java八股——java基础（1）

一点关于java基础概念的学习笔记，如果有不对的地方欢迎指正，谢谢！

面向对象的三大特性

封装：封装是面向对象的核心思想，它涉及将对象的属性和行为封装在一个不可分的系统单位中，尽可能隐藏对象的内部细节。这种封装使得对象具有独立性，仅通过受保护的接口与外界交互，从而提高了数据的安全性和隐私性。
继承：继承描述了类与类之间的关系，允许在无需重新编写原有类的情况下，对原有类的功能进行扩展。通过继承，一个新类（派生类）可以从现有的类（基类或父类）中派生，继承基类的属性和方法，并可以添加新的方法和属性以适应特殊需求。
多态：多态基于继承，它允许不同类的对象对同一消息作出响应，表现出不同的行为。多态性使得同一个方法在不同的类中可以有不同的实现，从而提高了程序的灵活性和代码重用性。

Java的基本数据类型

Java的基本数据类型共有8种，分别为byte（字节型，占用1个字节）、short（短整型，占用2个字节）、int（整型，占用4个字节）、long（长整型，占用8个字节）、float（单精度浮点型，占用4个字节）、double（双精度浮点型，占用8个字节）、char（字符型，占用2个字节）和boolean（布尔型，只有true和false两个值）。

JDK、JRE、JRM三者之间的关系

JDK（java development kit）：java开发工具包，用来开发java程序的，针对java开发者。
JRE（java runtime environment）：java运行时环境，针对java用户。
JVM（java virtual machine）：java虚拟机用来解释执行字节码文件（class文件）的。
JDK包含JRE，JRE包含JVM。

final关键字的作用

修饰类时，该类不可被继承；
修饰⽅法时，该方法不能被子类重写；
修饰变量时，该变量⼀旦被赋值就不可以更改它的值，只能赋值一次，即为常量。

==和equals方法之间的区别

==：对于基础数据类型，比较的是他们的值是否相等，比如两个int类型的变量，比较的是变量的值是否一样。对于引用数据类型，比较的是引用的地址是否相同，比如说新建了两个User对象，比较的是两个User的地址是否一样。

equals：用来检测两个对象是否相等，即两个对象的内容是否相等，没有==运行速度快。（补充：只有重写后的equals方法才是比较是否相等，Object类里原生的equals方法底层逻辑就是用的 == 实现判断相等）

String、StringBuffer、StringBuilder的区别

String类是不可变类，即一旦一个String对象被创建以后，包含在这个对象中的字符序列是不可改变的，直至这个对象被销毁，如果尝试去修改，会新⽣成⼀个字符串对象。

StringBuffer对象则是可变类，当一个StringBuffer对象被创建以后，可以通过StringBuffer类提供的append（）等方法改变这个字符串对象的字符序列，一旦得到了想要的字符串对象，即可通过调用toString（）方法得到对应的String对象。

StringBuilder和StringBuffer功能和用法基本相似，但是StringBuffer通过在类方法中添加synchronized关键字（相当于给方法加锁），使StringBuffer保证了线程安全，而StringBuilder则没有实现线程安全功能。

重载和重写的区别

1. 重载（overload）： 发⽣在同⼀个类中，方法名相同时，可以同时创建两个参数类型不同、个数不同、顺序不同的同名方法，重载表现编译时的多态性（注意：在只有返回类型不同，方法名，参数类型、个数、顺序都完全相同时，不能够实现方法重载）。
2. 重写（override）： 发⽣在⽗⼦类中，方法名、参数列表必须相同，返回值范围小于等于父类，抛出的异常范围⼩于等于父类，访问修饰符范围⼤于等于⽗类，如果⽗类方法访问修饰符为private则子类就不能重写该方法。重写多用于实现接口，表现为运行时的多态性。

List和Set的区别

● List（列表）：有序，按对象进⼊的顺序保存对象，可重复，允许多个Null元素对象，可以使用Iterator取出所有元素，再逐⼀遍历，还可以使用get(int index)获取指定下标的元素。
● Set（集合）：无序，不可重复，最多允许有⼀个Null元素对象，取元素时只能用Iterator接口取得所有元素，在逐⼀遍历各个元素。

ArrayList和LinkedList区别

ArrayList和LinkedList本质上都是对List接口的实现，只不过ArrayList底层是基于动态数组（Array）实现，LinkedList底层则是基于链表（Link）实现。

在随机查找时，ArrayList的查找效率相对会更高，因为LinkedList还需要移动链表指针从前向后线性查找；在进行插入、删除操作时，LinkedList的效率相对较高，因为ArrayList在进行插入、删除操作时，会对数据的下标索引产生影响。

ArrayList的扩容机制

由于数组不可以扩容，ArrayList的底层机制为数组，所以ArrayList有一个自动扩容机制：
ArrayList的初始数组长度默认为10（可以指定其他长度），每次实际容量达到数组最大容量后，就会触发自动扩容（创建一个新数组，新数组容量将扩充为原容量的1.5倍，再把老数组里的数据拷贝到新的数组中，最后把当前需要添加的元素添加到新数组中）。

HashMap和HashTable的区别

从功能特性来看：
1.HashTable是线程安全的，而HashMap不是；
2.HashMap的性能比HashTable好，因为HashTable采用了全局同步锁来保证线程安全性，这对HashTable的性能影响很大。
从内部实现的角度来看：
1.HashTable的底层数据结构使用的是数组加链表，HashMap则采用数组+链表+红黑树（从jdk8开始，对于HashMap，只要满足链表长度超过8，数组长度大于64时，链表存储将转化为红黑树存储，以提升性能，当红黑树的结点小于6时，红黑树将退化为链表）；
2.HashMap初始容量为16，HashTable初始容量为11；
3.HashMap可以使用null作为key，而HashTable不允许。

HashMap的put()方法执行流程

HashMap的put()方法用于将指定的键值对映射到HashMap中。以下是put（）方法的执行流程：
1.计算键的哈希值：
首先，put()方法会计算键的哈希值，使用键的hashCode()方法来获取，从而确定键值对在HashMap中的存储位置。
2.计算哈希桶索引：
将计算得到的哈希值通过一系列位运算，确定该键值对在哈希表中的存储位置，即哈希桶（数组中的每个元素称为一个桶）的索引。
3.定位哈希桶：
使用计算得到的哈希桶索引，定位到HashMap内部的数组中的相应位置，该位置就是键值对的潜在存储位置。
4.处理冲突：
如果发现在计算得到的位置已经存在其他键值对，这就是哈希冲突。HashMap采用链表或红黑树的方式来处理冲突。如果当前位置上是链表，新的键值对将被添加到链表的末尾；如果当前位置上是红黑树，将通过红黑树的插入操作来完成。
5.检查是否需要进行扩容：
在添加新键值对后，HashMap会检查当前元素数量是否超过了扩容阈值（扩容阈值为：当前最大容量*负载因子，负载因子默认为0.75）。如果超过了阈值，HashMap会进行扩容操作，重新计算哈希桶的大小，重新分配元素，以保持哈希表的性能。
6.返回旧值：
如果在执行put()时替换了已存在的键值对，put()方法会返回被替换的键对应的旧值；否则，返回null。

JDK1.7到JDK1.8HashMap 发生了什么变化(底层)?

1.JDK1.7中底层是数组+链表，JDK1.8中底层是数组+链表+红黑树，加红黑树的目的是提高HashMap插入和查询整体效率。
2. JDK1.7中链表插入使用的是头插法，JDK1.8中链表插入使用的是尾插法，因为JDK1.8中插入key和value时需要判断链表元素个数，所以需要遍历链表统计链表元素个数，使用尾插法可以遍历链表元素。
3. JDK1.7中哈希算法比较复杂，存在各种右移与异或运算，JDK1.8中进行了简化，因为复杂的哈希算法的目的就是提高散列性，来提供HashMap的整体效率，而JDK1.8中新增了红黑树，相比链表能有更高的散列性，所以可以适当的简化哈希算法，以节省CPU资源。

谈谈ConcurrentHashMap的扩容机制

JDK1.7和JDK1.8对于ConcurrentHashMap的扩容机制是不一样的。

对于JDK1.7版本：

1. JDK1.7版本的ConcurrentHashMap是基于Segment分段实现的；
2. 每个Segment相当于⼀个小型的HashMap；
3. 每个Segment内部会进行扩容，和HashMap的扩容逻辑类似；
4. 先⽣成新的数组，然后转移元素到新数组中；
5. 扩容的判断也是每个Segment内部单独判断的，判断是否超过阈值。

对于JDK1.8版本：
6. JDK1.8版本的ConcurrentHashMap不再基于Segment实现；
7. 当某个线程进行put时，如果发现ConcurrentHashMap正在进行扩容那么该线程⼀起进行扩容；
8. 如果某个线程put时，发现没有正在进行扩容，则将key-value添加到ConcurrentHashMap中，然后判断是否超过阈值，超过了则进行扩容；
9. ConcurrentHashMap是支持多个线程同时扩容的；
10. 扩容之前也先生成⼀个新的数组；
11. 在转移元素时，先将原数组分组，将每组分给不同的线程来进行元素的转移，每个线程负责一组或多组的元素转移工作。

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