Java面试黄金宝典3

1. 什么是 NIO

• 原理

• 缓冲区（Buffer）：
  1. 它是一个线性的、有限的基本数据元素序列，本质上是一块内存区域，被包装成了一个对象，以便于进行高效的数据读写操作。不同类型的基本数据都有对应的Buffer子类，如ByteBuffer、IntBuffer等。
  2. Buffer有三个重要属性：capacity（容量）、position（位置）和limit（界限）。capacity表示缓冲区的最大容量；position指示下一个要读写的元素的位置；limit表示缓冲区中可以读写的元素的上限。在读写操作过程中，这些属性会动态变化。
• 通道（Channel）：
  1. 通道是双向的，既可以进行读操作，也可以进行写操作，这与传统的流（Stream）不同，流通常是单向的（输入流或输出流）。
  2. 通道可以与多种数据源进行连接，如文件、网络套接字等。例如，FileChannel用于文件的读写，SocketChannel用于网络套接字的读写。
• 选择器（Selector）：
  1. 选择器可以让一个线程同时监听多个通道的事件。它通过Selector对象的select()方法来检查是否有通道发生了感兴趣的事件（如读就绪、写就绪等）。
  2. 当有事件发生时，select()方法会返回发生事件的通道的数量，然后可以通过selectedKeys()方法获取发生事件的通道的SelectionKey集合，进而处理这些通道的事件。

• 要点

1. 非阻塞 I/O 模型使得一个线程可以处理多个连接，大大提高了系统的并发处理能力和资源利用率。
2. 基于缓冲区和通道的操作方式，减少了数据的复制次数，提高了数据传输效率。
3. 适用于构建高性能的网络服务器，如 HTTP 服务器、即时通讯服务器等。

• 应用

1. NIO.2 引入了异步 I/O 操作，通过AsynchronousFileChannel和AsynchronousSocketChannel等类，实现了真正的异步文件和网络 I/O，进一步提高了系统的性能和响应速度。
2. 在实际应用中，Netty 框架是基于 Java NIO 构建的高性能网络编程框架，它简化了 NIO 编程的复杂性，提供了更强大的功能和更好的性能。

2. 什么是 ThreadLocal

• 原理

1. ThreadLocal内部维护的ThreadLocalMap是一个自定义的哈希表，它的键是ThreadLocal对象的弱引用。当ThreadLocal对象没有其他强引用时，垃圾回收器会自动回收该对象，从而避免了内存泄漏的风险。
2. 每个Thread对象都有一个ThreadLocalMap实例，当调用ThreadLocal的set()方法时，会首先获取当前线程的ThreadLocalMap，如果ThreadLocalMap为空，则会创建一个新的ThreadLocalMap，并将当前ThreadLocal对象作为键，要存储的值作为值存储到ThreadLocalMap中；当调用get()方法时，会从当前线程的ThreadLocalMap中获取对应的值。

• 要点

1. 为每个线程提供独立的变量副本，避免了多线程之间的变量共享问题，提高了代码的线程安全性。
2. 常用于存储与线程相关的上下文信息，如数据库连接、用户会话信息等。

• 应用

1. 在使用ThreadLocal时，需要注意内存泄漏问题。除了及时调用remove()方法清除数据外，还可以使用弱引用的ThreadLocal对象，让垃圾回收器自动回收不再使用的ThreadLocal对象。
2. 在 Java 8 中，ThreadLocal提供了withInitial()方法，用于创建一个带有初始值的ThreadLocal对象，简化了ThreadLocal的使用。

3. 什么是 finalize, finalization, finally，有什么区别

• 原理

1. finalize：Object类中的finalize()方法是一个受保护的方法，当垃圾回收器确定对象没有任何引用时，会在回收对象之前调用该对象的finalize()方法。finalize()方法的目的是让对象在被回收之前有机会进行一些资源清理工作，如关闭文件、释放数据库连接等。
2. finalization：指的是对象的终结过程，包括垃圾回收器标记对象为可回收对象、调用对象的finalize()方法（如果有的话）以及回收对象占用的内存。
3. finally：finally是 Java 中的一个关键字，用于try-catch语句块中。无论try块中的代码是否抛出异常，finally块中的代码都会被执行。这是因为finally块的执行是由 Java 虚拟机（JVM）保证的，即使在try或catch块中使用了return、break或continue语句，finally块中的代码也会在这些语句执行之前被执行。

• 要点

1. finalize方法的执行时间不确定，且不保证一定会被调用，因此不建议依赖它进行资源清理。
2. finalization是对象的整个终结过程，包括多个步骤。
3. finally用于确保某些代码一定会被执行，常用于资源的释放，如关闭文件、释放数据库连接等。

• 应用

1. 在 Java 7 及以后的版本中，引入了try-with-resources语句，它可以自动关闭实现了AutoCloseable接口的资源，进一步简化了资源管理的代码。
2. 由于finalize()方法的性能开销较大，且可能导致内存泄漏，从 Java 9 开始，finalize()方法被标记为@Deprecated，建议使用其他方式进行资源清理。

4. 什么是 Object

• 原理

1. 在 Java 中，所有的类都直接或间接地继承自Object类。这意味着所有的类都可以使用Object类中定义的方法，如equals()、hashCode()、toString()、clone()等。
2. 当创建一个对象时，该对象会自动继承Object类的所有方法和属性。如果子类没有重写这些方法，则会使用Object类中默认的实现。

• 要点

1. Object类是 Java 类层次结构的根，为所有类提供了一些通用的方法，这些方法是 Java 面向对象编程的基础。
2. 可以将任何类型的对象赋值给Object类型的变量，这体现了 Java 的多态性。

• 应用

1. 在实际开发中，经常需要重写Object类的一些方法，以满足特定的业务需求。例如，重写equals()方法可以实现对象内容的比较，重写toString()方法可以方便地输出对象的信息。
2. Object类的clone()方法用于创建对象的副本，但默认的clone()方法是浅克隆，即只复制对象的基本数据类型和引用，而不复制引用指向的对象。如果需要深克隆，则需要在子类中重写clone()方法。

5. equals 和 == 的区别

• 原理

1. ==：对于基本数据类型，==比较的是两个变量的值是否相等；对于引用数据类型，==比较的是两个对象的引用是否相等，即它们是否指向同一个内存地址。
2. equals：在Object类中，equals()方法的默认实现是比较两个对象的引用是否相等，与==的作用相同。但很多类（如String、Integer等）会重写equals()方法，以实现自定义的内容比较逻辑。例如，String类的equals()方法会比较两个字符串的内容是否相等。

• 要点

1. ==比较的是对象的引用或基本数据类型的值，而equals()比较的是对象的内容。
2. 在比较对象时，应该根据具体需求选择使用==还是equals()方法。

• 应用

1. 在重写equals()方法时，通常需要遵循以下几个原则：自反性、对称性、传递性、一致性和非空性。
2. 重写equals()方法时，通常也需要重写hashCode()方法，以保证相等的对象具有相同的哈希码，这在使用哈希表（如HashMap、HashSet等）时非常重要。

6. 什么是 public, private, default, protected，有什么区别

• 原理

1. public：被public修饰的类、方法和变量可以被任何其他类访问，无论这些类是否在同一个包中。
2. private：被private修饰的类、方法和变量只能在其所在的类内部访问，其他类无法直接访问。
3. default：当没有使用任何访问修饰符时，默认就是default权限。被default修饰的类、方法和变量只能在其所在的包内访问，不同包的类无法访问。
4. protected：被protected修饰的类、方法和变量可以在其所在的包内访问，也可以在不同包的子类中访问。在不同包的子类中，可以通过子类对象访问父类的protected成员。

• 要点

1. public的访问权限最大，private的访问权限最小。
2. default和protected的区别在于，protected允许不同包的子类访问。

• 应用

1. 合理使用访问修饰符可以提高代码的封装性和安全性，隐藏类的实现细节，只暴露必要的接口给外部使用。
2. 在设计类和接口时，应该根据类和成员的使用场景和安全性要求，选择合适的访问修饰符。

7. 什么是异常

• 原理

1. 在 Java 中，异常是指程序在运行过程中出现的错误或意外情况，它会导致程序的正常执行流程被打断。Java 中的异常是通过异常类来表示的，所有的异常类都继承自Throwable类。
2. Throwable类有两个重要的子类：Error和Exception。Error表示系统级的错误，如内存溢出（OutOfMemoryError）、栈溢出（StackOverflowError）等，这些错误通常是不可恢复的，程序无法处理；Exception表示程序可以处理的异常，又分为检查异常（Checked Exception）和非检查异常（Unchecked Exception）。

• 要点

1. 异常分为检查异常和非检查异常。检查异常必须在方法的声明中使用throws关键字声明，或者在方法内部使用try-catch语句进行处理；非检查异常（如RuntimeException及其子类）不需要进行声明或处理。
2. 异常处理可以提高程序的健壮性，避免程序因意外情况而崩溃。

• 应用

1. Java 中提供了try-catch、try-with-resources、throws和throw等关键字来进行异常的捕获、处理和抛出。在实际开发中，应该根据具体情况选择合适的异常处理方式。
2. 自定义异常类可以继承自Exception或RuntimeException，用于表示特定的业务异常，提高代码的可读性和可维护性。

8. 什么是 Comparable 接口和 Comparator 接口

• 原理

1. Comparable 接口：该接口只有一个compareTo()方法，用于定义对象的自然排序规则。实现了Comparable接口的类的对象可以进行比较和排序。compareTo()方法返回一个整数值，如果返回值小于 0，表示当前对象小于参数对象；如果返回值等于 0，表示当前对象等于参数对象；如果返回值大于 0，表示当前对象大于参数对象。
2. Comparator 接口：该接口有多个方法，常用的是compare()方法，用于定义对象的自定义排序规则。Comparator接口可以在不修改对象类的情况下，为对象提供不同的排序方式。compare()方法的返回值规则与compareTo()方法相同。

• 要点

1. Comparable接口是类内部的排序规则，而Comparator接口是类外部的排序规则。
2. 当需要对对象进行排序时，可以根据具体情况选择使用Comparable接口或Comparator接口。

• 应用

1. 在使用Collections.sort()或Arrays.sort()方法对对象进行排序时，如果对象类实现了Comparable接口，则可以直接进行排序；如果需要自定义排序规则，则可以传入一个Comparator对象。
2. Comparator接口还提供了一些静态方法，如comparing()、thenComparing()等，用于方便地创建和组合比较器。

9. 什么是接口和抽象类

• 原理

1. 接口：是一种抽象类型，它定义了一组方法的签名，但没有提供方法的实现。接口中的方法默认是public abstract的，变量默认是public static final的。一个类可以实现多个接口，通过实现接口中的方法来满足接口的规范。
2. 抽象类：是一种不能被实例化的类，它可以包含抽象方法（只有方法签名，没有方法体）和具体方法。抽象类的主要作用是为子类提供一个通用的模板，子类必须实现抽象类中的抽象方法，同时可以继承抽象类中的具体方法。

• 要点

1. 接口强调的是行为的规范，而抽象类强调的是类的抽象和继承。
2. 接口用于实现多继承的效果，而抽象类用于代码的复用和扩展。

• 应用

1. 在 Java 8 及以后的版本中，接口可以包含默认方法和静态方法，默认方法提供了方法的默认实现，静态方法可以通过接口名直接调用。
2. 在设计类和接口时，应该根据具体需求选择使用接口还是抽象类。如果需要定义一组规范，让不同的类去实现，并且类之间没有太多的代码复用，可以使用接口；如果需要对一些类进行抽象和复用代码，可以使用抽象类。

10. 什么是 Socket

• 原理

1. 客户端（Socket）：通过创建Socket对象，指定服务器的 IP 地址和端口号，与服务器建立连接。连接建立后，就可以通过Socket的输入输出流进行数据的读写操作。Socket的输入流用于接收服务器发送的数据，输出流用于向服务器发送数据。
2. 服务器端（ServerSocket）：通过创建ServerSocket对象，指定监听的端口号，等待客户端的连接请求。当有客户端连接时，ServerSocket会返回一个Socket对象，用于与客户端进行通信。服务器端可以通过该Socket对象的输入输出流与客户端进行数据的读写操作。

• 要点

1. Socket是基于 TCP 协议的，提供可靠的、面向连接的通信。
2. 适用于需要确保数据准确传输的场景，如文件传输、邮件发送等。

• 应用

1. 除了基于 TCP 协议的Socket，Java 还提供了基于 UDP 协议的DatagramSocket和DatagramPacket类，用于实现无连接的、不可靠的网络通信，适用于对实时性要求较高、对数据准确性要求较低的场景，如视频直播、实时游戏等。
2. 在实际应用中，为了提高网络通信的性能和可扩展性，可以使用线程池来处理多个客户端的连接请求，避免创建过多的线程导致系统资源耗尽。

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