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java核心知识点整理.pdf
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"Java核心知识点整理" Java是一种流行的高级编程语言，由Sun Microsystems公司开发。Java语言的设计目标是"Write Once, Run Anywhere"，即一次编写，到处运行。Java语言具有跨平台性、面向对象、分布式、动态、泛型等特点。 Java虚拟机（JVM） Java虚拟机（JVM）是Java语言的运行环境，负责解释和执行Java字节码。JVM是Java语言的核心组件，提供了平台独立性、内存管理和安全机制等功能。JVM的主要组件包括： * 程序计数器（PC Register）：记录当前线程执行的字节码的地址。 * 虚拟机栈（VM Stack）：存储当前线程执行的方法调用和局部变量。 * 本地方法区（Native Method Stack）：存储native方法的信息。 * 堆（Heap）：存储Java对象实例，包括实例变量和实例方法。 * 方法区（Method Area）：存储类的元数据，包括类的信息、字段、方法等。 Java垃圾回收机制 Java垃圾回收机制是Java语言的一种自动内存管理机制，负责回收无用的Java对象。垃圾回收算法有多种，包括： * 标记清除算法（Mark-Sweep）：分为两个阶段，标记和清除。标记阶段标记出所有需要回收的对象，清除阶段回收被标记的对象所占用的空间。 * 复制算法（Copying）：将内存划分为等大小的两块，每次只使用其中一块，当这一块内存满后将尚存活的对象复制到另一块上去，把已使用的内存清掉。 Java线程 Java线程是Java语言的一种基本组件，用于实现多线程编程。Java线程的生命周期包括创建、启动、运行、阻塞、死亡等阶段。Java线程的主要特点包括： * 线程安全：Java线程可以共享资源，但是需要同步机制来避免数据不一致。 * 线程调度：Java线程的调度是由JVM来管理的，包括线程的创建、启动、阻塞和死亡等。 Java内存区域 Java内存区域是Java语言的一种基本概念，用于存储Java对象实例和类的元数据。Java内存区域包括： * 程序计数器（线程私有）：记录当前线程执行的字节码的地址。 * 虚拟机栈（线程私有）：存储当前线程执行的方法调用和局部变量。 * 本地方法区（线程私有）：存储native方法的信息。 * 堆（Heap-线程共享）：存储Java对象实例，包括实例变量和实例方法。 * 方法区（线程共享）：存储类的元数据，包括类的信息、字段、方法等。 Java JVM运行时内存 Java JVM运行时内存是Java语言的一种基本概念，用于存储Java对象实例和类的元数据。Java JVM运行时内存包括： * 新生代（Young Generation）：存储新创建的Java对象实例。 * 老年代（Old Generation）：存储已经存活很长时间的Java对象实例。 Java核心知识点整理是一个复杂的主题，涵盖了Java语言的基础概念、Java虚拟机、垃圾回收机制、线程、内存区域等方面。理解这些知识点对于Java开发者来说是非常重要的。
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摘要
luyunfeng在1上标注1处
x1
13/04/2018
Page 27 of 283
要注意的是，不可达对象不等价于可回收对象，不可达对象变为可回收对象至少要经过两次标记
过程。两次标记后仍然是可回收对象，则将面临回收。
2.4.2. 标记清除算法（Mark-Sweep）
最基础的垃圾回收算法，分为两个阶段，标注和清除。标记阶段标记出所有需要回收的对象，清
除阶段回收被标记的对象所占用的空间。如图
从图中我们就可以发现，该算法最大的问题是内存碎片化严重，后续可能发生大对象不能找到可
利用空间的问题。
2.4.3. 复制算法（copying）
为了解决 Mark-Sweep 算法内存碎片化的缺陷而被提出的算法。按内存容量将内存划分为等大小
的两块。每次只使用其中一块，当这一块内存满后将尚存活的对象复制到另一块上去，把已使用
的内存清掉，如图：
#1 p.27
1. 目录
1. 目录 ......................................................................................................................................................... 1
2. JVM ....................................................................................................................................................... 19
2.1. 线程 ...................................................................................................................................................... 20
2.2. JVM 内存区域 ..................................................................................................................................... 21
2.2.1.
程序计数器
(
线程私有
) ................................................................................................................ 22
2.2.2.
虚拟机栈
(
线程私有
) .................................................................................................................... 22
2.2.3.
本地方法区
(
线程私有
) ................................................................................................................ 23
2.2.4.
堆（
Heap-
线程共享）
-
运行时数据区
...................................................................................... 23
2.2.5.
方法区
/
永久代（线程共享）
..................................................................................................... 23
2.3. JVM 运行时内存 ................................................................................................................................. 24
2.3.1.
新生代
.......................................................................................................................................... 24
2.3.1.1. Eden 区 .................................................................................................................................................... 24
2.3.1.2. ServivorFrom ........................................................................................................................................... 24
2.3.1.3. ServivorTo .............................................................................................................................................. 24
2.3.1.4. MinorGC 的过程（复制->清空->互换） ....................................................................................... 24
1：eden、servicorFrom 复制到 ServicorTo，年龄+1 ................................................................................... 25
2：清空 eden、servicorFrom ............................................................................................................................. 25
3：ServicorTo 和 ServicorFrom 互换 ................................................................................................................ 25
2.3.2.
老年代
.......................................................................................................................................... 25
2.3.3.
永久代
.......................................................................................................................................... 25
2.3.3.1. JAVA8 与元数据 ................................................................................................................................. 25
2.4. 垃圾回收与算法 .................................................................................................................................. 26
2.4.1.
如何确定垃圾
.............................................................................................................................. 26
2.4.1.1. 引用计数法............................................................................................................................................... 26
2.4.1.2. 可达性分析............................................................................................................................................... 26
2.4.2.
标记清除算法（Mark-Sweep）
.............................................................................................. 27
2.4.3.
复制算法（
copying
）
................................................................................................................. 27
2.4.4.
标记整理算法
(Mark-Compact) .................................................................................................. 28
2.4.5.
分代收集算法
.............................................................................................................................. 29
2.4.5.1. 新生代与复制算法 .............................................................................................................................. 29
2.4.5.2. 老年代与标记复制算法 ...................................................................................................................... 29
2.5. JAVA 四中引用类型 ........................................................................................................................... 30
2.5.1.
强引用
.......................................................................................................................................... 30
2.5.2.
软引用
.......................................................................................................................................... 30
2.5.3.
弱引用
.......................................................................................................................................... 30
2.5.4.
虚引用
.......................................................................................................................................... 30
2.6. GC 分代收集算法 VS 分区收集算法 ................................................................................................ 30
2.6.1.
分代收集算法
.............................................................................................................................. 30
2.6.1.1. 在新生代-复制算法 ............................................................................................................................. 30
2.6.1.2. 在老年代-标记整理算法 ..................................................................................................................... 30
2.6.2.
分区收集算法
.............................................................................................................................. 31
2.7. GC 垃圾收集器 ................................................................................................................................... 31
2.7.1. Serial
垃圾收集器（单线程、复制算法）
................................................................................ 31
2.7.2. ParNew
垃圾收集器（
Serial+
多线程）
................................................................................... 31
2.7.3. Parallel Scavenge
收集器（多线程复制算法、高效）
.......................................................... 32
2.7.4. Serial Old
收集器（单线程标记整理算法
）
........................................................................... 32
2.7.5. Parallel Old
收集器（多线程标记整理算法）
......................................................................... 33
2.7.6. CMS
收集器（多线程标记清除算法）
..................................................................................... 33
2.7.6.1. 初始标记 .............................................................................................................................................. 33
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Page 2 of 283
2.7.6.2. 并发标记 .............................................................................................................................................. 34
2.7.6.3. 重新标记 .............................................................................................................................................. 34
2.7.6.4. 并发清除 .............................................................................................................................................. 34
2.7.7. G1
收集器
.................................................................................................................................... 34
2.8. JAVA IO/NIO ....................................................................................................................................... 34
2.8.1.
阻塞
IO
模型
................................................................................................................................ 34
2.8.2.
非阻塞
IO
模型
............................................................................................................................ 35
2.8.3.
多路复用
IO
模型
........................................................................................................................ 35
2.8.4.
信号驱动
IO
模型
........................................................................................................................ 36
2.8.5.
异步
IO
模型
................................................................................................................................ 36
2.8.1. JAVA IO
包
.................................................................................................................................. 36
2.8.2. JAVA NIO .................................................................................................................................... 37
2.8.2.1. NIO 的缓冲区 ..................................................................................................................................... 38
2.8.2.2. NIO 的非阻塞 ..................................................................................................................................... 38
2.8.3. Channel ....................................................................................................................................... 40
2.8.4. Buffer ............................................................................................................................................ 40
2.8.5. Selector ........................................................................................................................................ 40
2.9. JVM 类加载机制 ................................................................................................................................. 41
2.9.1.1. 加载 .......................................................................................................................................................... 41
2.9.1.2. 验证 .......................................................................................................................................................... 41
2.9.1.3. 准备 .......................................................................................................................................................... 41
2.9.1.4. 解析 .......................................................................................................................................................... 41
2.9.1.5. 符号引用 .............................................................................................................................................. 42
2.9.1.6. 直接引用 .............................................................................................................................................. 42
2.9.1.7. 初始化 ...................................................................................................................................................... 42
2.9.1.8. 类构造器<client> .............................................................................................................................. 42
2.9.2.
类加载器
...................................................................................................................................... 42
2.9.2.1. 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader) ......................................................................................... 43
2.9.2.2. 扩展类加载器(Extension ClassLoader) .......................................................................................... 43
2.9.2.3. 应用程序类加载器(Application ClassLoader)： .......................................................................... 43
2.9.3.
双亲委派
...................................................................................................................................... 43
2.9.4. OSGI
（动态模型系统）
............................................................................................................ 44
2.9.4.1. 动态改变构造 ...................................................................................................................................... 44
2.9.4.2. 模块化编程与热插拔 .......................................................................................................................... 44
3. JAVA 集合 ............................................................................................................................................ 45
3.1. 接口继承关系和实现 .......................................................................................................................... 45
3.2. LIST ....................................................................................................................................................... 47
3.2.1. ArrayList
（数组）
....................................................................................................................... 47
3.2.2. Vector
（数组实现、线程同步）
............................................................................................... 47
3.2.3. LinkList
（链表）
......................................................................................................................... 47
3.3. SET ....................................................................................................................................................... 48
3.3.1.1. HashSet（Hash 表） ............................................................................................................................. 48
3.3.1.2. TreeSet（二叉树） ................................................................................................................................ 49
3.3.1.3. LinkHashSet（HashSet+LinkedHashMap） ................................................................................... 49
3.4. MAP ....................................................................................................................................................... 50
3.4.1. HashMap
（数组
+
链表
+
红黑树）
............................................................................................. 50
3.4.1.1. JAVA7 实现 ............................................................................................................................................. 50
3.4.1.2. JAVA8 实现 ............................................................................................................................................. 51
3.4.2. ConcurrentHashMap.................................................................................................................. 51
3.4.2.1. Segment 段 .............................................................................................................................................. 51
3.4.2.2. 线程安全（Segment 继承 ReentrantLock 加锁） .............................................................................. 51
3.4.2.3. 并行度（默认 16） ................................................................................................................................. 52
3.4.2.4. Java8 实现 （引入了红黑树） .............................................................................................................. 52
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3.4.3. HashTable
（线程安全）
........................................................................................................... 53
3.4.4. TreeMap
（可排序）
.................................................................................................................. 53
3.4.5. LinkHashMap
（记录插入顺序）
.............................................................................................. 53
4. JAVA 多线程并发 ................................................................................................................................. 54
4.1.1. JAVA
并发知识库
....................................................................................................................... 54
4.1.2. JAVA
线程实现
/
创建方式
.......................................................................................................... 54
4.1.2.1. 继承 Thread 类 ........................................................................................................................................ 54
4.1.2.2. 实现 Runnable 接口。 ............................................................................................................................ 54
4.1.2.3. ExecutorService、Callable<Class>、Future 有返回值线程 ............................................................. 55
4.1.2.4. 基于线程池的方式 ................................................................................................................................... 56
4.1.3. 4
种线程池
................................................................................................................................... 56
4.1.3.1. newCachedThreadPool ......................................................................................................................... 57
4.1.3.2. newFixedThreadPool ............................................................................................................................. 57
4.1.3.3. newScheduledThreadPool .................................................................................................................... 58
4.1.3.4. newSingleThreadExecutor ................................................................................................................. 58
4.1.4.
线程生命周期
(
状态
) .................................................................................................................... 58
4.1.4.1. 新建状态（NEW） ................................................................................................................................. 58
4.1.4.2. 就绪状态（RUNNABLE）： ................................................................................................................. 59
4.1.4.3. 运行状态（RUNNING）： .................................................................................................................... 59
4.1.4.4. 阻塞状态（BLOCKED）： .................................................................................................................... 59
等待阻塞（o.wait->等待对列）： ...................................................................................................................... 59
同步阻塞(lock->锁池) .......................................................................................................................................... 59
其他阻塞(sleep/join) ............................................................................................................................................ 59
4.1.4.5. 线程死亡（DEAD） ................................................................................................................................ 59
正常结束 ................................................................................................................................................................ 59
异常结束 ................................................................................................................................................................ 59
调用 stop ............................................................................................................................................................... 59
4.1.5.
终止线程
4
种方式
...................................................................................................................... 60
4.1.5.1. 正常运行结束 ........................................................................................................................................... 60
4.1.5.2. 使用退出标志退出线程 ........................................................................................................................... 60
4.1.5.3. Interrupt 方法结束线程 ........................................................................................................................... 60
4.1.5.4. stop 方法终止线程（线程不安全） ....................................................................................................... 61
4.1.6. sleep
与
wait
区别
....................................................................................................................... 61
4.1.7. start
与
run
区别
.......................................................................................................................... 62
4.1.8. JAVA
后台线程
........................................................................................................................... 62
4.1.9. JAVA
锁
....................................................................................................................................... 63
4.1.9.1. 乐观锁 ...................................................................................................................................................... 63
4.1.9.2. 悲观锁 ...................................................................................................................................................... 63
4.1.9.3. 自旋锁 ...................................................................................................................................................... 63
自旋锁的优缺点 .................................................................................................................................................... 63
自旋锁时间阈值（1.6 引入了适应性自旋锁） .................................................................................................. 63
自旋锁的开启 ........................................................................................................................................................ 64
4.1.9.4. Synchronized 同步锁 .............................................................................................................................. 64
Synchronized 作用范围 ....................................................................................................................................... 64
Synchronized 核心组件 ....................................................................................................................................... 64
Synchronized 实现 ............................................................................................................................................... 64
4.1.9.5. ReentrantLock ......................................................................................................................................... 66
Lock 接口的主要方法 ........................................................................................................................................... 66
非公平锁 ................................................................................................................................................................ 66
公平锁 .................................................................................................................................................................... 67
ReentrantLock 与 synchronized ........................................................................................................................ 67
ReentrantLock 实现 ............................................................................................................................................. 67
Condition 类和 Object 类锁方法区别区别 ......................................................................................................... 68
tryLock 和 lock 和 lockInterruptibly 的区别 ........................................................................................................ 68
4.1.9.6. Semaphore 信号量 ................................................................................................................................. 68
实现互斥锁（计数器为 1） ................................................................................................................................. 68
代码实现 ................................................................................................................................................................ 68
Semaphore 与 ReentrantLock ........................................................................................................................... 69
4.1.9.7. AtomicInteger .......................................................................................................................................... 69
13/04/2018
Page 4 of 283
4.1.9.8. 可重入锁（递归锁） ............................................................................................................................... 69
4.1.9.9. 公平锁与非公平锁 ................................................................................................................................... 70
公平锁（Fair） ..................................................................................................................................................... 70
非公平锁（Nonfair） ........................................................................................................................................... 70
4.1.9.10. ReadWriteLock 读写锁 ...................................................................................................................... 70
读锁........................................................................................................................................................................ 70
写锁........................................................................................................................................................................ 70
4.1.9.11. 共享锁和独占锁 .................................................................................................................................. 70
独占锁 .................................................................................................................................................................... 70
共享锁 .................................................................................................................................................................... 70
4.1.9.12. 重量级锁（Mutex Lock） ................................................................................................................ 71
4.1.9.13. 轻量级锁 .............................................................................................................................................. 71
锁升级 .................................................................................................................................................................... 71
4.1.9.14. 偏向锁 .................................................................................................................................................. 71
4.1.9.15. 分段锁 .................................................................................................................................................. 71
4.1.9.16. 锁优化 .................................................................................................................................................. 71
减少锁持有时间 .................................................................................................................................................... 72
减小锁粒度 ............................................................................................................................................................ 72
锁分离 .................................................................................................................................................................... 72
锁粗化 .................................................................................................................................................................... 72
锁消除 .................................................................................................................................................................... 72
4.1.10.
线程基本方法
.............................................................................................................................. 72
4.1.10.1. 线程等待（wait） ............................................................................................................................... 73
4.1.10.2. 线程睡眠（sleep） ............................................................................................................................. 73
4.1.10.3. 线程让步（yield） .............................................................................................................................. 73
4.1.10.4. 线程中断（interrupt） ........................................................................................................................ 73
4.1.10.5. Join 等待其他线程终止 ...................................................................................................................... 74
4.1.10.6. 为什么要用 join()方法？ .................................................................................................................... 74
4.1.10.7. 线程唤醒（notify） ............................................................................................................................. 74
4.1.10.8. 其他方法： .......................................................................................................................................... 74
4.1.11.
线程上下文切换
.......................................................................................................................... 75
4.1.11.1. 进程 ...................................................................................................................................................... 75
4.1.11.2. 上下文 .................................................................................................................................................. 75
4.1.11.3. 寄存器 .................................................................................................................................................. 75
4.1.11.4. 程序计数器 .......................................................................................................................................... 75
4.1.11.5. PCB-“切换桢” ................................................................................................................................. 75
4.1.11.6. 上下文切换的活动： .......................................................................................................................... 76
4.1.11.7. 引起线程上下文切换的原因 .............................................................................................................. 76
4.1.12.
同步锁与死锁
.............................................................................................................................. 76
4.1.12.1. 同步锁 .................................................................................................................................................. 76
4.1.12.2. 死锁 ...................................................................................................................................................... 76
4.1.13.
线程池原理
.................................................................................................................................. 76
4.1.13.1. 线程复用 .............................................................................................................................................. 76
4.1.13.2. 线程池的组成 ...................................................................................................................................... 76
4.1.13.3. 拒绝策略 .............................................................................................................................................. 78
4.1.13.4. Java 线程池工作过程 ......................................................................................................................... 78
4.1.14. JAVA
阻塞队列原理
.................................................................................................................... 79
4.1.14.1. 阻塞队列的主要方法 .......................................................................................................................... 80
插入操作： ............................................................................................................................................................ 80
获取数据操作： .................................................................................................................................................... 81
4.1.14.2. Java 中的阻塞队列 ............................................................................................................................. 81
4.1.14.3. ArrayBlockingQueue（公平、非公平） ....................................................................................... 82
4.1.14.4. LinkedBlockingQueue（两个独立锁提高并发） ......................................................................... 82
4.1.14.5. PriorityBlockingQueue（compareTo 排序实现优先）.............................................................. 82
4.1.14.6. DelayQueue（缓存失效、定时任务 ） .......................................................................................... 82
4.1.14.7. SynchronousQueue（不存储数据、可用于传递数据） .............................................................. 83
4.1.14.8. LinkedTransferQueue...................................................................................................................... 83
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