第三周复习题

1.ArrayList和LinkedList有什么区别？

ArrayList底层数据结构：基于动态数组实现，根据索引进行数据查询，使用于频繁查询的场景

LinkedList基于双向链表，查询需要遍历查询，但可以根据指针进行插入和删除，适用于频繁插入和删除的场景

2.ArrayList的扩容机制是如何进行的？

ArratList的扩容是通过grow()方法是实现的。当触发扩容时，首先会计算新的容量。新容量一般为旧容量的1.5倍，具体通过

oldCapacity +（oldCapacity>> 1）计算得出

计算出的新容量可能仍然无法满足需求，比如要添加大量元素时，新元素会直接设置为所需的最小容量

新容量还不能超过所允许的最大容量MAX_ARRAY_SIZE(Integer.MAX_VALUE-8),会调用hugeCapacity方法来确定最终容量。

3.LinkedList是单向链表还是双向链表，链表的增删改查

LinkedList在java中是双向链表，它的每个节点都包含了指向前一个节点和后一个节点的引用，这使得它可以在两个方向上进行遍历

增：使用add(E e)方法，将元素添加到链表的尾部。时间复杂度为O(1)

在指定位置插入元素：通过add(int index,E element)方法，可在指定索引位置插入元素O(n)

删除元素：调用remove(Object o),根据索引删除remove(int index)

修改元素：使用set（int index，E element）方法，将指定索引位置元素替换为新元素

查找元素：根据元素查找索引：通过indexOf(Object o)方法，返回指定元素在链表中首次出现的索引，若不存在则返回-1

根据索引获取元素：调用get(int index)

4.如何让ArrayList变的线程安全

Vector是矢量队列，其底层和ArrayList一样是数组，除线程安全外，大多数实现方法和ArrayList逻辑基本一致。从jdk1.2以后，java提供了系统的集合框架，将vector改为实现List接口

Vector 的实现，就是在方法上都加上synchronized

被弃用啦

Collections.synchronizedList，基于集合类的实现，可以简单的使用函数来操作

List list2 = Collections.synchronizedList(new ArrayList)

CopyOnWriteArrayList
CopyOnWriteArrayList是1.5后引入，属于JUC的一部分。他基本的原理还是和ArrayList一样，涉及线程安全的部分，是通过写时复制的方式来实现（从名字中就可以看出）。它内部有个volatile数组来保持数据。在“添加/修改/删除”数据时，会先获取互斥锁，再新建一个数组，并将更新后的数据拷贝到新建的数组中，最后再将该数组赋值给volatile数组，然后再释放互斥锁。

5.HashSet是如何去重的

HahSet在是实现时使用了HashMap的键部分，而值部分总是同一个静态对象PRESENT，这是一个new Object()的实例

这样做可以确保HahSet中的元素是唯一的，因为HashMap保证了键的唯一性，而底层是根据元素的方法 hashCode()和equals()方法共同决定的当向 HashSet 中添加元素时，它会调用该元素的 hashCode() 方法来计算哈希码，进而确定元素在哈希表中的位置。
如果哈希表中的某个位置已经有元素，HashSet 会调用 equals() 方法来检查是否有其他元素具有相同的哈希码并且相等。
如果找到了相等的元素，则不会添加该元素；否则，元素会被添加到HashMap 中。

6.自然排序是如何实现的

1.使用Comparable接口，该接口定义了一个方法compareTo（T o），该方法将对象与另一个类型的对象进行比较，实现接口的类的对象列表可以直接使用Collectioon.sort()进行排序，这些方法会调用对象的compareTo()

2.使用ComparaTor比较器，这个接口里面有compare（T o1，T o2）方法，用于比较两个对象

7.HashMap的底层结构

java7及之前的版本没有加入红黑树

java8开始，HashMap的底层结构除了数组加链表之外，还引入了红黑树，以优化在链表过长时的查找性能

1.数组：同样是一个Entry数组(java8中称为了Node)，大小仍然是2的幂，用于快速定位

2.链表：在哈希冲突时，键值对仍会以链表形式链接在一起

3.红黑树：当一个桶的链表长度长度超过8且HahsMap的容量大于64时，链表会被转换成红黑树。这种转换提高了在大量哈希冲突情况下的查询效率，因为红黑树的查找时间复杂度为O(longn)

8.红黑树何时进行的转变

当一个桶的链表长度长度超过8且HahsMap的容量大于64时，链表会被转换成红黑树。

9.B+树和红黑树的区别

节点存储内容：B+树：非叶子节点存储键值，不存储数据记录的指针，数据记录都存储在叶子节点中，叶子节点包含了完整的数据记录以及指向下一个叶子节点的指针，形成一个有序链表

红黑树：每个节点包含键值和数据记录

节点度数：

B+树：节点的度数通常较大，即一个节点可以有多个子节点，能存储大量的键值对

红黑树:节点的度数一般为2，每个节点最多有两个字节点

应用场景：

​ B+树 用于数据库索引和文件系统中，适用于全表扫描，范围查找，减少磁盘I/O次数

红黑树：在内存中常用于需要频繁插入、删除和查找操作的设置

查询复杂度

：B+树的查询复杂度，其中最好还是最坏都是O(lognm),n为节点的度数，m为树中节点的个数

插入和删除操作：

B+数的插入和删除操作可能导致节点分裂或合并，以保持树的平衡和结构特性，红黑树通过红黑规则变色来保持红黑树的平衡

红黑树：查询复杂度最好为O(1),最坏为O(logn)

10.ConCurrentHashMap是如何加锁的？

ConcurrentHashMap是java中用于在多线程环境下实现高效并发访问的哈希表

JDK1.7

ConcurrenHahMap采用了分段锁

整个concurrentHashMap由多个segment（实现并发控制的内部类）组成，每个segment就像是一个独立的哈希表，内部包含了一个数组和链表结构，但是不同的segment之间相互独立。

加锁方式：当执行插入、删除、获取等操作时，首先会根据键的哈希值确定要操作的segment，进行加锁，只有一个线程可以访问同一个segment，但不同的线程可以同时访问不同的segment。

jdk1.8采用了CAS（实现并发和操作的原子指令）和synchronized关键字相结合的方式来实现加锁和并发控制，进行插入操作时，会尝试使用cas，如果操作失败就会用synchronized

11．有一个业务，里面涉及到很多元素，然后将这些元素存到一个集合中去重，筛选出重复的元素

首先，遍历业务元素组成的列表，尝试将每个元素添加到hashset集合里面，如果add返回的是false，意味着这个元素以及存在，也就是重复元素，将其添加到专门用来存放重复元素的arraylist集合

 List<Integer> originalList = new ArrayList<>();
        originalList.add(1);
        originalList.add(2);
        originalList.add(3);
        originalList.add(2);
        originalList.add(4);
        originalList.add(3);

        Set<Integer> uniqueSet = new HashSet<>();
        List<Integer> duplicateList = new ArrayList<>();

        for (Integer element : originalList) {
            if (!uniqueSet.add(element)) {
                duplicateList.add(element);
            }
        }

12．Stream流常见的作用?

1.元素筛选和过滤 使用filter

2.元素的映射和转换 map将元素映射为另一种元素

3.元素的排序 使用sorted 方法对流中的元素进行排序

4.元素的归约和聚合 reduce方法将元素归约为一个结果

5.使用forEach方法遍历流中的元素

13．为什么ArrayList的elementData加上transient修饰？

arrayList实现了serializabnle接口，允许对象被序列化和反序列化，

被transient修饰的成员不会被默认的序列化机制序列化

arraylist具有动态扩容的特性，其实际存储元素的数组elementData的大小会根据元素的添加和删除动态调整。在进行序列化时，如果直接将整个elementData数组序列化，可能会包含大量未使用的空间，造成空间浪费，通过transient修饰，可以手动控制序列化的内容，只序列化实际存储元素的部分，而不是整个数组，控制对象的序列化过程，提高效率，保证数据一致性，并实现版本兼容性

14．哪些集合类是线程安全的？它们在实现线程安全的方式上有什么区别？

vector 实现方式 ：通过对所有公有方法都使用synchronized关键字进行同步，保证在同一个时刻只有一个线程能够访问集合的方法

Hashtable是HashMap的线程安全版本

Hashtable与vector类似

ConCurrentHahsMap：1.7采用分段锁技术，将哈希表分成多端的（segment）

jdk1.8，抛弃了分段锁，采用cas和synchronized关键字相结合的方式

CopyOnWriteArrayList

实现方式：在进行写操作（如添加、删除元素）时，会创建一个新的底层数组，将修改操作应用到新数组上，然后将原数组的引用指向新数组。而读操作则直接读取原数组，不需要加锁。

特点**：这种实现方式使得读操作非常高效，并且不会发生阻塞，适用于读多写少的场景。但由于写操作需要复制数组，所以在写操作频繁的情况下，会消耗较多的内存和时间。

CopyOnWriteArraySet

实现方式**：内部使用CopyOnWriteArrayList来存储元素，在添加元素时，会先检查元素是否已经存在于集合中，然后通过CopyOnWriteArrayList的写时复制机制来保证线程安全。

特点：与CopyOnWriteArrayList类似，适合读多写少的场景，能够高效地进行并发读取操作，但写操作可能会有较大的开销。

15.了解java集合的的快速失败机制

大多数java集合类，如ArrayList、HashMap，在迭代器的现实中会维护一个modCount变量，用于记录集合结构被修改的次数

当集合在遍历过程中被意外修改时，就会使modCount，它会快速抛出ConcurrentModificationException异常

16.HashMap为什么不直接使用hashCode()处理后的哈希值直接作为table的下标

1.避免哈希冲突过于严重：hashCode（）返回的哈希值时一个32位的整数，范围过大，而hashmap 的table数组长度是有限的

如果直接使用哈希值作为下标，会导致大量的哈希值超出table的范围，使得很多元素无法存储，哈希冲突会极其严重，这将大大降低HashMap的性能。

2.分布不均匀：不同对象的hashCode()返回值可能分布的及其不均匀，形成很长的链表或者红黑树，影响查找、插入和删除操作的效率

3.提高哈希算法的效率和灵活性

4.便于扩容和数据迁移

17.HashMap的长度为什么是2的幂次方

1.快速计算索引 ：HashMap使用取模运算来计算元素在数组中的索引，取模运算中的除数应当是2的幂次方。当数组长度为2的幂次方时，可以使用位运算符来替代模运算，提高计算效率

2.均匀分布：当数组长度为2的幂次方时，HahsMap使用元素的哈希码保证索引在0到length-1之间(),底层有（n-1）&hash

3.扩容机制（快速计算个元素的下标）

18.为什么HashMap中String、Integer这样的包装类适合作为K？如果使用Object作为HashMap的Key，应该怎么办呢

1.String、Interger等包装类都重写了Object类中的hashCode和equals方法，这两个方法对于HahMap的正常工作至关重要，hashCode方法用于计算键的哈希值，以便快速确定键在哈希表中的存储位置，equals方法用于哈希冲突时比较键的是否相等

2.不可变性，String和Interger等包装类是不可变的，即一旦创建就不能修改其值，这确保了HashMap中作为键时，键的哈希值在放入HashMap后不会改变，保证了哈希值的稳定性

3.便于比较和使用，这些包装类都实现了Comparble接口，方便定义大小比较等操作

如果使用Object

默认的hashcode和equals方法可能不符合需求：如果不重写object类的hashCode和equals方法，那么默认的hashCode会根据对象的内存地址生成哈希值，equals方法会比较对象的内存地址是否相同，因为根据地址所产生的哈希值，生成不均匀的哈希值，导致大量的哈希值冲突，所以要进行hashCode和equals方法的重写

19.反射是怎么理解的

是在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；
对于任意一个对象，都能够调用它的任意属性和方法；
这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能称为Java语言的反射机制。

20．是否可以通过反射去获取一个接口的实例化对象，为什么？是否可以通过反射去获取一个抽象的实例化对象，为什么？

在java中，通常不能直接通过反射去获取一个接口的实例化对象

接口是一种对象类型，接口本身不包含构造函数，因为它没有可实例化的代码逻辑

虽然不能直接实例化接口，但可以通过反射来实例化了改接口的类

或者使用动态代理机制创建一个实现接口的代理对象

抽象类可以有构造函数，但它的部分方法时抽象的，没有具体实现，因此不能直接实例化

21．反射的运用场景有哪些

1.框架开发：Spring使用反射来实例化和管理Bean。它通过读取配置文件或注解，使用反射创建Bean的实例，并将依赖注入到响应的对象中

2.动态代理：（AOP面向切面编程），动态代理是一个重要的实现方式，使用反射创建代理对象，在不修改原代码的情况下添加额外的逻辑

3.序列化和反序列化

在对象序列化和反序列化的过程中，反射可用于访问对象的字段和方法，将对象转换为字节流或从字节流恢复为对象

4.测试框架Junit，测试框架使用反射来查找和调用方法。它们会查找带有@Test等注解的方法，并使用反射调用这些方法进行测试

22．双亲委派和类加载机制

工作原理：

• 当一个类加载器收到类加载请求时，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是将请求委派给父类加载器。
• 只有当父类加载器无法加载时，子加载器才会尝试加载。
• 这种机制保证了类的加载顺序，避免了重复加载和核心类被篡改的风险。

启动类加载器

扩展类加载器

应用程序加载器

24．Class类中的变量a、b、c及方法method（）在内存中的运行轨迹

一、类加载阶段

加载：java程序首次使用class类时，会触发类类加载器，把类进行加载到java虚拟机的方法区中（元空间），对于遍历a、b、c，它们的信息会存储在方法区中，包括变量的名称、类型。访问修饰等信息，对于方法method（），它的方法签名、返回类型、参数列表、返回修饰符等信息也会存储在方法区

二、链接阶段

验证 检查变量和方法的合法性

准备：对于静态变量，会分配内存并设置初始值，int类型 初始化 0 引用类型会初始化为null

解析：会将class类中的符号引用转换为直接引用，就是将引用转换为实际的内存地址

三、初始化：对于静态变量的初始化，会执行静态代码块和静态变量的赋值语句

方法区（元空间）

方法存储在栈帧中，方法的局部变量，操作数栈，动态链接等信息

25．通过New创建的对象和通过反射获取的对象有什么不同

一、创建方式

使用new创建对象

通过calss对象的newInstance()方法或Constructor对象的newInstance()方法来创建的对象

二、性能方面

使用new创建对象

性能相对较高 因为编译器和虚拟机可以进行更多的优化，并且编译时已经确定了要调用的构造函数，运行时可以直接执行

使用反射创建对象：

性能相对较低，因为涉及更多的步骤