有趣的Java-J05

1.单例模式有几种？分别说说每一种的特性

单例模式是Java基本23种设计模式之一，也是最常用的一种设计模式，那么单例模式是怎样的一种设计模式？又会有哪些种类呢？详细看以下链接，你会从中找到答案。

http://blog.csdn.net/clandellen/article/details/77850219

2.用于注解的元注解有哪些？分别作用是什么？试着写出一个简单的用来记录方法信息的注解

首先，你对Java种的注解机制熟悉吗？如果不太熟悉，那么这个问题你压根儿就不会回答，注解是初学者常常忽略的知识点，笔者当初初学的时候也没把注解的机制搞清楚，以致于后来注解使用的非常差劲，还闹过一些笑话，但是笔者很爱学，只要不知道，就一定要去学，学了才发现其实注解机制没那么复杂，以下是笔者自己整理的一篇注解的博客，当然笔者觉得整理的还不够完整，等有时间，会好好修改一番：

http://blog.csdn.net/clandellen/article/details/77046797

下面的一些博客是当初笔者研究注解的博客：
http://blog.csdn.net/mcryeasy/article/details/52452341
http://blog.csdn.net/u010902721/article/details/52576624
http://blog.csdn.net/lxqluo/article/details/30503107

3.ArrayList内部用什么实现的？

这个问题，别看只有短短的几个字，其实里面包含了很多知识点：

3.1 ArrayList的底层数据结构？

ArrayList的底层数据结构是数组，是连续的堆内存空间组成的。这就意味着添加和删除效率是低的，而查询和修改的效率是高高的。

3.2 解释ArrayList是如何做到增删改查的？效率如何？

由于ArrayList的底层是数组实现的，一个一个连续的堆内存空间，下面来看看ArrayList如何去做增删改查的：

增加：
尾部添加add()方法：其实就是在尾部添加，加入后，会存在一个是否扩容的检测，当加入的元素后集合当前元素数量超过一定限度，就进行扩容。效率还行。

插入添加add(index,object):这是插入式添加，插入式添加效率不是太可观，因为在插入的位置之后的元素都要向后移动一位，效率能快吗？试想一下，一旦位于插入位置的后面的元素过多，那将严重影响性能。加入后，会存在一个是否扩容的检测，当加入的元素后集合当前元素数量超过一定限度，就进行扩容。

删除：
删除方法delet(index)方法是将指定位置的元素删除，删除元素的位置之后的元素都要往前移动一位， 所以效率自然也是不咋地。

修改：
由于底层是数组实现的，一个一个连续的堆内存空间，所以遍历的速度自然是非常快的，修改方法set(index,object)正好需要进行遍历,当遍历到指定的位置，那么修改元素值即可，所以效率十分可观。

查询：
跟修改一样，查询也需要进行遍历，并将目标元素与ArrayList中每一个元素进行比较，当发现元素相等时，记录位置，然后结束遍历，并且这个返回这个记录的位置值。效率跟修改一样，十分可观。

3.3 ArrayList底层是数组，都知道数组是固定大小的，那么ArrayList何以保证容量可变呢？

回答这个子问题，那得需要你对ArrayList的扩容机制十分了解，那么什么是扩容机制呢？你可以查看ArrayList的源码，你会发现有一个值为“10”的类型为int的final成员变量,不错，这个“10”就是ArrayList第一次扩容时的最大容量，源码截屏如下：

下面我们看看add()方法，来研究一下，ArrayList究竟是怎么样扩容的：

看到add()方法源码中先是执行了“ensureCapacityInternal(size + 1);”这段代码是什么意思呢？好，让我们再看看ensureCapacityInternal()方法的源码，如下所示：

elementData就是存放元素的Object数组，这里我们需要看一下ArrayList的构造方法ArrayList():

很惊奇发现“ this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;”这段代码，那么也就是说ensureCapacityInternal()方法把elementData和DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA进行比较，DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA是一个空的Object数组，这是确认存放元素的Object数组elementData有没有指向新的实例对象，也就是elementData是否为空，为什么elementData会指向新的实例呢？我们接下来往后看，从前面的分析可知，在elementData没有指向新的实例时，也就是为空的时候，“ minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);”会被执行，也就是 minCapacity(最小容量)会等于DEFAULT_CAPACITY的值为10，当elementData指向新的实例时，也就是elementData不为空的时候，minCapacity依然还是Size + 1,也就是最小容量等于当前集合的元素个数加1，紧接着，又调用了方法ensureExplicitCapacity()并把minCapacity的值传递给了它，ensureExplicitCapacity()的源码如下：

看到ensureExplicitCapacity()方法中先执行了代码“modCount++;”，这个modCount指的是集合修改的次数，这个参数跟扩容没有关系，这个成员变量记录着集合的修改次数，也就每次add或者remove它的值都会加1。紧接着，进行了一个if判断。就是把minCapacity和当前存放元素的Object数组elementData的大小进行比较，当minCapacity的值大于当前存放元素的Object数组elementData的大小，就执行grow()方法，否则，结束add()方法中的“ ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!”这段代码的执行，然后执行“elementData[size++] = e; return ture;”,这就不需要笔者解释吧，size是ArrayList的元素个数！接下来我们着重看grow()方法，源码如下：

先解释里面的一些布局变量的意思，oldCapacity是旧的容量意思，等于当前存放元素的Object数组elementData的大小，newCapacity是新的容量的意思，看到代码，执行了代码“ int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);”，新的容量为原来容量的1.5倍，紧接着进行了两次判断“newCapacity - minCapacity < 0”和“newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0”，第一个判断是把newCapacity和最小容量minCapacity进行比较，我们前面已经分析过，这个最小容量minCapacity要么等于10，要么就是当前元素的个数加1，当newCapacity小于minCapacity时，代码“ newCapacity = minCapacity;”就会执行，newCapacity的值等于
minCapacity的值，这里通常是第一次扩容的时候执行；第二个判断是把newCapacity的值和MAX_ARRAY_SIZE的值进行比较，而MAX_ARRAY_SIZE的值等于Integer.MAX_VALUE - 8，当newCapacity大于MAX_ARRAY_SIZE时就执行hugeCapacity()方法，hugeCapacity()方法源码如下：

奇怪，为什么这里会出现一个“minCapacity < 0”的判断啊，不科学啊，在一路的代码分析当中，minCapacity也没参与运算啊，值是不可能为负值啊，其实很简单，由于minCapacity是int类型数据，当minCapacity的值范围超过int类型表示的范围，那么minCapacity肯定是为负值的，这是在学Java基础的时候就应该知道的，那么什么操作会使minCapacity变负值呢？回到开始add()方法的第一段执行的代码：“ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!”，这个size + 1就是答案，当size为int表示的最大的整数值时，再加1就会导致溢出，从而使整个(size + 1)为负值，接着看，当minCapacity < 0时，说明当前的元素个数已经到达最大限度，那么久抛出OutOfMemoryError，这是内存溢出，当抛出内存溢出的时候，整个add()方法结束，如果minCapacity大于0，说明当前的元素个数没有达到最大限度，就会执行一个三元运算符，可以看图中源码，当minCapacity等于MAX_ARRAY_SIZE时，hugeCapacity()方法返回Integer.Max_Value,否则，hugeCapacity()方法返回MAX_ARRAY_SIZE的值，也就是Integer.MAX_VALUE - 8，再回到grow()方法，通过前面的分析就可以知道“newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);”这段代码的意思就是检测内存溢出，当没有内存溢出时，newCapacity的大小是跟minCapacity和MAX_ARRAY_SIZE有关的，这就不需要笔者详细进行解释了吧！应该很简单，在grow()方法的最后执行了代码“elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);”，这就是前面提到的，将elementData指向新的实例对象，Arrays.copyOf()方法大家应该很熟悉吧！通过Arrays的copyOf(elementData, newCapacity)方法把当前存放元素的Object数组elementData和计算出的新的集合容量newCapacity传递给它，Arrays的copyOf(elementData, newCapacity)方法源码如下所示：

可以看到copyOf(elementData, newCapacity)中又调用了方法copyOf ( U[] original, int newLength, Class < ? extends T[]> newType)，源码如下：

当你看到copyOf ( U[] original, int newLength, Class < ? extends T[]> newType)源码中的new关键字，你就应该知道怎么回事了，so 这个扩容过程就讲解完了，下面总结一下：

0.刚开始new出来的ArrayList实例对象的底层存放元素的数组的容量为0，只有第一次执行add()方法的时候，才进行第一次扩容，第一次扩容后，存放元素的数组的容量为10。

1.扩容的条件就是执行add()方法的时候，当size+1大于当前存放元素的数组的容量时，newCapacity=oldCapacity*1.5,oldCapacity为当前存放元素的数组的容量，此时再进行两次检测，第一次检测把当前新的容量newCapacity与size+1进行比较，新的容量newCapacity将会取二者之间大的值，这里通常是第一次扩容的时候执行，接下来进行第二次检测，把当前新的容量newCapacity与Integer.MAX_VALUE - 8进行比较，当新的容量newCapacity>Integer.MAX_VALUE - 8时，接下来判断是否内存溢出，内存溢出时size+1是小于0的，当内存溢出的时候，结束整个加入元素的操作，也就是结束add()方法的执行，并提示OutMemoryError,当没有内存溢出的时候，再进行判断当size+1大于Integer.MAX_VALUE - 8时，当前的新的容量newCapacity就会变成Integer.Max_Value,否则，当前的新的容量newCapacity就会变成Integer.MAX_VALUE - 8。然后new出一个容量为newCapacity的Object[]数组作为集合新的存放元素的数组。

2.每一次扩容，底层存放元素的数组的引用elementData都会指向新的Object[]实例对象，new出来的Object[]数组的容量要么是以前的1.5倍，要么是Integer.Max_VALUE-8,要么是Integer.Max_VALUE。

3.内存溢出OutMemoryError的时候，是size + 1<0的时候，也就是size等于Integer.Max_Value的时候。

4.String,StringBuffer,StringBuilder区别与特性

这个题目面试的时候时常被问到，由于ArrayList的扩容，笔者整理浪费了很多精力，这里笔者暂时贴一个链接，后期补上：

http://blog.csdn.net/kingzone_2008/article/details/9220691

5.String str1 =”a”; String str2 = str1+”b”;String str3 = new String(str2);这段代码共生成几个对象？

这个题目也是面试题高概率问到的题目，解答这个题目需要一定的JVM知识，首先看第一句代码“String str1 =”a”;”这句代码只会生成1个对象，因为”a”是一个常量String对象,不同的是，常量String对象被放于常量池中，然后再看第二句代码“String str2 = str1+”b”;”，这句代码先在常量池中生成了常量String对象”b”，这时生成的第2个对象，然后再把str和“b”进行相加，又会生成一个String对象”ab”,这个”ab”也同样被放于常量池中，这是生成的第3个对象，接着最后一句代码“String str3 = new String(str2);”，这个代码中又new关键字，那么就会在堆内存中生成一个String对象，并且这个String对象的值指向常量池中的”ab”，所以最后，一共生成了4个对象。把图画出来更加容易懂，图笔者有时间就会更新到这里，谢谢关注。

下篇问题预览：

1.如何使用Java23中设计模式的Bulider模式

2.IO流中的File类提供了哪些重要的方法

3.说说IO流的字符流和字节流

4.Lock锁和synchronized锁的区别与特性

5.详细说说线程的生命周期