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生活常识 学习资料

JavaGuide--Java篇

时间:2023-06-18

本文避免重复造轮子,也是从JavaGuider中提取出来方便日后查阅的手册

参考链接:

JavaGuider:https://javaguide.cn/java/basis/java-basic-questions-01/

JVM内存结构:https://blog.csdn.net/rongtaoup/article/details/89142396


文章目录

1.基础概念与常识

1.1.Java语言特点1.2字节码与编译和解释并存1.3 字符常量和字符串常量区别1.4 Java关键字1.5.泛型1.6、==和equals(),HashCode()1.7 基本数据类型1.7 基本数据类型1.8 I/O操作1.9 I/O操作1.10 Java值传递1.11 静态代理与动态代理1.12 IO模型 2.容器

2.1.Java集合2.2.==与 equals 的区别2.3 HashMap底层实现(JDK1.8前后)2.4 ConcurrentHashmap底层原理2.6 Synchronized的升降级 3.并发编程

3.1.进程与线程3.2.上下文切换3.3 Sleep与wait区别3.4 start与run3.5 Synchronized关键字3.6 其他参数3.7 AQS3.8 补充 4.JVM

4.1 JVM内存区域详解

4.1.0 JVM内存区域4.1.1对象的创建4.1.2 对象访问 4.2 JVM垃圾回收详解

4.2.1 Jvm垃圾回收相关问题4.2.2 对象是否死亡4.2.3、垃圾回收(算法与工具) 4.3 类文件结构、类加载过程(略)4.4 JVM性能调优(待续)4.5 JVM排查命令 5.新特性

5.1 Java8新特性实战、《Java8指南》、JDK9~15、小技巧(略) 1.基础概念与常识 1.1.Java语言特点

跨平台、面向对象(封装继承多态)、一次编写到处运行、多线程可靠安全、编译与解释并存

1.2字节码与编译和解释并存

被编译成.class后缀的文件就是字节码。而经过解释器JIT第一次解释后,后续热点代码(频繁使用的代码。消耗大部分系统资源的只有一小部分代码,这就是热点代码)的字节码对应的机器码就会被保存下来,然后每次代码执行的时候都会优化,这样就会越来越快

1.3 字符常量和字符串常量区别

字符常量是单引号,占一个字节(但java中char是2个字节),字符串常量是双引号,占若干字节

1.4 Java关键字 分类关键字访问控制privateprotectedpublic类,方法和变量修饰符abstractclassextendsfinalimplementsinterfacenativenewstaticstrictfpsynchronizedtransientvolatile程序控制breakcontinuereturndowhileifelseforinstanceofswitchcasedefault错误处理trycatchthrowthrowsfinally包相关importpackage基本类型booleanbytechardoublefloatintlongshortnulltruefalse变量引用superthisvoid保留字gotoconst1.5.泛型

Java泛型是伪泛型,即java运行期间所有类型擦除,数据类型被转换成一个参数。比如:

泛型类:public Class Study{} 实例化方式 Study genericInteger = new Study(123456);

泛型接口:public interface Study{} 实例化方式 class StudyImpl implements Study{}

泛型方法:public static void printArray(){E[] inputArray}

项目哪里用到了泛型?

项目接口返回Result参数的时候ExcelUtil生成excel的时候工具类Collections.sort这些地方

(注:个人觉得泛型适用性强,在和外部接口对接的时候,为防止外部参数类型经常变更,可以改成泛型。或者自己复用引用高的代码块的时候,也可以把代码块改成泛型。)

1.6、==和equals(),HashCode()

==比较地址equals()比较对象,

HashCode是对堆上的对象产生独特值(不唯一,因为因hash算法也会产生不同对象相同hash值),如果重写equals不重写hashcode,那两个相同对象也会有不同的hashcode

1.7 基本数据类型

这 8 种基本数据类型的默认值以及所占空间的大小如下:

基本类型位数字节默认值int3240short1620long6480Lbyte810char162‘u0000’float3240fdouble6480dboolean1false

引用类型Byte,Short,IntegerLong创建了[-128,127]的缓存,Character创建了[0,127]的缓存

注:频繁拆箱装箱也非常影响系统性能

1.7 基本数据类型

​ 序列化:数据结构或对象转成二进制字节流

​ 反序列化:序列化生成的二进制转成数据结构或对象

1.8 I/O操作

​ 分为InputStream/Reader:字节输入流与字符输入流

​ OutputStream/Writer:字节输出流与字符输出流

1.9 I/O操作

反射:程序在运行时分析类和执行类方法的能力。(比如@Value就能在运行时给某个对象赋值,相比正射的set,get方法更灵活)

1.10 Java值传递 1.11 静态代理与动态代理

​ 静态代理是由代理对象和目标对象实现一样的接口

​ 动态代理是利用反射机制在运行时创建代理类。

​ 动态代理:JDK动态代理实现了接口的类或直接代理接口,而CGLIB可代理未实现任何接口的类。与基于Java字节码实现的Javassist

​ 动态代理更灵活,不需要实现接口就可以代理实现类。静态代理是在编译时将接口、实现类、代理类生成.class文件

​ 动态代理底层:反射

​ Proxy:生产代理实例

​ InvocationHandler:处理代理实例并返回结果

1.12 IO模型

同步阻塞IO:BIO

同步非阻塞IO:NIO

异步IO:AIO

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2.容器 2.1.Java集合

Java集合:

1、Collection接口:list,queue,set2、Map接口

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-YChJP6iU-1644739167369)(https://img2022.cnblogs.com/blog/1176183/202202/1176183-20220213154908189-1867285349.png)]

2.2.==与 equals 的区别

对于基本类型来说,== 比较的是值是否相等;

对于引用类型来说,== 比较的是两个引用是否指向同一个对象地址(两者在内存中存放的地址(堆内存地址)是否指向同一个地方);

对于引用类型(包括包装类型)来说,equals 如果没有被重写,对比它们的地址是否相等;如果 equals()方法被重写(例如 String),则比较的是字符串值是否相等。

2.3 HashMap底层实现(JDK1.8前后)

JDK1.8 之前 HashMap 底层是 数组和链表 结合在一起使用也就是 链表散列。

JDK1.8之后HashMap 通过 key 的 hashCode 经过扰动函数处理过后得到 hash 值,然后通过 (n - 1) & hash 判断当前元素存放的位置(这里的 n 指的是数组的长度),如果当前位置存在元素的话,就判断该元素与要存入的元素的 hash 值以及 key 是否相同,如果相同的话,直接覆盖,不相同就通过拉链法解决冲突。

(put逻辑:如果定位到的数组位置没有元素 就直接插入。

如果定位到的数组位置有元素就和要插入的 key 比较,如果 key 相同就直接覆盖,如果 key 不相同,就判断 p 是否是一个树节点,如果是就调用e = ((TreeNode)p).putTreeval(this, tab, hash, key, value)将元素添加进入。如果不是就遍历链表插入(插入的是链表尾部)。)

相比于之前的版本, JDK1.8 之后在解决哈希冲突时有了较大的变化,当链表长度大于阈值(默认为 8)(将链表转换成红黑树前会判断,如果当前数组的长度小于 64,那么会选择先进行数组扩容,而不是转换为红黑树)时,将链表转化为红黑树,以减少搜索时间。

2.4 ConcurrentHashmap底层原理

JDK1.8之后ConcurrentHashMap 取消了 Segment 分段锁,采用 CAS 和 synchronized 来保证并发安全。数据结构跟 HashMap1.8 的结构类似,数组+链表/红黑二叉树。Java 8 在链表长度超过一定阈值(8)时将链表(寻址时间复杂度为 O(N))转换为红黑树(寻址时间复杂度为 O(log(N)))

synchronized 只锁定当前链表或红黑二叉树的首节点,这样只要 hash 不冲突,就不会产生并发,效率又提升 N 倍

2.6 Synchronized的升降级

对象分为对象头(MarkWord)、实例变量、填充字节。

锁的4中状态:无锁状态、偏向锁状态(弄人开启)、轻量级锁状态、重量级锁状态(级别从低到高)

Java8 中的 ConcurrentHashMap 使用的 Synchronized 锁加 CAS 的机制。结构也由 Java7 中的 Segment 数组 + HashEntry 数组 + 链表 进化成了 Node 数组 + 链表 / 红黑树,Node 是类似于一个 HashEntry 的结构。它的冲突再达到一定大小时会转化成红黑树,在冲突小于一定数量时又退回链表。


3.并发编程 3.1.进程与线程

进程:启动一个程序(启动main函数就是启动了一个jvm进程),而main函数的的线程就是这个进程中的一部分

​ 多个线程共享内存中的堆与方法区,但是各个线程又有自己的虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。

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3.2.上下文切换

​ 线程会有主动阻塞(Sleep,wait)让出CPU、时间片用完、IO阻塞等线程切换情况,这时需要保留现场方便后续CPU调用,同时加载下一次线程用CPU的上下文,这就叫上下文切换。

3.3 Sleep与wait区别

​ Sleep没有释放锁,会自动唤醒,而wait释放了锁,必须要notify/notifyall唤醒

3.4 start与run

​ start启动线程做了线程准备工作后调用run方法并让线程进入就绪状态,CPU分配了时间片后就可以开始执行,而run方法并不会在某个线程中执行,不属于多线程。

3.5 Synchronized关键字

​ 挂起或唤醒一个线程,都需要OS操作用户态到核心态的转换,这个过程非常耗时。

Synchronized作用域

修饰实例方法:作用于对象实例修饰静态方法,作用于类.class修饰代码块,作用域对象的锁(this,OBject)或类的锁(类.calss) 3.6 其他参数

​ 以下内容见《JUC并发编程》

​ volatile(非线程安全)

​ ThreadLocal(线程本地变量)

​ 线程池(三大方法、七大参数,四种拒绝策略)

3.7 AQS

​ 简介:是juc下具体类

​ 核心原理:多线程情况下,空闲的共享资源加锁,非空闲的共享资源使用CLH队列锁(内部是虚拟的双向队列,FIFO)进行线程队列等待与唤醒的锁分配策略

​ 定义资源的共享方式:

​ 1、Exclusive(独占):Reentranlock,synchronized

​ 2、Share(共享):Countdownlatch,semaphore,cyclicBarrier,readwriteLock

3.8 补充

this逃逸:构造函数返回之前其他线程就持有该对象引用,其他线程调用尚未构造完全的对象方法引发错误

4.JVM 4.1 JVM内存区域详解 4.1.0 JVM内存区域

1、PC程序计数器:线程中的信号指示器,用于用来读取下一条指令功能。、2、Java虚拟机栈:包含一个个栈帧(局部变量表等等,局部变量表又包含8个基本数据类型(),对象应用)3、本地方法栈:虚拟机栈为java服务,本地方法栈为虚拟机用到的Native服务(也有本地方法的局部变量表等待)4、堆:存放分配几乎所有对象实例与数组内存、**字符串常量池、静态变量(jdk1.8之后)** 1、字符串常量池:存放"asd" + "abc"(**常量折叠**)5、方法区:存储已被虚拟机加载的类信息(类如何放入方法区,reference如何指向就是这里)、常量。**方法区和永久代的关系很像 Java 中接口和类的关系** 1、运行时常量池:类的版本、字段、方法、接口等描述信息外,还有常量池表(类的相关信息) 2、**jdk1.8之后是把永久代实现方法区方式换成了元空间实现方式**6、直接内存(堆外内存):NIO

4.1.1对象的创建

​ Java对象创建分如下5步:

类加载检查:遇到new 指令时,进行类的检查与加载。分配内存:在堆中分配内存,有指针碰撞与空闲列表2种分配方式。Java堆是否规整由垃圾回收算法决定。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-sSK5Jnry-1644739167371)(https://img2022.cnblogs.com/blog/1176183/202202/1176183-20220213154621925-89641044.png)]

​ 保证内存分配的线程安全:

​ CAS+失败重试: CAS 是乐观锁的一种实现方式。所谓乐观锁就是,每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作,如果因为冲突失败就重试,直到成功为止。虚拟机采用 CAS 配上失败重试的方式保证更新操作的原子性。

​ TLAB: 为每一个线程预先在 Eden 区分配一块儿内存,JVM 在给线程中的对象分配内存时,首先在 TLAB 分配,当对象大于 TLAB 中的剩余内存或 TLAB 的内存已用尽时,再采用上述的 CAS 进行内存分配

初始化零值:给每个new 对象有初始化值设置对象头:markword执行init方法:按照代码进行init,比如定义数组大小。上述可以说只是定义分配了内存位置,这里根据init定义具体大小。

new ArrayList<>(3);

4.1.2 对象访问 句柄访问:Java栈的本地变量表访问堆中的句柄池中的实例对象指针(类似于操作系统中的虚拟地址表),然后访问堆或者方法区中的实例对象。缺点就是多访问了一次指针定位实例数据的时间。直接指针:Java栈的本地变量表存的就是直接访问堆中的实例对象的地址。访问方法区就是堆中存了实例对象地址。缺点就是后续垃圾回收移动对象地址的时候,需要改变栈中的本地变量表。

// 上面说了new ArrayList<3>,这里说的2种方法就是一整条语句了。List list = new ArrayList<>(3);

4.2 JVM垃圾回收详解 4.2.1 Jvm垃圾回收相关问题

​ 注:JVM垃圾回收在于线程共享区域:即堆、方法区(已被虚拟机加载的静态变量、常量等代码与运行时常量池)

下面介绍JVM垃圾回收具体流程:

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-9IMAN7Iv-1644739167372)(https://img2022.cnblogs.com/blog/1176183/202202/1176183-20220213155517812-903068596.png)]

4.2.2 对象是否死亡

​ 1.如何判断对象是否死亡:引用计数器与可达性算法

​ 2.指向对象的引用:强引用,软引用,弱引用,幻想引用(虚引用)

目前尚有一个疑问?

​ 目前垃圾回收器普遍都是分代回收算法,但是又说JDK1.8是默认采用Parallel scavenge+Serial Old收集器,但这2个收集器并不是GC算法,是否冲突?

​ 答:相当于所有垃圾回收器都默认使用了分代回收算法

4.2.3、垃圾回收(算法与工具)

垃圾回收算法:

1、Mark-sweep(标记-清除 MS算法):标记全部堆中可回收资源进行回收2、Copying(复制 CP算法):堆内存分成2半,一半用完了复制并整理整齐到另一半上,然后把这一半清空。3、Mark-Compact(标记-整理 MC算法):MS与CP结合,将全部堆内容标记,然后整理整齐清空。4、Generation Collection(分代收集 GC算法):根据对象存活周期将内存分为新生代与老生代进行收集。垃圾收集器:1、Serial Old收集器:MC算法2、ParNew收集器:Serial的多线程版本,MC算法3、Parallel Scavenge:Cp算法4、Parallel Old:MC算法5、CMS:MS算法6、G1:MS算法

4.3 类文件结构、类加载过程(略) 4.4 JVM性能调优(待续)

​ 能力有限,暂时用不到这些,后面用到了进一步了解。

​ 学习链接:https://javaguide.cn/java/jvm/jvm-parameters-intro/#_3-2-gc%E8%AE%B0%E5%BD%95

4.5 JVM排查命令

​ 参考命令:https://javaguide.cn/java/jvm/jdk-monitoring-and-troubleshooting-tools/#jps-%E6%9F%A5%E7%9C%8B%E6%89%80%E6%9C%89-java-%E8%BF%9B%E7%A8%8B

注:Jdk1.8默认采用Parallel Scavenge(新生代) + Serial Old(老年代)

5.新特性 5.1 Java8新特性实战、《Java8指南》、JDK9~15、小技巧(略)

​ 权当手册查了。


书山有路勤为径,学海无涯苦作舟。程序员不仅要懂代码,更要懂生活,关注我,一起进步。
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