)據(jù)會(huì)從當(dāng)前數(shù)據(jù)的末尾開始。
Selector是什么？
Selector（選擇器）是一個(gè)特殊的組件，用于采集各個(gè)通道的狀態(tài)（或者說事件）。我們先將通道注冊(cè)到選擇器，并設(shè)置好關(guān)心的事件，然后就可以通過調(diào)用select() 方法，靜靜地等待事件發(fā)生。
通道可以監(jiān)聽哪幾個(gè)事件？
通道有4個(gè)事件可供監(jiān)聽：
為什么要用Selector?
如果用阻塞I/О，需要多線程（浪費(fèi)內(nèi)存）﹐如果用非阻塞I/O，需要不斷重試(耗費(fèi)CPU)。Selector的出現(xiàn)解決了這尷尬的問題，非阻塞模式下，通過Selector，我們的線程只為已就緒的通道工作，不用盲目的重試了。比如，當(dāng)所有通道都沒有數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)，也就沒有Read事件發(fā)生，我們的線程會(huì)在select()方法處被掛起，從而讓出了CPU資源。
Selector處理多Channel
要使用一個(gè)Selector，要注冊(cè)這個(gè)Selector的Channels。然后調(diào)用Selector的select(）方法。這個(gè)方法會(huì)阻塞，直到它注冊(cè)的Channels當(dāng)中有一個(gè)準(zhǔn)備好了的事件發(fā)生。 當(dāng)select() 方法返回的時(shí)候，線程可以處理這些事件，如新的連接的到來，數(shù)據(jù)收到了等。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的Java面试手册——高频问题总结（二）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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