目录

• 概述
• 语法和重要概念
• 数据类型
• 集合
• 异常

一、概述

Java语言的特点

1. 面向对象：封装、继承、多态。

   封装（Encapsulation）：将数据和操作数据的方法包装在一起，隐藏内部细节，只能通过对外提供的接口，对封装在内部的属性和方法进行访问和操作。
   继承（Inheritance）：子类复用和扩展父类的属性和方法，实现层次结构。
   多态（Polymorphism）：调用相同方法做出不同行为。两种实现方式：通过继承（子类方法重写）、通过接口。

2. 平台无关性：JVM实现“Write Once, Run Anywhere.”。
3. 可靠性：异常处理、自动内存管理机制。
4. 安全性：如访问权限修饰符、限制程序直接访问操作系统资源。

编译与解释共存

.java 文件编译 为 字节码（JVM能理解的代码，即 .class 文件），字节码解释为 机器码 。由于字节码只面向JVM，因此程序无须重新编译便可在不同操作系统上运行。

• JIT（Just in Time Compilation）编译器：运行时编译。当JIT编译器完成第一次编译后，会将字节码对应的机器码保存下来，下次直接使用。
• AOT（Ahead of Time Compilation）：在程序被执行前就将其编译成机器码，可以提高程序的启动速度，避免预热时间长，但无法支持反射、动态代理、动态加载、JNI（Java Native Interface）等。

二、语法和重要概念

重载和重写

• 重载（Overload）：同一类中方法名相同，参数列表不同。发生在编译期。
• 重写（Override）：子类重写父类方法，子类方法的返回值类型和异常比父类方法更小或相等；发生在运行期。

浅拷贝和深拷贝

• 浅拷贝：在堆上创建一个新对象，如果原对象内部属性有引用类型，浅拷贝会直接复制内部对象的引用地址，也就是说和原对象共用同一个内部对象。
• 深拷贝：会完全复制整个对象，包括其所包含的内部对象。

序列化和反序列化

位于 TCP/IP 协议中的应用层：将应用层的用户数据进行处理转换为二进制流。

• 序列化：将数据结构或对象转换成二进制字节流、JSON 、XML 等。
• 反序列化：将序列化过程中生成的数据转换为原始数据结构或对象的过程。

 
应用场景：网络传输、存储到文件、存储到缓存数据库、存储到内存。

JDK自带的序列化方式：实现 java.io.Serializable 接口。

• serialVersionUID 用于标识类的序列化版本，没有被序列化。
• static 修饰的变量因为不属于任何对象，所以不会被序列化。
• transient 修饰的变量不会被序列化，反序列化后会被置成类型默认值。
• 缺点：不支持跨语言调用、性能差、安全问题。

@Data
@EqualsAndHashCode(callSuper = true)
@NoArgsConstructor
public class RpcRequest implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1905122041950251207L;
    private String requestId;
    ......
}

其它序列化方式：Kryo、Protobuf、ProtoStuff、Hessian。

强引用/软引用/弱引用/虚引用

反射 / 注解

代码块执行顺序

class Test {
    {
        System.out.println("普通代码块");
    }
    static {
        System.out.println("静态代码块（只执行一次）");
    }
    public Test() {
        System.out.println("构造函数");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Test t1 = new Test();
        Test t2 = new Test();
    }
}

顺序：静态代码块（只执行一次）->普通代码块->构造函数->普通代码块->构造函数

值传递

Java只有值传递，没有引用传递，方法接收的是实参值的拷贝（可以是实参的地址），会创建副本。

三、数据类型

包装类型

包装类型与基本类型的区别

• 用途：除了定义一些常量和局部变量之外，方法参数、对象属性中常用包装类型。包装类型可用于泛型，而基本类型不行。
• 存储方式：基本类型的局部变量存放在栈的局部变量表中，成员变量（未被 static 修饰）存放在堆中。包装类型属于对象类型，因此存在堆中。
• 占用空间：基本类型占用的空间往往更小。
• 默认值：基本类型有默认值，而包装类型为 null。
• 比较方式：因为包装类型是对象，== 比较的是内存地址，equals() 比较的是值。

阿里Java开发手册：
【强制】定义 DO/DTO/VO 等 POJO 类时，不要设定默认值。
【强制】所有的 POJO 类属性必须使用包装数据类型。
【强制】RPC 方法的返回值和参数必须使用包装数据类型。
【推荐】所有的局部变量使用基本数据类型。

包装类型的缓存机制
Byte ，Short ，Integer ，Long 默认创建了数值 [-128，127] 的相应类型的缓存数据，Character 创建了数值在 [0,127] 范围的缓存数据，Boolean 直接返回 True or False。浮点数类型的包装类 Float ，Double 没有缓存机制。

Integer i1 = 33;
Integer i2 = 33;
System.out.println(i1 == i2); // true

Float i11 = 333f;
Float i22 = 333f;
System.out.println(i11 == i22); // false

自动装箱和拆箱
频繁拆装箱会严重影响系统性能，应该尽量避免不必要的拆装箱操作。

Integer i = 10;                   // 装箱
Integer i = Integer.valueOf(10);  // 与上面等价
int n = i;                        // 拆箱
int n = i.intValue();             // 与上面等价

BigInteger

内部通过 int[] 实现，用于超过 long 的64位的数据，运算效率较低。

BigDecimal

用于解决浮点数运算精度丢失问题（如涉及钱的场景）。

• 创建：为防止精度丢失，不要使用构造方法 BigDecimal(double) ，推荐使用 BigDecimal(String val) 或 BigDecimal.valueOf(double val) ，valueOf 内部执行了 Double 的 toString() ，按精度对尾数进行截断。

• 保留规则：RoundingMode 中有非常多规则可供选择。

  public enum RoundingMode {
    // 2.5 -> 3, 1.6 -> 2, -1.6 -> -2, -2.5 -> -3
    UP(BigDecimal.ROUND_UP),
    // 2.5 -> 2, 1.6 -> 1, -1.6 -> -1, -2.5 -> -2
    DOWN(BigDecimal.ROUND_DOWN),
    // 2.5 -> 3, 1.6 -> 2, -1.6 -> -1, -2.5 -> -2
    CEILING(BigDecimal.ROUND_CEILING),
    // 2.5 -> 2, 1.6 -> 1, -1.6 -> -2, -2.5 -> -3
    FLOOR(BigDecimal.ROUND_FLOOR),
    // 2.5 -> 3, 1.6 -> 2, -1.6 -> -2, -2.5 -> -3
    HALF_UP(BigDecimal.ROUND_HALF_UP),
    ......
  }

  四舍六入五成双：对应 RoundingMode.HALF_EVEN ，防止结果偏向大数。
  例：1.51 -> 1.6，1.5 -> 2，2.5 -> 2，-1.5 -> -2，-2.5 -> -2。
  5后有数字时：舍5入1。
  5后无数字时：前数为奇数，舍5入1；前数为偶数，舍5不进。

• 保留几位小数：setScale()。

  BigDecimal a = a.setScale(3, RoundingMode.HALF_DOWN);

• 加减乘除：add() 、subtract() 、multiply() 、divide() 。

  BigDecimal a = new BigDecimal("1.0");
  BigDecimal b = new BigDecimal("0.9");
  BigDecimal result;
  result = a.add(b);       // 1.9
  result = a.subtract(b);  // 0.1
  result = a.multiply(b);  // 0.90
  result = a.divide(b);    // 无法除尽，抛出 ArithmeticException
  result = a.divide(b, 2, RoundingMode.HALF_UP);  // 1.11，保留2位小数

• 比较方式：浮点数之间的等值判断，基本数据类型不能用 == 来比较，包装数据类型不能用 equals() 来判断。

  float a = 1.0F - 0.9F;
  float b = 0.9F - 0.8F;
  System.out.println(a == b);                   // False
  System.out.println(Math.abs(a - b) < 1e-6F);  // True
  
  BigDecimal a = new BigDecimal("1.0");
  BigDecimal b = new BigDecimal("0.9");
  BigDecimal c = new BigDecimal("0.8");
  BigDecimal x = a.subtract(b);
  BigDecimal y = b.subtract(c);
  System.out.println(x.compareTo(y));  // 0

Object

== 与 equals()的区别

• 对于基本数据类型，== 比较值；对于引用数据类型，== 比较对象的内存地址。
• equals() 不能用于基本类型，只能用来判断对象是否相等，重写前等价于 == 。

 
Object.HashCode()：用于减少将对象加入容器（如 HashMap 、HashSet）时的 equals() 次数：如果发现已经有 hashcode 相同的对象，就调用 equals() 来检查它们是否真的相等，如果相同则加入失败。

• 两个有相同的 hashCode 的对象不一定是相等的（哈希碰撞）。
• 重写 equal() 时必须重写 HashCode() ，两个相等的对象 hashcode 也要相等。

String

• String：不可变，因为底层是 final 修饰的值。（Java 9后，对只包含ASCII字符的字符串，从2个字节的 char[] 换成了 byte[]）
• StringBuilder：可变，线程不安全。
• StringBuffer：可变，线程安全，适用于多线程。

 
字符串常量池：通过 native (本地) 方法 String.intern() 向常量池中添加新内容字符串的引用，以及返回常量池中相同内容对象的引用，从而避免字符串的重复创建。

// 在字符串常量池中创建字符串对象 "aa"，将其引用赋值给 s1
String s1 = "aa";
// 直接返回字符串常量池中字符串对象 "aa"，将其引用赋值给 s2
String s2 = "aa";
System.out.println(s1 == s2); // true

// 创建2个对象，先在常量池中创建，再由 new String() 在堆中创建，使用常量池中的 "ab" 初始化
String s3 = new String("ab");
// 创建1个对象，由 new String() 在堆中创建，使用常量池中的 "ab" 初始化
String s4 = new String("ab");

字符串使用 final 关键字声明之后，可以让编译器当做常量来处理。

final String str1 = "str";
final String str2 = "ing";
// 下面两个表达式其实是等价的
String c = "str" + "ing";    // 常量池中的对象
String d = str1 + str2;      // 常量池中的对象
System.out.println(c == d);  // true

泛型

类型擦除：编译器会对泛型代码进行类型检查，但在运行时，这些泛型的具体类型信息会被擦除，转而用原始类型（raw type，如 Object 或上界类型）来代替。

• ? extends T：上界通配符，元素是 T 或 T 的子类；取安全，存受限。

• ? super T：下界通配符，元素是 T 或 T 的父类；存安全，取受限。

  List<? extends Animal> list = new ArrayList<Dog>();
  Animal a = list.get(0); // OK
  list.add(new Dog());    // 编译错误
  list.add(new Cat());    // 编译错误
  list.add(new Animal()); // 编译错误
  
  List<? super Dog> list = new ArrayList<Animal>();
  list.add(new Dog());    // OK
  list.add(new Animal()); // 编译错误
  list.add(new Cat());    // 编译错误
  Object o = list.get(0); // 只能当 Object 处理

 
应用场景

• 动态指定接口返回结果的数据类型，如 CommonResult<T> 。
• 定义 Excel 处理类 ExcelUtil<T> 用于动态指定导出的数据类型。
• 构建集合工具类（参考 Collections 中的 sort, binarySearch 方法）。

 
1. 泛型类

public class MyClass<T>{
    private T key;
    public MyClass(T key) {
        this.key = key;
    }
}
// 在实例化泛型类时，必须指定具体类型
MyClass<Integer> myClassInteger = new MyClass<>(123456);

2. 泛型接口

public interface Xxxx<T> {
    public T method();
}
// 实现泛型接口，不指定类型
class XxxxImpl<T> implements Xxxx<T> {
    @Override
    public T method() {
        ......
    }
}
// 实现泛型接口，指定类型
class XxxxImpl implements Xxxx<String> {
    @Override
    public String method() {
        ......
    }
}

3. 泛型方法

public static <E> void method(E[] inputArray) {
    for (E element : inputArray){
        ......
    }
}
// Usage
Integer[] intArray = {1, 2, 3};
String[] stringArray = {"Hello", "World"};
method(intArray);
method(stringArray);

四、集合

集合，又称为容器，由 Collection 和 Map 两大接口派生而来。

底层数据结构

1. List

   • ArrayList：Object[] 数组。（线程不安全）
   • Vector / Stack：Object[] 数组。（线程安全）
   • LinkedList：双向链表（JDK1.6以前是循环双向链表）。

2. Set

   • HashSet：哈希表（基于 HashMap）。
   • LinkedHashSet：继承 HashSet ，链表+哈希表（基于 LinkedHashMap）。
   • TreeSet：红黑树（自平衡的排序二叉树）。

3. Queue

   • PriorityQueue：Object[] 数组实现小顶堆。
   • DelayQueue：基于 PriorityQueue 。
   • ArrayDeque：基于数组、可动态扩容的双端队列。

4. Map

   • HashMap：数组+链表（拉链法），链表长度大于阈值时会转化为红黑树。
   • LinkedHashMap：继承自 HashMap ，增加了一条双向链表实现有序。
   • Hashtable：数组+链表。
   • TreeMap：红黑树（自平衡的排序二叉树）。
   • ConcurrentHashMap：线程安全。
   • WeakHashMap：基于弱引用的 HashMap，用于实现缓存。

List

ArrayList 与 Array 的区别

• 容量：ArrayList 可根据存储的元素动态扩容或缩容，并支持 add() 、remove() 等操作；Array 创建时需指定大小。
• 类型：ArrayList 只能存储对象，对于基本类型需要使用其对应的包装类；Array 既可以存储基本类型，也可以存储对象。
• 泛型：ArrayList 可以用泛型来确保类型安全，Array 不行。

 
ArrayList 与 LinkedList 的区别

• 底层数据结构：分别为 Object[] 数组和双向链表。
• 随机访问：ArrayList 能通过序号快速获取对象，LinkedList 不行。
• 插入和删除：ArrayList 在指定位置插入时间复杂度为 O(n) ，默认的尾插为 O(1) ；LinkedList 在指定位置插入为 O(n) ，头插和尾插为 O(1)。
• 内存占用：每个 ArrayList 会有一定的预留容量空间；LinkedList 每个元素都要消耗更多的空间。

 
ArrayList 扩容机制
ArrayList 通过无参构造函数创建时，默认容量为 10 。当执行 add() 操作容量不足时，会触发自动扩容，假设需要的最小容量为 minCapacity：

• 扩容时，新容量 newCapacity 默认为当前容量 oldCapacity 的 1.5 倍。
• 若 minCapacity > newCapacity，直接将新容量设置为 minCapacity。
• 若 minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE ，直接将新容量设置为 Integer.MAX_VALUE 。

 
ArrayList 指定位置插入
通过 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index) 将插入位置后的元素后移一位，再通过 elementData[index] = element 插入。

CopyOnWriteArrayList
采用写时复制的机制，在写操作时，先加写锁，创建一个原集合的副本（即拷贝一份原始数组），然后在副本上进行修改操作，最后将修改后的副本替换原集合，释放写锁。这样可以保证在写操作期间，其他线程仍然可以安全地读取原集合的数据（读操作返回的结果可能不是最新的），不会受到并发修改的影响。此外，CopyOnWriteArrayList 通过 volatile 关键字保证切换过程对读线程立即可见。

• 优点：无需加锁或同步就能使多个线程同时高效读取，适用于读多写少的并发场景。
• 缺点：读操作无法立即反映最新修改；每次写操作都会创建新数组，占用内存。

Set

自定义排序

1. Comparator

   Collections.sort(arrayList, new Comparator<Integer>() {
    @Override
    public int compare(Integer o1, Integer o2) {
        return o2.compareTo(o1);
    }
   });

2. Comparable

   @Getter
   public class Person implements Comparable<Person> {
    private int age;
   
    @Override
    public int compareTo(Person o) {
        return Integer.compare(this.age, o.getAge());
    }
   }
   
   TreeMap<Person, String> pdata = new TreeMap<Person, String>();

HashSet、LinkedHashSet 和 TreeSet 的异同

• 相同点：都是 Set 接口的实现类，都能保证元素唯一，并且都不是线程安全的。
• 底层数据结构：见前文。
• 应用场景：HashSet 用于不需要保证元素插入和取出顺序的场景；LinkedHashSet 用于保证元素的插入和取出顺序满足 FIFO 的场景，TreeSet 用于支持对元素自定义排序规则的场景。

Queue

Queue 与 Deque 的区别
Queue 是单端队列，只能从一端插入元素，另一端删除元素；Deque 是双端队列，两端都可以插入或删除元素。下表中，左边的方法失败后抛出异常，右边则返回特殊值。

 
ArrayDeque 与 LinkedList 的异同

• ArrayDeque 和 LinkedList 都实现了 Deque 接口，都具有队列的功能。
• ArrayDeque 基于动态循环数组和双指针实现，LinkedList 通过双向链表实现。
• ArrayDeque 不能存储 null，需要用其标识未使用的槽位，而 LinkedList 可以。
• ArrayDeque 插入时可能存在扩容过程, 均摊后的插入操作依然为 O(1) 。虽然 LinkedList 不需要扩容，但每次插入数据时均需要申请新的堆空间，均摊性能更慢。
• ArrayDeque 可以用于实现栈。

 
PriorityQueue
利用了二叉堆（默认小顶堆）的数据结构来实现的，通过可变长的 Object[] 数组实现，能够在 O(log N) 的时间复杂度下插入元素和删除堆顶元素。

堆排序：215. 数组中的第K个最大元素。

 
BlockingQueue
BlockingQueue （阻塞队列）是一个接口，常用于生产者-消费者模型。当队列没有元素时一直阻塞，直到有元素；若队列已满，等到队列能放入新元素时再放入。

BlockingQueue 有以下实现类：

1. ArrayBlockingQueue：使用数组实现的有界阻塞队列。创建时需要指定容量大小，需要提前分配数组内存，并支持公平和非公平两种方式的锁访问机制。

2. LinkedBlockingQueue：使用单向链表实现的可选有界阻塞队列。创建时可以指定容量大小，不指定则默认为 Integer.MAX_VALUE，根据元素的增加而逐渐占用内存空间，仅支持非公平的锁访问机制。

   ArrayBlockingQueue 的锁是没有分离的，即生产和消费用的是同一个锁；而 LinkedBlockingQueue 的锁是分离的，即生产用 putLock，消费是 takeLock ，能够防止生产者和消费者线程之间的锁争夺。

3. PriorityBlockingQueue：支持优先级排序的无界阻塞队列。元素实现 Comparable 接口或在构造函数中传入 Comparator 对象，不能插入 null 元素。
4. SynchronousQueue：同步队列，一种不存储元素的阻塞队列。每个插入操作都必须等待对应的删除操作，删除操作也必须等待插入操作。通常用于线程间直接传递数据。
5. DelayQueue：延迟队列，元素只有到了其指定的延迟时间，才能够从队列中出队。

Map

HashMap 和 Hashtable 的区别

• 线程安全：HashMap 是非线程安全的，Hashtable 是线程安全的。这是因为 Hashtable 内部的方法基本都经过 synchronized 修饰。（要保证线程安全可以用 ConcurrentHashMap）
• 效率：因为线程安全问题，HashMap 要比 Hashtable 效率高。
• Null 值：HashMap 可以存储 null 的 key（一个）或 value（多个），Hashtable 不可以。
• 容量大小：HashMap 默认大小为16，每次扩充为原来的2倍；Hashtable 默认大小为11，每次扩充变为原来的 2n+1 。若创建时给定大小，HashMap 会将其扩充为2的幂次方大小，Hashtable 会直接使用给定的大小。
• 哈希函数：HashMap 对哈希值进行了高位和低位的混合扰动处理以减少冲突；Hashtable 直接使用哈希值。
• 底层数据结构：JDK1.8 以后的 HashMap 在解决哈希冲突时，当链表长度大于阈值（默认为8）时，会将链表转化为红黑树（若哈希桶数量小于64，则会进行数组扩容和 rehash ，而不是转换为红黑树）以减少搜索时间。Hashtable 没有这样的机制。
  

HashMap 和 TreeMap 的区别
都继承自 AbstractMap ，TreeMap 还实现了 NavigableMap 和 SortedMap 接口。实现 SortedMap 接口让其有了对集合中的元素根据键排序的能力；实现 NavigableMap 接口让其有了对集合内元素的搜索的能力：

1. 定向搜索：ceilingEntry() ，floorEntry() ，higherEntry() 和 lowerEntry() 可以用于定位大于等于、小于等于、严格大于、严格小于给定键的最接近的键值对。
2. 子集操作：subMap() ，headMap() 和 tailMap() 方法可以高效地创建原集合的子集视图，而无需复制整个集合。
3. 逆序视图：descendingMap() 方法返回一个逆序的 NavigableMap 视图，使得可以反向迭代整个 TreeMap 。
4. 边界操作：firstEntry() ，lastEntry() ，pollFirstEntry() 和 pollLastEntry() 等方法可以方便地访问和移除元素。

这些方法都是基于红黑树数据结构的属性实现的，红黑树保持平衡状态，从而保证了搜索操作的时间复杂度为 O(log N) 。

五、异常

异常种类

Exception 和 Error：都继承自 Throwable 类。

• Exception：程序本身可以处理的异常，可以通过 catch 捕获。
• Error：程序无法处理的错误，如 Java 虚拟机运行错误（Virtual MachineError）、虚拟机内存不够错误(OutOfMemoryError)、类定义错误（NoClassDefFoundError）等 。这些异常发生时，JVM一般会终止线程。

 
Checked Exception 和 Unchecked Exception

• checked Exception：受检查异常，没有被 catch 或 throws 关键字处理的话无法通过编译。
• Unchecked Exception：不受检查异常，如 NullPointerException 等。

异常捕获

try-catch-finally 和 try-with-resources

• finally 块除线程死亡、CPU关闭、虚拟机终止等特殊情况外都会执行，即使 try 块或 catch 块中遇到 return 语句，也会在方法返回之前执行。
• 如果在 finally 块中使用 return ，会忽略掉 try 块中的 return 。
• 不要把异常定义为静态变量，这样为导致异常栈信息错乱。每次手动抛出异常都需要 new 一个异常对象。

• 面对必须要关闭的资源，总是优先使用 try-with-resources 。

  Scanner scanner = null;
  try {
    scanner = new Scanner(new File("test.txt"));
    ......
  } catch (FileNotFoundException fe) {
    fe.printStackTrace();
  } finally {
    if (scanner != null) {
        scanner.close();
    }
  }
  
  // try-with-resources
  try (Scanner scanner1 = new Scanner(new File("test1.txt"));
       Scanner scanner2 = new Scanner(new File("test2.txt"))) {
    ......
  } catch (FileNotFoundException fe) {
    fe.printStackTrace();
  }

参考资料：JavaGuide