Java后台开发面试问题的总结

下面是我在准备面试过程中总结的一些问题
1.HashMap和HashTable有什么区别，一个比较简单的回答是：
1、HashMap是非线程安全的，HashTable是线程安全的。
2、HashMap的键和值都允许有null值存在，而HashTable则不行。
3、因为线程安全的问题，HashMap效率比HashTable的要高。
HashTable：
put方法加了同步锁synchronized，底层数组+链表实现，无论key还是value都不能为null，线程安全，实现线程安全的方式是在修改数据时锁住整个HashTable，效率低。
底层数组+链表实现，无论key还是value都不能为null，线程安全，实现线程安全的方式是在修改数据时锁住整个HashTable，效率低；
初始size为11，扩容：newsize = oldsize2+1
计算index的方法：index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length
HashMap：
非线程安全的原因
HashMap在put的时候，插入的元素超过了容量（由负载因子决定）的范围就会触发扩容操作，就是rehash，这个会重新将原数组的内容重新hash到新的扩容数组中，在多线程的环境下，存在同时其他的元素也在进行put操作，如果hash值相同，可能出现同时在同一数组下用链表表示，造成闭环，导致在get时会出现死循环，所以HashMap是线程不安全的。
底层数组+链表实现，可以存储null键和null值，线程不安全
初始size为16，扩容：newsize = oldsize2，size一定为2的n次幂
扩容针对整个Map，每次扩容时，原来数组中的元素依次重新计算存放位置，并重新插入
插入元素后才判断该不该扩容，有可能无效扩容（插入后如果扩容，如果没有再次插入，就会产生无效扩容）
当Map中元素总数超过Entry数组的75%，触发扩容操作，为了减少链表长度，元素分配更均匀
计算index方法：index = hash & (tab.length – 1)
HashMap的初始值还要考虑加载因子:
哈希冲突：若干Key的哈希值按数组大小取模后，如果落在同一个数组下标上，将组成一条Entry链，对Key的查找需要遍历Entry链上的每个元素执行equals()比较。
加载因子：为了降低哈希冲突的概率，默认当HashMap中的键值对达到数组大小的75%时，即会触发扩容。因此，如果预估容量是100，即需要设定100/0.75＝134的数组大小。
空间换时间：如果希望加快Key查找的时间，还可以进一步降低加载因子，加大初始大小，以降低哈希冲突的概率。
ConcurrentHashMap
不允许有空的key
底层采用分段的数组+链表实现，线程安全
通过把整个Map分为N个Segment，可以提供相同的线程安全，但是效率提升N倍，默认提升16倍。(读操作不加锁，由于HashEntry的value变量是 volatile的，也能保证读取到最新的值。)
Hashtable的synchronized是针对整张Hash表的，即每次锁住整张表让线程独占，ConcurrentHashMap允许多个修改操作并发进行，其关键在于使用了锁分离技术
有些方法需要跨段，比如size()和containsValue()，它们可能需要锁定整个表而而不仅仅是某个段，这需要按顺序锁定所有段，操作完毕后，又按顺序释放所有段的锁
扩容：段内扩容（段内元素超过该段对应Entry数组长度的75%触发扩容，不会对整个Map进行扩容），插入前检测需不需要扩容，有效避免无效扩容

从类图中可以看出来在存储结构中ConcurrentHashMap比HashMap多出了一个类Segment，而Segment是一个可重入锁。
ConcurrentHashMap是使用了锁分段技术来保证线程安全的。
锁分段技术：首先将数据分成一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问。
ConcurrentHashMap提供了与Hashtable和SynchronizedMap不同的锁机制。Hashtable中采用的锁机制是一次锁住整个hash表，从而在同一时刻只能由一个线程对其进行操作；而ConcurrentHashMap中则是一次锁住一个桶。
ConcurrentHashMap默认将hash表分为16个桶，诸如get、put、remove等常用操作只锁住当前需要用到的桶。这样，原来只能一个线程进入，现在却能同时有16个写线程执行，并发性能的提升是显而易见的。

2.进程通信方式，共享内存原理
共享内存是System V版本的最后一个进程间通信方式。共享内存，顾名思义就是允许两个不相关的进程访问同一个逻辑内存，共享内存是两个正在运行的进程之间共享和传递数据的一种非常有效的方式。在Linux中，每个进程都有属于自己的进程控制块（PCB）和地址空间（Addr Space），并且都有一个与之对应的页表，负责将进程的虚拟地址与物理地址进行映射，通过内存管理单元（MMU）进行管理。两个不同的虚拟地址通过页表映射到物理空间的同一区域，它们所指向的这块区域即共享内存。

3.TCP拥塞控制原理
为了防止cwnd增加过快而导致网络拥塞，所以需要设置一个慢开始门限ssthresh状态变量（我也不知道这个到底是什么，就认为他是一个拥塞控制的标识）,它的用法：
1.当cwnd < ssthresh,使用慢启动算法，
2.当cwnd > ssthresh,使用拥塞控制算法，停用慢启动算法。
3.当cwnd = ssthresh，这两个算法都可以。
拥塞避免的思路：是让cwnd缓慢的增加而不是加倍的增长，每经历过一次往返时间就使cwnd增加1，而不是加倍，这样使cwnd缓慢的增长，比慢启动要慢的多。
无论是慢启动算法还是拥塞避免算法，只要判断网络出现拥塞，就要把慢启动开始门限(ssthresh)设置为设置为发送窗口的一半（>=2），cwnd(拥塞窗口)设置为1，然后在使用慢启动算法，这样做的目的能迅速的减少主机向网络中传输数据，使发生拥塞的路由器能够把队列中堆积的分组处理完毕。拥塞窗口是按照线性的规律增长，比慢启动算法拥塞窗口增长快的多。
4.TCP可靠数据传输原理
TCP协议保证数据传输可靠性的方式主要有：
校验和
计算方式：在数据传输的过程中，将发送的数据段都当做一个16位的整数。将这些整数加起来。并且前面的进位不能丢弃，补在后面，最后取反，得到校验和。
发送方：在发送数据之前计算检验和，并进行校验和的填充。
接收方：收到数据后，对数据以同样的方式进行计算，求出校验和，与发送方的进行比对。
注意：如果接收方比对校验和与发送方不一致，那么数据一定传输有误。但是如果接收方比对校验和与发送方一致，数据不一定传输成功。
序列号
TCP传输时将每个字节的数据都进行了编号，这就是序列号。
确认应答
TCP传输的过程中，每次接收方收到数据后，都会对传输方进行确认应答。也就是发送ACK报文。这个ACK报文当中带有对应的确认序列号，告诉发送方，接收到了哪些数据，下一次的数据从哪里发。

超时重传
在进行TCP传输时，由于确认应答与序列号机制，也就是说发送方发送一部分数据后，都会等待接收方发送的ACK报文，并解析ACK报文，判断数据是否传输成功。如果发送方发送完数据后，迟迟没有等到接收方的ACK报文，这该怎么办呢？而没有收到ACK报文的原因可能是什么呢？
首先，发送方没有介绍到响应的ACK报文原因可能有两点：
数据在传输过程中由于网络原因等直接全体丢包，接收方根本没有接收到。
接收方接收到了响应的数据，但是发送的ACK报文响应却由于网络原因丢包了。
TCP在解决这个问题的时候引入了一个新的机制，叫做超时重传机制。简单理解就是发送方在发送完数据后等待一个时间，时间到达没有接收到ACK报文，那么对刚才发送的数据进行重新发送。如果是刚才第一个原因，接收方收到二次重发的数据后，便进行ACK应答。如果是第二个原因，接收方发现接收的数据已存在（判断存在的根据就是序列号，所以上面说序列号还有去除重复数据的作用），那么直接丢弃，仍旧发送ACK应答。
那么发送方发送完毕后等待的时间是多少呢？如果这个等待的时间过长，那么会影响TCP传输的整体效率，如果等待时间过短，又会导致频繁的发送重复的包。如何权衡？
由于TCP传输时保证能够在任何环境下都有一个高性能的通信，因此这个最大超时时间（也就是等待的时间）是动态计算的
连接管理
连接管理就是三次握手与四次挥手的过程
流量控制
接收端在接收到数据后，对其进行处理。如果发送端的发送速度太快，导致接收端的结束缓冲区很快的填充满了。此时如果发送端仍旧发送数据，那么接下来发送的数据都会丢包，继而导致丢包的一系列连锁反应，超时重传呀什么的。而TCP根据接收端对数据的处理能力，决定发送端的发送速度，这个机制就是流量控制。
拥塞控制
5.TCP与UDP的区别，各自的应用情景
TCP是面向连接的，UDP是无连接的；
TCP是可靠的，UDP是不可靠的；
TCP只支持点对点通信，UDP支持一对一、一对多、多对一、多对多的通信模式；
TCP是面向字节流的，UDP是面向报文的；
TCP有拥塞控制机制;UDP没有拥塞控制，适合媒体通信；
TCP首部开销(20个字节)比UDP的首部开销(8个字节)要大；
TCP应用场景：
效率要求相对低，但对准确性要求相对高的场景。因为传输中需要对数据确认、重发、排序等操作，相比之下效率没有UDP高。举几个例子：文件传输（准确高要求高、但是速度可以相对慢）、接受邮件、远程登录。
UDP应用场景：
效率要求相对高，对准确性要求相对低的场景。举几个例子：QQ聊天、在线视频、网络语音电话（即时通讯，速度要求高，但是出现偶尔断续不是太大问题，并且此处完全不可以使用重发机制）、广播通信（广播、多播）。
6.进程与线程的区别
进程是资源分配最小单位，线程是程序执行的最小单位；

进程有自己独立的地址空间，每启动一个进程，系统都会为其分配地址空间，建立数据表来维护代码段、堆栈段和数据段，线程没有独立的地址空间，它使用相同的地址空间共享数据；

CPU切换一个线程比切换进程花费小；

创建一个线程比进程开销小；

线程占用的资源要⽐进程少很多。

线程之间通信更方便，同一个进程下，线程共享全局变量，静态变量等数据，进程之间的通信需要以通信的方式（IPC）进行；（但多线程程序处理好同步与互斥是个难点）

多进程程序更安全，生命力更强，一个进程死掉不会对另一个进程造成影响（源于有独立的地址空间），多线程程序更不易维护，一个线程死掉，整个进程就死掉了（因为共享地址空间）；

进程对资源保护要求高，开销大，效率相对较低，线程资源保护要求不高，但开销小，效率高，可频繁切换；

7.物理地址与逻辑地址的概念，换算关系
逻辑地址（Logical Address） 是指由程序产生的与段相关的偏移地址部分。
例如，你在进行C语言指针编程中，可以读取指针变量本身值(&操作)，实际上这个值就是逻辑地址，它是相对于你当前进程数据段的地址，不和绝对物理地址相干。
物理地址（Physical Address） 是指出现在CPU外部地址总线上的寻址物理内存的地址信号，是地址变换的最终结果地址。
8.java创建线程的四种方式
1）继承Thread类创建线程
通过继承Thread类来创建并启动多线程的一般步骤如下
1】d定义Thread类的子类，并重写该类的run()方法，该方法的方法体就是线程需要完成的任务，run()方法也称为线程执行体。
2】创建Thread子类的实例，也就是创建了线程对象
3】启动线程，即调用线程的start()方法

2）实现Runnable接口创建线程
通过实现Runnable接口创建并启动线程一般步骤如下：
1】定义Runnable接口的实现类，一样要重写run()方法，这个run（）方法和Thread中的run()方法一样是线程的执行体
2】创建Runnable实现类的实例，并用这个实例作为Thread的target来创建Thread对象，这个Thread对象才是真正的线程对象
3】第三部依然是通过调用线程对象的start()方法来启动线程

3）使用Callable和Future创建线程
1】创建Callable接口的实现类，并实现call()方法，然后创建该实现类的实例（从java8开始可以直接使用Lambda表达式创建Callable对象）。
2】使用FutureTask类来包装Callable对象，该FutureTask对象封装了Callable对象的call()方法的返回值
3】使用FutureTask对象作为Thread对象的target创建并启动线程（因为FutureTask实现了Runnable接口）
4】调用FutureTask对象的get()方法来获得子线程执行结束后的返回值

4）使用线程池例如用Executor框架
9.数据库的锁机制
锁的分类
乐观锁
悲观锁
共享锁
排他锁
行锁
死锁
10.
select

select：是最初解决IO阻塞问题的方法。用结构体fd_set来告诉内核监听多个文件描述符，该结构体被称为描述符集。由数组来维持哪些描述符被置位了。对结构体的操作封装在三个宏定义中。通过轮寻来查找是否有描述符要被处理。

存在的问题：

内置数组的形式使得select的最大文件数受限与FD_SIZE；

每次调用select前都要重新初始化描述符集，将fd从用户态拷贝到内核态，每次调用select后，都需要将fd从内核态拷贝到用户态；

轮寻排查当文件描述符个数很多时，效率很低；

3、poll

poll：通过一个可变长度的数组解决了select文件描述符受限的问题。数组中元素是结构体，该结构体保存描述符的信息，每增加一个文件描述符就向数组中加入一个结构体，结构体只需要拷贝一次到内核态。poll解决了select重复初始化的问题。轮寻排查的问题未解决。

4、epoll

epoll：轮寻排查所有文件描述符的效率不高，使服务器并发能力受限。因此，epoll采用只返回状态发生变化的文件描述符，便解决了轮寻的瓶颈。

epoll对文件描述符的操作有两种模式：LT（level trigger）和ET（edge trigger）。LT模式是默认模式

11.同步和异步
如果数据将在线程间共享。例如正在写的数据以后可能被另一个线程读到，或者正在读的数据可能已经被另一个线程写过了，那么这些数据就是共享数据，必须进行同步存取。当应用程序在对象上调用了一个需要花费很长时间来执行的方法，并且不希望让程序等待方法的返回时，就应该使用异步编程，在很多情况下采用异步途径往往更有效率。
12.TCP 的三次握手
TCP是主机对主机层的传输控制协议，提供可靠的连接服务，采用三次握手确认建立一个连接：
位码即tcp标志位，有6种标示：SYN(synchronous建立联机) ACK(acknowledgement 确认) PSH(push传送) FIN(finish结束) RST(reset重置) URG(urgent紧急)Sequence number(顺序号码) Acknowledge number(确认号码)

假设 A 为客户端，B 为服务器端。
首先 B 处于 LISTEN（监听）状态，等待客户的连接请求。
A 向 B 发送连接请求报文，SYN=1，ACK=0，选择一个初始的序号 x。
B 收到连接请求报文，如果同意建立连接，则向 A 发送连接确认报文，SYN=1，ACK=1，确认号为 x+1，同时也选择一个初始的序号 y。
A 收到 B 的连接确认报文后，还要向 B 发出确认，确认号为 y+1，序号为 x+1。
B 收到 A 的确认后，连接建立。

三次握手的原因
第三次握手是为了防止失效的连接请求到达服务器，让服务器错误打开连接。
客户端发送的连接请求如果在网络中滞留，那么就会隔很长一段时间才能收到服务器端发回的连接确认。客户端等待一个超时重传时间之后，就会重新请求连接。但是这个滞留的连接请求最后还是会到达服务器，如果不进行三次握手，那么服务器就会打开两个连接。如果有第三次握手，客户端会忽略服务器之后发送的对滞留连接请求的连接确认，不进行第三次握手，因此就不会再次打开连接。
TCP 的四次挥手
以下描述不讨论序号和确认号，因为序号和确认号的规则比较简单。并且不讨论 ACK，因为 ACK 在连接建立之后都为 1。
A 发送连接释放报文，FIN=1。
B 收到之后发出确认，此时 TCP 属于半关闭状态，B 能向 A 发送数据但是 A 不能向 B 发送数据。
当 B 不再需要连接时，发送连接释放报文，FIN=1。
A 收到后发出确认，进入 TIME-WAIT 状态，等待 2 MSL（最大报文存活时间）后释放连接。
B 收到 A 的确认后释放连接。
四次挥手的原因
客户端发送了 FIN 连接释放报文之后，服务器收到了这个报文，就进入了 CLOSE-WAIT 状态。这个状态是为了让服务器端发送还未传送完毕的数据，传送完毕之后，服务器会发送 FIN 连接释放报文。
13.Java String类为什么是final的？
1.为了实现字符串池
2.为了线程安全
3.为了实现String可以创建HashCode不可变性
首先你要理解final的用途，在分析String为什么要用final修饰，final可以修饰类，方法和变量，并且被修饰的类或方法，被final修饰的类不能被继承，即它不能拥有自己的子类，被final修饰的方法不能被重写， final修饰的变量，无论是类属性、对象属性、形参还是局部变量，都需要进行初始化操作。虽然final代表了不可变，但仅仅是引用地址不可变，并不代表了数组本身不会变
那么为什么保证String不可变呢,因为只有当字符串是不可变的，字符串池才有可能实现。字符串池的实现可以在运行时节约很多heap空间，因为不同的字符串变量都指向池中的同一个字符串。但如果字符串是可变的，那么String interning将不能实现，因为这样的话，如果变量改变了它的值，那么其它指向这个值的变量的值也会一起改变。
如果字符串是可变的，那么会引起很严重的安全问题。譬如，数据库的用户名、密码都是以字符串的形式传入来获得数据库的连接，或者在socket编程中，主机名和端口都是以字符串的形式传入。因为字符串是不可变的，所以它的值是不可改变的，否则黑客们可以钻到空子，改变字符串指向的对象的值，造成安全漏洞。
因为字符串是不可变的，所以是多线程安全的，同一个字符串实例可以被多个线程共享。这样便不用因为线程安全问题而使用同步。字符串自己便是线程安全的
因为字符串是不可变的，所以在它创建的时候HashCode就被缓存了，不需要重新计算。这就使得字符串很适合作为Map中的键，字符串的处理速度要快过其它的键对象。这就是HashMap中的键往往都使用字符串。

14.一致性哈希
15.hashcode与equals方法

16.JDBC操作数据库的步骤 ？
1.注册数据库驱动。
2.建立数据库连接。
3.创建一个Statement。
4.执行SQL语句。
5.处理结果集。
6.关闭数据库连接
17.抽象类和接口
抽象类就是用abstract修饰的类，抽象类不能有对象，不能实例化，抽象类的存在就是被继承的，继承抽象类之后必须要重写抽象类中的抽象方法，在java中类只支持单继承
接口与抽象类很类似，接口对外只提供一些功能的声明，用interface修饰，这里只能说实现接口而不能说继承接口，一个类可以实现多个接口，接口中的所有属性默认为final，所有方法默认为abstract
1、一个类可以实现多个接口，但是却只能继承最多一个抽象类；
2、抽象类可以包含具体的方法，接口的所有方法都是抽象的；
3、抽象类可以声明和使用字段；接口则不能，但接口可以创静态的final常量；
4、接口的方法都是public的，抽象类的方法可以使public,private,protecte或者是默认的packag；
5、抽象类可以定义构造函数，但是接口不行。
18.Spring的IOC和AOP
IOC控制反转，简单点说，就是创建对象的控制权，被反转到了Spring框架上。通常，我们实例化一个对象时，都是使用类的构造方法来new一个对象，这个过程是由我们自己来控制的，而控制反转就把new对象的工作交给了Spring容器。
面向切面编程（AOP）就是纵向的编程。比如业务A和业务B现在需要一个相同的操作，传统方法我们可能需要在A、B中都加入相关操作代码，而应用AOP就可以只写一遍代码，A、B共用这段代码。并且，当A、B需要增加新的操作时，可以在不改动原代码的情况下，灵活添加新的业务逻辑实现。
在实际开发中，比如商品查询、促销查询等业务，都需要记录日志、异常处理等操作，AOP把所有共用代码都剥离出来，单独放置到某个类中进行集中管理，在具体运行时，由容器进行动态织入这些公共代码。
19.SpringMVC的流程？
（1）用户发送请求至前端控制器DispatcherServlet；
（2） DispatcherServlet收到请求后，调用HandlerMapping处理器映射器，请求获取Handle；
（3）处理器映射器根据请求url找到具体的处理器，生成处理器对象及处理器拦截器(如果有则生成)一并返回给DispatcherServlet；
（4）DispatcherServlet 调用 HandlerAdapter处理器适配器；
（5）HandlerAdapter 经过适配调用 具体处理器(Handler，也叫后端控制器)；
（6）Handler执行完成返回ModelAndView；
（7）HandlerAdapter将Handler执行结果ModelAndView返回给DispatcherServlet；
（8）DispatcherServlet将ModelAndView传给ViewResolver视图解析器进行解析；
（9）ViewResolver解析后返回具体View；
（10）DispatcherServlet对View进行渲染视图（即将模型数据填充至视图中）
（11）DispatcherServlet响应用户。
20.反射机制的定义：
是在运行状态中，对于任意的一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法，对任意一个对象都能够通过反射机制调用一个类的任意方法，这种动态获取类信息及动态调用类对象方法的功能称为java的反射机制。

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