Java系列

Java系列目录：

• Core Java
  • 集合类
• JVM
• Java多线程
• JavaFX

Java版本版本特性归纳

以下是自 JDK 8 (2014) 起至 JDK 21 (2023) 的主要特性演进总结，按版本分类：

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JDK 8 (LTS)

语言特性

• Lambda表达式：简化函数式编程

  list.forEach(s -> System.out.println(s));

• Stream API：支持链式数据操作（过滤、映射、归约）
• 方法引用：Class::method 简化Lambda
• 接口默认方法与静态方法：支持接口中定义实现方法

库/API

• java.time 日期时间 API
• Optional<T> 空值安全容器
• CompletableFuture 异步编程增强

JVM

• 移除永久代（PermGen），引入元空间（Metaspace）

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JDK 9 (2017)

语言特性

• 模块系统（Project Jigsaw）：模块化代码依赖
• 接口支持私有方法

库/API

• 集合工厂方法：List.of(), Set.of()
• Reactive Streams API（java.util.concurrent.Flow）
• HTTP/2 Client（孵化）

工具

• JShell：交互式编程工具

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JDK 10 (2018)

语言特性

• 局部变量类型推断（var）

  var list = new ArrayList<String>();

JVM

• 并行 Full GC 的 G1 垃圾收集器

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JDK 11 (LTS, 2018)

语言特性

• var 支持 Lambda 参数注解

库/API

• HTTP Client 正式发布（替代 HttpURLConnection）
• String 新增方法：strip(), isBlank()
• 单文件源码直接运行：java HelloWorld.java

JVM

• ZGC（低延迟垃圾收集器，实验性）

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JDK 12-17 (非LTS版本亮点)

JDK 12 (2019)

• Switch 表达式（预览）
• Shenandoah GC（低暂停时间收集器）

JDK 13 (2019)

• 文本块（预览）：简化多行字符串

  String json = """
                { "name": "Java" }
                """;

JDK 14 (2020)

• record 类（预览）：不可变数据载体

  record Point(int x, int y) {}

• Switch 表达式正式发布

JDK 15 (2020)

• 密封类（Sealed Classes，预览）：限制类继承

  public sealed class Shape permits Circle, Square {}

JDK 16 (2021)

• record 类、密封类正式发布
• 向量 API（孵化）：SIMD 指令优化

JDK 17 (LTS, 2021)

• 密封类正式发布
• 移除 Applet API
• 模式匹配 instanceof（正式）

  if (obj instanceof String s) {
      System.out.println(s.length());
  }

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JDK 18-21 (最新演进)

JDK 18 (2022)

• 简单 Web 服务器（jwebserver）
• UTF-8 作为默认字符集

JDK 19 (2022)

• 虚拟线程（预览）：轻量级并发模型

  Thread.startVirtualThread(() -> System.out.println("Hello"));

• 结构化并发（孵化）

JDK 20 (2023)

• Scoped Values（作用域值，孵化）
• Record 模式（预览）

JDK 21 (LTS, 2023)

• 虚拟线程正式发布
• 分代 ZGC（提高内存利用率）
• 序列集合（Sequenced Collections）

  List<Integer> list = new SequencedArrayList<>();

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核心演进方向

1. 现代化语法

   • 简化代码：var、record、Lambda
   • 模式匹配：instanceof、Switch 表达式

2. 并发模型革新

   • 虚拟线程（Project Loom）：支持百万级轻量级线程

3. 性能优化

   • ZGC/Shenandoah：低延迟垃圾回收
   • 向量 API：硬件加速计算

4. 模块化与安全

   • 模块系统隔离代码
   • 移除过时 API（如 Applet）

5. 云原生支持

   • 轻量级 HTTP 客户端和服务端工具

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版本选择建议

• 企业生产：JDK 11/17/21（LTS 版本）
• 尝鲜特性：最新非 LTS 版本（如 JDK 21）
• 历史项目：JDK 8 仍广泛使用，但建议逐步升级

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相关知识点

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一、Java 基础

1. == 和 equals() 的区别？

   • ==：比较对象内存地址是否相同（基本类型比较值）。
   • equals()：默认比较地址，可重写用于逻辑相等性（如 String 重写比较内容）。

2. String、StringBuffer、StringBuilder 的区别？

   • String：不可变，线程安全，频繁修改性能差。
   • StringBuffer：可变，线程安全（方法加 synchronized），性能较低。
   • StringBuilder：可变，非线程安全，性能高（推荐单线程场景）。

3. final 关键字的作用？

   • 修饰类：不可继承。
   • 修饰方法：不可重写。
   • 修饰变量：常量（基本类型值不可变，引用类型地址不可变）。

4. 接口 vs 抽象类？

   • 接口：多继承，默认方法（Java 8+），无构造方法，定义行为规范。
   • 抽象类：单继承，可以有构造方法、成员变量，定义模板和部分实现。

5. 重载（Overload）和重写（Override）的区别？

   • 重载：同一类中，方法名相同、参数列表不同（返回值无关）。
   • 重写：子类继承父类，方法名、参数、返回值相同，访问权限≥父类，不抛更宽泛异常。

6. Java 异常体系？Error 和 Exception 的区别？

   • Throwable 是根类，子类为 Error（JVM 严重错误，如 OutOfMemoryError）和 Exception（程序可处理异常）。
   • Exception 分为 Checked Exception（编译时检查，如 IOException）和 Unchecked Exception（运行时异常，如 NullPointerException）。

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二、集合框架（Collections）

7. ArrayList 和 LinkedList 的区别？

   • ArrayList：基于动态数组，随机访问快（O(1)），增删慢（需移动元素）。
   • LinkedList：基于双向链表，增删快（O(1)），随机访问慢（O(n)）。

8. HashMap 的工作原理？

   • 基于数组+链表/红黑树（JDK 8+），通过 key 的 hashCode() 计算桶位置。
   • 解决哈希冲突：链表法（同一桶中形成链表，长度≥8时转红黑树）。
   • 扩容：默认负载因子 0.75，容量翻倍，重新哈希。

9. ConcurrentHashMap 如何保证线程安全？

   • JDK 7：分段锁（Segment），每个段独立加锁。
   • JDK 8：CAS + synchronized 锁单个桶（链表头/红黑树根节点）。

10. HashSet 的实现原理？

    • 内部基于 HashMap 实现，元素作为 key 存储，值用固定 PRESENT 对象填充。

11. Iterator 的 Fail-Fast 和 Fail-Safe 机制？

    • Fail-Fast：直接遍历集合时修改结构会抛 ConcurrentModificationException（如 ArrayList）。
    • Fail-Safe：遍历集合的副本，允许修改原集合（如 CopyOnWriteArrayList）。

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三、多线程与并发

12. 线程的创建方式？

    • 继承 Thread 类，重写 run()。
    • 实现 Runnable 接口，传递给 Thread。
    • 实现 Callable 接口，配合 FutureTask（可获取返回值）。

13. synchronized 和 Lock 的区别？

    • synchronized：JVM 级别锁，自动释放锁，不可中断等待。
    • Lock：API 级别锁（如 ReentrantLock），需手动释放，支持超时、中断、公平锁。

14. volatile 关键字的作用？

    • 保证变量可见性（直接读写主内存），禁止指令重排序，但不保证原子性。

15. 线程池的核心参数？

    • corePoolSize：核心线程数。
    • maximumPoolSize：最大线程数。
    • keepAliveTime：非核心线程空闲存活时间。
    • workQueue：任务队列（如 ArrayBlockingQueue）。
    • ThreadFactory：线程创建工厂。
    • RejectedExecutionHandler：拒绝策略（如 AbortPolicy、CallerRunsPolicy）。

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四、JVM 核心

16. JVM 内存模型（运行时数据区）？

    • 堆（Heap）：对象实例和数组，线程共享。
    • 栈（Stack）：每个线程私有，存放局部变量、方法调用栈帧。
    • 方法区（Method Area）：类信息、常量、静态变量（JDK 8+ 由元空间实现）。
    • 程序计数器：当前线程执行指令的地址。

17. 垃圾回收算法有哪些？

    • 标记-清除：标记无用对象并清除，产生内存碎片。
    • 复制算法：将存活对象复制到另一块内存（适用于新生代）。
    • 标记-整理：标记后整理存活对象到一端（适用于老年代）。
    • 分代收集：堆分为新生代（复制算法）和老年代（标记-清除/整理）。

18. 类加载过程？

    • 加载：读取类文件到内存。
    • 验证：确保字节码符合规范。
    • 准备：为静态变量分配内存并赋默认值。
    • 解析：将符号引用转为直接引用。
    • 初始化：执行静态代码块和赋值。

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五、其他核心问题

19. Java 反射的作用及缺点？

    • 作用：运行时动态获取类信息、创建对象、调用方法。
    • 缺点：性能较低，破坏封装性，绕过泛型检查。

20. 泛型中 <? extends T> 和 <? super T> 的区别？

    • **<? extends T>**：上界通配符，只能读取为 T 或其子类。
    • **<? super T>**：下界通配符，只能写入 T 或其父类。

21. 深拷贝 vs 浅拷贝？

    • 浅拷贝：复制对象引用，不复制引用对象本身（如 Object.clone()）。
    • 深拷贝：递归复制所有引用对象（需自行实现）。

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六、代码示例与陷阱

22. String 不可变性的代码验证：

    String s1 = "abc";
    String s2 = s1.toUpperCase(); // 返回新对象 "ABC"
    System.out.println(s1 == s2); // false

23. HashMap 的线程不安全示例：
    多线程同时扩容可能导致链表成环，触发死循环或数据丢失。

24. 正确实现 equals 和 hashCode：

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Person person = (Person) o;
        return age == person.age && Objects.equals(name, person.name);
    }
    
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }

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七、扩展知识（Java 8+）

25. Lambda 表达式与函数式接口

    • 函数式接口（如 Runnable、Comparator）可使用 Lambda 简化代码。

26. Stream API 的核心操作

    • filter(), map(), reduce(), collect() 等链式处理集合数据。

27. Optional 类的作用

    • 避免 NullPointerException，明确处理可能为空的值。

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