Java 学习内容总结
最近对Core Java基础做了一些学习。有自己的见解,也有别人的总结,供大家参考。
1 实现多线程的方式有几种?
其实这个问题并不难,只是在这里做一个总结。一共有三种。
- 实现
Runnable
接口,并实现该接口的run()
方法 - 继承
Thread
类,重写run()
方法 - 实现
Callable
接口,实现call()
方法。
大家可能对前两种已经很清楚了,重点说下第三种。
Callable
接口是属于Executor
框架中的类,Callable
接口与Runnable
接口类似,但比后者功能更加强大,主要有三点:
Callable
可以在任务结束后提供一个返回值,Runnable
无法提供这个功能;Callable
的call()
方法可以抛出异常,Runnable
接口的run()
方法不能抛出异常;- 运行
Callable
可以得到一个Future
对象,Future
对象表示异步计算的结果。它提供了检查计算是否完成的方法。由于线程属于异步计算模型,所以无法从其他线程中得到方法的返回值。在这种情况下,就可以使用Future
来监视目标线程调用call()
方法的情况。当调用Futrue
的get()
方法以获取结果时,当前线程就会阻塞,直到call()
方法结束返回结果。
举个例子,此代码在JDK 8 下运行,因为使用了lambda表达式:
package exam;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;
public class CallableAndFuture {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
// 启动线程
Future<String> future = threadPool.submit(() -> "Hello, world");
try {
System.out.println("waiting thread to finish.");
System.out.println(future.get()); // 等待线程结束,并获取返回结果
threadPool.shutdown();
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
2 volatile
关键字的作用
在Java语言中,有时候为了提高程序的运行效率,编译器会做一些优化操作,把经常被访问的变量缓存起来,程序在读取这个变量的时候又有可能直接从寄存器中读取这个值,而不会去内存中读取。这样的好处提高了程序的运行效率,但当遇到多线程编程时,变量的值可能被其他线程改变了,而该缓存的值不会做相应的改变,从而导致应用程序读取的值可能与实际的变量值不一致。关键字volatile
正好解决这个问题,被volatile
修饰的变量编译器不会做优化,每次都会从内存读取。
3 代码中不同属性和方法的执行顺序
经常会遇到一个这样的代码,new一个子类,其子类以及父类每个属性和方法的执行顺序,具体可以看以下例子:
**
* Java程序初始化工作可以在许多不同的代码中来完成,它们执行的顺序如下:
* 父类静态变量
* 父类静态代码块
* 子类静态变量
* 子类静态代码块
* 父类非静态变量
* 父类非静态代码块
* 父类构造函数
* 子类非静态变量
* 子类非静态代码块
* 子类构造函数
*
*
* 注意,只有方法具有多态性,属性则没有。
* @author TurtusLi
*
*/
class BaseI {
int num = 1;
public BaseI() {
this.print();
num = 2;
}
public void print() {
System.out.println("Base.num = " + num);
}
}
public class Example1423 extends BaseI {
int num = 3;
public Example1423() {
this.print();
num = 4;
}
// 去掉这个复写方法,运行看效果
@Override
public void print() {
System.out.println("Sub.num = " + num);
}
public static void main(String[] args) {
BaseI b = new Example1423();
System.out.println(b.num);
}
}
4 switch
语句支持String
类型的实现原理
在Java 7 以后,switch
语句可以用作String
类型上。
从本质来讲,switch
对字符串的支持,其实也是int
类型值的匹配。它的实现原理如下:
通过对case
后面的String
对象调用hashCode(
)方法,得到一个int类型的Hash值,然后用这个Hash值来唯一标识着这个case
。
那么当匹配的时候,首先调用这个字符串的hashCode()
方法,获取一个Hash值(int
类型),用这个Hash值来匹配所有的case
,如果没有匹配成功,说明不存在;如果匹配成功了,接着会调用字符串的equals()
方法进行匹配。
由此看出,String
变量不能是null;同时,switch
的case
子句中使用的字符串也不能为null。
5 多线程同步有几种实现方法
Java主要提供了三种实现同步机制的方法。
synchronized
关键字。有两种用法,可以是synchronized
方法和synchronized
代码块。wait
和notify
方法。Lock
。Lock
接口有一个实现类ReentrantLock
,也可以实现多线程的同步。
6 在多线程编程的时候有哪些注意事项
- 如果能用
volatile
代替synchronized
,近可能使用volatile
。因为被synchronized
修饰的方法或代码块在同一时间只能允许一个线程访问,而volatile
没有这个限制,因此使用synchronized
会降低并发量。由于volatile
无法保证原子性操作,因此在多线程的情况下,只有对变量的操作为原子操作的情况下才可以使用volatile
。 - 尽可能减少
synchronized
块内的代码。 - 给每一个线程定义一个名字,这样有利于调试。
- 尽量使用concurrent容器(
ConcurrentHashMap
)来代替synchronized
容器(Hashtable
)。 - 使用线程池来控制多线程的执行。
7 fail-fast 和fail-safe迭代器的区别是什么?
他们的主要区别是fail-safe允许在遍历的过程中对容器的数据进行修改,而fail-fast则不允许。下面分别介绍这两种迭代器的工作原理。
fail-fast:直接在容器上进行遍历,在遍历的过程中,一旦发现容器中的数据被修改了(添加元素、删除或修改元素),就会抛出ConcurrentModificationException
异常导致遍历失败。常见的使用fail-fast的容器有HashMap
和ArrayList
等。
fail-safe:这种遍历是基于容器的克隆。因此,对容器中内容的修改不影响遍历。常见使用fail-safe方式的容器有ConcurrentHashMap
和CopyOnWriteArrayList
。
8 如何能够使JVM中的虚拟机栈、堆内存和方法区发生内存溢出?
关于JVM的知识,有一本非常好的书籍——周志明《深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践(第2版)》,里面有非常好的介绍。几乎可以说是Java程序员必读书籍。
虚拟机栈是线程私有的,当创建一个线程时,同时会新建一个虚拟机栈,它描述的是Java方法执行的内存模型。 栈中有一个非常重要的概念——栈帧。栈帧用于保存局部变量表,操作数栈,方法出口等。
其实栈溢出最简单的方式是无限递归。
堆内存是线程共享的,是JVM中内存管理的最大一块内存,它保存所有实例化的对象。
堆内存溢出最简单的方式是不停的new对象,GC来不及回收,直到内存全部耗尽。
方法区也是内存共享的。它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
方法区溢出简单的方式是,调用String
类的intern()
方法,此方法如果在堆区找不到已经存在的String
对象的话,就会往方法区中的常量池放一份,然后返回其引用放在堆区。还有一种办法是不停地加载类。
9 在 int i =0; i=i++;
语句中,i=i++
是线程安全的吗?如果不安全,请说明上面操作在JVM中的执行过程,为什么不安全?说出JDK中哪个类能达到以上程序的效果,并且是线程安全且高效的,简述其原理。
语句i=i++
的执行过程:先把i
的值取出来放到栈顶,可以理解为引入了第三方变量k
,此时,k
的值为i
,然后执行自增操作,于是i
的值变为1
,最后执行赋值操作i=k
(自增前的值),因此,执行结束后,i
的值还是0
。从上面的分析得知,i=i++
语句的执行过程是由多个操作组成,它不是原子操作,因此,不是线程安全的。
在Java中,++i
和i++
操作并不是线程安全的,在使用的时候,不可避免地会用到synchronized
关键字。而AtomicInteger
是一个提供原子操作的Integer
类,它提供了线程安全且高效的原子操作,是线程安全的,其底层的原理是利用处理器的CAS(Compare And Swap,比较与交换,一种有名的无锁算法)操作来检测栈中的值是否被其他线程改变,如果被改变,则CAS操作失败。这种实现方法在CPU指令级别实现了原子操作,因此,它比使用synchronized来实现同步效率更高。
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