Java集合、多线程、反射和Spring框架总结，源码解析
一、集合 - 通过不同的数据结构存储以及操作数据的工具
1.1 Collection
1.1.1 ArrayList、Vector
1.1.1.1 底层原理
ArrayList和Vector底层都是由动态数组实现的
1.1.1.2 ArrayList VS Vector
ArrayList是线程不安全的集合，而Vector是线程安全的集合。Vector本质是JDK1.0的产物，但是集合体系是JDK1.2才推出的新特性。因此，JDK1.2之后sun公司强行的让Vector类实现了List接口，从而导致Vector之中有很多功能重复的方法。虽然现在为止Vector都没有过时，但是基本上已经不再使用Vector集合，哪怕是多线程环境，也不推荐直接使用Vector来保证线程安全。
1.1.1.3 什么是动态数组？
本质上数组是不能动态的，因为Java中数组一旦初始化好之后，就不能再改变数组长度。但是ArrayList和Vector底层是通过创建新的数组的方式，来达到数组动态扩展的目的。这种动态"改变"数组长度的方式，称之为动态数组
1.1.1.4 源码解析
ArrayList - 构造方法
构造方法中就是将一个长度为空的数组，赋值给一个Object数组的引用(elementData)。JDK1.8之后，ArrayList初始化时，不再默认的初始化一个长度为10的数组(懒加载)。
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};transient Object[] elementData;..../** * 构造方法 - 初始化底层的数组 */public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;}add - 添加元素
public boolean add(E e) { //判断当前底层的数组是否需要扩容，如果需要扩容则调用grow方法，进行扩容 ensureCapacityInternal(size + 1); //将元素设置到数组size的位置，并且size自增 elementData[size++] = e; return true;}//核心扩容方法，参数minCapacity表示当前最小需要扩容的容量private void grow(int minCapacity) { //获得旧的数组容量 int oldCapacity = elementData.length; //计算新的数组容量，根据旧的容量1.5倍扩容 //右移一位相当于除以2，左移一位相当于乘以2 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //如果新容量没有达到最小容量的要求，则直接用最小容量顶替新容量 if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); //数组扩容 //Arrays.copyOf表示将根据参数二(newCapacity)的大小，创建一个新的空数组，并且将参数一(elementData)中的元素，全部拷贝过去，并且返回新数组 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);}add - 插入(往中间添加)元素的方法
//插入元素element到下标为index的位置public void add(int index, E element) { //检测index下标是否越界 rangeCheckForAdd(index); //判断是否需要扩容 ensureCapacityInternal(size + 1); //做一个index位置的元素整体后移，空出index位置来 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); //将新的元素放到index位置处 elementData[index] = element; //元素数量加1 size++;}**注意：**在ArrayList中，记性数组扩容或者元素移位时，底层都是调用的native方法实现，native本身没有方法体，方法实现是由C/C++实现的，以此来提高扩容的效率。
1.1.2 LinkedList
1.1.2.1 底层原理
Linked底层是由双向链表实现
1.1.2.2 什么是链表？什么是双向链表？
链表是一种非常常见的线性数据结构(和数组类似)，由一个一个的节点组成，每个节点都有一个指针，指向链表的下一个节点，因为有"指针"的存在，所以链表在内存空间上可以地址不连续，因此链表没有长度的限制(数组在内存空间上地址必须连续，长度有限)。
双向链表就是普通链表的节点多了一个指向上一个节点的指针
1.1.2.3 Java如何实现一个双向链表？
链表的关键其实就是节点，链表由一个一个节点组成，指向实现了节点的结构，那么链表就能实现。
链表节点的实现：
//LinkedList中底层节点的实现private static class Node { //数据部分，存储节点的元素 E item; //尾部指针，指向下一个节点 Node next; //头部指针，指向上一个节点 Node prev; Node(Node prev, E element, Node next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; }}1.1.2.4 源码解析
LinkedList的一些基本属性
//first在LinkedList中永远指向链表的头节点，如果没有元素时，就为nulltransient Node first;//last在LinkedList中永远指向链表的尾节点，如果没有元素时，就为nulltransient Node last;add添加元素的方法
//添加元素public boolean add(E e) { //调用该方法添加元素到链表的尾部 linkLast(e); return true;}//添加元素e到链表的尾部void linkLast(E e) { //让l指向尾节点，第一次添加时，因为没有任何节点，所以l和last都是null final Node l = last; //将新元素封装成新节点，并且新节点的头指针指向l final Node newNode = new Node<>(l, e, null); //再将尾指针指向新节点 last = newNode; //判断l是否为null，如果为null，表示新节点就是第一个节点 if (l == null) //first再指向新节点 first = newNode; else //l节点的尾指针指向新节点 l.next = newNode; size++; modCount++;}get获取元素的方法
//获取下标index除外的元素public E get(int index) { //检查下标越界 checkElementIndex(index); //找到index位置的节点，获得节点的数据部分 return node(index).item;}//node方法，返回index处的节点对象Node node(int index) { //判断查找的下标是靠前还是靠后 if (index < (size >> 1)) { //如果靠前，就从头节点开始，依次遍历往后查找 Node x = first; for (int i = 0; i < index; i++) x = x.next; return x; } else { //如果靠后，就从尾节点开始，依次遍历往前查找 Node x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; }}add插入(从中间添加)元素的方法
//插入元素到index下标的位置public void add(int index, E element) { //检查下标是否越界 checkPositionIndex(index); if (index == size) //说明当前的插入位置为末尾，直接调用追加元素的方法 linkLast(element); else //插入元素到指定节点之前 linkBefore(element, node(index));}....//插入数据e到succ节点的前面 void linkBefore(E e, Node succ) { final Node pred = succ.prev; final Node newNode = new Node<>(pred, e, succ); succ.prev = newNode; if (pred == null) first = newNode; else pred.next = newNode; size++; modCount++;}1.1.4 ArrayList VS LinkedList
插入性能对比：**尾部：**ArrayList和LinkedList性能相近**中间：**ArrayList的速度 >> LinkedList的速度，ArrayList虽然存在移位，但是底层通过C++直接操作内存的方式进行了优化，而LinkedList每次插入都需要通过遍历的方式找到元素，所以性能有所下降。**头部：**LinkedList的速度 >> ArrayList的速度，ArrayList往头部插入元素，也就意味着每次都需要位移整个数组，虽然有优化，但是也不等于没有耗时，但是LinkedList查找靠前/后的元素速度很快，同时插入性能也很快，所以相对ArrayList性能更优
查询性能对比：**尾部：**ArrayList和LinkedList性能相近**中间：**ArrayList >>>>>>>> LinkedList**头部：**ArrayList和LinkedList性能相近
1.1.3 HashSet、LinkedHashSet、TreeSet
Set各个实现类的特点：HashSet：无序、不可重复**LinkedHashSet：**不可重复，但是元素有序(插入顺序)**TreeSet：**不可重复，但是元素有序(字典顺序)
底层实现：
底层都是通过对应的Map集合实现
1.2 Map
1.2.1 HashMap、Hashtable
1.2.1.1 底层原理
HashMap和Hashtable底层都是由哈希表实现的，Hashtable和HashMap的关系与Vector和ArrayList之间的关系类似，Hashtable线程安全，HashMap线程不安全
1.2.1.2 哈希表(重要)
什么是哈希表？
哈希表是一种用于快速树索的数据结构，精准查询(通过key查询value)效率极高，和元素的数量(理想型，实际过程中，多少还是有点关系)无关，所以时间复杂度为O(1)
什么是哈希碰撞(哈希冲突)？
哈希碰撞不是一件好事，但是不可避免，所以任何一张好的哈希表必须对哈希碰撞有良好的解决方案。
所谓的哈希碰撞就是指，不同的key，通过哈希函数，计算出的下标相同了。
哈希碰撞的解决方式(HashMap的解决方案)
链地址法：将发生碰撞的元素通过链表连接起来
(JDK1.8之后，是通过链表 + 红黑树的方式解决的哈希碰撞)
哈希表的扩容(底层数组的扩容)
一个哈希表，哈希碰撞是不可避免的，如果频繁的发生哈希碰撞，那么会导致大量的链表生成，对查询性能影响很严重。因此哈希表必须通过适当的扩容，来降低哈希碰撞发生的概率，以及优化查询性能。
扩容的好处：1、降低后续发生哈希碰撞的概率2、打散现有的碰撞的链表
什么时候扩容？
哈希表有一个参数，称之为填充因子(加载因子，HashMap默认为0.75)，当添加的元素数量/数组长度时，一旦达到了填充因子的比例，就会触发一次扩容。数组长度(100) * 填充因子(0.75) = 扩容阈值(75)
如果碰到一些精准定位、去重、判断是否存在等诸如此类的问题，都可以先考虑一下哈希表或者哈希表的一些变种结构(布隆过滤器)
1.2.1.3 红黑树(简单介绍)
什么是红黑树？
红黑树本身是一种特殊的二叉树，是用于快速查询的数据结构
什么是二叉搜索树？
在一颗二叉树中，任意节点的左子树节点都比当前节点要小，右子树节点都比当前节点要大，那么这颗二叉树就称之为二叉搜索树
二叉搜索树的缺点：如果插入的元素有一定的顺序，那么就可以导致树的失衡，从而严重降低树的查询能力
红黑树就是为了解决二叉搜索树，失衡问题而设计的一颗二叉搜索平衡树
1.2.1.4 HashMap的源码解析(JDK1.8)
HashMap中的一些属性设置
//默认的哈希表容量(数组长度)- 16 static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; //哈希表的最大容量(最大的数组长度) - 2^30 static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; //默认的填充因子 - 0.75 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; //链表转成树的默认长度 static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; //树转回链表的默认长度 static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; //当哈希表的容量达到该值时，才会发生链表转树的情况 static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64; //当前的扩容阈值 - 当哈希表的元素数量达到这个阈值时，就会触发扩容 阈值 = 容量 * 填充因子 int threshold; //当前有效的填充因子值 final float loadFactor; //底层的哈希表transient Node[] table;HashMap的构造方法
//无参构造public HashMap() { //设置当前的填充因子为默认填充因子 this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; }//2个参数的构造方法//参数1 - 哈希表的初始化容量//参数2 - 自定义填充因子public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity); if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor); this.loadFactor = loadFactor; //根据自定义的容量设置扩容阈值 this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);}HashMap元素的节点类
//一个key-value就对应一个Node对象static class Node implements Map.Entry { final int hash;//当前key的哈希值 final K key;//key V value;//value Node next;//指向下一个节点的引用 - 链表 Node(int hash, K key, V value, Node next) { this.hash = hash; this.key = key; this.value = value; this.next = next; } ...}HashMap的扩容方法 - resize()
HashMap构造方法并不会初始化底层的哈希表(数组)，所以第一次添加元素时，一定会触发一次resize方法扩容，这次扩容的目的是为了初始化哈希表
/*哈希表扩容的方法如果是第一次添加元素，则该方法就会初始化哈希表*/final Node[] resize() { //将旧的哈希表赋值给oldTab变量，如果是第一次添加元素，table必然为null Node[] oldTab = table; //计算旧的哈希表容量，如果是第一次添加元素，旧哈希表的容量也必然为0 int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; //当前的拓展阈值 容量(16) * 加载因子(0.75f) = 12 //第一次添加时，oldThr threshold 也是为0 int oldThr = threshold; //newCap - 扩容后新的哈希表容量 //newThr - 扩容后新的扩展阈值 int newCap, newThr = 0; //判断旧的哈希表容量是否大于0 if (oldCap > 0) { //说明哈希表已经被初始化过了 //如果旧的哈希表容量超过了哈希表的最大容量限制，那么就不在扩容，直接返回旧的哈希表 if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return oldTab; } //新的容量为旧容量的2倍 else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) //新的扩展阈值也设置为旧阈值的2倍 newThr = oldThr << 1; // double threshold } else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold newCap = oldThr; else { //说明当前哈希表还未被初始化 //将默认的哈希表长度16 设置为newCap属性 newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; //计算新的扩展阈值 16 * 0.75 = 12 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); } //将新的扩展阈值设置给全局变量，方便下次使用 threshold = newThr; //初始化新的哈希表 @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"}) Node[] newTab = (Node[])new Node[newCap]; //将新的哈希表赋值给全局的table变量，后续所有对table的操作，其实就是在操作新的哈希表了 table = newTab; //判断是否存在旧的哈希表，如果是第一次添加元素，那么oldTable必然为null，resize方法就到此为止了。如果不是第一次添加元素，那么就会存在旧的哈希表，就需要对旧的哈希表进行重新计算 if (oldTab != null) { //重新计算旧哈希表的每个元素，赋值到新的哈希表中 ????????? //循环旧的哈希表中的各个哈希桶 for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { Node e; if ((e = oldTab[j]) != null) { //当前j位置的哈希桶中有元素节点，将该元素节点赋值给e变量 //将桶j的位置设置为null oldTab[j] = null; if (e.next == null) //说明当前e对应的数据节点只有一个节点(不是链表也不是树) //通过重新计算哈希位置，将节点e放入新的哈希表中 newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; else if (e instanceof TreeNode) //当前节点e是一颗红黑树，直接走红黑树重新设置的方法 ((TreeNode)e).split(this, newTab, j, oldCap); else { //当前节点e是一个链表，将链表进行高位和低位的拆分，重新放入到新的哈希表中，相当于将原来的一个链表，打散成了2个链表 Node loHead = null, loTail = null; Node hiHead = null, hiTail = null; Node next; do { next = e.next; 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; newTab[j] = loHead; } if (hiTail != null) { hiTail.next = null; newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } } } return newTab;}设置key-value的方法 - put方法
//给哈希表设置key - value//hash(key) - 根据key计算哈希值 -> 在哈希表中的下标public V put(K key, V value) { return putVal(hash(key), key, value, false, true);}//HashMap底层的哈希函数 - 将任意类型的key转成一个int类型的哈希值(现在还没有落在哈希表的范围内)static final int hash(Object key) { int h; return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);}//实际添加元素的方法//参数1-hash：通过key计算的哈希值//参数2-key：保存的key//参数3-value：保存的value//参数4-onlyIfAbsent：用来确定key相同时，value是否覆盖，false表示覆盖，true表示不覆盖final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { //初始化一些临时变量 //tab - 当前的哈希表 //p - 当前要保存的key-value对应的哈希桶的中的元素 //n - 当前哈希表的容量 //i - key-value计算出来的哈希表的下标 Node[] tab; Node p; int n, i; //获得全局哈希表，判断哈希表是否为空(没有初始化过)，意味着本次添加元素是第一次添加 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) //调用resize方法进行初始化 //将初始化的哈希表赋值给tab变量 //在计算新的哈希表的长度，赋值给n变量 n = (tab = resize()).length; //(n - 1) & hash - 通过key的哈希值，计算哈希表的下标 ！！！！！！！！ //任意类型的int值 & x 得到的结果一定是0 ~ x范围内 //计算出下标位置后，赋值给i变量 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) //恭喜你没有发生哈希碰撞 //思考：为什么这里要调用newNode方法，在方法里初始化Node对象，而不是直接初始化Node对象 tab[i] = newNode(hash, key, value, null); //tab[i] = new Node(hash, key, value, null); 为什么不这么写？？？？ else { //很遗憾，本次添加发生了哈希碰撞 //临时变量e - 当前临时的节点，用于后续的计算 //临时变量k - 当前发生碰撞的节点p的key值 Node e; K k; //判断添加的元素key和碰撞的元素key是否相等 if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) //如果key相同，则将碰撞的节点p设置给临时变量e e = p; else if (p instanceof TreeNode) //当前桶i的位置是一颗红-黑树 //执行红黑树添加节点的方法，如果返回null，就表示节点正常添加到红黑树中 //如果返回的节点不为null，说明添加的数据和红黑树中某个子节点key相同了 e = ((TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); else { //当前桶i的位置是一个链表(长度有可能为1) //循环当前哈希桶位置的整个链表 //变量binCount代表当前链表的 for (int binCount = 0; ; ++binCount) { if ((e = p.next) == null) { //将添加的数据封装成Node节点对象，插入到链表的末端(尾插) p.next = newNode(hash, key, value, null); //如果当前链表的长度达到了TREEIFY_THRESHOLD值 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) //可能将该桶的链表转成红-黑树或者进行哈希表的2倍扩容 treeifyBin(tab, hash); break; } //找到了链表中key和添加元素key相同的节点，跳出循环直接走value覆盖逻辑 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break; p = e; } } //如果e不为空，就执行value覆盖的代码，具体覆盖的逻辑需要结合参数onlyIfAbsent if (e != null) { V oldValue = e.value; if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) e.value = value; afterNodeAccess(e); return oldValue; } } ++modCount; //key-value已经添加到哈希表中 //++size哈希表的元素数量+1 //当前添加的元素数量超过了扩展阈值(容量 * 加载因子)，当前需要扩容 if (++size > threshold) //执行扩容方法 resize(); afterNodeInsertion(evict); return null;}//tab哈希表的hash值对应的桶的链表转换成红黑树的方法final void treeifyBin(Node[] tab, int hash) { int n, index; Node e; //如果哈希表为空，或者哈希表的容量没有达到转树的最小容量(64) if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY) //这个时候是不会转树的，而是直接进行一次扩容 resize(); else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) { //才将桶index位置的链表转换成红-黑树 TreeNode hd = null, tl = null; do { TreeNode p = replacementTreeNode(e, null); if (tl == null) hd = p; else { p.prev = tl; tl.next = p; } tl = p; } while ((e = e.next) != null); if ((tab[index] = hd) != null) hd.treeify(tab); }}注意：HashMap底层是通过先比较两个key的hash值，再比较对象的内存地址 || 比较对象的equals方法来判断这两个key是否相等
1.2.2 LinkedHashMap
1.2.2.1 特点
key有序(插入顺序)，不可重复
1.2.2.2 底层原理
在HashMap的基础上，新增了一个链表结构(和解决哈希冲突的链表是两回事)，这个链表是用来维护元素的插入顺序的。
//每次添加元素时，都会生成一个特殊的节点(除了HashMap里面需要的属性外，额外的多了两个属性，头尾节点的引用)Node newNode(int hash, K key, V value, Node e) { LinkedHashMap.Entry p = new LinkedHashMap.Entry(hash, key, value, e); //将新的元素节点，添加到整个链表的尾部 linkNodeLast(p); return p;}**注意：**本质上LinkedHashMap和HashMap的实现方式几乎一致，只是添加元素时，需要额外的去维护一个插入顺序的链表，所以添加元素的性能比HashMap略低，但是正因为有这个链表的存在，所以遍历哈希表的性能反而要高于HashMap
1.2.3 TreeMap
1.2.3.1 特点
key有序(字典排序)，不可重复
1.2.3.2 底层原理
没有哈希表，底层完全有红-黑树实现。查询性能和添加性能平均情况都低于HashMap，所以除非真的需要key有顺序，否则我们都应该使用HashMap，而不是TreeMap
**注意：**在TreeMap中判断两个key是否相同的方式，不是用==，也不是用equals方法，而是通过比较器(compare)的方法判断是否返回0，如果比较器返回0了，就表示key相同了。
二、多线程
2.1 什么是线程安全的问题？
在多线程环境下，同时并发的操作(增删改)同一份资源时，因为线程的调度不确定性，所以可能导致资源最后的执行状态和理想状态有一定的出入，这种问题就是所谓的线程安全问题。
2.2 什么情况下，程序会有线程安全的问题？
2.3 引发线程安全问题的三个因素
可见性 - 某个线程对一个数据的修改，其他线程是立即可见的
原子性 - 对某个数据的的操作是原子并且不可分割的
有序性 - 程序会按照代码编写的顺序依次执行
在多线程并发操作中，如果以上3个特性有任何一个特性没有得到保证，就会引发线程安全的问题
2.3.1 可见性
可见性问题的代码：
public class Test1 { private static boolean flag = true; public static void main(String[] args) { //创建一个新的线程 new Thread(() -> { // try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } flag = false; System.out.println("flag设置为false！"); }).start(); //死循环 while(flag){ } }}因为可见性的原因，导致子线程对flag的修改，主线程不能立即可见，因此还是无限死循环
2.3.2 原子性(大概率线程安全的问题都是由原子性导致)
i = 10; - 原子操作i++; - 非原子操作 x = i+1; | i=x;
public class Test2 { private static int x = 0; public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < 1000; i++) { new Thread(() -> { x++; }).start(); //x=900 //线程1 - x++ -> (901=900+1; 打断 x=901;) //线程2 - x++ -> (901=900+1; 901=y;) } try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("x当前的结果：" + x);//结果又可能小于1000 }}因为x++是非原子性的，所以在执行过程中有可能被其他线程打断，从而导致最后的结果一致性出现问题
注意：Java中两个原子性操作，放在一起就不是原子性的了。
2.3.3 有序性
什么是指令重排？
在某些情况下，CPU基于执行效率优化的考虑，可能会改变代码的执行顺序(代码的编写顺序和执行顺序不一样)，这种情况就称为指令重排
指令重排的保证：在单线程情况下，重排后的执行结果与顺序执行的执行结果一定一致。
public class Test3 { private static Object obj = null; private static boolean flag = true; public static void main(String[] args) { //线程1 while(flag){ System.out.println("死循环中...."); } //调用hashcode方法 obj.hashCode();//不会报空指针异常 //线程2 obj = new Object(); flag = false; }}2.4 如何保证线程安全
1)使用volatile关键字
添加了volatile关键字的属性，具有可见性，对该属性的所有修改，其他线程全部立即可见。同时volatile关键字可以保证局部有序性。但是volatile不能保证原子性。是一种相对于加锁来说更加轻量级的解决方案。
2)使用concurrent包下的一些AtomicXxxx类来进行原子操作
AtomicXxxxx类中的方法都是可以保证原子性的，但是两个原子性的方法并不能保证原子性
3)使用AtomicXxxx类来实现CAS(compare and swap)
CAS本质上是基于乐观锁的思想实现的技术，在某些场景下可以帮助我们实现线程安全，比Lock和synchronized加锁的方式会轻量级一些。
public class Test4 { private static volatile String name; private static volatile Integer age; private static volatile AtomicInteger flag = new AtomicInteger(0);//boolean flag = false; public static void main(String[] args) { //线程1 new Thread(() -> { //如果flag的值等于第一个参数，就设置为第二个参数，并且返回true，否则不设置，返回false //这个比较并且设置的过程是具有原子性的 //flag.compareAndSet(false, true) //设置小明，年龄为16 if (flag.compareAndSet(0, 1)){//true name = "小明"; age = 16; System.out.println("线程1设置成功！"); } else { System.out.println("线程1设置失败！"); } }).start(); //线程2 new Thread(() -> { //设置小红，年龄为18 if (flag.compareAndSet(0, 1)){//false name = "小红"; age = 18; System.out.println("线程2设置成功！"); } else { System.out.println("线程2设置失败！"); } }).start(); //线程3 new Thread(() -> { //设置小刚，年龄为12 if (flag.compareAndSet(0, 1)){//false name = "小刚"; age = 12; System.out.println("线程3设置成功！"); } else { System.out.println("线程3设置失败！"); } }).start(); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(name + " - " + age); }}4)synchronized加锁，同时解决可见性、原子性和有序性问题
synchronized加锁具体应该锁什么对象？- 将可能降低锁的细粒度
synchronized修饰方法时，如果是非静态方法，默认锁的是this(当前对象)如果是静态方法，默认锁的是当前类的class对象
5)通过Lock对象加锁
重入锁机制，是可以完全取代synchronized关键字，相对来说比synchronized更加灵活
//重入锁对象 Lock lock = new ReentrantLock(); new Thread(() -> { //线程1 lock.lock();//加锁 System.out.println("执行线程1的业务！！！"); try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } lock.unlock(); }).start(); new Thread(() -> { //线程1 lock.lock();//加锁 System.out.println("执行线程2的业务！！！"); try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } lock.unlock(); }).start();重入读写锁机制
//重入读写锁 ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(); ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = lock.writeLock();//写锁 ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = lock.readLock();//读锁 new Thread(() -> { //线程1 writeLock.lock();//加锁 System.out.println("执行线程1的业务！！！"); try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } writeLock.unlock(); }).start(); new Thread(() -> { //线程1 readLock.lock();//加锁 System.out.println("执行线程2的业务！！！"); try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } readLock.unlock(); }).start();读写锁中，读锁 兼容 读锁，读锁 互斥 写锁，写锁 互斥 写锁读写锁特别适合读多写少的业务
6)通过数据库的锁保证线程安全(表锁、行锁[共享锁、排他锁])
7)通过redis的lua脚本实现线程安全
8)通过分布式锁(zookeeper、redis)
…
2.5 编写一个线程安全的单例模式(懒汉式)
CAS版的线程安全的懒汉式
public class SingleClass { //私有化构造方法 private SingleClass(){} private static AtomicReference singleClass = new AtomicReference<>(); /** * 返回单例对象 * @return */ public static SingleClass getInstance(){ singleClass.compareAndSet(null, new SingleClass()); return singleClass.get(); }}双重锁判定版本
public class SingleClass { //私有化构造方法 private SingleClass(){} private volatile static SingleClass singleClass; /** * 返回单例对象 * * 只有第一次创建对象时有线程安全的问题，一旦创建好之后，就没有线程安全问题了 * @return */ public static SingleClass getInstance(){ //线程2 if (singleClass == null){ synchronized (SingleClass.class) { if(singleClass == null) { //1、申请堆内存地址 //2、初始化堆内存地址 //3、将引用指向的内存地址 singleClass = new SingleClass(); } } } return singleClass; }}2.6 集合中线程安全的问题
ArrayList、HashMap等集合线程不安全，体现在什么地方？会带来什么问题？
2.6.1 如何解决多线程下集合安全的问题？
可以使用一些线程安全的集合，比如Vector、Hashtable，底层是通过加锁的方式，保证操作的原子性，以此达到线程安全。但是实际开发过程中，不推荐使用这些集合，因为锁的细粒度太大，导致集合的并发性能很差，JDK1.4之后，提供了JUC(java.util.concurrent)的工具包，JUC包中包含了很多线程安全的集合类，这些类采用了特别的机制来保证线程安全，相对来说比Vector、Hashtable并发性更好。
注意：线程安全的集合，不等于所有对集合的操作都是线程安全。
所谓的线程安全集合，指的是集合的每个方法独立调用时，是线程安全的。但是将这些线程安全的方法组合在一起调用，就不一定是线程安全的了。
2.6.2 CopyOnWriteArrayList类 - ArrayList线程安全的解决方案
CopyOnWriteArrayList底层采用了写入时复制的机制，来保证写数据的线程安全，同时提高读数据的并发性能(所有读的操作是不加锁)，特别适合读多写少的场景。但是该类没办法保证数据的强一致性(读的时候有可能读到的是过期的数据)，对于某些数据一致性没有绝对要求的场景才能使用，在分布式项目中，往往追求的都是最终一致性(并不会要求强一致)，所以CopyOnWriteArrayList在分布式环境下可以使用。如果对数据的一致性要求很高，应该采用List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());方式获得线程安全的集合使用。
添加元素的方法 - add(写入时复制)
public boolean add(E e) { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { //获得当前底层的数据对象 Object[] elements = getArray(); //获得数组的长度 int len = elements.length; //基于原来的数组，复制一个长度+1的新数组 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); //将新元素写入新数组中 newElements[len] = e; //将新的数组赋值给全局变量，以后读取的就是这个新数组了 setArray(newElements); return true; } finally { lock.unlock(); }}读取元素时的方法 - get
//读取的方法没有任何加锁操作public E get(int index) { return get(getArray(), index);}12342.6.3 ConcurrentHashMap - 线程安全的HashMap
ConcurrentHashMap底层数据结构和HashMap完全一样，采用数组 + 链表 + 红黑树的方式实现的哈希表。JDK1.7之前，ConcurrentHashMap采用分段锁的方式保证线程安全JDK1.8之后，采用CAS + synchronized方式，保证线程安全，并发性能相对于1.7之前会更高
添加元素的方法 - put(key,value)
//添加元素时的方法final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) { //key和value不允许为null if (key == null || value == null) throw new NullPointerException(); //通过key，计算hash值(后续通过hash值计算哈希桶的位置) int hash = spread(key.hashCode()); //计数器 int binCount = 0; //死循环 - ？？？？？？？？？？？ 自旋 //tab指向当前的哈希表(底层数组) for (Node[] tab = table;;) { //声明一些局部变量 //f - 当前key对应的哈希桶的第一个节点对象 //n - 当前哈希表的容量(数组的长度) //i - key计算出来的哈希桶的位置 //fh - 当前桶的第一个元素f的状态位 Node f; int n, i, fh; //判断哈希表是否为空(如果未空，表示还没初始化，需要初始化哈希表) if (tab == null || (n = tab.length) == 0) //初始化哈希表，返回新的哈希表，赋值给tab变量 tab = initTable(); //i - 根据key的哈希值和哈希表的容量，计算的哈希桶的位置 //tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) - 可以理解为tab[i] //因为tab有可见性，但是tab中的节点并不具备可见性， //方法tabAt(tab, i = (n - 1) & hash))可以直接根据内存地址去内存中读取该位置的节点(可加性) else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) { //能进入该代码块，说明当前没有发生哈希碰撞，直接将节点设置到指定桶位置 if (casTabAt(tab, i, null, new Node(hash, key, value, null))) break; } //如果桶i的位置有节点元素，就说明发生了碰撞 //fh赋值为桶i的头节点f的哈希值，但是如果头节点f的哈希值为-1 //表示当前的哈希桶i的位置的所有节点正在参与扩容迁移 else if ((fh = f.hash) == MOVED) //当前线程会帮助扩容线程进行桶i位置的元素转移 //转移完成后，获得扩容后新的哈希表 tab = helpTransfer(tab, f); else { //说明当前哈希桶i位置有节点，发生了哈希碰撞，然后桶i位置的节点也没有进行迁移 //尝试将key-value放入哈希桶i的位置 V oldVal = null; synchronized (f) { if (tabAt(tab, i) == f) { //如果fh(f节点的哈希值)>0,表示当前哈希桶是一个链表 if (fh >= 0) { binCount = 1; for (Node e = f;; ++binCount) { K ek; if (e.hash == hash && ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))) { oldVal = e.val; if (!onlyIfAbsent) e.val = value; break; } Node pred = e; if ((e = e.next) == null) { //找到尾节点，进行尾插 pred.next = new Node(hash, key, value, null); break; } } } //如果f instanceof TreeBin，表示当前哈希桶是一颗红-黑树 else if (f instanceof TreeBin) { Node p; binCount = 2; if ((p = ((TreeBin)f).putTreeVal(hash, key, value)) != null) { oldVal = p.val; if (!onlyIfAbsent) p.val = value; } } } } //判断是否进行转树的操作 if (binCount != 0) { if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD) treeifyBin(tab, i); if (oldVal != null) return oldVal; break; } } } addCount(1L, binCount); return null;}初始化哈希表的方法 - initTable
//初始化哈希表//线程1 - initTable//线程2 - initTableprivate final Node[] initTable() { //tab - 当前哈希表的引用 //sc - 状态值 Node[] tab; int sc; //循环？？？？？？- 自旋 while ((tab = table) == null || tab.length == 0) { //判断sizeCtl(默认为0)状态值，赋给sc变量 if ((sc = sizeCtl) < 0) //如果sizeCtl<0,说明有人改过这个状态值，可能其他线程已经进来初始化哈希表了 //当前线程直接让步 Thread.yield(); //else 表示没有人修改过sizeCtl变量，那么当线下就修改并且开始进行初始化操作 //U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1) - CAS(具有原子性) //如果变量sizeCtl和sc值相等，那么就给sizeCtl变量赋值为-1，并且整个方法返回true //如果不相等，就不赋值，并且返回false //简单来说，这段代码的意思，就是为了保证一定只有一个线程能将sizeCtl变量赋值为-1，一定只有一个线程进入else代码块 else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) { //一定只有一个线程进入该代码块，执行哈希表的初始化方法 try { if ((tab = table) == null || tab.length == 0) { int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY; @SuppressWarnings("unchecked") //初始化长度为n的哈希表 Node[] nt = (Node[])new Node,?>[n]; table = tab = nt; sc = n - (n >>> 2); } } finally { sizeCtl = sc; } break; } } //返回哈希表 return tab;}三、反射
什么是反射？
反射就是在运行时获得动态解析类的能力。
简单来说，反射可以帮助我们创建对象，获得对象的属性，方法…
为什么我们需要通过反射创建对象、获取属性、调用方法？
在实际架构设计过程中，很多时候，我们需要设计一种更为通用的方法来处理某些问题，但是我们可能并不能确定很多对象的类型，这时传统的创建对象、获取属性、调用方法就行不通了，那么就可以通过反射来编写通用的代码解决问题。
架构师，功能 -> 对象转换成json字符串
/** * 对象转json的方法 - 使用反射通用实现(简单版本) * @return */ private static String obj2Json(Object obj){ StringBuilder sb = new StringBuilder(); sb.append("{"); //从对象中获取所有属性，拼接成一个json字符串 Class> clazz = obj.getClass(); //通过反射的class对象获得对象中的所有属性 Arrays.stream(clazz.getDeclaredFields()).filter(field -> { //判断当前属性是否有NoJSON注解 boolean has = field.isAnnotationPresent(NoJson.class); return !has; }).forEach(field -> { //给属性授权，可以操作私有 field.setAccessible(true); //获取所有属性名称 String fielgName = field.getName(); //获得所有的属性值 Object fieldValue = null; try { fieldValue = field.get(obj); } catch (IllegalAccessException e) { e.printStackTrace(); } if (sb.length() != 1){ sb.append(","); } //封装json sb.append(""" + fielgName +"":").append(""").append(fieldValue).append("""); }); sb.append("}"); return sb.toString(); }工作中运用反射解决的问题
四、Spring框架
4.1 IOC和AOP
什么是IOC？
控制反转 - 将对象创建的权利交给第三方容器(Spring容器)，简单点的理解，就是让容器给你New对象，你自己不要new对象了。
为什么需要IOC容器帮助我们new对象？我们自己new对象有啥不好？
解耦 - 解耦能带来什么好处？？？？？
实际开发过程中，当A类直接new B类的对象，我们称之为硬编码耦合。如果随着业务的升级迭代，B类的构造形式有可能发生变化(比如需要构造代理对象)，因为B类的构造方式变化了，就必须去A类中修改B对象初始化的代码，如果很多地方new B类的对象，就需要改很多地方，程序的维护性、拓展性就严重下降，Spring的IOC就是为了解除这种耦合性。
什么是AOP？
AOP表示面向切面编程，AOP是一种思想，而Spring是实现了这种思想的框架。对于很多业务来说，通常可以分为核心业务和非核心业务两部分。每个业务的核心业务都不相同，但是很多业务的非核心业务部分却是有着相同的功能(开启事务、回收资源、记录日志…)，将这些非核心业务的部分抽取出来，形成一个个所谓的切面，针对这些切面的编程方式，就是所谓的面向切面编程
AOP的底层实现
核心原理：动态代理
4.2 猜测一下，Spring IOC实现的基本流程
4.3 实际SpringIOC的结构流程图(简化)
AnnotationConfigApplicationContext构造方法
//注解的配置解析器 //解析类上@ComponentScan("com.qf") this.reader = new AnnotatedBeanDefinitionReader(this); //解析包字符串进行扫包的 this.scanner = new ClassPathBeanDefinitionScanner(this); ..... //父类的构造方法中调用，初始化BeanFactory this.beanFactory = new DefaultListableBeanFactory(); 12345678910scan 扫描包路径的方法
BeanDefinitionRegistry registry; // - 这个对象用来将BeanDefinition对象注册到BeanFactory中 doScan(basePackages); 123doScan 扫描包路径生成对应的Bean的BeanDefinition对象
protected Set doScan(String... basePackages) { Assert.notEmpty(basePackages, "At least one base package must be specified"); Set beanDefinitions = new LinkedHashSet<>(); for (String basePackage : basePackages) { //根据包路径扫描包下所有的Bean对象，生成对应的BeanDefinition对象 Set candidates = findCandidateComponents(basePackage); for (BeanDefinition candidate : candidates) { ScopeMetadata scopeMetadata = this.scopeMetadataResolver.resolveScopeMetadata(candidate); candidate.setScope(scopeMetadata.getScopeName()); String beanName = this.beanNameGenerator.generateBeanName(candidate, this.registry); if (candidate instanceof AbstractBeanDefinition) { postProcessBeanDefinition((AbstractBeanDefinition) candidate, beanName); } if (candidate instanceof AnnotatedBeanDefinition) { AnnotationConfigUtils.processCommonDefinitionAnnotations((AnnotatedBeanDefinition) candidate); } if (checkCandidate(beanName, candidate)) { BeanDefinitionHolder definitionHolder = new BeanDefinitionHolder(candidate, beanName); definitionHolder = AnnotationConfigUtils.applyScopedProxyMode(scopeMetadata, definitionHolder, this.registry); beanDefinitions.add(definitionHolder); registerBeanDefinition(definitionHolder, this.registry); } } } return beanDefinitions;}refresh方法
@Overridepublic void refresh() throws BeansException, IllegalStateException { synchronized (this.startupShutdownMonitor) { //准备阶段 prepareRefresh(); //获得前面阶段初始化过的BeanFactory对象(bean工厂) //Bean工厂 -> Map ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory(); //准备BeanFacotory对象，就是给Bean工厂设置一些属性 prepareBeanFactory(beanFactory); try { //后置处理器的空方法，留给以后拓展使用，暂时没有作用 postProcessBeanFactory(beanFactory); //重要！！！！ //调用BeanFactoryPostProcessor后置处理器自定义处理Bean工厂 invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory); //重要！！！ //找到内部的和自定义的BeanPostProcess对象，添加到BeanFactory的list集合中保存起来 //List beanPostProcessors = new CopyOnWriteArrayList<>(); //现在并没有执行 registerBeanPostProcessors(beanFactory); //初始化一些消息设置(比如国际化) initMessageSource(); //初始化容器事件广播器 initApplicationEventMulticaster(); // Initialize other special beans in specific context subclasses. onRefresh(); //注册各种监听 registerListeners(); //重要！！！！ //初始化所有的Bean对象(单例) finishBeanFactoryInitialization(beanFactory); // Last step: publish corresponding event. finishRefresh(); } catch (BeansException ex) { if (logger.isWarnEnabled()) { logger.warn("Exception encountered during context initialization - " + "cancelling refresh attempt: " + ex); } // Destroy already created singletons to avoid dangling resources. destroyBeans(); // Reset 'active' flag. cancelRefresh(ex); // Propagate exception to caller. throw ex; } finally { // Reset common introspection caches in Spring's core, since we // might not ever need metadata for singleton beans anymore... resetCommonCaches(); } }}ostProcessor后置处理器自定义处理Bean工厂 invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory); //重要！！！ //找到内部的和自定义的BeanPostProcess对象，添加到BeanFactory的list集合中保存起来 //List beanPostProcessors = new CopyOnWriteArrayList<>(); //现在并没有执行 registerBeanPostProcessors(beanFactory); //初始化一些消息设置(比如国际化) initMessageSource(); //初始化容器事件广播器 initApplicationEventMulticaster(); // Initialize other special beans in specific context subclasses. onRefresh(); //注册各种监听 registerListeners(); //重要！！！！ //初始化所有的Bean对象(单例) finishBeanFactoryInitialization(beanFactory); // Last step: publish corresponding event. finishRefresh(); } catch (BeansException ex) { if (logger.isWarnEnabled()) { logger.warn("Exception encountered during context initialization - " + "cancelling refresh attempt: " + ex); } // Destroy already created singletons to avoid dangling resources. destroyBeans(); // Reset 'active' flag. cancelRefresh(ex); // Propagate exception to caller. throw ex; } finally { // Reset common introspection caches in Spring's core, since we // might not ever need metadata for singleton beans anymore... resetCommonCaches(); } }}
