Java八股文——基础篇（三）

今天是 Java 基础八股文的第三篇，本文内容包括异常、泛型、反射、注解、SPI、I/O等，内容很杂也是一些重要内容，一两个问题讲不清的后面还是要单独来学习吧。

异常

Java 异常类层次结构图概览：

Exception 和 Error 有什么区别

在 Java 中，所有的异常都有一个共同的祖先 java.lang 包中的 Throwable 类。 Throwable 有两个重要的子类：

• Exception :程序本身可以处理的异常，可以通过 catch 来进行捕获。Exception 又可以分为 Checked Exception (受检查异常，必须处理) 和 Unchecked Exception (不受检查异常，可以不处理)。
• Error：Error 属于程序无法处理的错误 ，不建议通过catch捕获 。例如 Java 虚拟机运行错误（Virtual MachineError）、虚拟机内存不够错误(OutOfMemoryError)、类定义错误（NoClassDefFoundError）等 。这些异常发生时，Java 虚拟机（JVM）一般会选择线程终止。

Checked Exception 和 Unchecked Exception 有什么区别？

Checked Exception 即受检查异常，Java 代码在编译过程中，如果受检查异常没有被 catch或者throws 关键字处理的话，就没办法通过编译。

比如下面这段 I/O 操作的代码：

除了RuntimeException及其子类以外，其他的Exception类及其子类都属于受检查异常 。常见的受检查异常有：IO 相关的异常、ClassNotFoundException、SQLException…。

Unchecked Exception 即 不受检查异常 ，Java 代码在编译过程中 ，我们即使不处理不受检查异常也可以正常通过编译。

RuntimeException 及其子类都统称为非受检查异常，常见的有（建议记下来，日常开发中会经常用到）：

• NullPointerException(空指针错误)
• IllegalArgumentException(参数错误比如方法入参类型错误)
• NumberFormatException（字符串转换为数字格式错误，IllegalArgumentException的子类）
• ArrayIndexOutOfBoundsException（数组越界错误）
• ClassCastException（类型转换错误）
• ArithmeticException（算术错误）
• SecurityException （安全错误比如权限不够）
• UnsupportedOperationException(不支持的操作错误比如重复创建同一用户)
• ……

Throwable类常用方法有哪些？

• String getMessage(): 返回异常发生时的简要描述
• String toString(): 返回异常发生时的详细信息
• String getLocalizedMessage(): 返回异常对象的本地化信息。使用 Throwable 的子类覆盖这个方法，可以生成本地化信息。如果子类没有覆盖该方法，则该方法返回的信息与 getMessage()返回的结果相同
• void printStackTrace(): 在控制台上打印 Throwable 对象封装的异常信息

try-catch-finally 如何使用？

• try块：用于捕获异常。其后可接零个或多个 catch 块，如果没有 catch 块，则必须跟一个 finally 块。
• catch块：用于处理 try 捕获到的异常。
• finally 块：无论是否捕获或处理异常，finally 块里的语句都会被执行。当在 try 块或 catch 块中遇到 return 语句时，finally 语句块将在方法返回之前被执行。

try {
    System.out.println("Try to do something");
    throw new RuntimeException("RuntimeException");
} catch (Exception e) {
    System.out.println("Catch Exception -> " + e.getMessage());
} finally {
    System.out.println("Finally");
}

不要在 finally 语句块中使用 return! 当 try 语句和 finally 语句中都有 return 语句时，try 语句块中的 return 语句会被忽略。这是因为 try 语句中的 return 返回值会先被暂存在一个本地变量中，当执行到 finally 语句中的 return 之后，这个本地变量的值就变为了 finally 语句中的 return 返回值。

finally 中的代码一定会执行吗？

不一定的！在某些情况下，finally 中的代码不会被执行。

就比如说 finally 之前虚拟机被终止运行的话，finally 中的代码就不会被执行。

try {
    System.out.println("Try to do something");
    throw new RuntimeException("RuntimeException");
} catch (Exception e) {
    System.out.println("Catch Exception -> " + e.getMessage());
    // 终止当前正在运行的Java虚拟机
    System.exit(1);
} finally {
    System.out.println("Finally");
}

另外，在以下 2 种特殊情况下，finally 块的代码也不会被执行：

1. 程序所在的线程死亡。
2. 关闭 CPU。

如何使用 try-with-resources 代替try-catch-finally？

1. 适用范围（资源的定义）： 任何实现 java.lang.AutoCloseable或者 java.io.Closeable 的对象
2. 关闭资源和 finally 块的执行顺序： 在 try-with-resources 语句中，任何 catch 或 finally 块在声明的资源关闭后运行

《Effective Java》中明确指出：

面对必须要关闭的资源，我们总是应该优先使用 try-with-resources 而不是try-finally。随之产生的代码更简短，更清晰，产生的异常对我们也更有用。try-with-resources语句让我们更容易编写必须要关闭的资源的代码，若采用try-finally则几乎做不到这点。

Java 中类似于InputStream、OutputStream、Scanner、PrintWriter等的资源都需要我们调用close()方法来手动关闭，一般情况下我们都是通过try-catch-finally语句来实现这个需求，如下：

//读取文本文件的内容
Scanner scanner = null;
try {
    scanner = new Scanner(new File("D://read.txt"));
    while (scanner.hasNext()) {
        System.out.println(scanner.nextLine());
    }
} catch (FileNotFoundException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    if (scanner != null) {
        scanner.close();
    }
}

使用 Java 7 之后的 try-with-resources 语句改造上面的代码:

try (Scanner scanner = new Scanner(new File("test.txt"))) {
    while (scanner.hasNext()) {
        System.out.println(scanner.nextLine());
    }
} catch (FileNotFoundException fnfe) {
    fnfe.printStackTrace();
}

当然多个资源需要关闭的时候，使用 try-with-resources 实现起来也非常简单，如果你还是用try-catch-finally可能会带来很多问题。

通过使用分号分隔，可以在try-with-resources块中声明多个资源。

try (BufferedInputStream bin = new BufferedInputStream(new FileInputStream(new File("test.txt")));
     BufferedOutputStream bout = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(new File("out.txt")))) {
    int b;
    while ((b = bin.read()) != -1) {
        bout.write(b);
    }
}
catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

异常使用有哪些需要注意的地方？

• 不要把异常定义为静态变量，因为这样会导致异常栈信息错乱。每次手动抛出异常，我们都需要手动 new 一个异常对象抛出。
• 抛出的异常信息一定要有意义。
• 建议抛出更加具体的异常比如字符串转换为数字格式错误的时候应该抛出NumberFormatException而不是其父类IllegalArgumentException。
• 避免重复记录日志：如果在捕获异常的地方已经记录了足够的信息（包括异常类型、错误信息和堆栈跟踪等），那么在业务代码中再次抛出这个异常时，就不应该再次记录相同的错误信息。重复记录日志会使得日志文件膨胀，并且可能会掩盖问题的实际原因，使得问题更难以追踪和解决。
• ……

泛型

什么是泛型？有什么作用？泛型的使用方式有哪几种？

Java 泛型（Generics） 是 JDK 5 中引入的一个新特性。使用泛型参数，可以增强代码的可读性以及稳定性。

编译器可以对泛型参数进行检测，并且通过泛型参数可以指定传入的对象类型。比如 ArrayList<Person> persons = new ArrayList<Person>() 这行代码就指明了该 ArrayList 对象只能传入 Person 对象，如果传入其他类型的对象就会报错。

ArrayList<E> extends AbstractList<E>

并且，原生 List 返回类型是 Object ，需要手动转换类型才能使用，使用泛型后编译器自动转换。

---

泛型一般有三种使用方式:泛型类、泛型接口、泛型方法。

泛型类：

//此处T可以随便写为任意标识，常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型
//在实例化泛型类时，必须指定T的具体类型
public class Generic<T>{

    private T key;

    public Generic(T key) {
        this.key = key;
    }

    public T getKey(){
        return key;
    }
}

如何实例化泛型类：

Generic<Integer> genericInteger = new Generic<Integer>(123456);

2.泛型接口 ：

public interface Generator<T> {
    public T method();
}

实现泛型接口，指定类型：

class GeneratorImpl<T> implements Generator<String>{
    @Override
    public String method() {
        return "hello";
    }
}

3.泛型方法 ：

public static < E > void printArray( E[] inputArray )
{
      for ( E element : inputArray ){
         System.out.printf( "%s ", element );
      }
      System.out.println();
 }

使用：

// 创建不同类型数组： Integer, Double 和 Character
Integer[] intArray = { 1, 2, 3 };
String[] stringArray = { "Hello", "World" };
printArray( intArray  );
printArray( stringArray  );

泛型常用的通配符有哪些？

常用的通配符为： T，E，K，V，？

• ？ 表示不确定的 Java 类型
• T (type) 表示具体的一个 Java 类型
• K V (key value) 分别代表 Java 键值中的 Key Value
• E (element) 代表 Element

<?> 无限制通配符
<? extends E> extends 关键字声明了类型的上界，表示参数化的类型可能是所指定的类型，或者是此类型的子类
<? super E> super 关键字声明了类型的下界，表示参数化的类型可能是指定的类型，或者是此类型的父类

使用原则《Effictive Java》
为了获得最大限度的灵活性，要在表示 生产者或者消费者 的输入参数上使用通配符，使用的规则就是：生产者有上限、消费者有下限

1. 如果参数化类型表示一个 T 的生产者，使用 < ? extends T>;
2. 如果它表示一个 T 的消费者，就使用 < ? super T>；
3. 如果既是生产又是消费，那使用通配符就没什么意义了，因为你需要的是精确的参数类型。

什么是泛型擦除？

所谓的泛型擦除，官方名叫“类型擦除”。

Java 的泛型是伪泛型，这是因为 Java 在编译期间，所有的类型信息都会被擦掉。

也就是说，在运行的时候是没有泛型的。

例如这段代码，往一群猫里放条狗：

LinkedList<Cat> cats = new LinkedList<Cat>();
LinkedList list = cats;  // 注意我在这里把范型去掉了，但是list和cats是同一个链表！
list.add(new Dog());  // 完全没问题！

因为 Java 的范型只存在于源码里，编译的时候给你静态地检查一下范型类型是否正确，而到了运行时就不检查了。上面这段代码在 JRE（Java运行环境）看来和下面这段没区别：

LinkedList cats = new LinkedList();  // 注意：没有范型！
LinkedList list = cats;
list.add(new Dog());

泛型的类型擦除原则是：

• 消除类型参数声明，即删除<>及其包围的部分。
• 根据类型参数的上下界推断并替换所有的类型参数为原生态类型：如果类型参数是无限制通配符或没有上下界限定则替换为Object，如果存在上下界限定则根据子类替换原则取类型参数的最左边限定类型（即父类）。
• 为了保证类型安全，必要时插入强制类型转换代码。
• 自动产生“桥接方法”以保证擦除类型后的代码仍然具有泛型的“多态性”。

为什么要类型擦除呢？

主要是为了向下兼容，因为 JDK5 之前是没有泛型的，为了让 JVM 保持向下兼容，就出了类型擦除这个策略。

如何理解泛型的多态？泛型的桥接方法

类型擦除会造成多态的冲突，而JVM解决方法就是桥接方法。

现在有这样一个泛型类：

class Pair<T> {  

    private T value;  

    public T getValue() {  
        return value;  
    }  

    public void setValue(T value) {  
        this.value = value;  
    }  
}

然后我们想要一个子类继承它：

class DateInter extends Pair<Date> {  

    @Override  
    public void setValue(Date value) {  
        super.setValue(value);  
    }  

    @Override  
    public Date getValue() {  
        return super.getValue();  
    }  
}

在这个子类中，我们设定父类的泛型类型为Pair<Date>，在子类中，我们覆盖了父类的两个方法，我们的原意是这样的：将父类的泛型类型限定为Date，那么父类里面的两个方法的参数都为Date类型。

public Date getValue() {  
    return value;  
}  

public void setValue(Date value) {  
    this.value = value;  
}

所以，我们在子类中重写这两个方法一点问题也没有，实际上，从他们的@Override标签中也可以看到，一点问题也没有，实际上是这样的吗？

分析：实际上，类型擦除后，父类的的泛型类型全部变为了原始类型Object，所以父类编译之后会变成下面的样子：

class Pair {  
    private Object value;  

    public Object getValue() {  
        return value;  
    }  

    public void setValue(Object  value) {  
        this.value = value;  
    }  
} 

再看子类的两个重写的方法的类型：

@Override  
public void setValue(Date value) {  
    super.setValue(value);  
}  
@Override  
public Date getValue() {  
    return super.getValue();  
}

先来分析setValue方法，父类的类型是Object，而子类的类型是Date，参数类型不一样，这如果实在普通的继承关系中，根本就不会是重写，而是重载。 我们在一个main方法测试一下：

public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {  
        DateInter dateInter = new DateInter();  
        dateInter.setValue(new Date());                  
        dateInter.setValue(new Object()); //编译错误  
}

如果是重载，那么子类中两个setValue方法，一个是参数Object类型，一个是Date类型，可是我们发现，根本就没有这样的一个子类继承自父类的Object类型参数的方法。所以说，确实是重写了，而不是重载了。

为什么会这样呢？

原因是这样的，我们传入父类的泛型类型是Date，Pair<Date>，我们的本意是将泛型类变为如下：

class Pair {  
    private Date value;  
    public Date getValue() {  
        return value;  
    }  
    public void setValue(Date value) {  
        this.value = value;  
    }  
}

然后在子类中重写参数类型为Date的那两个方法，实现继承中的多态。

可是由于种种原因，虚拟机并不能将泛型类型变为Date，只能将类型擦除掉，变为原始类型Object。这样，我们的本意是进行重写，实现多态。可是类型擦除后，只能变为了重载。这样，类型擦除就和多态有了冲突。JVM知道你的本意吗？知道！！！可是它能直接实现吗，不能！！！如果真的不能的话，那我们怎么去重写我们想要的Date类型参数的方法啊。

于是JVM采用了一个特殊的方法，来完成这项功能，那就是桥方法。

首先，我们用javap -c className的方式反编译下DateInter子类的字节码，结果如下：

class com.tao.test.DateInter extends com.tao.test.Pair<java.util.Date> {  
  com.tao.test.DateInter();  
    Code:  
       0: aload_0  
       1: invokespecial #8                  // Method com/tao/test/Pair."<init>":()V  
       4: return  

  public void setValue(java.util.Date);  //我们重写的setValue方法  
    Code:  
       0: aload_0  
       1: aload_1  
       2: invokespecial #16                 // Method com/tao/test/Pair.setValue:(Ljava/lang/Object;)V  
       5: return  

  public java.util.Date getValue();    //我们重写的getValue方法  
    Code:  
       0: aload_0  
       1: invokespecial #23                 // Method com/tao/test/Pair.getValue:()Ljava/lang/Object;  
       4: checkcast     #26                 // class java/util/Date  
       7: areturn  

  public java.lang.Object getValue();     //编译时由编译器生成的桥方法  
    Code:  
       0: aload_0  
       1: invokevirtual #28                 // Method getValue:()Ljava/util/Date 去调用我们重写的getValue方法;  
       4: areturn  

  public void setValue(java.lang.Object);   //编译时由编译器生成的桥方法  
    Code:  
       0: aload_0  
       1: aload_1  
       2: checkcast     #26                 // class java/util/Date  
       5: invokevirtual #30                 // Method setValue:(Ljava/util/Date; 去调用我们重写的setValue方法)V  
       8: return  
}

从编译的结果来看，我们本意重写setValue和getValue方法的子类，竟然有4个方法，其实不用惊奇，最后的两个方法，就是编译器自己生成的桥方法。可以看到桥方法的参数类型都是Object，也就是说，子类中真正覆盖父类两个方法的就是这两个我们看不到的桥方法。而打在我们自己定义的setvalue和getValue方法上面的@Oveerride只不过是假象。而桥方法的内部实现，就只是去调用我们自己重写的那两个方法。

所以，虚拟机巧妙的使用了桥方法，来解决了类型擦除和多态的冲突。

不过，要提到一点，这里面的setValue和getValue这两个桥方法的意义又有不同。

setValue方法是为了解决类型擦除与多态之间的冲突。

而getValue却有普遍的意义，怎么说呢，如果这是一个普通的继承关系：

那么父类的getValue方法如下：

public Object getValue() {  
    return super.getValue();  
}

而子类重写的方法是：

public Date getValue() {  
    return super.getValue();  
}

其实这在普通的类继承中也是普遍存在的重写，这就是协变。

并且，还有一点也许会有疑问，子类中的桥方法Object getValue()和Date getValue()是同时存在的，可是如果是常规的两个方法，他们的方法签名是一样的，也就是说虚拟机根本不能分别这两个方法。如果是我们自己编写Java代码，这样的代码是无法通过编译器的检查的，但是虚拟机却是允许这样做的，因为虚拟机通过参数类型和返回类型来确定一个方法，所以编译器为了实现泛型的多态允许自己做这个看起来“不合法”的事情，然后交给虚拟器去区别。

如何理解基本类型不能作为泛型类型？

比如，我们没有ArrayList<int>，只有ArrayList<Integer>, 为何？

因为当类型擦除后，ArrayList的原始类型变为Object，但是Object类型不能存储int值，只能引用Integer的值。

另外需要注意，我们能够使用list.add(1)是因为Java基础类型的自动装箱拆箱操作。

注解

什么是注解？注解的生命周期？注解的解析方式？

Java 注解本质上是一个标记，可以理解成生活中的一个人的一些小装扮，比如戴什么什么帽子，戴什么眼镜。

注解可以标记在类上、方法上、属性上等，标记自身也可以设置一些值，比如帽子颜色是绿色。

有了标记之后，我们就可以在编译或者运行阶段去识别这些标记，然后搞一些事情，这就是注解的用处。

例如我们常见的 AOP，使用注解作为切点就是运行期注解的应用；比如 lombok，就是注解在编译期的运行。

注解生命周期有三大类，分别是：

• RetentionPolicy.SOURCE：给编译器用的，不会写入 class 文件
• RetentionPolicy.CLASS：会写入 class 文件，在类加载阶段丢弃，也就是运行的时候就没这个信息了
• RetentionPolicy.RUNTIME：会写入 class 文件，永久保存，可以通过反射获取注解信息

所以我上文写的是解析的时候，没写具体是解析啥，因为不同的生命周期的解析动作是不同的。

像常见的：

就是给编译器用的，编译器编译的时候检查没问题就 over 了，class 文件里面不会有 Override 这个标记。

再比如 Spring 常见的 Autowired ，就是 RUNTIME 的，所以在运行的时候可以通过反射得到注解的信息，还能拿到标记的值 required 。

注解只有被解析之后才会生效，常见的解析方法有两种：

• 编译期直接扫描：编译器在编译 Java 代码的时候扫描对应的注解并处理，比如某个方法使用@Override 注解，编译器在编译的时候就会检测当前的方法是否重写了父类对应的方法。
• 运行期通过反射处理：像框架中自带的注解(比如 Spring 框架的 @Value、@Component)都是通过反射来进行处理的。

反射

反射是什么？应用？原理？

创建一个对象是通过 new 关键字来实现的，比如：

Person person = new Person();

Person 类的信息在编译时就确定了，那假如在编译期无法确定类的信息，但又想在运行时获取类的信息、创建类的实例、调用类的方法，这时候就要用到反射。

反射功能主要通过 java.lang.Class 类及 java.lang.reflect 包中的类如 Method, Field, Constructor 等来实现。

比如说我们可以装来动态加载类并创建对象：

String className = "java.util.Date";
Class<?> cls = Class.forName(className);
Object obj = cls.newInstance();
System.out.println(obj.getClass().getName());

比如说我们可以这样来访问字段和方法：

// 加载并实例化类
Class<?> cls = Class.forName("java.util.Date");
Object obj = cls.newInstance();

// 获取并调用方法
Method method = cls.getMethod("getTime");
Object result = method.invoke(obj);
System.out.println("Time: " + result);

// 访问字段
Field field = cls.getDeclaredField("fastTime");
field.setAccessible(true); // 对于私有字段需要这样做
System.out.println("fastTime: " + field.getLong(obj));

反射有哪些应用场景？

一般我们平时都是在在写业务代码，很少会接触到直接使用反射机制的场景。

但是，这并不代表反射没有用。相反，正是因为反射，你才能这么轻松地使用各种框架。像 Spring/Spring Boot、MyBatis 等等框架中都大量使用了反射机制。

像 Spring 里的很多 注解 ，它真正的功能实现就是利用反射。

就像为什么我们使用 Spring 的时候 ，一个@Component注解就声明了一个类为 Spring Bean 呢？为什么通过一个 @Value注解就读取到配置文件中的值呢？究竟是怎么起作用的呢？

这些都是因为我们可以基于反射操作类，然后获取到类/属性/方法/方法的参数上的注解，注解这里就有两个作用，一是标记，我们对注解标记的类/属性/方法进行对应的处理；二是注解本身有一些信息，可以参与到处理的逻辑中。

反射的原理是什么？

我们都知道 Java 程序的执行分为编译和运行两步，编译之后会生成字节码(.class)文件，JVM 进行类加载的时候，会加载字节码文件，将类型相关的所有信息加载进方法区，反射就是去获取这些信息，然后进行各种操作。

SPI

什么是 SPI？它有什么用？

SPI 即 Service Provider Interface ，字面意思就是：“服务提供者的接口”，我的理解是：专门提供给服务提供者或者扩展框架功能的开发者去使用的一个接口。

SPI 将服务接口和具体的服务实现分离开来，将服务调用方和服务实现者解耦，能够提升程序的扩展性、可维护性。修改或者替换服务实现并不需要修改调用方。

很多框架都使用了 Java 的 SPI 机制，比如：Spring 框架、数据库加载驱动、日志接口、以及 Dubbo 的扩展实现等等。

SPI 和 API 有什么区别？

说到 SPI 就不得不说一下 API 了，从广义上来说它们都属于接口，而且很容易混淆。下面先用一张图说明一下：

一般模块之间都是通过接口进行通讯，那我们在服务调用方和服务实现方（也称服务提供者）之间引入一个“接口”。

当实现方提供了接口和实现，我们可以通过调用实现方的接口从而拥有实现方给我们提供的能力，这就是 API ，这种接口和实现都是放在实现方的。

当接口存在于调用方这边时，就是 SPI ，由接口调用方确定接口规则，然后由不同的厂商去根据这个规则对这个接口进行实现，从而提供服务。

举个通俗易懂的例子：公司 H 是一家科技公司，新设计了一款芯片，然后现在需要量产了，而市面上有好几家芯片制造业公司，这个时候，只要 H 公司指定好了这芯片生产的标准（定义好了接口标准），那么这些合作的芯片公司（服务提供者）就按照标准交付自家特色的芯片（提供不同方案的实现，但是给出来的结果是一样的）。

SPI 的优缺点

通过 SPI 机制能够大大地提高接口设计的灵活性，但是 SPI 机制也存在一些缺点，比如：

• 需要遍历加载所有的实现类，不能做到按需加载，这样效率还是相对较低的。
• 当多个 ServiceLoader 同时 load 时，会有并发问题。

序列化和反序列化

什么是序列化？什么是反序列化？

如果我们需要持久化 Java 对象比如将 Java 对象保存在文件中，或者在网络传输 Java 对象，这些场景都需要用到序列化。

简单来说：

• 序列化：将数据结构或对象转换成二进制字节流的过程
• 反序列化：将在序列化过程中所生成的二进制字节流转换成数据结构或者对象的过程

对于 Java 这种面向对象编程语言来说，我们序列化的都是对象（Object）也就是实例化后的类(Class)，但是在 C++这种半面向对象的语言中，struct(结构体)定义的是数据结构类型，而 class 对应的是对象类型。

下面是序列化和反序列化常见应用场景：

• 对象在进行网络传输（比如远程方法调用 RPC 的时候）之前需要先被序列化，接收到序列化的对象之后需要再进行反序列化；
• 将对象存储到文件之前需要进行序列化，将对象从文件中读取出来需要进行反序列化；
• 将对象存储到数据库（如 Redis）之前需要用到序列化，将对象从缓存数据库中读取出来需要反序列化；
• 将对象存储到内存之前需要进行序列化，从内存中读取出来之后需要进行反序列化。

维基百科是如是介绍序列化的：

序列化（serialization）在计算机科学的数据处理中，是指将数据结构或对象状态转换成可取用格式（例如存成文件，存于缓冲，或经由网络中发送），以留待后续在相同或另一台计算机环境中，能恢复原先状态的过程。依照序列化格式重新获取字节的结果时，可以利用它来产生与原始对象相同语义的副本。对于许多对象，像是使用大量引用的复杂对象，这种序列化重建的过程并不容易。面向对象中的对象序列化，并不概括之前原始对象所关系的函数。这种过程也称为对象编组（marshalling）。从一系列字节提取数据结构的反向操作，是反序列化（也称为解编组、deserialization、unmarshalling）。

综上：序列化的主要目的是通过网络传输对象或者说是将对象存储到文件系统、数据库、内存中。

序列化协议对应于 TCP/IP 4 层模型的哪一层？

我们知道网络通信的双方必须要采用和遵守相同的协议。TCP/IP 四层模型是下面这样的，序列化协议属于哪一层呢？

1. 应用层
2. 传输层
3. 网络层
4. 网络接口层

如上图所示，OSI 七层协议模型中，表示层做的事情主要就是对应用层的用户数据进行处理转换为二进制流。反过来的话，就是将二进制流转换成应用层的用户数据。这不就对应的是序列化和反序列化么？

因为，OSI 七层协议模型中的应用层、表示层和会话层对应的都是 TCP/IP 四层模型中的应用层，所以序列化协议属于 TCP/IP 协议应用层的一部分。

了解哪些序列化方式？

Java 序列化方式有很多，常见的有三种：

• Java 对象序列化 ：Java 原生序列化方法即通过 Java 原生流(InputStream 和 OutputStream 之间的转化)的方式进行转化，一般是对象输出流 ObjectOutputStream和对象输入流ObjectInputStream。
• Json 序列化：这个可能是我们最常用的序列化方式，Json 序列化的选择很多，一般会使用 jackson 包，通过 ObjectMapper 类来进行一些操作，比如将对象转化为 byte 数组或者将 json 串转化为对象。
• ProtoBuff 序列化：ProtocolBuffer 是一种轻便高效的结构化数据存储格式，ProtoBuff 序列化对象可以很大程度上将其压缩，可以大大减少数据传输大小，提高系统性能。

如果有些字段不想进行序列化怎么办？

对于不想进行序列化的变量，使用 transient 关键字修饰。

transient 关键字的作用是：阻止实例中那些用此关键字修饰的的变量序列化；当对象被反序列化时，被 transient 修饰的变量值不会被持久化和恢复。

关于 transient 还有几点注意：

• transient 只能修饰变量，不能修饰类和方法。
• transient 修饰的变量，在反序列化后变量值将会被置成类型的默认值。例如，如果是修饰 int 类型，那么反序列后结果就是 0。
• static 变量因为不属于任何对象(Object)，所以无论有没有 transient 关键字修饰，均不会被序列化。

为什么不推荐使用 JDK 自带的序列化？

我们很少或者说几乎不会直接使用 JDK 自带的序列化方式，主要原因有下面这些原因：

• 不支持跨语言调用 : 如果调用的是其他语言开发的服务的时候就不支持了。
• 性能差：相比于其他序列化框架性能更低，主要原因是序列化之后的字节数组体积较大，导致传输成本加大。
• 存在安全问题：序列化和反序列化本身并不存在问题。但当输入的反序列化的数据可被用户控制，那么攻击者即可通过构造恶意输入，让反序列化产生非预期的对象，在此过程中执行构造的任意代码。

I/O

Java IO 流了解吗？

IO 即 Input/Output，输入和输出。数据输入到计算机内存的过程即输入，反之输出到外部存储（比如数据库，文件，远程主机）的过程即输出。数据传输过程类似于水流，因此称为 IO 流。IO 流在 Java 中分为输入流和输出流，而根据数据的处理方式又分为字节流和字符流。

Java IO 流的 40 多个类都是从如下 4 个抽象类基类中派生出来的。

• InputStream/Reader: 所有的输入流的基类，前者是字节输入流，后者是字符输入流。
• OutputStream/Writer: 所有输出流的基类，前者是字节输出流，后者是字符输出流。

有什么分类？

Java IO 流的划分可以根据多个维度进行，包括数据流的方向（输入或输出）、处理的数据单位（字节或字符）、流的功能以及流是否支持随机访问等。

按照数据流方向如何划分？

• 输入流（Input Stream）：从源（如文件、网络等）读取数据到程序。
• 输出流（Output Stream）：将数据从程序写出到目的地（如文件、网络、控制台等）。

按处理数据单位如何划分？

• 字节流（Byte Streams）：以字节为单位读写数据，主要用于处理二进制数据，如音频、图像文件等。
• 字符流（Character Streams）：以字符为单位读写数据，主要用于处理文本数据。

按功能如何划分？

• 节点流（Node Streams）：直接与数据源或目的地相连，如 FileInputStream、FileOutputStream。
• 处理流（Processing Streams）：对一个已存在的流进行包装，如缓冲流 BufferedInputStream、BufferedOutputStream。
• 管道流（Piped Streams）：用于线程之间的数据传输，如 PipedInputStream、PipedOutputStream。

IO 流为什么要分为字节流和字符流？

问题本质想问：不管是文件读写还是网络发送接收，信息的最小存储单元都是字节，那为什么 IO 流操作要分为字节流操作和字符流操作呢？

个人认为主要有两点原因：

• 字符流是由 Java 虚拟机将字节转换得到的，这个过程还算是比较耗时；
• 如果我们不知道编码类型的话，使用字节流的过程中很容易出现乱码问题。

所以， IO 流就干脆提供了一个直接操作字符的接口，方便我们平时对字符进行流操作。如果音频文件、图片等媒体文件用字节流比较好，如果涉及到字符的话使用字符流比较好。

文本存储是字节流还是字符流，视频文件呢？

在计算机中，文本和视频都是按照字节存储的，只是如果是文本文件的话，我们可以通过字符流的形式去读取，这样更方便的我们进行直接处理。

比如说我们需要在一个大文本文件中查找某个字符串，可以直接通过字符流来读取判断。

处理视频文件时，通常使用字节流（如 Java 中的FileInputStream、FileOutputStream）来读取或写入数据，并且会尽量使用缓冲流（如BufferedInputStream、BufferedOutputStream）来提高读写效率。

因此，无论是文本文件还是视频文件，它们在物理存储层面都是以字节流的形式存在。区别在于，我们如何通过 Java 代码来解释和处理这些字节流：作为编码后的字符还是作为二进制数据。

IO流用到了什么设计模式？

其实，Java 的 IO 流体系还用到了一个设计模式——装饰器模式。

BIO、NIO、AIO 之间的区别？

BIO（Blocking I/O）：采用阻塞式 I/O 模型，线程在执行 I/O 操作时被阻塞，无法处理其他任务，适用于连接数较少的场景。

NIO（New I/O 或 Non-blocking I/O）：采用非阻塞 I/O 模型，线程在等待 I/O 时可执行其他任务，通过 Selector 监控多个 Channel 上的事件，适用于连接数多但连接时间短的场景。

AIO（Asynchronous I/O）：使用异步 I/O 模型，线程发起 I/O 请求后立即返回，当 I/O 操作完成时通过回调函数通知线程，适用于连接数多且连接时间长的场景。

BIO

BIO，也就是传统的 IO，基于字节流或字符流（如 FileInputStream、BufferedReader 等）进行文件读写，基于 Socket 和 ServerSocket 进行网络通信。

对于每个连接，都需要创建一个独立的线程来处理读写操作。

NIO

NIO，JDK 1.4 时引入，放在 java.nio 包下，提供了 Channel、Buffer、Selector 等新的抽象，基于 RandomAccessFile、FileChannel、ByteBuffer 进行文件读写，基于 SocketChannel 和 ServerSocketChannel 进行网络通信。

实际上，“旧”的 I/O 包已经使用 NIO 重新实现过，所以在进行文件读写时，NIO 并无法体现出比 BIO 更可靠的性能。

NIO 的魅力主要体现在网络编程中，服务器可以用一个线程处理多个客户端连接，通过 Selector 监听多个 Channel 来实现多路复用，极大地提高了网络编程的性能。

缓冲区 Buffer 也能极大提升一次 IO 操作的效率。

AIO

AIO 是 Java 7 引入的，放在 java.nio.channels 包下，提供了 AsynchronousFileChannel、AsynchronousSocketChannel 等异步 Channel。

它引入了异步通道的概念，使得 I/O 操作可以异步进行。这意味着线程发起一个读写操作后不必等待其完成，可以立即进行其他任务，并且当读写操作真正完成时，线程会被异步地通知。

AsynchronousFileChannel fileChannel = AsynchronousFileChannel.open(Paths.get("test.txt"), StandardOpenOption.READ);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
Future<Integer> result = fileChannel.read(buffer, 0);
while (!result.isDone()) {
    // do something
}

语法糖

什么是语法糖？

语法糖（Syntactic sugar） 代指的是编程语言为了方便程序员开发程序而设计的一种特殊语法，这种语法对编程语言的功能并没有影响。实现相同的功能，基于语法糖写出来的代码往往更简单简洁且更易阅读。

举个例子，Java 中的 for-each 就是一个常用的语法糖，其原理其实就是基于普通的 for 循环和迭代器。

String[] strs = {"JavaGuide", "公众号：JavaGuide", "博客：https://javaguide.cn/"};
for (String s : strs) {
    System.out.println(s);
}

不过，JVM 其实并不能识别语法糖，Java 语法糖要想被正确执行，需要先通过编译器进行解糖，也就是在程序编译阶段将其转换成 JVM 认识的基本语法。这也侧面说明，Java 中真正支持语法糖的是 Java 编译器而不是 JVM。如果你去看com.sun.tools.javac.main.JavaCompiler的源码，你会发现在compile()中有一个步骤就是调用desugar()，这个方法就是负责解语法糖的实现的。

Java 中有哪些常见的语法糖？

Java 中最常用的语法糖主要有泛型、自动拆装箱、变长参数、枚举、内部类、增强 for 循环、try-with-resources 语法、lambda 表达式等。

总结

到这里，Java基础的常出现的八股文就已经结束了，只看一遍当然是不够的，有一些比较复杂的内容我也还没有完全理解，后面继续会看。

在写这种总结类型的博客时，我总会想这有什么用，我并不会一个字一个字地打出来，更多的还是把别人文章中的内容复制下来了，有的地方甚至会被我删掉，这也使得后面我再去看的时候可能会看不懂。所以我会在写博客和删博客的过程中浪费掉大量的时间，设置在开始写之前，我还会去浪费时间设计结构，美其名曰为了更好的知识组织，其实就是为了偷会懒。

但是写这些会省去我后面继续去查找资料的时间，而且如果不写下来的话，只看一遍基本上是什么都记不住的。

不管有没有意义，我都会一直坚持写写博客，这不只是为了秋招而做的准备，更是养成一种学习的习惯吧。

下一篇八股文就要在集合框架或者并发编程上见了。

让人惊讶的是，昨天晚上腾讯的面试竟然过了，如果有二面的机会，我一定会好好把握的。

参考

https://javaguide.cn/java/basis/java-basic-questions-03.html

https://pdai.tech/md/java/basic/java-basic-x-generic.html

https://javabetter.cn/sidebar/sanfene/javase.html