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Java 基础学习第二弹

2023-11-07 22:24 由 空慧居士 发表于 #后端开发

1. HashMap和HashT able的区别

HashMap和Hashtable是两种常见的哈希表数据结构，它们在实现上有一些区别。

  1. 线程安全性：Hashtable是线程安全的，而HashMap不是。Hashtable的方法都是同步的，可以在多线程环境中使用，但这样会造成一定的性能开销。HashMap是非线程安全的，如果在多个线程中同时修改HashMap，可能会导致不确定的结果。如果需要在多线程环境中使用HashMap，可以通过使用ConcurrentHashMap来实现线程安全。

  2. 继承关系：Hashtable是基于Dictionary类的，而HashMap是基于AbstractMap类的。由于Java中不推荐直接使用Dictionary类，所以HashMap更常用。

  3. Null值：HashMap允许键和值都为null，而Hashtable不允许。如果在HashMap中插入null键或null值，它们将占用哈希表的一个位置。而在Hashtable中，如果尝试插入null键或null值，会抛出NullPointerException。

  4. 迭代器：HashMap的迭代器是快速失败（fail-fast）的，而Hashtable的迭代器不是。快速失败迭代器在迭代过程中检测到其他线程修改了集合结构，会立即抛出ConcurrentModificationException异常。Hashtable的迭代器则不会检测这种情况。

  5. 初始容量和扩容：在HashMap中，可以通过构造函数指定初始容量和加载因子。加载因子表示哈希表在容量自动增加之前可以达到多满的程度。Hashtable则使用一个默认的初始容量和加载因子。当哈希表中的元素数量超过容量乘以加载因子时，将自动进行扩容。

总的来说，HashMap在大多数情况下比Hashtable更常用，因为它的性能更好，并且可以通过使用ConcurrentHashMap来实现线程安全。Hashtable则是一个较旧的类，主要用于与旧代码的兼容性或特定需求的场景。

2. HashMap和HashTable 在底层实现上有什么区别

在底层实现上，HashMap和Hashtable也有一些区别。

  1. Hash函数：HashMap和Hashtable都使用哈希函数来计算键的哈希码（hash code）。然后根据哈希码计算出存储位置的索引。它们通常使用键的hashCode()方法来获取哈希码。不同的实现可能使用不同的哈希算法，但它们的目标是最大程度地减少哈希碰撞（hash collisions）。

  2. 存储结构：HashMap和Hashtable在存储结构上也有所不同。HashMap使用数组和链表（在Java 8之前）或红黑树（在Java 8及以后）的组合来存储键值对。Hashtable使用数组和链表的组合来存储键值对。这些数据结构的选择是为了提供高效的插入、查找和删除操作。

  3. 扩容机制：当HashMap或Hashtable中的元素数量超过一定阈值时，它们都需要进行扩容。HashMap在扩容时会创建一个更大的数组，并重新计算键的哈希码和存储位置，然后将键值对重新分配到新的数组中。Hashtable的扩容过程类似，但它会将所有的键值对重新计算哈希码和存储位置，因为Hashtable的大小是固定的。

  4. 并发性能：由于Hashtable是线程安全的，它在并发环境中的性能可能会受到一定的影响。Hashtable使用同步方法来保证线程安全，但这也导致了一定的性能开销。相比之下，HashMap在非并发环境下没有同步开销，因此在并发性能方面可能更好。

3. HashMap如何解决Hash冲突

  1. 链地址法（Chaining）：在Java 8之前的HashMap实现中，使用了链地址法解决哈希冲突。具体地，HashMap内部使用了一个数组，每个数组元素是一个链表（或者在链表长度较长时转换为红黑树）。当发生哈希冲突时，新的键值对会被添加到链表（或红黑树）的末尾。

  2. 开放地址法（Open Addressing）：从Java 8开始，HashMap的实现引入了开放地址法来解决哈希冲突。开放地址法是一种线性探测法（linear probing），即当发生哈希冲突时，HashMap会顺序地检查数组中下一个位置是否可用，直到找到一个空槽来存储键值对。具体的探测方式可以是线性探测、二次探测或双重散列（double hashing）等。

4. Java的内存管理机制

Java的内存管理机制是通过垃圾回收（Garbage Collection）来实现的，它主要涉及以下几个方面：

  1. 对象的创建和分配：在Java程序中，对象的创建通过关键字new来进行。当使用new关键字创建对象时，Java虚拟机（JVM）将在堆（Heap）中分配内存来存储对象的实例变量。堆是Java中用于动态分配对象的主要内存区域。

  2. 垃圾回收器（Garbage Collector）：Java的垃圾回收器负责自动回收不再被引用的内存对象。垃圾回收器会周期性地检查堆中的对象，识别出不再被引用的对象，并回收它们所占用的内存空间。这样可以释放内存资源，避免内存泄漏和程序崩溃。

  3. 引用类型：在Java中，对象之间的引用关系是通过引用类型来建立的。常见的引用类型包括强引用（Strong Reference）、软引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）和虚引用（Phantom Reference）。这些引用类型对垃圾回收的行为有一定的影响。

  4. 堆和栈的管理：除了堆，Java还有一个栈（Stack）用于管理方法调用和局部变量。栈中保存了方法的调用栈帧，每个栈帧包含了方法的局部变量和部分运行时数据。栈中的数据是线程私有的，而堆是线程共享的。栈的管理是由JVM自动进行的，它会在方法调用结束时自动释放栈帧所占用的内存。

  5. 内存区域划分：除了堆和栈，Java的内存区域还包括方法区（Method Area）和运行时常量池（Runtime Constant Pool）。方法区用于存储类的结构信息、静态变量、常量等。运行时常量池用于存储编译时期生成的各种字面量和符号引用。

  6. 内存管理参数设置：Java提供了一些内存管理参数，可以通过命令行选项或JVM参数进行配置。例如，可以设置堆的初始大小、最大大小和扩展策略，调整垃圾回收器的行为等。

总的来说，Java的内存管理机制通过垃圾回收器来自动回收不再被引用的内存对象。开发人员无需显式地释放内存，而是通过创建和使用对象来管理内存。这种自动化的内存管理机制减少了对开发人员的负担，并提供了更高的程序安全性和可靠性。

5. ArrayList 和LinkedList的区别是什么

  1. 底层数据结构：ArrayList使用数组作为底层数据结构，而LinkedList使用双向链表作为底层数据结构。这导致它们在插入、删除和随机访问操作上的性能特点不同。

  2. 随机访问性能：ArrayList支持快速的随机访问，因为它可以通过索引直接访问数组中的元素。由于使用了数组，ArrayList的随机访问时间复杂度为O(1)。而LinkedList的随机访问需要从头或尾开始遍历链表，时间复杂度为O(n)，其中n是链表的长度。

  3. 插入和删除操作性能：LinkedList在插入和删除操作上具有优势。由于它使用链表结构，插入和删除元素只需要改变节点的指针，而不需要像ArrayList那样进行元素的移动。因此，LinkedList在插入和删除操作时的时间复杂度为O(1)，而ArrayList在需要移动元素时的时间复杂度为O(n)。

  4. 内存占用：由于ArrayList使用数组存储元素，它的内存占用比LinkedList要小。LinkedList中的每个节点都需要额外的空间来保存前后节点的引用，因此在存储相同数量的元素时，LinkedList通常会占用更多的内存。

  5. 迭代性能：在迭代操作（例如使用for-each循环遍历元素）方面，ArrayList由于内部使用数组，迭代性能较好。而LinkedList在迭代操作时需要遍历整个链表，因此迭代性能相对较差。

综上所述，如果需要频繁进行随机访问操作或元素的数量较大且不需要频繁的插入和删除操作，推荐使用ArrayList。而如果需要频繁进行插入和删除操作，或者对内存占用要求较高，可以选择LinkedList。

6. 什么是反射，如何使用

在Java中，反射（Reflection）是指在运行时动态地获取、检查和操作类、对象、方法和属性等程序元素的能力。反射允许程序在运行时通过名称来访问和操作类的成员，而不需要提前知道这些成员的具体信息。通过反射，可以在运行时获取类的信息、创建对象、调用方法、访问属性等。

使用反射可以实现一些动态性较强的功能，如：

动态加载类：通过反射可以在运行时动态加载类。可以使用Class.forName()方法加载指定名称的类，并返回对应的Class对象。例如，可以通过以下代码加载Person类：

Class<?> personClass = Class.forName("com.example.Person");
```

创建对象：通过反射可以在运行时动态创建类的实例。可以使用Class对象的newInstance()方法创建对象。例如，可以通过以下代码创建Person类的实例：　

Person person = personClass.newInstance();
```

调用方法：通过反射可以在运行时动态调用类的方法。可以使用Method类来表示方法，并使用invoke()方法调用方法。例如，可以通过以下代码调用Person类的getName()方法：

Method getNameMethod = personClass.getMethod("getName");
String name = (String) getNameMethod.invoke(person);
```

访问属性：通过反射可以在运行时动态访问类的属性。可以使用Field类来表示属性，并使用get()和set()方法获取和设置属性的值。例如，可以通过以下代码获取和设置Person类的name属性

Field nameField = personClass.getDeclaredField("name");
nameField.setAccessible(true); // 设置可访问私有属性
String name = (String) nameField.get(person);
nameField.set(person, "John");
```

反射虽然提供了灵活的动态性，但也会带来一定的性能开销。反射的操作通常比直接调用代码更慢。此外，反射也会降低代码的可读性和可维护性，因为它在编译时无法进行类型检查，并且需要通过字符串来指定类、方法和属性的名称。

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