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Java笔试算法题OJ

LeetCode OJ 平台

根据平台说明，先将easy level的算法题做一做。

1.2 JVM

1.2.1 Java内存模型

Java堆(Java Heap)
方法区(Method Area)
Java虚拟机栈(Java Stack)
本地方法栈(Native Stack)
程序计数器(PC, Program Counter)

Java虚拟机栈是Java方法执行的内存模型，每一个方法在执行的时候都会创建一个栈帧(Stack Frame)，JVM负责push和pop栈帧到Java虚拟机栈中。

Stack Frame(栈帧)

局部变量表(Local Variable Array)
- 保存的内容是：this引用(如果是Instance Method)、方法参数和局部变量
- 如果是Instance Method，Index 0表示this应用，紧接着就是参数和方法内声明的局部变量
操作数栈(Operand Stack)
- 方法执行时会把局部变量表中的内容push到操作数栈进行操作，改变局部变量的值
- 操作数栈用于保存中间变量。
Frame Data
- 类运行时常量池引用(Runtime Constant Pool Reference)
  - 通过Runtime Constant Pool Reference可以访问Class Data，用来进行Dynamic Symbolic Resolution
- Normal Method return
- Exception Dispatch

Java虚拟机的操作是基于栈进行的，方法执行时，大部分的操作都是在局部变量表和操作数栈之间进行数据的更新。

Java虚拟机栈在编译的时候就确定了内存的大小。如果线程请求的栈深度大于虚拟机所能够提供的深度，将会抛出StackOverflowError；如果虚拟机在动态扩展栈时无法申请到足够的内存空间将会抛出OutofMemoryError。

局部变量表中存放的是方法参数和方法内部定义的局部变量、各种基本的数据类型、对象引用(reference)和ReturnAddress类型。

堆

Java堆是用来存放Java对象和数组的地方，又叫做”gc堆”，其内存物理上可以不连续，逻辑上必须连续。

方法区

方法区用来储存：已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、JIT编译后的代码等。

方法区又称为永久代，是堆的一个逻辑部分，运行时的常量池也是方法区的一部分。

Class文件除了类的版本、字段、方法、接口等描述信息之外，还有一项是Class文件常量池，这部分在加载之后将放在方法区的运行时常量池中。运行时的常量池相对于Class文件常量池的另一个特点就是动态性。运行期间可以将新的常量放入池中，较多用的是String类的inter()方法。

详细内容请参考：《深入理解Java虚拟机》

1.2.3 GC(Garbage Collector, Java垃圾回收)

概念区别

强引用(Object o = new Object())，只要强引用还存在GC就永远不会回收它。
软引用，可能还有用，但并非必须的对象，第一次gc时进行标记，第二次gc时进行回收。
弱引用，强度比软引用更弱一些，引用关联的对象只能生存到下一次gc回收之前。
虚引用，最弱的一种引用关系，用处是希望在这个对象被收集器回收时得到一个系统通知。

垃圾对象的判定

引用计数法：每多一个引用，引用计数器加1，引用失效，计数器减1，计数为0时，回收。
根搜索法：定义GC-Root，从GC Root开始向下搜索，当搜索不可达时，证明此对象不可用。GC-Root包括栈帧中的本地变量表引用对象、方法区静态属性引用变量、方法区常量引用变量和本地方法栈中Native引用的对象。

垃圾回收算法

标记-清除算法
标记-整理算法
复制算法
分代收集算法(新生代，老生代)

一般商用的JVM实现都使用的是分代收集算法：在对象存活率较低的新生代(10%对象存活)使用的是复制算法。在对象存活率高的老生代和方法区(永久代)采用标记清除算法或者标记整理算法。

复制算法：Java堆新生代又分为Eden，Survivor0和Survivor1；它们之间的占比大约是8:1:1；新生成的对象就放在Eden中，当Eden满时，就把存活的对象复制到S0中，清除Eden；当下一次GC回收时(S0也满了时)，把Eden和S0中的存活对象复制到S1中，清空Eden和S0；当再下一次GC时，S0和S1的角色就换了，JVM只扫描Eden和S1中的对象，如此往复进行。实际上S0和S1同时只有一个配合Eden在工作。如果S0或者S1不足以存放复制过来的对象时，就会放到老生代中。

详细内容请参考：《深入理解Java虚拟机》

对象虚拟机中的访问定位

句柄访问
- Java堆中会划分出一块内存作为句柄池，栈中的Reference指向对象的句柄地址，句柄中包含了对象实例数据引用(Instance Data Reference)和类型数据引用(Class Data Reference)
- 直接指针访问，Reference中存的是对象的地址(地址中包含的有Class Data Reference)

Java类加载机制

Java的类加载大体上按照加载 –> 验证 –> 准备 –> 解析 –> 初始化的顺序进行的。

其中，加载、验证、准备和初始化时严格按照顺序开始的，解析可能发生在初始化之后(目的是为了支持Java运行时绑定)，也可能发生在初始化之后。虽然上述阶段是按照严格顺序开始的，但不是按照顺序进行或者完成的，通常是互相交叉混合进行的。

Java当中的绑定指的是，将一个方法的调用与一个方法的主题关联起来，分为静态绑定和动态绑定。静态绑定是compile-time绑定，也叫前期绑定。Java当中只有final、static、private和constructor方法是前期绑定的；动态绑定是run-time绑定，又叫后期绑定，运行时根据对象的类型进行绑定，几乎所有的方法都是动态绑定。

加载阶段

通过一个类的全限定名获取其二进制字节流，将这个字节流代表的静态储存结构转化为方法区运行时数据结构，在java堆中生成一个java.lang.Class对象，最为方法区某些数据的访问入口。

可以使用系统或者自己定义的类加载器完成类的加载，类加载器包括：

启动类加载器(BootStrap ClassLoader)，负责加载jdk/jre/lib/java core API(java开头的文件)。启动类加载器无法被Java程序直接引用。
扩展类加载器(Extension ClassLoader)，负责加载jdk/jre/lib/ext目录中(javax开头的文件)。扩展类加载器可以在开发中直接引用。
应用类加载器(Application ClassLoader)，负责加载用户类路径ClassPath所包含的类。应用类加载器可以在开发中直接引用。

自定义加载器 --> 应用程序加载器 --> 扩展类加载器 --> 启动加载器称之为”双亲委派模型”。后面的加载器是前面加载器的父加载器，他们之间并不是继承关系，而是通过composition来复用父加载器的代码。

加载器的工作流程是：收到类加载请求 --> 把请求委托给父加载器完成 --> 依次向上 --> 到启动类加载器 --> 父类加载无法加载(找不到相应的class文件) --> 自己完成加载。

验证阶段

验证的目的是确保class文件的字节流包含的信息符合当前虚拟机的要求，而不会危害虚拟机自身的安全，验证的内容：文件格式、元数据、字节码和符号引用。

准备阶段

为类变量分配内存并设置类变量的初始值，这些内存都将在方法区中分配。这时候的内存分配仅包含类变量(static)，不包含实例变量，实例变量会在对象实例化时随对象分配在堆中，这里的初始值为默认初始值，而不是Java代码中assign的值。

Note:

对于基本数据类型对应的类变量(static)和全局变量，不显式assign值，会使用默认值，局部变量不assign值，编译不通过。
static final变量和只有final修饰的变量可以在声明的时候显式赋值或者初始化的时候赋值，否则编译不通过。总之，有final修饰的变量，在使用之前必须显式assign，系统不会默认assign default value。
对于引用数据类型、数组或引用对象，没有显式的赋值，系统为其赋默认值null。
数据在初始化时没有赋值，则默认为0。
static final变量在准备阶段就会变成常量，在编译阶段将其结果放入调用它的类的常量池当中。

解析阶段

将常量池中的符号引用转化为直接引用的过程，解析可能发生在初始化之前或者之后，分为静态解析和动态解析。static变量发生在静态解析阶段。

初始化

在这一个阶段真正的执行类中定义的Java程序代码

加载 --> 验证 --> 准备 --> 解析(没有严格顺序) --> 类初始化 --> 对象实例化

设计模式

参考文章: 设计模式
参考书籍：《Java与模式》作者：阎宏

数据结构与算法

参考书籍：A concise Introduction to Object-Oriented DSA
参考文章: 一部一个脚印学习数据结构与算法
参考文章：排序算法总结

java并发

(待续)…

数据库

(待续)…

操作系统

(待续)…

网络

(待续)…

面试中常见的问题汇总

参考总结：秋季校招笔面试

书籍推荐

《Java编程思想》第四版
《深入理解Java虚拟机》第二版
《Java与模式》作者：阎宏
《java并发编程实战》英文名：《Java concurrency in practice》
《现代操作系统》英文名：《Modern Operating System》
…

Questions

#1 为什么代码的输出结果是”父亲”

public class Child extends Father{
    private String name = "孩子";
    public static void main(String args[]){
        Child c = new Child();
        System.out.println(c.getName());
    }
}

class Father {
    private String name = "父亲";
    public String getName(){
        return name;
    }
}// output: "父亲"

Answer:

Child类继承了Father类，当然也继承了Father类中的getName()方法。当Child对象调用getName()方法的时候，要去Father类中进行调用，name属性的值为”父亲”。这里，我的理解是自动向上转型。

当代码变为如下：

public class Child extends Father{
    private String name = "孩子";
    @Override
    public String getName(){
        return name;
    }
    public static void main(String args[]){
        Father c = new Child();// 或者 Child c = new Child()
        System.out.println(c.getName());
    }
}

class Father {
    private String name = "父亲";
    public String getName(){
        return name;
    }
}// output: "孩子"

输出的结果都是：”孩子”。

当代码变为如下：

public class Child extends Father{
    private String name = "孩子";
    @Override
    public String getName(){
        return name;
    }
    public static void main(String args[]){
        Father c = new Father();
        System.out.println(c.getName());
    }
}

class Father {
    private String name = "父亲";
    public String getName(){
        return name;
    }
}// output: "父亲"

输出结果是: “父亲”。