java程序员面试笔试题（三）

1.HashMap与ConcurrentHashMap的区别，HashMap的底层源码

Hashmap本质是数组加链表。根据key取得hash值，然后计算出数组下标，如果多个key对应到同一个下标，就用链表串起来，新插入的在前面。

ConcurrentHashMap：在hashMap的基础上，ConcurrentHashMap将数据分为多个segment，默认16个（concurrency level），然后每次操作对一个segment加锁，避免多线程锁的几率，提高并发效率。

一、HashMap概述
HashMap基于哈希表的 Map 接口的实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用 null 值和 null 键。（除了不同步和允许使用 null 之外，HashMap 类与 Hashtable 大致相同。）此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。

值得注意的是HashMap不是线程安全的，如果想要线程安全的HashMap，可以通过Collections类的静态方法synchronizedMap获得线程安全的HashMap。

Map map = Collections.synchronizedMap(new HashMap());

二、HashMap的数据结构

[b]　[/b]HashMap的底层主要是基于数组和链表来实现的，它之所以有相当快的查询速度主要是因为它是通过计算散列码来决定存储的位置，能够很快的计算出对象所存储的位置。HashMap中主要是通过key的hashCode来计算hash值的，只要hashCode相同，计算出来的hash值就一样。如果存储的对象对多了，就有可能不同的对象所算出来的hash值是相同的，这就出现了所谓的hash冲突。学过数据结构的同学都知道，解决hash冲突的方法有很多，HashMap底层是通过链表来解决hash冲突的。

                                      



从上图中可以看出，HashMap底层就是一个数组结构，数组中存放的是一个Entry对象，如果产生的hash冲突，也就是说要存储的那个位置上面已经存储了对象了，这时候该位置存储的就是一个链表了。我们看看HashMap中Entry类的代码：

1 static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
2         final K key;
3         V value;
4         Entry<K,V> next;
5         final int hash;
6
7         /**
8          * Creates new entry.
9          */
10         Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
11             value = v;
12             next = n; //hash值冲突后存放在链表的下一个
13             key = k;
14             hash = h;
15         }
16
17         .........
18     }

HashMap其实就是一个Entry数组，Entry对象中包含了键和值，其中next也是一个Entry对象，它就是用来处理hash冲突的，形成一个链表。

三、HashMap源码分析

　　先看看HashMap类中的一些关键属性：

1 transient Entry[] table;//存储元素的实体数组
2
3 transient int size;//存放元素的个数
4
5 int threshold; //临界值   当实际大小超过临界值时，会进行扩容threshold = 加载因子*容量
6
7 final float loadFactor; //加载因子
8
9 transient int modCount;//被修改的次数

其中加载因子是表示Hash表中元素的填满的程度.若:加载因子越大,填满的元素越多,好处是,空间利用率高了,但:冲突的机会加大了.反之,加载因子越小,填满的元素越少,

好处是:冲突的机会减小了,但:空间浪费多了.冲突的机会越大,则查找的成本越高.反之,查找的成本越小.因而,查找时间就越小.因此,必须在 "冲突的机会"与"空间利用率"之间寻找一种平衡与折衷. 这种平衡与折衷本质上是数据结构中有名的"时-空"矛盾的平衡与折衷.
　　如果机器内存足够，并且想要提高查询速度的话可以将加载因子设置小一点；相反如果机器内存紧张，并且对查询速度没有什么要求的话可以将加载因子设置大一点。不过一般我们都不用去设置它，让它取默认值0.75就好了。

下面看看HashMap的几个构造方法：

1 public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
2         //确保数字合法
3         if (initialCapacity < 0)
4             throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
5                                                initialCapacity);
6         if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
7             initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
8         if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
9             throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
10                                                loadFactor);
11
12         // Find a power of 2 >= initialCapacity
13         int capacity = 1;   //初始容量
14         while (capacity < initialCapacity)   //确保容量为2的n次幂，使capacity为大于initialCapacity的最小的2的n次幂
15             capacity <<= 1;
16
17         this.loadFactor = loadFactor;
18         threshold = (int)(capacity * loadFactor);
19         table = new Entry[capacity];
20         init();
21     }
22
23     public HashMap(int initialCapacity) {
24         this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
25     }
26
27     public HashMap() {
28         this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
29         threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
30         table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
31         init();
32     }

我们可以看到在构造HashMap的时候如果我们指定了加载因子和初始容量的话就调用第一个构造方法，否则的话就是用默认的。默认初始容量为16，默认加载因子为0.75。我们可以看到上面代码中13-15行，这段代码的作用是确保容量为2的n次幂，使capacity为大于initialCapacity的最小的2的n次幂，至于为什么要把容量设置为2的n次幂，我们等下再看。
　　下面看看HashMap存储数据的过程是怎样的，首先看看HashMap的put方法：

1 public V put(K key, V value) {
2         if (key == null) //如果键为null的话，调用putForNullKey(value)
3             return putForNullKey(value);
4         int hash = hash(key.hashCode());//根据键的hashCode计算hash码
5         int i = indexFor(hash, table.length);
6         for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { //处理冲突的，如果hash值相同，则在该位置用链表存储
7             Object k;
8             if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { //如果key相同则覆盖并返回旧值
9                 V oldValue = e.value;
10                 e.value = value;
11                 e.recordAccess(this);
12                 return oldValue;
13             }
14         }
15
16         modCount++;
17         addEntry(hash, key, value, i);
18         return null;
19     }

当我们往hashmap中put元素的时候，先根据key的hash值得到这个元素在数组中的位置（即下标），然后就可以把这个元素放到对应的位置中了。如果这个元素所在的位子上已经存放有其他元素了，那么在同一个位子上的元素将以链表的形式存放，新加入的放在链头，最先加入的放在链尾。从hashmap中get元素时，首先计算key的hashcode，找到数组中对应位置的某一元素，然后通过key的equals方法在对应位置的链表中找到需要的元素。

具体的实现是：

当你的key为null时，会调用putForNullKey,HashMap允许key为null,这样的对像是放在table[0]中。

如果不为空，则调用int hash = hash(key.hashCode());这是hashmap的一个自定义的hash,在key.hashCode()基础上进行二次hash

1 static int hash(int h) {
2         h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
3         return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
4   }

得到hash码之后就会通过hash码去计算出应该存储在数组中的索引，计算索引的函数如下：

1 static int indexFor(int h, int length) {
2        return h & (length-1);
3    }

这个方法非常巧妙，它通过 h & (table.length -1) 来得到该对象的保存位，而HashMap底层数组的长度总是 2 的n 次方，这是HashMap在速度上的优化。当length总是 2 的n次方时，h& (length-1)运算等价于对length取模，也就是h%length，但是&比%具有更高的效率。当数组长度为2的n次幂的时候，不同的key算得得index相同的几率较小，那么数据在数组上分布就比较均匀，也就是说碰撞的几率小，相对的，查询的时候就不用遍历某个位置上的链表，这样查询效率也就较高了。
下面我们继续回到put方法里面，前面已经计算出索引的值了，看到第6到14行，如果数组中该索引的位置的链表已经存在key相同的对象，则将其覆盖掉并返回原先的值。如果没有与key相同的键，则调用addEntry方法创建一个Entry对象，addEntry方法如下：

1 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
2         Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; //如果要加入的位置有值，将该位置原先的值设置为新entry的next,也就是新entry链表的下一个节点
3         table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
4         if (size++ >= threshold) //如果大于临界值就扩容
5             resize(2 * table.length); //以2的倍数扩容
6     }

参数bucketIndex就是indexFor函数计算出来的索引值，第2行代码是取得数组中索引为bucketIndex的Entry对象，第3行就是用hash、key、value构建一个新的Entry对象放到索引为bucketIndex的位置，并且将该位置原先的对象设置为新对象的next构成链表。

　　第4行和第5行就是判断put后size是否达到了临界值threshold，如果达到了临界值就要进行扩容，HashMap扩容是扩为原来的两倍。resize()方法如下：

1 void resize(int newCapacity) {
2         Entry[] oldTable = table;
3         int oldCapacity = oldTable.length;
4         if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
5             threshold = Integer.MAX_VALUE;
6             return;
7         }
8
9         Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
10         transfer(newTable);//用来将原先table的元素全部移到newTable里面
11         table = newTable;  //再将newTable赋值给table
12         threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);//重新计算临界值
13     }

扩容是需要进行数组复制的，上面代码中第10行为复制数组，复制数组是非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。

2.TreeMap，HashMap,LinkedHashMap的区别

hashmap是一个最常用的Map，它根据键的HashCode值存储数据，根据键可以直接获取它的值，具有很快的访问速度，遍历时，取得数据的顺序是完全随机的。HashMap最多只允许一条记录的键为Null；允许许多条记录的值为Null；HashMap不支持线程的同步，即任一时刻可以有多个线程同时写HashMap；可能会导致数据的不一致。如果需要同步，可以用Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有同步的能力，或者使用ConcurrentHashMap。

LinkedHashMap保存了记录的插入顺序，在用Iterator遍历LinkedHashMap时，先得到的记录肯定是先插入的，也可以在构造函数的时候用带参数，按照应用次数排序。在遍历的时候会比hashMap慢，不过有种情况例外，当HashMap容量很大，实际数据较少时，遍历起来可能会比LinkedHashMap慢，因为LinkedHashMap的遍历速度只和实际数据有关，和容量无关，而HashMap的遍历速度和它的容量有关。

TreeMap实现SortMap接口，能够把它保存的记录根据键排序，默认是按键值得升序排序，也可以指定排序的比较器，当用Iterator遍历TreeMap时，得到的记录是排过序的。

一般情况下，我们用的最多的是HashMap，HashMap里面存入的键值对在取出的时候是随机的，它根据键的HashCode值存储数据，根据键可以直接获取它的值，具有很快的访问速度。在Map中插入，删除和定位元素，HashMap是最好的选择。

TreeMap取出来的是排序后的键值对。但如果您要按自然顺序或自定义顺序遍历键，那么TreeMap会更好。

LinkedHashMap 是HashMap的一个子类，如果需要输出的顺序和输入的相同,那么用LinkedHashMap可以实现,它还可以按读取顺序来排列，像连接池中可以应用。

3.Collection包结构与Collections区别

1Java.util.Collection是一个集合接口（集合类的一个顶级接口）。它提供了对集合对象进行基本操作的通用接口方法。Collection接口在java类库中有很多具体的实现。Collection接口的意义是为各种具体的集合提供了最大化的同意操作方式，其直接继承接口有List和Set。

 Collection   

├List   

│├LinkedList   

│├ArrayList   

│└Vector   

│　└Stack   

└Set

2.java.util.Collections是一个包装类（工具类/帮助类）。它包含有各种有关集合操作的静态多态方法。此类不能实例化，就像一个工具类，用于对集合元素进行排序，搜索以及线程安全等各种操作，服务于java的Collection框架。

4.try catch finally，try里面有return，finally还执行吗？

1、不管有木有出现异常，finally块中代码都会执行；

2、当try和catch中有return时，finally仍然会执行；

3、finally是在return后面的表达式运算后执行的（此时并没有返回运算后的值，而是先把要返回的值保存起来，管finally中的代码怎么样，返回的值都不会改变，任然是之前保存的值），所以函数返回值是在finally执行前确定的；

4、finally中最好不要包含return，否则程序会提前退出，返回值不是try或catch中保存的返回值。

先执行finally，如果finally语句里面没有return，再执行try里面的return

5.Exception与Error包结构，OOM遇到过哪些情况，SOF遇到过哪些情况？

java程序运行过程中所发生的异常事件分为两类：

错误（error）：JVM系统内部错误，资源耗尽等严重情况；

异常（Exception）：其他因编程错误或偶然的外在因素导致的一般性问题。

其中异常又分为两类：

已检查异常（Check Exception）：表示异常的出现是可以预期的。这种可以预期到的异常是一定要处理的。

未检查异常（unCheck Exception）：编译器不要求一定要处理，可以处理，也可以不处理。对于执行时异常如果没有处理，则异常会一直往外抛，最后由JVM来处理，JVM将异常的信息打印出来，程序运行停止。



1. Throwable 

Throwable是 Java 语言中所有错误或异常的超类。 

Throwable包含两个子类: Error 和 Exception 。它们通常用于指示发生了异常情况。 

Throwable包含了其线程创建时线程执行堆栈的快照，它提供了printStackTrace()等接口用于获取堆栈跟踪数据等信息。

2. Exception 

Exception及其子类是 Throwable 的一种形式，它指出了合理的应用程序想要捕获的条件。

3. RuntimeException 

RuntimeException是那些可能在 Java 虚拟机正常运行期间抛出的异常的超类。 

编译器不会检查RuntimeException异常。 例如，除数为零时，抛出ArithmeticException异常。RuntimeException是ArithmeticException的超类。当代码发生除数为零的情况时，倘若既"没有通过throws声明抛出ArithmeticException异常"，也"没有通过try...catch...处理该异常"，也能通过编译。这就是我们所说的"编译器不会检查RuntimeException异常"！ 

如果代码会产生RuntimeException异常，则需要通过修改代码进行避免。 例如，若会发生除数为零的情况，则需要通过代码避免该情况的发生！

4. Error 

和Exception一样， Error也是Throwable的子类。 它用于指示合理的应用程序不应该试图捕获的严重问题，大多数这样的错误都是异常条件。 

和RuntimeException一样， 编译器也不会检查Error。

Java将可抛出(Throwable)的结构分为三种类型： 被检查的异常(Checked Exception)，运行时异常(RuntimeException)和错误(Error)。

(01) 运行时异常 

定义 : RuntimeException及其子类都被称为运行时异常。 
特点 : Java编译器不会检查它。 也就是说，当程序中可能出现这类异常时，倘若既"没有通过throws声明抛出它"，也"没有用try-catch语句捕获它"，还是会编译通过。例如，除数为零时产生的ArithmeticException异常，数组越界时产生的IndexOutOfBoundsException异常，fail-fail机制产生的ConcurrentModificationException异常等，都属于运行时异常。 

虽然Java编译器不会检查运行时异常，但是我们也可以通过throws进行声明抛出，也可以通过try-catch对它进行捕获处理。 

如果产生运行时异常，则需要通过修改代码来进行避免。 例如，若会发生除数为零的情况，则需要通过代码避免该情况的发生！

(02) 被检查的异常 

定义 :  Exception类本身，以及Exception的子类中除了"运行时异常"之外的其它子类都属于被检查异常。 
特点 : Java编译器会检查它。 此类异常，要么通过throws进行声明抛出，要么通过try-catch进行捕获处理，否则不能通过编译。例如，CloneNotSupportedException就属于被检查异常。当通过clone()接口去克隆一个对象，而该对象对应的类没有实现Cloneable接口，就会抛出CloneNotSupportedException异常。 

被检查异常通常都是可以恢复的。

(03) 错误 

定义 : Error类及其子类。 
特点 : 和运行时异常一样，编译器也不会对错误进行检查。 

当资源不足、约束失败、或是其它程序无法继续运行的条件发生时，就产生错误。程序本身无法修复这些错误的。例如，VirtualMachineError就属于错误。 

按照Java惯例，我们是不应该是实现任何新的Error子类的！

对于上面的3种结构，我们在抛出异常或错误时，到底该哪一种？《Effective Java》中给出的建议是： 对于可以恢复的条件使用被检查异常，对于程序错误使用运行时异常。

OOM：

1，   OutOfMemoryError异常

除了程序计数器外，虚拟机内存的其他几个运行时区域都有发生OutOfMemoryError(OOM)异常的可能，

Java Heap 溢出

一般的异常信息：java.lang.OutOfMemoryError:Java heap spacess

java堆用于存储对象实例，我们只要不断的创建对象，并且保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免垃圾回收机制清除这些对象，就会在对象数量达到最大堆容量限制后产生内存溢出异常。

出现这种异常，一般手段是先通过内存映像分析工具(如Eclipse Memory Analyzer)对dump出来的堆转存快照进行分析，重点是确认内存中的对象是否是必要的，先分清是因为内存泄漏(Memory Leak)还是内存溢出(Memory Overflow)。

如果是内存泄漏，可进一步通过工具查看泄漏对象到GC Roots的引用链。于是就能找到泄漏对象时通过怎样的路径与GC Roots相关联并导致垃圾收集器无法自动回收。

如果不存在泄漏，那就应该检查虚拟机的参数(-Xmx与-Xms)的设置是否适当。

2，   虚拟机栈和本地方法栈溢出

如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverflowError异常。

如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError异常

这里需要注意当栈的大小越大可分配的线程数就越少。

3，   运行时常量池溢出

异常信息：java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space

如果要向运行时常量池中添加内容，最简单的做法就是使用String.intern()这个Native方法。该方法的作用是：如果池中已经包含一个等于此String的字符串，则返回代表池中这个字符串的String对象；否则，将此String对象包含的字符串添加到常量池中，并且返回此String对象的引用。由于常量池分配在方法区内，我们可以通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法区的大小，从而间接限制其中常量池的容量。

4，   方法区溢出

方法区用于存放Class的相关信息，如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。

异常信息：java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space

方法区溢出也是一种常见的内存溢出异常，一个类如果要被垃圾收集器回收，判定条件是很苛刻的。在经常动态生成大量Class的应用中，要特别注意这点。