Android面试题详细整理系列（三）

  以下这些面试题都是笔者在（2017年2月-2017年3月）这段时间所面试Android工程师的总结而来，面试的公司包括巨头xx等，还有新贵公司如dd在线科技，gg金融，zk网，momo科技，zbj等，还有小型活力公司如软都科技，星云颜值，英克科技等，不足之处，还望各位不吝赐教。

1.java中线程同步的方法有哪些？

为什么要线程同步

 java允许多线程并发控制，当多个线程同时操作一个可共享的资源变量时（如数据的增删改查），将会导致数据不准确，相互之间产生冲突，因此加入同步锁以避免在该线程没有完成操作之前，被其他线程的调用，从而保证了该变量的唯一性和准确性。

保证同步的方法

1.同步方法 

    即有synchronized关键字修饰的方法。 
    由于java的每个对象都有一个内置锁，当用此关键字修饰方法时， 
    内置锁会保护整个方法。在调用该方法前，需要获得内置锁，否则就处于阻塞状态。

 
    代码如： 
    public synchronized void save(){}

 
   注： synchronized关键字也可以修饰静态方法，此时如果调用该静态方法，将会锁住整个类
 

2.同步代码块 
    即有synchronized关键字修饰的语句块。 
    被该关键字修饰的语句块会自动被加上内置锁，从而实现同步

 
    代码如： 
    synchronized(object){ 
    }
 

    注：同步是一种高开销的操作，因此应该尽量减少同步的内容。 
    通常没有必要同步整个方法，使用synchronized代码块同步关键代码即可。 
     
    代码实例：

/**
* 线程同步的运用
*
* @author XIEHEJUN
*
*/
public class SynchronizedThread {

class Bank {

private int account = 100;

public int getAccount() {
return account;
}

/**
* 用同步方法实现
*
* @param money
*/
public synchronized void save(int money) {
account += money;
}

/**
* 用同步代码块实现
*
* @param money
*/
public void save1(int money) {
synchronized (this) {
account += money;
}
}
}

class NewThread implements Runnable {
private Bank bank;

public NewThread(Bank bank) {
this.bank = bank;
}

@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// bank.save1(10);
bank.save(10);
System.out.println(i + "账户余额为：" + bank.getAccount());
}
}

}

/**
* 建立线程，调用内部类
*/
public void useThread() {
Bank bank = new Bank();
NewThread new_thread = new NewThread(bank);
System.out.println("线程1");
Thread thread1 = new Thread(new_thread);
thread1.start();
System.out.println("线程2");
Thread thread2 = new Thread(new_thread);
thread2.start();
}

public static void main(String[] args) {
SynchronizedThread st = new SynchronizedThread();
st.useThread();
}

}

 3.使用特殊域变量(volatile)实现线程同步（提供了可见性）

 
    a.volatile关键字为域变量的访问提供了一种免锁机制， 
    b.使用volatile修饰域相当于告诉虚拟机该域可能会被其他线程更新， 
    c.因此每次使用该域就要重新计算，而不是使用寄存器中的值 
    d.volatile不会提供任何原子操作，它也不能用来修饰final类型的变量 
    
    例如： 
        在上面的例子当中，只需在account前面加上volatile修饰，即可实现线程同步。 
    
    代码实例：  
   

//只给出要修改的代码，其余代码与上同
class Bank {
//需要同步的变量加上volatile
private volatile int account = 100;

public int getAccount() {
return account;
}
//这里不再需要synchronized
public void save(int money) {
account += money;
}
｝

 注：多线程中的非同步问题主要出现在对域的读写上，如果让域自身避免这个问题，则就不需要修改操作该域的方法。 

    用final域，有锁保护的域和volatile域可以避免非同步的问题。

  4.使用重入锁实现线程同步

 
    在JavaSE5.0中新增了一个java.util.concurrent包来支持同步。 
    ReentrantLock类是可重入、互斥、实现了Lock接口的锁， 
    它与使用synchronized方法和快具有相同的基本行为和语义，并且扩展了其能力
 
 
    ReenreantLock类的常用方法有：
 
        ReentrantLock() : 创建一个ReentrantLock实例 
        lock() : 获得锁 
        unlock() : 释放锁 
    注：ReentrantLock()还有一个可以创建公平锁的构造方法，但由于能大幅度降低程序运行效率，不推荐使用 
        
    例如： 
        在上面例子的基础上，改写后的代码为: 
        
    代码实例： 
    

//只给出要修改的代码，其余代码与上同
class Bank {

private int account = 100;
//需要声明这个锁
private Lock lock = new ReentrantLock();
public int getAccount() {
return account;
}
//这里不再需要synchronized
public void save(int money) {
lock.lock();
try{
account += money;
}finally{
lock.unlock();
}

}
｝

    注：关于Lock对象和synchronized关键字的选择： 

        a.最好两个都不用，使用一种java.util.concurrent包提供的机制， 能够帮助用户处理所有与锁相关的代码。 

        b.如果synchronized关键字能满足用户的需求，就用synchronized，因为它能简化代码 
        c.如果需要更高级的功能，就用ReentrantLock类，此时要注意及时释放锁，否则会出现死锁，通常在finally代码释放锁

 
5.使用局部变量实现线程同步 

   如果使用ThreadLocal管理变量，则每一个使用该变量的线程都获得该变量的副本，副本之间相互独立，这样每一个线程都可以随意修改自己的变量副本，而不会对其他线程产生影响。

    ThreadLocal 类的常用方法

 
    ThreadLocal() : 创建一个线程本地变量 
    get() : 返回此线程局部变量的当前线程副本中的值 
    initialValue() : 返回此线程局部变量的当前线程的"初始值" 
    set(T value) : 将此线程局部变量的当前线程副本中的值设置为value
 

    例如： 
        在上面例子基础上，修改后的代码为： 
        
    代码实例： 
    

/只改Bank类，其余代码与上同
public class Bank{
//使用ThreadLocal类管理共享变量account
private static ThreadLocal<Integer> account = new ThreadLocal<Integer>(){
@Override
protected Integer initialValue(){
return 100;
}
};
public void save(int money){
account.set(account.get()+money);
}
public int getAccount(){
return account.get();
}
}

   注：ThreadLocal与同步机制 

        a.ThreadLocal与同步机制都是为了解决多线程中相同变量的访问冲突问题。 
        b.前者采用以"空间换时间"的方法，后者采用以"时间换空间"的方式

2.HashMap的实现原理

1.   HashMap概述：

   HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用null值和null键。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。

 

2.  HashMap的数据结构：

   在java编程语言中，最基本的结构就是两种，一个是数组，另外一个是模拟指针（引用），所有的数据结构都可以用这两个基本结构来构造的，HashMap也不例外。HashMap实际上是一个“链表散列”的数据结构，即数组和链表的结合体。



从上图中可以看出，HashMap底层就是一个数组结构，数组中的每一项又是一个链表。当新建一个HashMap的时候，就会初始化一个数组。

/**
* The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.
*/
transient Entry[] table;

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final K key;
V value;
Entry<K,V> next;
final int hash;
……
}

可以看出，Entry就是数组中的元素，每个 Map.Entry 其实就是一个key-value对，它持有一个指向下一个元素的引用，这就构成了链表。

3.   HashMap的存取实现：

   

public V put(K key, V value) {
// HashMap允许存放null键和null值。
// 当key为null时，调用putForNullKey方法，将value放置在数组第一个位置。
if (key == null)
return putForNullKey(value);
// 根据key的keyCode重新计算hash值。
int hash = hash(key.hashCode());
// 搜索指定hash值在对应table中的索引。
int i = indexFor(hash, table.length);
// 如果 i 索引处的 Entry 不为 null，通过循环不断遍历 e 元素的下一个元素。
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
// 如果i索引处的Entry为null，表明此处还没有Entry。
modCount++;
// 将key、value添加到i索引处。
addEntry(hash, key, value, i);
return nul
126f7
l;
}

      从上面的源代码中可以看出：当我们往HashMap中put元素的时候，先根据key的hashCode重新计算hash值，根据hash值得到这个元素在数组中的位置（即下标），如果数组该位置上已经存放有其他元素了，那么在这个位置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。如果数组该位置上没有元素，就直接将该元素放到此数组中的该位置上。

4.HashMap、HashTable的区别，以及ConcurrentHashMap的了解

    HashTable的应用非常广泛，HashMap是新框架中用来代替HashTable的类，也就是说建议使用HashMap，不要使用HashTable。

　  1.HashTable的方法是同步的，HashMap未经同步，所以在多线程场合要手动同步HashMap这个区别就像Vector和ArrayList一样。

　  2.HashTable不允许null值(key和value都不可以),HashMap允许null值(key和value都可以)。

　  3.HashTable有一个contains(Object value)，功能和containsValue(Object value)功能一样。

　  4.HashTable使用Enumeration，HashMap使用Iterator。 以上只是表面的不同，它们的实现也有很大的不同。

　  5.HashTable中hash数组默认大小是11，增加的方式是old*2+1。HashMap中hash数组的默认大小是16，而且一定是2的指数。

    6.哈希值的使用不同，HashTable直接使用对象的hashCode，而HashMap重新计算hash值，而且用与代替求模。

  HashMap不是线程安全的，因此多线程操作时需要格外小心。在JDK1.5中，伟大的Doug Lea给我们带来了concurrent包，从此Map也有安全的ConcurrentHashMap。



从ConcurrentHashMap代码中可以看出，它引入了一个“分段锁”的概念，具体可以理解为把一个大的Map拆分成N个小的HashTable，根据key.hashCode()来决定把key放到哪个HashTable中。

在ConcurrentHashMap中，就是把Map分成了N个Segment，put和get的时候，都是现根据key.hashCode()算出放到哪个Segment中：



5.java的内存回收机制以及类的加载机制

在Java中，当没有对象引用指向原先分配给某个对象的内存时，该内存便成为垃圾。JVM的一个系统级线程会自动释放该内存块。垃圾收集意味着程序不再需要的对象是"无用信息"，这些信息将被丢弃。当一个对象不再被引用的时候，内存回收它占领的空间，以便空间被后来的新对象使用。事实上，除了释放没用的对象，垃圾收集也可以清除内存记录碎片。由于创建对象和垃圾收集器释放丢弃对象所占的内存空间，内存会出现碎片。碎片是分配给对象的内存块之间的空闲内存洞。碎片整理将所占用的堆内存移到堆的一端，JVM将整理出的内存分配给新的对象。 

垃圾收集能自动释放内存空间，减轻编程的负担。这使Java 虚拟机具有一些优点。首先，它能使编程效率提高。在没有垃圾收集机制的时候，可能要花许多时间来解决一个难懂的存储器问题。在用Java语言编程的时候，靠垃圾收集机制可大大缩短时间。其次是它保护程序的完整性, 垃圾收集是Java语言安全性策略的一个重要部份。 

垃圾收集的算法分析 

Java语言规范没有明确地说明JVM使用哪种垃圾回收算法，但是任何一种垃圾收集算法一般要做2件基本的事情：（1）发现无用信息对象；（2）回收被无用对象占用的内存空间，使该空间可被程序再次使用。 

大多数垃圾回收算法使用了根集(root set)这个概念；所谓根集就量正在执行的Java程序可以访问的引用变量的集合(包括局部变量、参数、类变量)，程序可以使用引用变量访问对象的属性和调用对象的方法。垃圾收集首选需要确定从根开始哪些是可达的和哪些是不可达的，从根集可达的对象都是活动对象，它们不能作为垃圾被回收，这也包括从根集间接可达的对象。而根集通过任意路径不可达的对象符合垃圾收集的条件，应该被回收。下面介绍几个常用的算法。 

1、  引用计数法(Reference Counting Collector) 

引用计数法是唯一没有使用根集的垃圾回收的法，该算法使用引用计数器来区分存活对象和不再使用的对象。一般来说，堆中的每个对象对应一个引用计数器。当每一次创建一个对象并赋给一个变量时，引用计数器置为1。当对象被赋给任意变量时，引用计数器每次加1当对象出了作用域后(该对象丢弃不再使用)，引用计数器减1，一旦引用计数器为0，对象就满足了垃圾收集的条件。 

基于引用计数器的垃圾收集器运行较快，不会长时间中断程序执行，适宜地必须 实时运行的程序。但引用计数器增加了程序执行的开销，因为每次对象赋给新的变量，计数器加1，而每次现有对象出了作用域生，计数器减1。 

2、tracing算法(Tracing Collector) 

tracing算法是为了解决引用计数法的问题而提出，它使用了根集的概念。基于tracing算法的垃圾收集器从根集开始扫描，识别出哪些对象可达，哪些对象不可达，并用某种方式标记可达对象，例如对每个可达对象设置一个或多个位。在扫描识别过程中，基于tracing算法的垃圾收集也称为标记和清除(mark-and-sweep)垃圾收集器. 

3、compacting算法(Compacting Collector) 

为了解决堆碎片问题，基于tracing的垃圾回收吸收了Compacting算法的思想，在清除的过程中，算法将所有的对象移到堆的一端，堆的另一端就变成了一个相邻的空闲内存区，收集器会对它移动的所有对象的所有引用进行更新，使得这些引用在新的位置能识别原来 的对象。在基于Compacting算法的收集器的实现中，一般增加句柄和句柄表。　　 

4、copying算法(Coping Collector) 

该算法的提出是为了克服句柄的开销和解决堆碎片的垃圾回收。它开始时把堆分成 一个对象 面和多个空闲面， 程序从对象面为对象分配空间，当对象满了，基于coping算法的垃圾 收集就从根集中扫描活动对象，并将每个 活动对象复制到空闲面(使得活动对象所占的内存之间没有空闲洞)，这样空闲面变成了对象面，原来的对象面变成了空闲面，程序会在新的对象面中分配内存。 

一种典型的基于coping算法的垃圾回收是stop-and-copy算法，它将堆分成对象面和空闲区域面，在对象面与空闲区域面的切换过程中，程序暂停执行。 

5、generation算法(Generational Collector) 
　　stop-and-copy垃圾收集器的一个缺陷是收集器必须复制所有的活动对象，这增加了程序等待时间，这是coping算法低效的原因。在程序设计中有这样的规律：多数对象存在的时间比较短，少数的存在时间比较长。因此，generation算法将堆分成两个或多个，每个子堆作为对象的一代(generation)。由于多数对象存在的时间比较短，随着程序丢弃不使用的对象，垃圾收集器将从最年轻的子堆中收集这些对象。在分代式的垃圾收集器运行后，上次运行存活下来的对象移到下一最高代的子堆中，由于老一代的子堆不会经常被回收，因而节省了时间。 

6、adaptive算法(Adaptive Collector) 

在特定的情况下，一些垃圾收集算法会优于其它算法。基于Adaptive算法的垃圾收集器就是监控当前堆的使用情况，并将选择适当算法的垃圾收集器。 

类加载机制

JVM的类加载是通过ClassLoader及其子类来完成的，类的层次关系和加载顺序可以由下图来描述：



1）Bootstrap ClassLoader

负责加载$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class，由C++实现，不是ClassLoader子类

2）Extension ClassLoader

负责加载java平台中扩展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目录下的jar包

3）App ClassLoader

负责记载classpath中指定的jar包及目录中class

4）Custom ClassLoader

    属于应用程序根据自身需要自定义的ClassLoader，如tomcat、jboss都会根据j2ee规范自行实现ClassLoader加载过程中会先检查类是否被已加载，检查顺序是自底向上，从Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐层检查，只要某个classloader已加载就视为已加载此类，保证此类只所有ClassLoader加载一次。而加载的顺序是自顶向下，也就是由上层来逐层尝试加载此类。
6.如何判断两个链表相交？

采用快慢指针方法，遍历两个表分别知道两个表的长度a, b。然后让长表先走|a-b|步后，短表再开始走，直到相同。时间复杂度为o(m+n)，具体的解决思路，可以看看这篇文章判断两个链表是否相交并找出交点

在写作本篇博客的时候，借鉴了很多同行的博客，在此感谢zhangshixi,xuefeng0707,小小中，南蛮虫等

我是kris，See you next time！！！
java笔记--关于线程同步（5种同步方式）

深入Java集合学习系列：HashMap的实现原理  （zhangshixi）

HashMap与ConcurrentHashMap的区别    (xuefeng0707)

HashTable 和 HashMap 的区别    (小小中)

java内存回收机制      （南蛮虫）

JVM原理讲解和调优