1. Java基础

一、Java

1.1语言特性

1.1.1类继承

1.1.2泛型

1.1.3多线程

syni

volatie

TLAB：全程时Thread Local Allocation Buffer即线程本地分配缓存，是一个线程专用的内存分配区域，是为了加速对象分配而生的，每一个线程都会产生一个TLAB，该线程独享的工作区域，java虚拟机使用这种TLAB区来避免多线程冲突问题，提高了对象分配的效率。TLAB空间一般不会太大，当大对象无法在TLAB分配时，则会直接分配在内存上。

• 实现方式
  • 1.继承Thread类，重写run函数
  • 2.实现runnable接口，重写run函数
  • 3.实现callble接口，重写call函数
• 区别
  • 1.Runable可以提交给Thread来包装，直接启动到一个线程来执行，而Ca而Callable是交给ExecuteService来执行的
  • 2.Callable任务执行后可以返回值，而Runnable不能返回值
  • 3.Callable可以拿到一个Future对象，表示异步执行计算的结果。
• 线程池-> Executor提供四种线程池
  • 1.newCachedThreadPool通用缓存，灵活回收空间空闲缓存
  • 2.newFixThreadPool定义线程池，超出线程池在队列中等待
  • 3.newSingleThreadPool单线程线程池，保证指定顺序FIFO，LIFO，优先
  • 4.newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。

1.1.4反射

Class类
Class.forName("类的全称")

• 不仅代表了类的类型，还代表了动态加载类
• 编译时刻加载类是静态加载类，运行时刻加载类是动态加载类

1.1.5序列化

1.1.6封装类

1.1.7引用

• 强引用：new一个Object存放在堆内存，然后用一个引用指向它，这就是引用。如果一个对象具有强引用，那垃圾回收器不会回收它，当内存空间不足时，Java虚拟机会抛出OutOfMemoryError错误，使程序异常终止，而不会随意回收具有强引用的对象来解决内存不足的问题。
• 弱引用：如果一个对象只具有软引用，则内存空间足够时，垃圾回收器不会回收它，如果内存空间不足时，就会回收这些对象，只要垃圾回收器没有回收只具有软引用的对象，改对象就可以被程序所使用，软引用可以用来实现内存敏感的高速缓存。
• 软引用：只具有软引用拥有更短的生命周期，每次执行GC时，一旦发现了只具有软引用的对象，不管当前内存足够与否，都会回收内存。不过由于回收器是一个优先级很低的线程，因此不一定会很快发现只具有软引用的对象
• 幻影引用（虚引用）：虚引用并不会决定对象的生命周期，如果一个对象仅持有虚引用，在任何时刻都可能会被垃圾回收器回收，虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。

1.2类库

1.2.1集合

java中集合为value,key-value两种，存储的又分为List,Set，

1. List是有序的，可重复的
2. Set是无序的不可重复的，根据equals和hashcode判断，如果要用contain判断对象是否存在set中必须重写hashcode方法

存key-value为map

1. ArrayList跟LinkedList的区别：ArrayList底层实现的是数组，LinkedList底层实现的是链表
2. HashMap跟HashTable的区别：1.HashMap跟HashTable都可以用key-value存储数据，2.hashMap允许把null作为key或者value,HashTable不可以。3.HashMap是线程不安全的，效率高，HashTable是线程安全的，效率低。

1.2.2流

IO/NIO
IO类型

• 同步阻塞
• 同步非阻塞
• 基于信号
• 多路复用
• 异步IO

二、JVM

• 类加载子系统：负责从文件系统中或者网络中加载Class信息，加载的信息存放在一块称为方法区的内存空间

• 方法区：就是存放类信息、常量信息、常量池信息、包括字符串字面量和数字常量等。

• Java堆：在Java虚拟机中启动的时候建立java堆，他是java程序最主要的内存工作区域，几乎所有的对象实例都存放在java堆中，java堆是所有线程共享的。

• 直接内存：Java的NIO库允许java程序使用直接内存，从而提高性能，通常直接内存速度会优于java堆，读写频繁的场合会考虑使用。

• java栈：每个虚拟线程都会有一个私有的栈，一个线程的java栈在线程创建的时候会被创建，java栈中保存着局部变量、方法参数，同时java方法的调用、返回值等。

• 本地方法栈：基本与java栈一致，最大的区别是，本地方法用于本地方法调用，java虚拟机允许java直接调用本地方法，通常使用c语言编写

• 垃圾回收系统：是java的核心，java有一套自己进行垃圾清理的机制

• PC寄存器是每个线程私有的空间，java虚拟机会为每个线程创建PC寄存器，在任意时刻，一个java线程总是在执行一个方法，这个方法被成为当前方法，如果当前方法不是本地方法，PC寄存器就会执行当前正在被执行的指令，如果是本地方法，则PC寄存器的值为undefined,寄存器存放当前执行环境指针，程序计数器，操作栈指针，计算变量指针等信息。

• 执行引擎：负责执行虚拟机的字节码，一般先编译成机器码，在执行。

  
  jvm结构.png

2.1. 类加载子系统

负责从文件系统中或者网络中加载Class信息，加载的信息存放在一块称为方法区的内存空间

---

双亲委派
OSGI

java对象生命周期

• 创建阶段
• 应用阶段
• 不可见阶段
• 不可达阶段
• 收集阶段
• 终结阶段
• 对象重新分配阶段

2.2. java堆

在Java虚拟机中启动的时候建立java堆，他是java程序最主要的内存工作区域，几乎所有的对象实例都存放在java堆中，java堆是所有线程共享的。

---

java堆是java应用程序关系最密切的内存空间，几乎所有对象都是存放在其中的，并且java堆完全是自动化管理的，通过垃圾回收机制，垃圾对象会自动清理，不需要显示地释放。
根据垃圾回收机制不同，java堆可能拥有不同的结构，最为常见的就是将整个java堆分为新生代和老年代。其中新生代存放着新生对象或者年龄不大的对象，老年代则存放老年对象。

新生代分为eden区、s0区、s1区，其中s0和s1区经常被称为from，to区，他们是两块大小相等，并且可以互换角色的空间。

绝大多数情况下，对象首先分配在eden区，在一次新生代回收之后，如果对象还活着，则进入s0 或者 s1区，之后每经过一次垃圾回收，如果对象还存活，则他的年龄就增加1，当对象达到一定年龄之后，则进入老年代。

2.3. java栈

每个虚拟线程都会有一个私有的栈，一个线程的java栈在线程创建的时候会被创建，java栈中保存着局部变量、方法参数，同时java方法的调用、返回值等。

---

Java栈是一块线程私有的内存空间，一个栈，一般由三个部分组成：局部变量表、操作数栈、帧数据区。

• 局部变量表：用于报错函数的参数和局部变量
• 操作数栈： 主要保存计算过程的中间结果，同时作为计算过程中变量的临时存储空间。
• 帧数据区：java栈需要一些数据来支持常量池的解析，这些帧数据区保存着访问常量池的指针，方便程序访问常量池，另外，当函数返回或出现异常时，虚拟机必须有一个异常处理表，方便发送异常的时候找到异常的代码，因此异常处理表也是帧数据区的一部分。

2.4. 方法区

就是存放类信息、常量信息、常量池信息、包括字符串字面量和数字常量等。

---

java方法区和堆一样，方法区是一块所有线程共享的内存区域，它保存系统的类信息，比如类的字段、方法、常量等。方法区的大小决定了系统可以保存多少类，如果系统定义了太多的类，导致方法区溢出，虚拟机同样会抛出内存溢出的错误，方法区可以理解为永久区（Perm java1.8已移除）

2.5. 垃圾回收器

是java的核心，java有一套自己进行垃圾清理的机制

---

JVM结构、GC工作机制详解，GC有两点：

• 1.GC是负责回收所有无任何引用对象的内存空间。垃圾回收的是无任何引用的对象占据的内存空间而不是对象本身。
• 2.GC回收机制的两种算法
  • a.引用计数法
  • b.可达性分析算法

2.4.1 垃圾回收算法

1. 引用计数法：这是一个比较经典的垃圾回收算法，其核心是在对象被其他所引用时计数器加1，而当引用失效的时候减1，有个严重的问题：无法处理循环引用的情况，还有就是每次进行加减操作比较浪费系统性能。

2. 标记清除法：分为标记和清除两个阶段进行处理内存中的对象，这个方法有个很大的弊端，就是空间碎片的问题，垃圾回收后，空间不是连续的，不连续的内存空间工作效率会低于连续的内存空间。

3. 复制算法：其核心是将内存空间分为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时，将正在使用的内存中存留的对象复制到未使用的内存块中，之后去清除之前正在使用的内存块中所有的对象，反复去交换两个内存角色，完成垃圾收集。（java新生代的from to 就是使用这个算法。）

4. 压缩标记法：压缩标记法在标记清除法基础上做了优化，把存活的对象压缩到内存一端，而后进行垃圾清理（java老年代使用的就是这个算法）

5. 分代算法：就是根据对象特点把内存分为N块，而后根据每个内存特点使用不同的算法，对于新生代老年代来讲，新生代回收频率很高，但是每次回收耗时很短，而老年代回收频率较低，但是耗时较长，所以应该尽量减少老年代的GC。（体现新生代老年代）

6. 分区算法：将整个内存分为N个小的空间，每个小空间都可独立使用，这样细粒度的控制一次回收小空间，而不是对整个空间进行GC，从而提升性能，并减少GC停顿时间。（1.7以后新提出）

2.4.2 垃圾回收器

在java虚拟机中垃圾回收器不仅仅只有一种，什么情况下使用哪一种，对性能又有什么影响，都是我们应该了解的

---

1. 串行垃圾回收器（serial）

是指单线程进行垃圾回收的回收器，每次回收时，串行回收器只有一个工作线程，对于并行能力较弱的计算机来说，串行回收器的专注性和独占性拥有更好的性能表现。串行回收器可以在新生代和老年代使用，根据作用于不同的堆空间，分为新生代串行回收器和老年代串行回收器。

2. 并行垃圾回收器（ParNew）

在串行回收器的基础上进行了优化，他可以使用多个线程同时进行垃圾回收，对于性能较强的计算机而言，可以有效的缩短垃圾回收所需的实际时间。
ParNew回收器是一个工作在新生代的垃圾回收器，他只是简单的将串行回收器多线程化，回收策略和算法跟串行回收器一样。

新生代ParallerGC回收器，使用了复制算法的收集器：也是多线程独占形式的收集器，但ParallerGC有个非常重要的特点，就是它非常关注系统的吞吐量。(1.8默认)

老年代ParallerOldGC回收器也是一种多线程回收器，和新生代ParallerGC回收器一样，也是一种关注吞吐量的回收器，它是使用标记压缩算法进行实现。

3. CMS回收器

CMS全称是Concurrent Mark Sweep是并发标记清除，使用的是标记清除算法，主要关注系统停顿时间。
CMS并不是独占的回收器，也就是说CMS回收的时候，应用程序仍在不停工作，又会有新的垃圾产生。

4. G1回收器

G1回收器（Garbage-First）是在jdk1.7提出的垃圾回收器，长期目标来看是为了替代CMS回收器，G1回收器拥有独特的垃圾回收策略，G1回收器属于分代垃圾回收器，区分新生代和老年代，依然有eden和from/to区，并不要求整个eden区或者新生代、老年代空间都连续，它使用了分区算法。（1.9默认）

• 并行性： G1回收期间可以多线程同时工作。
• 并发性： G1拥有与应用程序交替执行的能力，部分工作可与应用程序执行，在整个GC期间不会完全阻塞应用程序。
• 分代GC:G1依然是一个分代的收集器，但是它是兼顾新生代老年代一起工作的，之前的垃圾收集器往往在新生代工作或者在老年代使用，因此这是一个很大的不同。
• 空间整理：G1在回收过程中，不会像CMS那样若干次GC工作后，需要进行碎片整理，G1使用了有效复制对象的方式，减少空间碎片。
• 可预见性：由于分区的原因，G1可以只选取部分区域进行回收，缩小了回收的范围，提升了性能。

2.4.3 常见问题

垃圾回收时的停顿现象：
垃圾回收器的任务是识别和回收垃圾对象进行内存清理，为了让垃圾回收器可以搞笑的执行，大部分情况下，会要求系统进入一个停顿的状态，停顿的目的是终止所有的线程，这样系统才不会有新的垃圾产生，同时停顿保证了系统在某一瞬间的一致性，也有益于更好的标记垃圾对象，因此在垃圾回收时，都会产生应用程序的停顿。

2.6. 本地方法栈

基本与java栈一致，最大的区别是，本地方法用于本地方法调用，java虚拟机允许java直接调用本地方法，通常使用c语言编写

---

2.7.直接内存

Java的NIO库允许java程序使用直接内存，从而提高性能，通常直接内存速度会优于java堆，读写频繁的场合会考虑使用。

---

直接内存也是java程序中非常重要的组成部分，特别广泛应用在NIO中，直接内存跳过了Java堆，使java程序可以直接访问原生堆空间，因此在一定程度上加快了内存访问速度。

2.8.PC寄存器

PC寄存器是每个线程私有的空间，java虚拟机会为每个线程创建PC寄存器，在任意时刻，一个java线程总是在执行一个方法，这个方法被成为当前方法，如果当前方法不是本地方法，PC寄存器就会执行当前正在被执行的指令，如果是本地方法，则PC寄存器的值为undefined,寄存器存放当前执行环境指针，程序计数器，操作栈指针，计算变量指针等信息。

---

2.9.执行引擎

负责执行虚拟机的字节码，一般先编译成机器码，在执行。

---

三、目录

目录
下一篇：2. 设计模式与架构