Java SE 之 String 、 Object 類的基本方法 和 集合 丨【奔跑吧！JAVA】（java培訓學校）

一、STRING 和 Object 類的基本方法

1. STRING 類常用的方法

2. Object 類常用的方法

Object類有11個成員方法，加上一個構造方法。下面分別簡介一下這些方法。

(1)public final native Class getClass()//native方法，用于返回當前運行時對象的Class對象，使用了final關鍵字修飾，故不允許子類重寫。

(2)public native int hashCode()//native方法，用于返回對象的哈希碼，主要使用在哈希表中，比如 JDK中的HashMap。

(3)public boolean equals(Object obj)//用于比較2個對象的內存地址是否相等，String類對該方法進行了重寫,用戶比較字符串的值是否相等。

(4)protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException//naitive方法，用于創建并返回當前對象的一份拷貝。一般情況下，對于任何對象x，表達式x.clone()!=x為true, x.clone().getClass()==x.getClass()為true。Object本身沒有實現Cloneable接口，所以不重寫clone方法
并且進行調用的話會發生CloneNotSupportedException異常。

(5)public String toString(//返回類的名字@實例的哈希碼的16進制的字符串。建議Object所有的子類都重寫這個方法。

(6)public final native void notify()//native方法，并且不能重寫。喚醒一個在此對象監視器上等待的線程(監視器相當于就是鎖的概念)。如果有多個線程在等待只會任意喚醒一個。

(7)public final native void notifyAll()//native方法，并且不能重寫。跟notify一樣,唯一的區別就是會喚醒在此對象監視器上等待的所有線程，而不是一個線程。

(8)public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException//native方法，并且不能重寫。暫停線程的執行。注意: sleep方法沒有釋放鎖，而wait方法釋放了鎖。timeout是等待時間。

(9)public final void wait(long timeout,int nanos) throws InterruptedException/l多了nanos 參數，這個參數表示額外時間（以毫微秒為單位，范圍是0-999999)。所以超時的時間還需要加上nanos毫秒。

(10)public final void wait()throws InterruptedException//跟之前的2個wait方法一樣,只不過該方法一直等待,沒有超時時間這個概念

(11)protected void finalize() throws Throwable { //實例被垃圾回收器回收的時候觸發的操作

三、常見面試題

1? String . StringBuilder . StringBuffer 的區別?

Java平臺提供了兩種類型的字符串: String 和 StringBuffer/StringBuilder，它們都可以儲存和操作字符串，區別如下。

1) String 是只讀字符串,也就意味著String 引用的字符串內容是不能被改變的。初學者可能會有這樣的誤解:

1.String str ="abc";

2. str =“bcd";

如上，字符串str明明是可以改變的呀!其實不然，str僅僅是一個引用對象，它指向一個字符串對象"abc"。第二行代碼的含義是讓 str 重新指向了一個新的字符串"bcd"對象，而"abc"對象并沒有任何改變，只不過該對象已經成為一個不可及對象罷了。

2)StringBuffer/StringBuilder表示的字符串對象可以直接進行修改。

3) StringBuilder是Java5中引入的，它和StringBuffer 的方法完全相同，區別在于它是在單線程環境下使用的，因為它的所有方法都沒有被synchronized 修飾，因此它的效率理論上也比StringBuffer要高。

2? equals()與==的區別

基本類型(int,char,long,boolean等）都是用==判斷相等性。對象引用的話，判斷引用所指的對象是否是同一個。equals是Object 的成員函數，默認是使用==，都是比較地址值。但一般的類會覆蓋(override)這個方法.用于判斷對象的等價性。例如 String類，兩個引用所指向的String 都是"abc"，但可能出現他們實際對應的對象并不是同一個(和jyvm 實現方式有關)，因此用判斷他們可能不相等，但用equals判斷一定是相等的。

3? 是否可以繼承String類?

String類是final修飾的類，故不可以繼承。

拓展，String為什么要用final修飾?

答:為了安全和效率。

因為只有當字符串是不可變的，字符串池才有可能實現。字符串池的實現可以在運行時節約很多heap空間，因為不同的字符串變量都指向池中的同一個字符串。但如果字符串是可變的，那么String interning將不能實現，因為這樣的話，如果變量改變了它的值，那么其它指向這個值的變量的值也會一起改變。

如果字符串是可變的，那么會引起很嚴重的安全問題。譬如，數據庫的用戶名、密碼都是以字符串的形式傳入來獲得數據庫的連接，或者在socket編程中，主機名和端口都是以字符串的形式傳入。因為字符串是不可變的，所以它的值是不可改變的，否則黑客們可以鉆到空子，改變字符串指向的對象的值，造成安全漏洞。

因為字符串是不可變的，所以是多線程安全的，同一個字符串實例可以被多個線程共享。這樣便不用因為線程安全問題而使用同步。字符串自己便是線程安全的。

因為字符串是不可變的，所以在它創建的時候HashCode就被緩存了，不需要重新計算。這就使得字符串很適合作為Map 中的鍵，字符串的處理速度要快過其它的鍵對象。這就是HashMap中的鍵往往都使用字符串。

二、集合

1.掌握Collection和Map的繼承體系。

鏈表

鏈表是一種物理上非連續,非順序的存儲結構,數據元素之間的順序是通過每個元素的指針關聯的

鏈表有一系列節點組成,每個節點一般至少會包含兩部分的信息:

1．元素數據

2．指向下一個元素的指針

鏈表分類:

1．單向鏈表和雙向鏈表

2．靜態鏈表(數組實現),動態鏈表(指針)

鏈表的操作:創建,插入,刪除,輸出

鏈表的特點:

1．物理空間不連續,空間開銷更大

2．在運行時可以動態添加

3．查找元素需要順序查找

2. 常見面試題

(1)ArrayList和 LinkList的區別

ArrayList（數組結構)︰

優點: get和set調用花費常數時間，也就是查詢的速度快;

缺點∶新項的插入和現有項的刪除代價昂貴，也就是添加刪除的速度慢

LinkedList(鏈表結構)︰

優點:新項的插入和和現有項的刪除開銷很小，即添加和刪除的速度快

缺點:對get和set的調用花費昂貴，不適合做查詢

面試中經常問到一些深入的東西，比如︰

1．是否保證線程安全:ArrayList和 LinkedList 都是不同步的，也就是不保證線程安全;

2.? ?底層數據結構:Arraylist底層使用的是Object 數組; LinkedList底層使用的是雙向循環鏈表數據結構;

3.? ?插入和刪除是否受元素位置的影響:

①. ArrayList 采用數組存儲．所以插入和刪除元素的時間復雜度受元素位置的影響。比如:執行add(E e)方法的時候, ArrayList 會默認在將指定的元素追加到此列表的末尾，這種情況時間復雜度就是O(1)。但是如果要在指定位置i插入和刪除元素的話（add(int index,E element)）時間復雜度就為O(n-i)。因為在進行上述操作的時候集合中第 i 和第 i 個元素之后的(n-i)個元素都要執行向后位/向前移一位的操作。

②.LinkedList采用鏈表存儲，所以插入，刪除元素時間復雜度不受元素位置的影響，都是近似 O(1)而數組為近似 O(n)。

4.是否支持快速隨機訪問:LinkedList 不支持高效的隨機元素訪問，而ArrayList實現了RandmoAccess接口，所以有隨機訪問功能?？焖匐S機訪問就是通過元素的序號快速獲取元素對象(對應于get(int index)方法)。

5.內存空間占用:ArrayList 的空間浪費主要體現在在list列表的結尾會預留一定的容量空間,而LinkedList的空間花費則體現在它的每一個元素都需要消耗比 ArrayList 更多的空間(因為要存放直接后繼和直接前驅以及數據)。

(2)HashMap底層原理

HashMap實際上是一個"鏈表散列"的數據結構，即數組和鏈表的結合體。這是 jdk8之前的實現方式，但是在JDK8后對 HashMap進行了底層優化,改為了由數組+鏈表+紅黑樹實現,主要的目的是提高查找效率。

HashMap的主結構類似于一個數組,添加值時通過key確定儲存位置.

每個位置是一個Entry的數據結構,該結構可組成鏈表.當發生沖突時,相同hash值的鍵值對會組成鏈表.這種數組+鏈表的組合形式大部分情況下都能有不錯的性能效果,Java6、7就是這樣設計的.

然而,在極端情況下，一組(比如經過精心設計的)鍵值對都發生了沖突，這時的哈希結構就會退化成一個鏈表，使HashMap 性能急劇下降.

所以在Java8中,HashMap的結構實現變為數組+鏈表+紅黑樹

可以看出,HashMap底層就是一個數組結構。

數組中的每一項又是一個鏈表．當新建一個HashMap時,就會初始化一個數組.

簡單地說,HashMap 在底層將key-value 當成一個整體進行處理,這個整體就是一個Entry對象。HsahMap底層采用一個Entry[] 數組來保存所有的 key-value 對，當需要存儲一個 Entry 對象時，會根據hash 算法來決定其在數組的存儲位置，在根據equals 方法決定其在該數組位置上的鏈表中的存儲位置；當需要取出一個Entry 時，也會根據hash算法找到其在數組中的存儲位置，再根據equals 方法從該位置上的鏈表中取出該 Entry。

3)HashMap 的put()和get()原理

1)java7及以前:

get()方法

首先判斷輸入的key是否為空,如果為空,從hashmap數組下標為0的位置獲取值返回。如果不為空,根據key的值,從 hashmap數組中獲取對應的entry對象,判斷這個對象是否為空,為空返回null,不為空返回對應的value值，獲取 value的方法中 key為空和不為空時的方法里都先判斷數組中的元素是否為0 ,如果不為0,才繼續查找

put()方法

調用put方法的時候首先判斷hashmap 數組是否為空數組

如果為空,進行初始化,判斷 key的值是否是null,如果是null,把對應的 value值存進數組中下標為0的位置,計算key的 hash值,并計算出下標,遍歷下標對應的鏈表,匹配 hash值和key 的值,如果存在,則覆蓋,返回舊值，如果不存在,新添加一個,返回null

最后判斷數組大小，是否擴容

2) java8 get()方法

對輸入的key的值計算hash值，

首先判斷hashmap中的數組是否為空和數組的長度是否為0,如果為空和為0,則直接放回null

如果不為空和0,計算 key對應的數組下標,判斷對應位置上的第一個node是否滿足條件,如果滿足條件,直接返回

如果不滿足條件,判斷當前node是否是最后一個,如果是,說明不存在key,則返回null如果不是最后一個,判斷是否是紅黑樹,如果是紅黑樹,則使用紅黑樹的方式獲取對應的key,如果不是紅黑樹,遍歷鏈表是否有滿足條件的,如果有,直接放回,否則返回null

put()方法

首先計算key的hash值,獲取hashmap 中的數組和數組長度,如果數組為空,初始化計算key的下標

數組對應下標的位置是否為空,如果為空,則先添加一個,放在這個下標位置,然后判斷數組內元素是否大于閾值,如果大于,則進行擴容

如果數組對應下標不為空,則先獲取對應鏈表的第一個值,判斷 hash和key是否相同,如果相同,新value替換舊value,返回舊value

如果第一個值key不相同,判斷當前鏈表是否是紅黑樹,如果是紅黑樹,調用紅黑樹鏈表put的方法

如果也不是紅黑樹,遍歷鏈表,判斷當前node是否是最后一個,如果是,說明鏈表中沒有新添加的key,則在最后面新添加一個,然后判斷是否超過閾值(8-1),如果超過,則轉換成紅黑樹

如果不是最后一個,說明在中間已經存在key了，把新值賦值給舊值,并返回舊值,判斷是否需要擴容。

注:哈希碰撞:當兩個不同的鍵對象的hashcode 相同時，它們會儲存在同一個bucket位置的鏈表中。鍵對象的equals()方法用來找到鍵值對()。

(4)HashMap 的resize過程是什么樣的(擴容)?

HashMap在put 的時候會先檢查當前數組的length,如果插入新的值的時候使得length > 0.75f * size (f 為加載因子，可以在創建 hashMap時指定)的話，會將數組進行擴容為當前容量的2倍。擴容之后必定要將原有hashMap中的值拷貝到新容量的hashMap里面，HashMap 默認的容量為16,加載因子為0.75，也就是說當HashMap中 Entry的個數超過16*0.75=12時，會將容量擴充為16*2=32，然后重新計算元素在數組中的位置，這是一個非常耗時的操作,所以我們在使用HashMap的時候如果能預先知道Map中元素的大小，預設其大小能夠提升其性能。

resize 代碼:

//HashMap 數組擴容

void resize(int newCapacity) {

Entry[]oldTable = table;

int oldCapacity = oldTable.length;

如果當前的數組長度已經達到最大值，則不在進行調整

if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY){

threshold = Integer.MAX_VALUE;

return;

}

//根據傳入參數的長度定義新的數組

Entry[]newTable = new Entry[newCapacity];

//按照新的規則,將舊數組中的元素轉移到新數組中

transfer(newTable);

table = newTable;//更新臨界值

threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);

}

舊數組中元素往新數組中遷移

void transfer(Entry[]newTable) {

//舊數組

Entry[]src = table;//新數組長度

int newCapacity = newTable.length; //遍歷舊數組

for (int j = o; j < src.length; j++){

Entry e = src[];

src[i] = null;

do {

Entry next = e.next;

int i = indexFor(e.hash, newCapacity);//放在新數組中的index位置

e.next = newTable[li];//實現鏈表結構，新加入的放在鏈頭，之前的的數據放在鏈尾

newTable[i]= e;

e = next;

}while (e != null);

}

}

}

這是1.7版本中的代碼，1.8中引入了紅黑樹的概念，代碼會相對復雜一些。

通俗的講，如果數組中元素的容量超過閾值0.75,會觸發擴容，擴容是先把源數組放進一個臨時數組中,獲取老數組的長度,通過老數組長度乘⒉獲取新數組長度,并創建新數組,把臨時數組中的數據通過重新計算下表,存進擴容后的數組中.

(5)HashMap在擴容的時候為什么容量都是原來的2倍，即容量為2^n

HashMap 在計算數組中key的位置時，使用的算法為︰

/* * Returns index for hash code h.*/

static int indexFor(int h, int length){

// assert Integer.bitCount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2"; return h & (length-1);}

即對key 的 hashcode 與當前數組容量-1進行與操作我們假設有一個容量為分別為15和16 的hashMap ,有兩個key的 hashcode分別為4和5，進行indexFor操作之后:

H & (length -1) hash & table.length-1 4&(15-1)0100 & 1110=01005 & ( 15-1 ) 0101 & 1110=01004 & (16- 1)0100 & 1111 =0100 5&( 16-1 )? 0101 &1111= 0101

我們能夠看到在容量為16時進行indexFor操作之后獲得相同結果的幾率要比容量為15時的幾率要小，這樣能夠減少出現hash沖突的幾率，從而提高查詢效率。2^n是一個非常神奇的數字。

(6)HashMap你經常用在那個地方?

因為HashMap 的好處非常多，我曾經在電子商務的應用中使用HashMap作為緩存。因為金融領域非常多的運用Java，也出于性能的考慮，我們會經常用到HashMap和ConcurrentHashMap。另外, controller層向前臺返回數據可以用map封裝數據，還有mybatis中的map可以作為參數或者封裝結果集

(7)HashMap和 Hashtable的區別?

1.hashMap去掉了HashTable 的contains方法，但是加上了containsValue ()和containsKey ()方法。

2.hashTable同步的，而 HashMap是非同步的，效率上逼hashTable 要高。

3.hashMap 允許空鍵值，而hashTable 不允許。一般用hashmap 代替 hashtable

注意:

TreeMap︰非線程安全基于紅黑樹實現。TreeMap沒有調優選項，因為該樹總處于平衡狀態。

Treemap:適用于按自然順序或自定義順序遍歷鍵(key)。

(8)List、Map、Set三個接口，存取元素時，各有什么特點?

List以特定次序來持有元素，可有重復元素;

Set無法擁有重復元素,內部排序（無序);Map 保存key-value 值, value 可多值。

Hashmap 可以存重復鍵,重復值嗎?不能存重復鍵

(9)HashSet是如何保證元素唯一性的呢?

是通過元素的兩個方法, hashCode和 equals來完成。

(10)TreeSet怎么對集合中的元素進行排序?

TreeSet底層數據結構是二叉樹。保證元素唯一性的依據: compareTo方法return 0.

1):讓元素自身具備比較性，需要元素對象實現 Comparable接口，覆蓋compareTo方法。

2):讓集合自身具備比較性，需要定義一個實現了Comparator接口的比較器，并覆蓋compare方法

(11)map集合的兩種取出方式?

//第一種:普遍使用，二次取值。通過Map.keySe()t 遍歷key和value

for (String key : map.keySet()) {

System.out.println("key= "+ key + " and value= " + map.get(key));

}

//第二種:推薦，尤其是容量大時。通過Map.entrySet遍歷key和 value

for (Map.Entry entry : map.entrySet()){

System.out.printIn("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue();

}

注意map集合不能直接使用增強for 循環，因為增強 for 循環底層是使用的迭代器，而map沒有實現迭代器接口，所以不能用迭代器直接遍歷或者增強for循環遍歷

(12)Collection和 Collections的區別?

Collection是集合類的上級接口,繼承與他的接口主要有Set和List.

Collections是工具類,有很多對集合操作的方法

(13)請問ArrayList、HashSet、HashMap是線程安全的嗎?如果不是我想要線程安全的集合怎么辦?

我們都看過一些集合的源碼(如果沒有那就看看吧)，每個方法都沒有加鎖,顯然都是線程不安全的。話又說過來,如果他們安全了也就沒第二問了。在集合中Vector和 HashTable倒是線程安全的。你打開源碼會發現其實就是把各自核心方法添加上了synchronized 關鍵字。

Collections工具類提供了相關的 API，可以讓上面那3個不安全的集合變為安全的。

1.//? ? collections.synchronizedcollection (c)

2.// ? ?collections.synchronizedList (list)

3.// ? ?collections.synchronizedMap (m)

4.// ? ?collections.synchronizedset (s)

上面幾個函數都有對應的返回值類型，傳入什么類型返回什么類型。打開源碼其實實現原理非常簡單，就是將集合的核心方法添加上了synchronized關鍵字。

(14)ConcurrentHashMap 的工作原理及代碼實現

HashTable里使用的是synchronized關鍵字，這其實是對對象加鎖，鎖住的都是對象整體，當Hashtable的大小增加到一定的時候，性能會急劇下降，因為迭代時需要被鎖定很長的時間。ConcurrentHashMap算是對上述問題的優化，其構造函數如下，默認傳入的是16,0.75，16。

ConcurrentHashMap引入了分割(Segment)，上 面代碼中的最后一行其實就可以理解為把一個大的Map拆分成N個小的HashTable,在put方法中，會根據hash(paramK.hashCode()來決定具體存放進哪個Segment，如果查看Segment的put操作，我們會發現內部使用的同步機制是基于lock操作的，這樣就可以對Map的一部分(Segment) 進行上鎖，這樣影響的只是將要放入同一個Segment的元素的put操作，保證同步的時候，鎖住的不是整個Map (HashTable 就是這么做的)，相對于HashTable提高了多線程環境下的性能，因此HashTable已經被淘汰了。

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