华为od 面试八股文_Java_03_含答案

拼搏现实的明天。 2024-04-20 14:14 50阅读 0赞

**目录**

1:Java是如何实现跨平台的？

2：什么时候会触发FullGC ？

3：Java中的String 为什么不可变？

4：简述下java中的对象分配规则

5：调优命令你用过哪些？

6：HashMap 的长度为什么是 2 的幂次方？

7：HashMap 为什么线程不安全？

8：synchronized、volatile、CAS 区别？

9：ThreadLocal 用过吗？

10：HashMap和Hashtable有什么区别？

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#### 1:Java是如何实现跨平台的？ ####

Java是通过JVM（Java虚拟机）实现跨平台的。

JVM可以理解成一个软件，不同的平台有不同的版本。我们编写的Java代码，编译后会生成.class 文件（字节码文件）。Java虚拟机就是负责将字节码文件翻译成特定平台下的机器码，通过JVM翻译成机器码之后才能运行。不同平台下编译生成的字节码是一样的，但是由JVM翻译成的机器码却不一样。

只要在不同平台上安装对应的JVM，就可以运行字节码文件，运行我们编写的Java程序。

因此，运行Java程序必须有JVM的支持，因为编译的结果不是机器码，必须要经过JVM的翻译才能执行。

#### 2：什么时候会触发FullGC ？ ####

除直接调用`System.gc`外，触发Full GC执行的情况有如下四种。

> 1.**旧生代空间不足**  
> 旧生代空间只有在新生代对象转入及创建为大对象、大数组时才会出现不足的现象，当执行Full GC后空间仍然不足，则抛出如下错误：`java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space`为避免以上两种状况引起的FullGC，调优时应尽量做到让对象在Minor GC阶段被回收、让对象在新生代多存活一段时间及不要创建过大的对象及数组。  
> 2.**Permanet Generation空间满**  
> `PermanetGeneration`中存放的为一些class的信息等，当系统中要加载的类、反射的类和调用的方法较多时，Permanet Generation可能会被占满，在未配置为采用CMS GC的情况下会执行Full GC。如果经过Full GC仍然回收不了，那么JVM会抛出如下错误信息：`java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space`  
> 为避免Perm Gen占满造成Full GC现象，可采用的方法为增大Perm Gen空间或转为使用CMS GC。  
> 3.**CMS GC时出现promotion failed和concurrent mode failure**  
> 对于采用CMS进行旧生代GC的程序而言，尤其要注意GC日志中是否有`promotion failed和concurrent mode failure`两种状况，当这两种状况出现时可能会触发Full GC。promotionfailed是在进行Minor GC时，survivor space放不下、对象只能放入旧生代，而此时旧生代也放不下造成的；concurrent mode failure是在执行CMS GC的过程中同时有对象要放入旧生代，而此时旧生代空间不足造成的。  
> **应对措施为**：**增大survivorspace、旧生代空间或调低触发并发GC的比率，但在JDK 5.0+、6.0+的版本中有可能会由于JDK的bug29导致CMS在remark完毕后很久才触发sweeping动作**。对于这种状况，可通过设置-XX:CMSMaxAbortablePrecleanTime=5（单位为ms）来避免。  
> 4.**统计得到的Minor GC晋升到旧生代的平均大小大于旧生代的剩余空间**  
> 这是一个较为复杂的触发情况，Hotspot为了避免由于新生代对象晋升到旧生代导致旧生代空间不足的现象，在进行Minor GC时，做了一个判断，如果之前统计所得到的Minor GC晋升到旧生代的平均大小大于旧生代的剩余空间，那么就直接触发Full GC。  
> 例如程序第一次触发MinorGC后，有6MB的对象晋升到旧生代，那么当下一次Minor GC发生时，首先检查旧生代的剩余空间是否大于6MB，如果小于6MB，则执行Full GC。  
> 当新生代采用PSGC时，方式稍有不同，PS GC是在Minor GC后也会检查，例如上面的例子中第一次Minor GC后，PS GC会检查此时旧生代的剩余空间是否大于6MB，如小于，则触发对旧生代的回收。  
> 除了以上4种状况外，对于使用RMI来进行RPC或管理的Sun JDK应用而言，默认情况下会一小时执行一次Full GC。可通过在启动时通过`- java Dsun.rmi.dgc.client.gcInterval=3600000`来设置Full GC执行的间隔时间或通过`-XX:+ DisableExplicitGC`来禁止RMI调用`System.gc`。

#### 3：Java中的String 为什么不可变？ ####

先看看什么是不可变的对象。

如果一个对象，在它创建完成之后，不能再改变它的状态，那么这个对象就是不可变的。不能改变状态的意思是，不能改变对象内的成员变量，包括基本数据类型的值不能改变，引用类型的变量不能指向其他的对象，引用类型指向的对象的状态也不能改变。

接着来看Java8 String类的源码：

public final class String
        implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
        /** The value is used for character storage. */
        private final char value[];
    
        /** Cache the hash code for the string */
        private int hash; // Default to 0
    }

从源码可以看出，String对象其实在内部就是一个个字符，存储在这个value数组里面的。

value数组用final修饰，final 修饰的变量，值不能被修改。因此value不可以指向其他对象。

String类内部所有的字段都是私有的，也就是被private修饰。而且String没有对外提供修改内部状态的方法，因此value数组不能改变。

所以，String是不可变的。

那为什么String要设计成不可变的？

主要有以下几点原因：

1.  **线程安全**。同一个字符串实例可以被多个线程共享，因为字符串不可变，本身就是线程安全的。
2.  **支持hash映射和缓存**。因为String的hash值经常会使用到，比如作为 Map 的键，不可变的特性使得 hash 值也不会变，不需要重新计算。
3.  **出于安全考虑**。网络地址URL、文件路径path、密码通常情况下都是以String类型保存，假若String不是固定不变的，将会引起各种安全隐患。比如将密码用String的类型保存，那么它将一直留在内存中，直到垃圾收集器把它清除。假如String类不是固定不变的，那么这个密码可能会被改变，导致出现安全隐患。
4.  **字符串常量池优化**。String对象创建之后，会缓存到字符串常量池中，下次需要创建同样的对象时，可以直接返回缓存的引用。

既然我们的String是不可变的，它内部还有很多substring， replace， replaceAll这些操作的方法。这些方法好像会改变String对象？怎么解释呢？

其实不是的，我们每次调用replace等方法，其实会在堆内存中创建了一个新的对象。然后其value数组引用指向不同的对象。

#### 4：简述下java中的对象分配规则 ####

> 对象优先分配在Eden区，如果Eden区没有足够的空间时，虚拟机执行一次Minor GC。  
> 大对象直接进入老年代（大对象是指需要大量连续内存空间的对象）。这样做的目的是避免在Eden区和两个Survivor区之间发生大量的内存拷贝（新生代采用复制算法收集内存）。  
> 长期存活的对象进入老年代。虚拟机为每个对象定义了一个年龄计数器，如果对象经过了1次Minor GC那么对象会进入Survivor区，之后每经过一次Minor GC那么对象的年龄加1，知道达到阀值对象进入老年区。  
> 动态判断对象的年龄。如果Survivor区中相同年龄的所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入老年代。  
> 空间分配担保。每次进行Minor GC时，JVM会计算Survivor区移至老年区的对象的平均大小，如果这个值大于老年区的剩余值大小则进行一次Full GC，如果小于检查HandlePromotionFailure设置，如果true则只进行Monitor GC,如果false则进行Full GC。

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#### 5：调优命令你用过哪些？ ####

Sun JDK监控和故障处理命令有`jps jstat jmap jhat jstack jinfo`

> **jps，JVM Process Status Tool**,显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程。  
> **jstat，JVM statistics Monitoring**是用于监视虚拟机运行时状态信息的命令，它可以显示出虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据。  
> **jmap**，JVM Memory Map命令用于生成heap dump文件  
> **jhat**，JVM Heap Analysis Tool命令是与jmap搭配使用，用来分析jmap生成的dump，jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器，生成dump的分析结果后，可以在浏览器中查看  
> **jstack**，用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。  
> **jinfo**，`JVM Configuration info` 这个命令作用是实时查看和调整虚拟机运行参数。

#### 6：HashMap 的长度为什么是 2 的幂次方？ ####

为了能让 HashMap 存取高效，尽量较少碰撞，也就是要尽量把数据分配均匀。我们上面也讲到了过了，Hash 值的范围值-2147483648 到 2147483647，前后加起来大概 40 亿的映射空间，只要哈希函数映射得比较均匀松散，一般应用是很难出现碰撞的。但问题是一个 40 亿长度的数组，内存是放不下的。所以这个散列值是不能直接拿来用的。用之前还要先做对数组的长度取模运算，得到的余数才能用来要存放的位置也就是对应的数组下标。这个数组下标的计算方法是“ (n - 1) & hash”。（n 代表数组长度）。这也就解释了 HashMap 的长度为什么是 2 的幂次方。这个算法应该如何设计呢？我们首先可能会想到采用%取余的操作来实现。但是，重点来了：“取余(%)操作中如果除数是 2 的幂次则等价于与其除数减一的与(&)操作（也就是说 hash%length==hash&(length-1)的前提是 length 是 2 的 n 次方；）。” 并且 采用二进制位操作 &，相对于%能够提高运算效率，这就解释了 HashMap 的长度为什么是 2 的幂次方。

#### 7：HashMap 为什么线程不安全？ ####

JDK1.7 及之前版本，在多线程环境下，HashMap 扩容时会造成死循环和数据丢失的问题。数据丢失这个在 JDK1.7 和 JDK 1.8 中都存在，这里以 JDK 1.8 为例进行介绍。JDK 1.8 后，在 HashMap 中，多个键值对可能会被分配到同一个桶（bucket），并以链表或红黑树的形式存储。多个线程对 HashMap 的 put 操作会导致线程不安全，具体来说会有数据覆盖的风险。举个例子：两个线程 1,2 同时进行 put 操作，并且发生了哈希冲突（hash 函数计算出的插入下标是相同的）。不同的线程可能在不同的时间片获得 CPU 执行的机会，当前线程 1 执行完哈希冲突判断后，由于时间片耗尽挂起。线程 2 先完成了插入操作。随后，线程 1 获得时间片，由于之前已经进行过 hash 碰撞的判断，所有此时会直接进行插入，这就导致线程 2 插入的数据被线程 1 覆盖了。

public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }
    
    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                       boolean evict) {
        // ...
        // 判断是否出现 hash 碰撞
        // (n - 1) & hash 确定元素存放在哪个桶中，桶为空，新生成结点放入桶中(此时，这个结点是放在数组中)
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        // 桶中已经存在元素（处理hash冲突）
        else {
        // ...
    }

还有一种情况是这两个线程同时 `put` 操作导致 `size` 的值不正确，进而导致数据覆盖的问题：

1.  线程 1 执行 `if(++size > threshold)` 判断时，假设获得 `size` 的值为 10，由于时间片耗尽挂起。
2.  线程 2 也执行 `if(++size > threshold)` 判断，获得 `size` 的值也为 10，并将元素插入到该桶位中，并将 `size` 的值更新为 11。
3.  随后，线程 1 获得时间片，它也将元素放入桶位中，并将 size 的值更新为 11。
4.  线程 1、2 都执行了一次 `put` 操作，但是 `size` 的值只增加了 1，也就导致实际上只有一个元素被添加到了 `HashMap` 中。

public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }
    
    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                       boolean evict) {
        // ...
        // 实际大小大于阈值则扩容
        if (++size > threshold)
            resize();
        // 插入后回调
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

#### 8：synchronized、volatile、CAS 区别？ ####

（1） synchronized 是悲观锁，属于抢占式，会引起其他线程阻塞。

（2） volatile 提供多线程共享变量可见性和禁止指令重排序优化。

（3） CAS 是基于冲突检测的乐观锁（非阻塞）

#### 9：ThreadLocal 用过吗？ ####

ThreadLocal 是一个本地线程副本变量工具类。主要用于将私有线程和该线程存放的副本对象做一个映射，各个线程之间的变量互不干扰，在高并发场景下，可以实现无状态的调用， 特别适用于各个线程依赖不通的变量值完成操作的场景。简单说 ThreadLocal 就是一种以空间 换 时 间 的 做 法 ， 在 每 个 Thread 里 面 维 护 了 一 个 以 开 地 址 法 实 现 的ThreadLocal.ThreadLocalMap，把数据进行隔离，数据不共享，自然就没有线程安全方面的问题了。

#### 10：**HashMap和Hashtable有什么区别？** ####

1.  HashMap是Hashtable的轻量级实现，HashMap允许key和value为null，但最多允许一条记录的key为null.而HashTable不允许。
2.  HashTable中的方法是线程安全的，而HashMap不是。在多线程访问HashMap需要提供额外的同步机制。
3.  Hashtable使用Enumeration进行遍历，HashMap使用Iterator进行遍历。

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