Java基础面试知识点整理

Exception和Error有什么区别?

  • Exception 和 Error 都是继承了 Throwable 类,在 Java 中只有 Throwable 类型的实例才可以被抛出(throw)或者捕获(catch),它是异常处理机制的基本组成类型。
  • Exception 和 Error 体现了 Java 平台设计者对不同异常情况的分类。Exception 是程序正常运行中,可以预料的意外情况,可能并且应该被捕获,进行相应处理。
  • Error 是指在正常情况下,不大可能出现的情况,绝大部分的 Error 都会导致程序(比如 JVM 自身)处于非正常的、不可恢复状态。既然是非正常情况,所以不便于也不需要捕获,常见的比如 OutOfMemoryError 之类,都是 Error 的子类。
  • Exception 又分为可检查(checked)异常和不检查(unchecked)异常,可检查异常在源代码里必须显式地进行捕获处理,这是编译期检查的一部分。前面我介绍的不可查的 Error,是 Throwable 不是 Exception。
    不检查异常就是所谓的运行时异常,类似 NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException 之类,通常是可以编码避免的逻辑错误,具体根据需要来判断是否需要捕获,并不会在编译期强制要求。

final、finally、 finalize有什么不同

  • final 可以用来修饰类、方法、变量,分别有不同的意义,final 修饰的 class 代表不可以继承扩展,final 的变量是不可以修改的,而 final 的方法也是不可以重写的(override)。
  • finally 则是 Java 保证重点代码一定要被执行的一种机制。我们可以使用 try-finally 或者 try-catch-finally 来进行类似关闭 JDBC 连接、保证 unlock 锁等动作。
  • finalize 是基础类 java.lang.Object 的一个方法,它的设计目的是保证对象在被垃圾收集前完成特定资源的回收。finalize 机制现在已经不推荐使用,并且在 JDK 9 开始被标记为 deprecated。

强引用、软引用、弱引用、幻象引用

不同的引用类型,主要体现的是对象不同的可达性(reachable)状态和对垃圾收集的影响。

  • 所谓强引用(“Strong” Reference),就是我们最常见的普通对象引用,只要还有强引用指向一个对象,就能表明对象还“活着”,垃圾收集器不会碰这种对象。对于一个普通的对象,如果没有其他的引用关系,只要超过了引用的作用域或者显式地将相应(强)引用赋值为 null,就是可以被垃圾收集的了,当然具体回收时机还是要看垃圾收集策略。
  • 软引用(SoftReference),是一种相对强引用弱化一些的引用,可以让对象豁免一些垃圾收集,只有当 JVM 认为内存不足时,才会去试图回收软引用指向的对象。JVM 会确保在抛出 OutOfMemoryError 之前,清理软引用指向的对象。软引用通常用来实现内存敏感的缓存,如果还有空闲内存,就可以暂时保留缓存,当内存不足时清理掉,这样就保证了使用缓存的同时,不会耗尽内存。
  • 弱引用(WeakReference)并不能使对象豁免垃圾收集,仅仅是提供一种访问在弱引用状态下对象的途径。这就可以用来构建一种没有特定约束的关系,比如,维护一种非强制性的映射关系,如果试图获取时对象还在,就使用它,否则重现实例化。它同样是很多缓存实现的选择。
  • 对于幻象引用,有时候也翻译成虚引用,你不能通过它访问对象。幻象引用仅仅是提供了一种确保对象被 finalize 以后,做某些事情的机制,比如,通常用来做所谓的 Post-Mortem 清理机制,我在专栏上一讲中介绍的 Java 平台自身 Cleaner 机制等,也有人利用幻象引用监控对象的创建和销毁。

String、StringBuffer、StringBuilder

  • String 是 Java 语言非常基础和重要的类,提供了构造和管理字符串的各种基本逻辑。它是典型的 Immutable 类,被声明成为 final class,所有属性也都是 final 的。也由于它的不可变性,类似拼接、裁剪字符串等动作,都会产生新的 String 对象。由于字符串操作的普遍性,所以相关操作的效率往往对应用性能有明显影响。

  • StringBuffer 是为解决上面提到拼接产生太多中间对象的问题而提供的一个类,我们可以用 append 或者 add 方法,把字符串添加到已有序列的末尾或者指定位置。StringBuffer 本质是一个线程安全的可修改字符序列,它保证了线程安全,也随之带来了额外的性能开销,所以除非有线程安全的需要,不然还是推荐使用它的后继者,也就是 StringBuilder。

  • StringBuilder 是 Java 1.5 中新增的,在能力上和 StringBuffer 没有本质区别,但是它去掉了线程安全的部分,有效减小了开销,是绝大部分情况下进行字符串拼接的首选。

  • 补充
    String 是 Immutable 类的典型实现,原生的保证了基础线程安全,因为你无法对它内部数据进行任何修改,这种便利甚至体现在拷贝构造函数中,由于不可变,Immutable 对象在拷贝时不需要额外复制数据。
    我们再来看看 StringBuffer 实现的一些细节,它的线程安全是通过把各种修改数据的方法都加上 synchronized 关键字实现的
    为了实现修改字符序列的目的,StringBuffer 和 StringBuilder 底层都是利用可修改的(char,JDK 9 以后是 byte)数组,二者都继承了 AbstractStringBuilder,里面包含了基本操作,区别仅在于最终的方法是否加了 synchronized。
    构建时初始字符串长度加 16(这意味着,如果没有构建对象时输入最初的字符串,那么初始值就是 16)。

动态代理和反射

  • 反射机制是 Java 语言提供的一种基础功能,赋予程序在运行时自省(introspect,官方用语)的能力。通过反射我们可以直接操作类或者对象,比如获取某个对象的类定义,获取类声明的属性和方法,调用方法或者构造对象,甚至可以运行时修改类定义。
  • 动态代理是一种方便运行时动态构建代理、动态处理代理方法调用的机制,很多场景都是利用类似机制做到的,比如用来包装 RPC 调用、面向切面的编程(AOP)。
  • 反射提供的 AccessibleObject.setAccessible​(boolean flag)。它的子类也大都重写了这个方法,这里的所谓 accessible 可以理解成修饰成员的 public、protected、private,这意味着我们可以在运行时修改成员访问限制!
  • Spring AOP 支持两种模式的动态代理,JDK Proxy 或者 cglib
  • JDK Proxy 的优势:
    1.最小化依赖关系,减少依赖意味着简化开发和维护,JDK 本身的支持,可能比 cglib 更加可靠。
    2.平滑进行 JDK 版本升级,而字节码类库通常需要进行更新以保证在新版 Java 上能够使用。
    3.代码实现简单。
  • 基于类似 cglib 框架的优势:
    1.有的时候调用目标可能不便实现额外接口,从某种角度看,限定调用者实现接口是有些侵入性的实践,类似 cglib 动态代理就没有这种限制。
    2.只操作我们关心的类,而不必为其他相关类增加工作量。
    3.高性能。

int和Integer有什么区别

  • int 是我们常说的整形数字,是 Java 的 8 个原始数据类型(Primitive Types,boolean、byte 、short、char、int、float、double、long)之一。Java 语言虽然号称一切都是对象,但原始数据类型是例外。
  • Integer 是 int 对应的包装类,它有一个 int 类型的字段存储数据,并且提供了基本操作,比如数学运算、int 和字符串之间转换等。在 Java 5 中,引入了自动装箱和自动拆箱功能(boxing/unboxing),Java 可以根据上下文,自动进行转换,极大地简化了相关编程。
  • 关于 Integer 的值缓存,这涉及 Java 5 中另一个改进。构建 Integer 对象的传统方式是直接调用构造器,直接 new 一个对象。但是根据实践,我们发现大部分数据操作都是集中在有限的、较小的数值范围,因而,在 Java 5 中新增了静态工厂方法 valueOf,在调用它的时候会利用一个缓存机制,带来了明显的性能改进。按照 Javadoc,这个值默认缓存是 -128 到 127 之间。
  • 原始类型线程安全
    前面提到了线程安全设计,你有没有想过,原始数据类型操作是不是线程安全的呢?这里可能存在着不同层面的问题:
    1.原始数据类型的变量,显然要使用并发相关手段,才能保证线程安全,这些我会在专栏后面的并发主题详细介绍。如果有线程安全的计算需要,建议考虑使用类似 AtomicInteger、AtomicLong 这样的线程安全类。
    2.特别的是,部分比较宽的数据类型,比如 float、double,甚至不能保证更新操作的原子性,可能出现程序读取到只更新了一半数据位的数值!

Vector、ArrayList、LinkedList

1.Vector 是 线程安全的动态数组,内部是使用对象数组来保存数据,可以根据需要自动的增加容量,当数组已满时,会创建新的数组,并拷贝原有数组数据。
2.ArrayList 是动态数组实现,不是线程安全的,所以性能要好很多。Vector 在扩容时会提高 1 倍,而 ArrayList 则是增加 50%。
3.LinkedList 顾名思义是 Java 提供的双向链表,所以它不需要像上面两种那样调整容量,它也不是线程安全的。

  • TreeSet 支持自然顺序访问,但是添加、删除、包含等操作要相对低效(log(n) 时间)。

  • HashSet 则是利用哈希算法,理想情况下,如果哈希散列正常,可以提供常数时间的添加、删除、包含等操作,但是它不保证有序。

  • LinkedHashSet,内部构建了一个记录插入顺序的双向链表,因此提供了按照插入顺序遍历的能力,与此同时,也保证了常数时间的添加、删除、包含等操作,这些操作性能略低于 HashSet,因为需要维护链表的开销。
    在遍历元素时,HashSet 性能受自身容量影响,所以初始化时,除非有必要,不然不要将其背后的 HashMap 容量设置过大。而对于 LinkedHashSet,由于其内部链表提供的方便,遍历性能只和元素多少有关系。
    以上3个集合类,都不是线程安全的,可用Collections.synchronized() 方法在操作方法上都加上synchronized关键字保证线程安全。

  • Java 提供的默认排序算法,具体是什么排序方式以及设计思路

  1. 对于原始数据类型,目前使用的是所谓双轴快速排序(Dual-Pivot QuickSort),是一种改进的快速排序算法,早期版本是相对传统的快速排序,你可以阅读源码

  2. 而对于对象数据类型,目前则是使用TimSort,思想上也是一种归并和二分插入排序(binarySort)结合的优化排序算法。TimSort 并不是 Java 的独创,简单说它的思路是查找数据集中已经排好序的分区(这里叫 run),然后合并这些分区来达到排序的目的。

Hashtable、HashMap、TreeMap

  • Hashtable 是早期 Java 类库提供的一个哈希表实现,本身是同步的,不支持 null 键和值,由于同步导致的性能开销,所以已经很少被推荐使用。

  • HashMap 是应用更加广泛的哈希表实现,行为上大致上与 HashTable 一致,主要区别在于 HashMap 不是同步的,支持 null 键和值、不是线程安全的等。通常情况下,HashMap 进行 put 或者 get 操作,可以达到常数时间的性能,比如,实现一个用户 ID 和用户信息对应的运行时存储结构。

  • TreeMap 则是基于红黑树的一种提供顺序访问的 Map,和 HashMap 不同,它的 get、put、remove 之类操作都是 O(log(n))的时间复杂度,具体顺序可以由指定的 Comparator 来决定,或者根据键的自然顺序来判断。

  • HashMap 的性能表现非常依赖于哈希码的有效性,请务必掌握 hashCode 和 equals 的一些基本约定,比如:
    1.equals 相等,hashCode 一定要相等。
    2.重写了 hashCode 也要重写 equals。
    3.hashCode 需要保持一致性,状态改变返回的哈希值仍然要一致。
    4.equals 的对称、反射、传递等特性。

  • LinkedHashMap 和 TreeMap 都可以保证某种顺序,但二者是不同的。1.LinkedHashMap 通常提供的是遍历顺序符合插入顺序,它的实现是通过为条目(键值对)维护一个双向链表。
    2.对于 TreeMap,它的整体顺序是由键的顺序关系决定的,通过 Comparator 或 Comparable(自然顺序)来决定。compareTo 的返回值需要和 equals 一致,否则就会出现模棱两可情况。

HashMap 源码分析
  1. 底层数据结构
    是数组(Node<K,V>[] table)和链表结合组成的复合结构,数组被分为一个个桶(bucket),通过哈希值决定了键值对在这个数组的寻址;哈希值相同的键值对,则以链表形式存储,如果链表大小超过阈值(TREEIFY_THRESHOLD, 8),图中的链表就会被改造为树形结构。

  2. 代码逻辑

  • resize 方法兼顾两个职责,创建初始存储表格,或者在容量不满足需求的时候,进行扩容(resize)。
    依据 resize 源码,不考虑极端情况(容量理论最大极限由 MAXIMUM_CAPACITY 指定,数值为 1<<30,也就是 2 的 30 次方),我们可以归纳为:
  1. 门限值等于(负载因子 0.75)x(容量 16),如果构建 HashMap 的时候没有指定它们,那么就是依据相应的默认常量值。指定了cap,先求大于cap最近的2次幂,初始容量为2次幂 * 0.75,不指定就为12。
  2. 门限通常是以倍数进行调整 (newThr = oldThr << 1),我前面提到,根据 putVal 中的逻辑,当元素个数超过门限大小时,则调整 Map 大小。
  3. 扩容后,需要将老的数组中的元素重新放置到新的数组,这是扩容的一个主要开销来源。
  • 在哈希表中的位置(数组 index)取决于下面的位运算:
    i = (n - 1) & hash
    因为有些数据计算出的哈希值差异主要在高位,而 HashMap 里的哈希寻址是忽略容量以上的高位的,那么这种处理就可以有效避免类似情况下的哈希碰撞。
static final int hash(Object kye) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>>16);
}
  • put:如果桶数组为空,先初始化桶数组;通过hash找到HashTable桶位置,链表为空就插为头结点;不为空就遍历桶链表,桶中不包含key与插入节点相同节点,尾插,并检查是否链表节点个数大于8需要树化;列表中存在key与插入节点相同的节点,替换value;最后检查包含节点个数是否超过门限需要扩容。

3.容量、负载因子和树化

  • 负载因子 * 容量 > 元素数量
  • 树化 桶数组容量小于 MIN_TREEIFY_CAPACITY(64),优先进行扩容桶数组而不是树化桶链表。
  • 为什么 HashMap 要树化呢?
    本质上这是个安全问题。因为在元素放置过程中,如果一个对象哈希冲突,都被放置到同一个桶里,则会形成一个链表,我们知道链表查询是线性的,会严重影响存取的性能。
    而在现实世界,构造哈希冲突的数据并不是非常复杂的事情,恶意代码就可以利用这些数据大量与服务器端交互,导致服务器端 CPU 大量占用,这就构成了哈希碰撞拒绝服务攻击,国内一线互联网公司就发生过类似攻击事件。

ConcurrentHashMap(基于分离锁)

Hashtable 本身比较低效,因为它的实现基本就是将 put、get、size 等各种方法加上“synchronized”。简单来说,这就导致了所有并发操作都要竞争同一把锁,一个线程在进行同步操作时,其他线程只能等待,大大降低了并发操作的效率。
看看下面的代码片段,我们发现同步包装器只是利用输入 Map 构造了另一个同步版本,所有操作虽然不再声明成为 synchronized 方法,但是还是利用了“this”作为互斥的 mutex,没有真正意义上的改进!

private static class SynchronizedMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Serializable {
    private final Map<K,V> m;     // Backing Map
    final Object      mutex;        // Object on which to synchronize
    // …
    public int size() {
        synchronized (mutex) {return m.size();}
    }
 // … 
}

所以,Hashtable 或者同步包装版本,都只是适合在非高度并发的场景下。

  • 早期 ConcurrentHashMap,其实现是基于:
  1. 分离锁,也就是将内部进行分段(Segment),里面则是 HashEntry 的数组,和 HashMap 类似,哈希相同的条目也是以链表形式存放。
  2. HashEntry 内部使用 volatile 的 value 字段来保证可见性,也利用了不可变对象的机制以改进利用 Unsafe 提供的底层能力,比如 volatile access,去直接完成部分操作,以最优化性能,毕竟 Unsafe 中的很多操作都是 JVM intrinsic 优化过的。
    你可以参考下面这个早期 ConcurrentHashMap 内部结构的示意图,其核心是利用分段设计,在进行并发操作的时候,只需要锁定相应段,这样就有效避免了类似 Hashtable 整体同步的问题,大大提高了性能。
image.png

在构造的时候,Segment 的数量由所谓的 concurrentcyLevel 决定,默认是 16,也可以在相应构造函数直接指定。注意,Java 需要它是 2 的幂数值,如果输入是类似 15 这种非幂值,会被自动调整到 16 之类 2 的幂数值。
具体情况,我们一起看看一些 Map 基本操作的源码,这是 JDK 7 比较新的 get 代码。针对具体的优化部分,为方便理解,我直接注释在代码段里,get 操作需要保证的是可见性,所以并没有什么同步逻辑。

public V get(Object key) {
        Segment<K,V> s; // manually integrate access methods to reduce overhead
        HashEntry<K,V>[] tab;
        int h = hash(key.hashCode());
       // 利用位操作替换普通数学运算
       long u = (((h >>> segmentShift) & segmentMask) << SSHIFT) + SBASE;
        // 以 Segment 为单位,进行定位
        // 利用 Unsafe 直接进行 volatile access
        if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(segments, u)) != null &&
            (tab = s.table) != null) {
           // 省略
          }
        return null;
    }

而对于 put 操作,首先是通过二次哈希避免哈希冲突,然后以 Unsafe 调用方式,直接获取相应的 Segment,然后进行线程安全的 put 操作:

public V put(K key, V value) {
        Segment<K,V> s;
        if (value == null)
            throw new NullPointerException();
        // 二次哈希,以保证数据的分散性,避免哈希冲突
        int hash = hash(key.hashCode());
        int j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask;
        if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObject          // nonvolatile; recheck
             (segments, (j << SSHIFT) + SBASE)) == null) //  in ensureSegment
            s = ensureSegment(j);
        return s.put(key, hash, value, false);
    }

其核心逻辑实现在下面的内部方法中:

final V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {
            // scanAndLockForPut 会去查找是否有 key 相同 Node
            // 无论如何,确保获取锁
            HashEntry<K,V> node = tryLock() ? null :
                scanAndLockForPut(key, hash, value);
            V oldValue;
            try {
                HashEntry<K,V>[] tab = table;
                int index = (tab.length - 1) & hash;
                HashEntry<K,V> first = entryAt(tab, index);
                for (HashEntry<K,V> e = first;;) {
                    if (e != null) {
                        K k;
                        // 更新已有 value...
                    }
                    else {
                        // 放置 HashEntry 到特定位置,如果超过阈值,进行 rehash
                        // ...
                    }
                }
            } finally {
                unlock();
            }
            return oldValue;
        }

所以,从上面的源码清晰的看出,在进行并发写操作时:

  • ConcurrentHashMap 会获取再入锁,以保证数据一致性,Segment 本身就是基于 ReentrantLock 的扩展实现,所以,在并发修改期间,相应 Segment 是被锁定的。

  • 在最初阶段,进行重复性的扫描,以确定相应 key 值是否已经在数组里面,进而决定是更新还是放置操作,你可以在代码里看到相应的注释。重复扫描、检测冲突是 ConcurrentHashMap 的常见技巧。

  • 我在专栏上一讲介绍 HashMap 时,提到了可能发生的扩容问题,在 ConcurrentHashMap 中同样存在。不过有一个明显区别,就是它进行的不是整体的扩容,而是单独对 Segment 进行扩容,细节就不介绍了。

  • 另外一个 Map 的 size 方法同样需要关注,它的实现涉及分离锁的一个副作用。

  • 试想,如果不进行同步,简单的计算所有 Segment 的总值,可能会因为并发 put,导致结果不准确,但是直接锁定所有 Segment 进行计算,就会变得非常昂贵。其实,分离锁也限制了 Map 的初始化等操作。所以,ConcurrentHashMap 的实现是通过重试机制(RETRIES_BEFORE_LOCK,指定重试次数 2),来试图获得可靠值。如果没有监控到发生变化(通过对比 Segment.modCount),就直接返回,否则获取锁进行操作。

  • 在 Java 8 和之后的版本中,ConcurrentHashMap 发生了哪些变化呢?

  1. 总体结构上,它的内部存储变得和我在专栏上一讲介绍的 HashMap 结构非常相似,同样是大的桶(bucket)数组,然后内部也是一个个所谓的链表结构(bin),同步的粒度要更细致一些。
  2. 其内部仍然有 Segment 定义,但仅仅是为了保证序列化时的兼容性而已,不再有任何结构上的用处。因为不再使用 Segment,初始化操作大大简化,修改为 lazy-load 形式,这样可以有效避免初始开销,解决了老版本很多人抱怨的这一点。
  3. 数据存储利用 volatile 来保证可见性。
  4. 使用 CAS 等操作,在特定场景进行无锁并发操作。
  5. 使用 Unsafe、LongAdder 之类底层手段,进行极端情况的优化。

JavaIO

首先,传统的 java.io 包,它基于流模型实现,提供了我们最熟知的一些 IO 功能,比如 File 抽象、输入输出流等。交互方式是同步、阻塞的方式,也就是说,在读取输入流或者写入输出流时,在读、写动作完成之前,线程会一直阻塞在那里,它们之间的调用是可靠的线性顺序。
java.io 包的好处是代码比较简单、直观,缺点则是 IO 效率和扩展性存在局限性,容易成为应用性能的瓶颈。
很多时候,人们也把 java.net 下面提供的部分网络 API,比如 Socket、ServerSocket、HttpURLConnection 也归类到同步阻塞 IO 类库,因为网络通信同样是 IO 行为。
第二,在 Java 1.4 中引入了 NIO 框架(java.nio 包),提供了 Channel、Selector、Buffer 等新的抽象,可以构建多路复用的、同步非阻塞 IO 程序,同时提供了更接近操作系统底层的高性能数据操作方式。
第三,在 Java 7 中,NIO 有了进一步的改进,也就是 NIO 2,引入了异步非阻塞 IO 方式,也有很多人叫它 AIO(Asynchronous IO)。异步 IO 操作基于事件和回调机制,可以简单理解为,应用操作直接返回,而不会阻塞在那里,当后台处理完成,操作系统会通知相应线程进行后续工作。

  • 基本概念
  1. 区分同步或异步(synchronous/asynchronous)。简单来说,同步是一种可靠的有序运行机制,当我们进行同步操作时,后续的任务是等待当前调用返回,才会进行下一步;而异步则相反,其他任务不需要等待当前调用返回,通常依靠事件、回调等机制来实现任务间次序关系。
  2. 区分阻塞与非阻塞(blocking/non-blocking)。在进行阻塞操作时,当前线程会处于阻塞状态,无法从事其他任务,只有当条件就绪才能继续,比如 ServerSocket 新连接建立完毕,或数据读取、写入操作完成;而非阻塞则是不管 IO 操作是否结束,直接返回,相应操作在后台继续处理。
  • NIO 的主要组成部分
  1. Buffer,高效的数据容器,除了布尔类型,所有原始数据类型都有相应的 Buffer 实现。
  2. Channel,类似在 Linux 之类操作系统上看到的文件描述符,是 NIO 中被用来支持批量式 IO 操作的一种抽象。 File 或者 Socket,通常被认为是比较高层次的抽象,而 Channel 则是更加操作系统底层的一种抽象,这也使得 NIO 得以充分利用现代操作系统底层机制,获得特定场景的性能优化,例如,DMA(Direct Memory Access)等。不同层次的抽象是相互关联的,我们可以通过 Socket 获取 Channel,反之亦然。
  3. Selector,是 NIO 实现多路复用的基础,它提供了一种高效的机制,可以检测到注册在 Selector 上的多个 Channel 中,是否有 Channel 处于就绪状态,进而实现了单线程对多 Channel 的高效管理。
  4. Chartset,提供 Unicode 字符串定义,NIO 也提供了相应的编解码器等,例如,通过下面的方式进行字符串到 ByteBuffer 的转换:
Charset.defaultCharset().encode("Hello world!"));

Java 语言目前的线程实现是比较重量级的,启动或者销毁一个线程是有明显开销的,每个线程都有单独的线程栈等结构,需要占用非常明显的内存,所以,每一个 Client 启动一个线程似乎都有些浪费。使用线程池可以避免这一问题,但是在连接数量急剧升高的时候线程上下文切换开销会在高并发时变得很明显,这是同步阻塞方式的低扩展性劣势。java NIO多路复用能很好解决这一问题。

  • NIO主要步骤:
  1. 首先,通过 Selector.open() 创建一个 Selector,作为类似调度员的角色。
  2. 然后,创建一个 ServerSocketChannel,并且向 Selector 注册,通过指定 SelectionKey.OP_ACCEPT,告诉调度员,它关注的是新的连接请求。
    注意,为什么我们要明确配置非阻塞模式呢?这是因为阻塞模式下,注册操作是不允许的,会抛出 IllegalBlockingModeException 异常。
  3. Selector 阻塞在 select 操作,当有 Channel 发生接入请求,就会被唤醒。
    IO 同步阻塞模式,需要多线程以实现多任务处理。而 NIO 则是利用了单线程轮询事件的机制,通过高效地定位就绪的 Channel,来决定做什么,仅仅 select 阶段是阻塞的,可以有效避免大量客户端连接时,频繁线程切换带来的问题,应用的扩展能力有了非常大的提高。
    在 Java 7 引入的 NIO 2 中,又增添了一种额外的异步 IO 模式,利用事件和回调,处理 Accept、Read 等操作。

java拷贝方式

  1. java.io 类库, FileInputStream、FileOutputStream
  2. java.nio 类库提供的 transferTo 或 transferFrom 方法 (零拷贝技术,数据传输并不需要用户态参与,在内核态直接复制,省去了上下文切换的开销和不必要的内存拷贝)。
  3. Java 标准类库本身已经提供了几种 Files.copy 的实现
  • 如何提高类似拷贝等 IO 操作的性能,有一些宽泛的原则:
  1. 在程序中,使用缓存等机制,合理减少 IO 次数(在网络通信中,如 TCP 传输,window 大小也可以看作是类似思路)。
  2. 使用 transferTo 等机制,减少上下文切换和额外 IO 操作。
  3. 尽量减少不必要的转换过程,比如编解码;对象序列化和反序列化,比如操作文本文件或者网络通信,如果不是过程中需要使用文本信息,可以考虑不要将二进制信息转换成字符串,直接传输二进制信息。

面向对象

  • 基本的设计原则 S.O.L.I.D 原则
  1. 单一职责(Single Responsibility),类或者对象最好是只有单一职责,在程序设计中如果发现某个类承担着多种义务,可以考虑进行拆分。
  2. 开关原则(Open-Close, Open for extension, close for modification),设计要对扩展开放,对修改关闭。换句话说,程序设计应保证平滑的扩展性,尽量避免因为新增同类功能而修改已有实现,这样可以少产出些回归(regression)问题。
  3. 里氏替换(Liskov Substitution),这是面向对象的基本要素之一,进行继承关系抽象时,凡是可以用父类或者基类的地方,都可以用子类替换。
  4. 接口分离(Interface Segregation),我们在进行类和接口设计时,如果在一个接口里定义了太多方法,其子类很可能面临两难,就是只有部分方法对它是有意义的,这就破坏了程序的内聚性。
    对于这种情况,可以通过拆分成功能单一的多个接口,将行为进行解耦。在未来维护中,如果某个接口设计有变,不会对使用其他接口的子类构成影响。
  5. 依赖反转(Dependency Inversion),实体应该依赖于抽象而不是实现。也就是说高层次模块,不应该依赖于低层次模块,而是应该基于抽象。实践这一原则是保证产品代码之间适当耦合度的法宝。

拷贝整理极客时间内容,侵删

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