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Android学习总结之Java篇（一）

news 来源：原创 2025/4/29 8:12:23

泛型擦除

一、基础概念与原理（必问）

问题 1：什么是泛型擦除？它在 Java 中的实现原理是什么？
回答核心：
泛型擦除是 Java 泛型的底层机制，指编译器在编译时会擦除泛型的具体类型信息，将泛型参数替换为其上限类型（通常是Object），仅在编译期保留类型检查，运行时类型信息丢失。

实现原理：
1. 类型替换：如List<String>编译后变为List（原始类型），所有T被替换为Object。
2. 桥接方法：当子类泛型类型与父类不同时，编译器生成桥接方法（如setSrc(Object)）以维持多态性。
3. 兼容性：确保泛型代码能在旧版本 JVM 上运行。

示例：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Android");
// 编译后，list的类型被擦除为List，运行时无法区分String与Integer类型

二、Android 开发中的典型场景（高频考点）

问题 2：泛型擦除在 Android 开发中会引发哪些问题？如何解决？
回答核心：

运行时类型丢失：无法通过反射直接获取泛型参数类型。
- 解决方案：使用TypeToken（如 Gson）或子类化保留类型信息。
```
// Gson中解析List<String>
Type type = new TypeToken<List<String>>() {}.getType();
List<String> list = gson.fromJson(json, type);
```
泛型数组初始化限制：
- 错误示例：T[] array = new T[10];（编译错误）。
- 解决方案：手动强制转换Object[]数组。

方法重载冲突：子类无法通过泛型参数重载父类方法。

错误示例：

class Parent<T> {public void method(T param) {} // 擦除后为method(Object)
}
class Child extends Parent<String> {public void method(String param) {} // 编译错误：与父类方法签名冲突
}

解决方案：通过接口或通配符（?）定义方法。

三、框架与工具的实战应用（重点）

问题 3：Gson 如何处理泛型擦除？请举例说明。
回答核心：
Gson 通过TypeToken解决泛型擦除问题。TypeToken利用匿名内部类保留泛型类型信息，通过反射获取实际类型。

示例：

// 解析嵌套泛型类型List<Map<String, Integer>>
Type type = new TypeToken<List<Map<String, Integer>>>() {}.getType();
List<Map<String, Integer>> result = gson.fromJson(json, type);

原理：匿名内部类的父类泛型信息被记录在 Class 文件的Signature属性中，通过反射可获取。

问题 4：Kotlin 如何解决泛型擦除？
回答核心：
Kotlin 通过reified关键字（配合inline函数）实化泛型，在运行时保留类型信息。

示例：

inline fun <reified T> fetchData(): T {val type = T::class.java// 使用反射或网络请求获取数据return data as T
}
// 调用时直接获取具体类型
val result = fetchData<Result>()

原理：inline函数在编译时将函数体替换到调用处，reified确保泛型类型被保留。

四、反射与泛型擦除的深度交互（难点）

问题 5：在 Android 中，如何通过反射获取泛型字段的实际类型？
回答核心：
通过ParameterizedType接口解析泛型信息。

示例：

class MyClass<T> {private List<T> data;
}
// 获取data字段的泛型类型
Field field = MyClass.class.getDeclaredField("data");
Type genericType = field.getGenericType();
if (genericType instanceof ParameterizedType) {Type actualType = ((ParameterizedType) genericType).getActualTypeArguments()[0];System.out.println("实际类型：" + actualType.getTypeName()); // 输出T的具体类型
}

注意：需处理Type的多层嵌套（如List<Map<String, ?>>）。

五、面试官高频追问（陷阱题）

追问 1：泛型擦除如何影响类型安全？
回答：
编译期保证类型安全，但运行时类型信息丢失可能导致ClassCastException。例如，通过反射向List<String>中插入Integer会绕过编译检查，运行时崩溃。

追问 2：为什么 Java 不支持泛型数组？
回答：
泛型数组在运行时无法保留类型信息，可能导致内存安全问题。例如：

List<String>[] array = new List<String>[10]; // 编译错误
array[0] = new ArrayList<Integer>(); // 运行时将引发ClassCastException

追问 3：Retrofit 如何处理泛型擦除？
回答：
Retrofit 通过ParameterizedType解析方法返回值的泛型类型。例如，Call<Result<T>>的泛型信息被记录在方法的Signature属性中，通过反射获取并传递给 Gson 进行序列化。

synchronized 底层原理

底层实现原理

对象头：在 Java 中，每个对象都有一个对象头（Object Header），对象头中包含了一些与锁相关的信息，如锁状态、哈希码、分代年龄等。锁状态有四种：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态和重量级锁状态。
偏向锁：偏向锁是为了在无竞争的情况下减少锁的开销。当一个线程第一次访问同步块并获取锁时，会在对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程 ID，以后该线程在进入和退出同步块时不需要进行 CAS 操作来加锁和解锁，只需要简单地测试一下对象头的 Mark Word 里是否存储着指向当前线程的偏向锁。如果测试成功，表示线程已经获得了锁。如果测试失败，则需要查看 Mark Word 中偏向锁的标识是否设置成 1（表示当前是偏向锁）：如果没有设置，则使用 CAS 竞争锁；如果设置了，则尝试使用 CAS 将对象头的偏向锁指向当前线程。
轻量级锁：当多个线程交替执行同步块时，偏向锁会升级为轻量级锁。线程在执行同步块之前，JVM 会先在当前线程的栈帧中创建用于存储锁记录的空间，并将对象头中的 Mark Word 复制到锁记录中，官方称为 Displaced Mark Word。然后线程尝试使用 CAS 将对象头中的 Mark Word 替换为指向锁记录的指针。如果成功，当前线程获得锁；如果失败，表示其他线程已经竞争到锁，当前线程会尝试自旋等待锁的释放。
重量级锁：如果自旋次数达到一定阈值或者有多个线程同时竞争锁，轻量级锁会升级为重量级锁。重量级锁依赖于操作系统的互斥量（Mutex），线程会被阻塞，进入等待队列，当锁被释放时，操作系统会唤醒等待队列中的线程继续竞争锁。

锁的分类

1. 乐观锁 vs 悲观锁

悲观锁（如 synchronized、显式锁 ReentrantLock）：
- 假设竞争激烈，每次访问共享资源前先加锁，确保独占访问。
- 包含上述偏向锁、轻量级锁、重量级锁（均为悲观锁的不同优化形态）。
乐观锁（如 CAS）：
- 假设竞争较少，不加锁而是直接尝试操作，失败时重试（无锁编程）。
- 缺点：存在 ABA 问题（需通过 AtomicStampedReference 解决）。

2. 公平锁 vs 非公平锁

公平锁：线程按申请顺序获取锁（如 ReentrantLock(true)），减少 “饥饿” 但增加上下文切换开销。
非公平锁：允许刚释放的锁被任意线程抢占（如 synchronized、ReentrantLock(false)），效率更高但可能导致部分线程长时间等待。

3. 可重入锁 vs 不可重入锁

可重入锁：同一线程可多次获取同一把锁（如 synchronized、ReentrantLock），通过计数器记录重入次数，避免死锁。
```
public synchronized void method1() {method2(); // 可重入，无需再次竞争锁
}
public synchronized void method2() {}
```
不可重入锁：未实现重入逻辑（如早期 Java 版本的 synchronized 非显式实现，现几乎不用）。

CAS 的缺点及解决办法

1. ABA 问题

问题描述：CAS 操作在比较和交换时，会检查变量的值是否与预期值相同。如果一个变量的值从 A 变为 B，再从 B 变回 A，CAS 操作会认为变量的值没有发生变化，从而继续执行更新操作，但实际上变量的值已经发生了变化，这可能会导致一些意外的结果。
解决办法：使用带有版本号的原子引用类 AtomicStampedReference 或 AtomicMarkableReference。AtomicStampedReference 会在更新值的同时更新版本号，每次更新时会检查值和版本号是否都与预期值相同；AtomicMarkableReference 则是使用一个布尔值来标记变量是否被修改过。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference;public class ABAExample {private static AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedRef = new AtomicStampedReference<>(100, 0);public static void main(String[] args) {Thread t1 = new Thread(() -> {int stamp = atomicStampedRef.getStamp();System.out.println("Thread 1 stamp: " + stamp);atomicStampedRef.compareAndSet(100, 101, stamp, stamp + 1);atomicStampedRef.compareAndSet(101, 100, atomicStampedRef.getStamp(), atomicStampedRef.getStamp() + 1);});Thread t2 = new Thread(() -> {try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}int stamp = atomicStampedRef.getStamp();System.out.println("Thread 2 stamp: " + stamp);boolean result = atomicStampedRef.compareAndSet(100, 102, stamp, stamp + 1);System.out.println("Thread 2 update result: " + result);});t1.start();t2.start();}
}

2. 循环时间长开销大

问题描述：如果 CAS 操作长时间不成功，线程会一直自旋，会消耗大量的 CPU 资源。
解决办法：可以设置自旋的最大次数，当达到最大次数后，线程放弃自旋，进入阻塞状态。另外，也可以使用锁机制，当 CAS 操作失败时，使用传统的锁来保证线程同步。

3. 只能保证一个共享变量的原子操作

问题描述：CAS 操作只能对一个共享变量进行原子操作，如果需要对多个共享变量进行原子操作，CAS 就无法满足需求。
解决办法：可以使用 AtomicReference 类将多个共享变量封装成一个对象，然后对这个对象进行 CAS 操作。另外，也可以使用锁机制来保证多个共享变量的原子性。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;class Pair {int x;int y;public Pair(int x, int y) {this.x = x;this.y = y;}
}public class MultiVariableCASExample {private static AtomicReference<Pair> atomicPair = new AtomicReference<>(new Pair(0, 0));public static void main(String[] args) {Pair expected = atomicPair.get();Pair newPair = new Pair(1, 1);boolean result = atomicPair.compareAndSet(expected, newPair);System.out.println("Update result: " + result);}
}