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接口和抽象类的区别、反射、面向对象和面向过程、HashMap的put过程

code • 2022-4-26 • java • 阅读 77

接口和抽象类的区别、反射、面向对象和面向过程、HashMap的put过程,第1张

文章目录
    • 1、接口和抽象类的区别？
    • 2、反射是如何使用的？反射为什么慢？
    • 3、什么是面向对象？面向对象和面向过程的区别？
      • 3.1 什么是面向对象？
      • 3.2 面向对象和面向过程的区别？
    • 4、HashMap的数据结构？put的过程？
      • 4.1 HashMap的数据结构？
      • 4.2 HashMap put的过程
        • 4.2.1 JDK1.7版本 HashMap put的过程
        • 4.2.2 JDK1.8版本 HashMap put的过程

1、接口和抽象类的区别？

  1. 定义抽象类的关键字是abstract class，定义接口的关键字是interface。

  2. 继承抽象类的关键字是extends，实现接口的关键字是implements。

  3. 继承抽象类只持单继承，而实现接口支持多实现。

  4. 抽象类中可以有构造方法，而接口中不能有构造方法。

  5. 抽象类中除了抽象方法，还可以有成员变量和成员方法，而在Java8之前，接口中只能有常量和抽象方法。

  6. 抽象类中增加方法后子类可以不用重写，而在Java8之前，接口中增加方法时实现类需要重写。

  7. 从Java8开始增加新特性，接口中允许出现非抽象方法和静态方法，但非抽象方法需要使用default关键字修饰。

  8. 从Java9开始增加新特性，接口中允许出现私有的方法。

2、反射是如何使用的？反射为什么慢？

反射是如何使用的？

  1. 获取Class对象

    • 使⽤数据类型.class的⽅式可以获取对应类型的Class对象
    • 使⽤引⽤/对象.getClass()的⽅式可以获取对应类型的Class对象
    • 使⽤包装类.TYPE的⽅式可以获取对应基本数据类型的Class对象(Integer)
    • 数组可以使⽤ ‘类型+’‘[].class’，例如 int[].class
    • 使⽤Class.forName()的⽅式来获取参数指定类型的Class对象
    • 使⽤类加载器ClassLoader的⽅式获取指定类型的Class对象

  2. 获取Constructor/Field/Method调用对应方法

    public static void main(String[] args) throws Exception {
	Class<Person> c2 = Person.class;
	//实例化
	Person person = c2.newInstance();
	person.setName("⼩明");
	person.setAge(22);
	//调⽤构造⽅法
	Constructor<Person> constructor = c2.getConstructor();
	Person person2 = constructor.newInstance();
	System.out.println("person2 " + person2);//person2 Person{id=null, name='null', age=null, salary=null}
	//获取属性
	Field age = c2.getDeclaredField("age");
	//获取私有属性
	age.setAccessible(true);
	System.out.println("age:" + age.get(person));//age:22
	//调⽤实例⽅法
	Method hello = c2.getMethod("hello", Object.class);
	Object invoke = hello.invoke(person, person.getName());//⼩明say hello
}

反射为什么慢？

  1. getMethod等查找⽅法会返回结果数据的拷⻉，会占⽤堆空间，以及对GC产⽣压⼒。

    优化办法：可以使⽤缓存优化。

  2. Method.invoke参数传⼊必须使⽤对类型的Object数组 public Object invoke(Object obj, Object… args)，因此会导致原始类型的装箱和拆箱。

    优化办法：扩⼤Integer缓存范围 -Djava.lang.Integer.IntegerCache.high=128 减少包装类对象频繁创建。

  3. 内联瓶颈 。 JVM对同⼀个调⽤点的profile记录是有限制的(-XX:TypeProfileWidth 默认值为2)，导致后续⽅法⽆法被内联。

    优化办法：增加 -XX:TypeProfileWidth 大小提⾼可被内联的⽅法数目。

3、什么是面向对象？面向对象和面向过程的区别？ 3.1 什么是面向对象？

从对象⼊⼿，把需求相关的对象抽取出来，借助对象间的相互配合（如⽅法调⽤，共享变量）完成需求。

  • ⾯向对象是⼀种编程的范式、代码⻛格。它以类和对象作为组织代码的基本单元。使⽤封装、继承、多态的特性进⾏代码设计和实现。
  • ⾯向对象编程语⾔是⽀持类、对象，并存在语法机制能⽅便的实现⾯向对象编程的封装、继承、多态的编程语⾔。
3.2 面向对象和面向过程的区别？

相较于⾯向对象编程以类为组织代码的基本单元，⾯向过程编程则是以过程（或⽅法）作为组织代码的基本单元。
⾯向对象编程相⽐起⾯向过程编程的优势主要有三个：

  • 对于⼤规模复杂程序的开发，程序的处理流程并⾮单⼀的⼀条主线，⽽是错综复杂的⽹状结构。⾯向对象编程⽐起⾯向过程编程，更能应对这种复杂类型的程序开发。
  • ⾯向对象编程相⽐⾯向过程编程，具有更加丰富的特性（封装、抽象、继承、多态）。利⽤这些特性编写出来的代码，更加易扩展、易复⽤、易维护。
  • 从编程语⾔跟机器打交道的⽅式的演进规律中，我们可以总结出：⾯向对象编程语⾔⽐起⾯向过程编程语⾔，更加⼈性化、更加⾼级、更加智能。
4、HashMap的数据结构？put的过程？ 4.1 HashMap的数据结构？
  • Java8以前，HashMap使用数组+链表的数据结构。
  • Java8及以后，HashMap使用数组+链表+红黑树的数据结构。
4.2 HashMap put的过程 4.2.1 JDK1.7版本 HashMap put的过程

  • put方法主流程

    public V put(K key, V value) {
	// 当插⼊第⼀个元素的时候，需要先初始化数组⼤⼩
	if (table == EMPTY_TABLE) {
		inflateTable(threshold);
	}
	// 如果 key 为 null，感兴趣的可以往⾥看，最终会将这个 entry 放到 table[0]中
	if (key == null)
		return putForNullKey(value);
	// 1. 求 key 的 hash 值
	int hash = hash(key);
	// 2. 找到对应的数组下标
    int i = indexFor(hash, table.length);
	// 3. 遍历⼀下对应下标处的链表，看是否有重复的 key 已经存在，
	// 如果有，直接覆盖， put ⽅法返回旧值就结束了
	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;
		}
	}
	modCount++;
	// 4. 不存在重复的 key，将此 entry 添加到链表中，细节后⾯说
	addEntry(hash, key, value, i);
	return null;
}

  • 数组初始化 inflateTable 保证⻓度是2^n

    private void inflateTable(int toSize) {
	// 保证数组⼤⼩⼀定是 2 的 n 次⽅。
	// ⽐如这样初始化： new HashMap(20)，那么处理成初始数组⼤⼩是 32
	int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);
	// 计算扩容阈值： capacity * loadFactor
	threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
	// 算是初始化数组吧
	table = new Entry[capacity];
	initHashSeedAsNeeded(capacity); //ignore
}

  • ⻓度不够先扩容，然后使⽤头插法链表插⼊

    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
	// 如果当前 HashMap ⼤⼩已经达到了阈值，并且新值要插⼊的数组位置已经有元素了，那么要扩容
	if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
		// 扩容，后⾯会介绍⼀下
		resize(2 * table.length);
		// 扩容以后，重新计算 hash 值
		hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
    	// 重新计算扩容后的新的下标
		bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
	}
	// 往下看
	createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}
// 这个很简单，其实就是将新值放到链表的表头，然后 size++
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
	Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
	table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
	size++;
}

  • 数组扩容

    void resize(int newCapacity) {
	Entry[] oldTable = table;
	int oldCapacity = oldTable.length;
	if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
		threshold = Integer.MAX_VALUE;
		return;
	}
	// 新的数组
	Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
	// 将原来数组中的值迁移到新的更⼤的数组中
	transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
	table = newTable;
	threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor,
	MAXIMUM_CAPACITY + 1);
}
4.2.2 JDK1.8版本 HashMap put的过程

整体流程如下图：

  • ⾸先根据key的值计算hash值，找到该元素在数组中存储的下标；
  • 如果数组是空的，则调⽤resize进⾏初始化；
  • 如果没有哈希冲突直接放在对应的数组下标⾥；
  • 如果冲突了，且key已经存在，就覆盖掉value；
  • 如果冲突后是链表结构，就判断该链表是否⼤于8，如果⼤于8并且数组容量⼩于64，就进⾏扩容；
  • 如果链表节点数量⼤于8并且数组的容量⼤于64，则将这个结构转换成红⿊树；否则，链表插⼊键值对，若key存在，就覆盖掉value；
  • 如果冲突后，发现该节点是红⿊树，就将这个节点挂在树上。

put主流程

public V put(K key, V value) {
	return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

// 第三个参数 onlyIfAbsent 如果是 true，那么只有在不存在该 key 时才会进⾏ put *** 作
// 第四个参数 evict 我们这⾥不关⼼
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {
	Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
	// 第⼀次 put 值的时候，会触发下⾯的 resize()，类似 java7 的第⼀次 put 也要初始化数组⻓度
    // 第⼀次 resize 和后续的扩容有些不⼀样，因为这次是数组从 null 初始化到默认的 16 或⾃定义的初始容量
	if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
		n = (tab = resize()).length;
	// 找到具体的数组下标，如果此位置没有值，那么直接初始化⼀下 Node 并放置在这个位置就可以了
	if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
		tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
	else {// 数组该位置有数据
		Node<K,V> e; K k;
		// ⾸先，判断该位置的第⼀个数据和我们要插⼊的数据， key 是不是"相等"，如果是，取出这个节点
		if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
			e = p;
		// 如果该节点是代表红⿊树的节点，调⽤红⿊树的插值⽅法，本⽂不展开说红⿊树
		else if (p instanceof TreeNode)
			e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
		else {
			// 到这⾥，说明数组该位置上是⼀个链表
			for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
				// 插⼊到链表的最后⾯(Java7 是插⼊到链表的最前⾯)
				if ((e = p.next) == null) {
					p.next = newNode(hash, key, value, null);
					// TREEIFY_THRESHOLD 为 8，所以，如果新插⼊的值是链表中的第 9 个
					// 会触发下⾯的 treeifyBin，也就是将链表转换为红⿊树
					if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
						treeifyBin(tab, hash);
					break;
				}
				// 如果在该链表中找到了"相等"的 key(== 或 equals)
				if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
					// 此时 break，那么 e 为链表中[与要插⼊的新值的 key "相等"]的 node
					break;
				p = e;
    		}
		}
		// e!=null 说明存在旧值的key与要插⼊的key"相等"
		// 对于我们分析的put *** 作，下⾯这个 if 其实就是进⾏ "值覆盖"，然后返回旧值
		if (e != null) {
			V oldValue = e.value;
			if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
				e.value = value;
			afterNodeAccess(e);
			return oldValue;
		}
	}
	++modCount;
	// 如果 HashMap 由于新插⼊这个值导致 size 已经超过了阈值，需要进⾏扩容
	if (++size > threshold)
		resize();
	afterNodeInsertion(evict);
	return null;
}

数组扩容 resize()每次扩容为原先的2倍，并进⾏数据迁移。如果原先⻓度为n，扩容后的节点在tab[i]或者tab[i+n]的位置。
e.hash & oldCap 节省rehash的从新计算哈希值。

  • 保持原位置不动（新bit位为0时）
  • 散列原索引+扩容⼤⼩的位置去（新bit位为1时）
final Node<K,V>[] resize() {
	Node<K,V>[] oldTab = table;
	int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
	int oldThr = threshold;
	int newCap, newThr = 0;
	if (oldCap > 0) { // 对应数组扩容
		if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
			threshold = Integer.MAX_VALUE;
			return oldTab;
		}
		// 将数组⼤⼩扩⼤⼀倍
		else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
			// 将阈值扩⼤⼀倍
			newThr = oldThr << 1; // double threshold
    }
	else if (oldThr > 0) // 对应使⽤ new HashMap(int initialCapacity) 初始化后，第⼀次 put 的时候
		newCap = oldThr;
	else {// 对应使⽤ new HashMap() 初始化后，第⼀次 put 的时候
		newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
		newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
	}
    
	if (newThr == 0) {
		float ft = (float)newCap * loadFactor;
		newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
	}
	threshold = newThr;
    
	// ⽤新的数组⼤⼩初始化新的数组
	Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
	table = newTab; // 如果是初始化数组，到这⾥就结束了，返回 newTab 即可

    if (oldTab != null) {
		// 开始遍历原数组，进⾏数据迁移。
		for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
			Node<K,V> e;
			if ((e = oldTab[j]) != null) {
				oldTab[j] = null;
				// 如果该数组位置上只有单个元素，那就简单了，简单迁移这个元素就可以了
				if (e.next == null)
					newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
				// 如果是红⿊树，具体我们就不展开了
				else if (e instanceof TreeNode)
					((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
				else {
					// 这块是处理链表的情况，
					// 需要将此链表拆成两个链表，放到新的数组中，并且保留原来的先后顺序
					// loHead、 loTail 对应⼀条链表， hiHead、 hiTail 对应另⼀条链表，代码还是⽐较简单的
					Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
					Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
    				Node<K,V> next;
					do {
						next = e.next;
						//只判断最⾼我是否是1
						if ((e.hash & oldCap) == 0) {
							if (loTail == null)
								loHead = e;
							else
								loTail.next = e;
							loTail = e;
						}
						else {
							if (hiTail == null)
								hiHead = e;
							else
								hiTail.next = e;
							hiTail = e;
						}
					} while ((e = next) != null);
					if (loTail != null) {
						loTail.next = null;
						// 第⼀条链表
						newTab[j] = loHead;
					}
					if (hiTail != null) {
						hiTail.next = null;
						// 第⼆条链表的新的位置是 j + oldCap，这个很好理解
						newTab[j + oldCap] = hiHead;
					}
				}
			}
		}
	}
	return newTab;
}

欢迎分享，转载请注明来源：内存溢出

原文地址: http://outofmemory.cn/langs/728283.html

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