Java学习笔记

发表于2022-09-30更新于2022-11-01阅读次数

集合和多线程

集合

HashMap

默认大小为16，新创建的HashMap中，table为空，size为0，在放入第一个元素后，才会将table初始化（懒加载，节省内存）
阈值默认0.75，如果元素数量超过阈值时，以2的指数倍进行扩容

数据插入过程

  • 写入数据时(put)，先计算元素hash，确定插入位置（hash%16）
    • 当该位置没有元素时，直接放入该位置
    • 当该位置有元素时
      • 如果hash相同，则替换
      • 不同，则挂载到该元素后端
        • 如果该位置是链表，则使用尾插法插入，如果链表长度大于8且数组长度大于64，则转换为红黑树
        • 如果是红黑树，则插入树中

为什么是2的指数倍扩容

HashMap和HashTable的区别是什么

  1. HashTable线程同步，HasMap不同步
  2. HashTable的<k,v>不允许空值，HashMap可以
  3. HashTable使用Enumeration，HashMap使用Iterator
  4. HashTable的hash数组默认·大小是11，增加方式为old*2+1，HashMap的hash数组默认大小为16，增加方式是2的指数倍
  5. HashTable继承Dictionary类，HashTable继承AbstractMap类

HashSet

内部使用HashMap进行数据存储，将数据存放在HashMap的key中，HashMap不允许有重复的键，因此HashSet也不会有重复的元素。

HashSet与HashMap的区别

问出这个问题的怕不是有十年脑血栓（

  1. HashSet实现了Set接口，HashMap实现Map接口
  2. HashSet使用成员对象计算hashcode，HashMap使用key计算hashcode
  3. HashSet存储对象，HashMap存储键值对
  4. HashSet使用add()添加元素，HashMap使用put()添加键值对

ArrayList

默认大小为10，初始化时，数组大小为0，扩容方式为原始大小的1.5倍（能充分利用已释放的空间）

  • 插入数据时先判断数组大小，需要则进行扩容（创建一个新数组，并复制原数组）

    LinkedList

    默认大小为0，初始化时，头节点和尾节点为空

ArrayList与LinkedList的区别

  1. ArrayList基于数组实现，LinkedList基于链表实现
  2. ArrayList基于索引读取数据速度快，时间复杂度为O(1)，但是每次删除数据开销很大，需要重排数组的所有数据，在插入数据时还要更新索引（除了在末尾插入）
  3. LinkedList删除和插入更快，时间复杂度为O(1)，
  4. LinkedList需要更多的内存，因为每个节点除了数据还存储了前一个节点和后一个节点的位置
  • 什么时候用ArrayList或LinkedList
    应用更多需要随机读取数据的时候用ArrayList，更多地增删数据的时候用LinkedList

多线程

什么是多线程

  1. 线程是操作系统调度的最小单元，可以使一个进程并发的处理多个任务
  2. 一个进程可以有多个线程，每个线程都有自己的计数器，堆栈和局部变量，并且能共享进程内的资源
  3. 使用多线程可以显著的提高程序的执行效率，减少程序的响应时间

怎么保证线程安全

原子类，volatile，锁

并发的三大特性

  • 原子性：不可分割的操作，多个步骤要保证同时成功或同时失败
  • 可见性：一个线程对共享变量的访问，另一个线程要立马看到
  • 有序性：线程的执行顺序要和代码的顺序一致

volatile

用于修饰属性，能保证可见性和有序性，使用了volatile修饰的属性，在修改属性时会直接将缓存中的数据写回主存中，在读取时直接从主存读取，保证了可见性，
底层通过操作系统的内存屏障实现，由于使用了内存屏障，所以会禁止指令重排，保证了有序性，
但是volatile无法保证原子性，因为写入时并不能保证变量未被其他线程修改，通常用于一个线程写，多个线程读的场景。

synchronized

java的一个关键字，主要是用于加锁，可用于变量，方法以及代码块

实现原理

synchronized采用Java对象头来存储锁信息，锁信息包括锁的标志和锁状态，存放在对象头的MarkWork部分。
JDK 1.6后，为减少性能消耗，引入了偏向锁和轻量级锁。
通过ACC_SYNCHRONIZED关键字隐式地加锁，当被标注ACC_SYNCHRONIZED时，需要先获得锁才能执行
同步代码块通过monitorenter和monitorexit执行来进行加锁和释放锁，当执行到monitorenter时需要先获得锁才能继续执行后面的代码，当执行monitorexit时则释放锁。

锁的升级过程

new - 偏向锁 - 轻量级锁（无锁，自旋锁）- 重量级锁

ReentrantLock

jdk1.5后提供的API层面的互斥锁，需配合lock()和unlock()方法来完成，相比synchronized提供了一些高级功能

  1. 可等待中断：持有锁的线程在长期不释放的时，正在等待的线程可以选择放弃等待，可以避免死锁的情况。
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    ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    Thread t = new Thread(()->{
      
      try{
        //尝试获得锁
        lock.lockInterruptibly();
      } catch(InterruptedException e){
        //被中断，没有获取到锁
        e.printStackTrace();
        return;
      } finally {
        lock.unlock();
      }
    });
     
    t.interrupt();
  2. 公平锁：多个线程申请锁时，必须按照申请的时间顺序获得锁，synchronized为非公平锁，ReentrantLock可以在声明时设置为公平锁（默认是不公平锁），但公平锁性能不佳。
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    //非公平锁
    ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    //公平锁
    ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);

和synchronized的区别

  1. synchronized是关键字，是原生语法层面的互斥锁，ReentrantLock是java.util.concurrent包下的类，是API层面的互斥锁。
  2. synchronized由编译器保证加锁和释放锁，ReentrantLock需要手动声明加锁和释放锁。
  3. 相比synchronized多了几个高级功能。

CAS

乐观锁

最终实现

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lock cmpxchg

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