new String("Hello_42") == "Hello_" + 42?

Такие вопросы о сравнении строковых и числовых констант проверяют знания о понятии пулов литералов (literal pool). Не следует путать с пулом констант класса. Виртуальная машина переиспользует один и тот же объект для строкового литерала при загрузке класса, если такой уже выделен в куче. Вот почему "Hello" == "Hello" истинно, не смотря на то что String – ссылочный тип. Такая оптимизация возможна благодаря свойству неизменяемости (immutable) класса String, и называется интернирование строк.

Кроме самих литералов, интернирование применяется ко всем константным выражениям. К таким выражениям в этом примере относятся неявное приведение числа 42 к строке и конкатенация констант. Это делает истинным "Hello_42" == "Hello_" + 42.

Пул литералов не работает, когда явно используется оператор new. Это причина, по которой выражение new String("Hello_42") == "Hello_" + 42 ложно.

#Строки
#JVM

Параметры в Java передаются по ссылке или по значению?

Этот вопрос уходит корнями в C++ прошлое (скорее всего интервьюера), это терминология из C++. Для начала нужно разобраться в этой терминологии.

В C++ ссылка – это переменная-псевдоним для другой переменной. Меняя значение ссылки, поменяется и оригинал. В Java такого нет, легко понять это подумав например о ссылке на int.

Ссылка в Java – это нечто похожее на адрес объекта в памяти. Похожая сущность в C++ называется указатель.

Передача параметра по значению – это копирование значения в переменную-параметр метода. По ссылке – передача ссылки, то есть по сути использование той же самой переменной. Разобраться подробнее (осторожно, много C++).

В Java параметр метода – всегда копия. Значит параметры передаются всегда по значению, просто это значение может быть ссылкой на объект. Код ниже это демонстрирует.

#JVM

Какие в Java бывают виды ссылок?

Кроме обычной жесткой ссылки на объект существуют варианты ссылок, которые обрабатываются сборщиком мусора особым образом. Это наследники класса java.lang.ref.Reference. Все они реализуют разного рода слабые ссылки. Технически это обертки над объектом, который доступен по методу get(), и может быть удален сборщиком мусора пока объект-обертка еще не удален. Используются они для экономии памяти, для реализации кэшей, для финализации внешних ресурсов. Например в Android слабые ссылки иногда используются для борьбы с утечкой Activity.

Виды ссылок в порядке убывания «жесткости»:

Обычная жесткая ссылка – любая переменная ссылочного типа. Очистится сборщиком мусора не раньше, чем станет неиспользуемой (перестанет быть доступной из GC roots, подробнее в следующих постах).
SoftReference – мягкая ссылка. Объект не станет причиной израсходования всей памяти – гарантированно будет удален до возникновения OutOfMemoryError. Может быть раньше, зависит от реализации сборщика мусора.
WeakReference – слабая ссылка. Слабее мягкой. Не препятствует утилизации объекта, сборщик мусора игнорирует такие ссылки.
PhantomReference – фантомная ссылка. Используется для «предсмертной» обработки объекта: объект доступен после финализации, пока не очищен сборщиком мусора.

Подробнее можно почитать в этой статье, и как обычно в документации классов.

#JVM

Из чего состоит .class-файл?

.class-файл представляет собой один скомпилированный класс. Это то, что в конечном итоге исполняет Java Virtual Machine. В .class компилируется код любого JVM языка, формат входит в спецификацию и не зависит от платформы или реализации виртуальной машины. Содержимое конкретного класса просматривают утилитой javap из стандартного набора JDK. Подробно структура файла описана на википедии, в документации и во множестве статей. Файл состоит из 10 секций, которые можно условно разбить на группы:

🔘 Свойства файла: определяющее тип файла «волшебное слово» 0xCAFEBABE и версия формата;
🔘 Пул констант – содержит все используемые имена методов и классов в специальном формате, и прочую символьную информацию. В других местах используются только ссылки на элементы пула;
🔘 Основные свойства класса: флаги доступа, имя этого класса, его предка, интерфейсов;
🔘 Внутреннее содержимое: список полей класса и байткод методов
🔘 Атрибуты класса;

Для внутренних классов тоже создаются отдельные файлы с названиями формата OuterClass$InnerClass.class. Если класс анонимный, вместо имени используются номера с 1.

#JVM

Из чего состоит .class-файл?

.class-файл представляет собой один скомпилированный класс. Это то, что в конечном итоге исполняет Java Virtual Machine. В .class компилируется код любого JVM языка, формат входит в спецификацию и не зависит от платформы или реализации виртуальной машины. Содержимое конкретного класса просматривают утилитой javap из стандартного набора JDK. Подробно структура файла описана на википедии, в документации и во множестве статей. Файл состоит из 10 секций, которые можно условно разбить на группы:

🔘 Свойства файла: определяющее тип файла «волшебное слово» 0xCAFEBABE и версия формата;
🔘 Пул констант – содержит все используемые имена методов и классов в специальном формате, и прочую символьную информацию. В других местах используются только ссылки на элементы пула;
🔘 Основные свойства класса: флаги доступа, имя этого класса, его предка, интерфейсов;
🔘 Внутреннее содержимое: список полей класса и байткод методов
🔘 Атрибуты класса;

Для внутренних классов тоже создаются отдельные файлы с названиями формата OuterClass$InnerClass.class. Если класс анонимный, вместо имени используются номера с 1.

#JVM

Сколько памяти занимает объект?

Размер экземпляров ссылочных типов, как и примитивов, зависит от конкретной реализации JVM и параметров ее запуска. Обычно в вопросе подразумевается самая популярная машина – HotSpot от Oracle.

Размеры полей-примитивов бывают больше чем необходимо, например в целях выравнивания (alignment). Из-за того же выравнивания между полями в памяти могут возникать пустоты.

Как говорилось ранее, ссылка в Java – не то же самое что указатель в C++, это не адрес в памяти. Из-за этого размер поля-ссылки может не совпадать с размером машинного слова, например когда HotSpot использует оптимизацию «сжатие ссылок» (Compressed OOP).

Кроме полей и промежутков, каждый объект в HotSpot начинается с заголовка – runtime-метаинформации. Заголовок занимает от 8 до 16 байт.

В общем можно только сказать, что размер объекта строго больше суммы размеров его полей. Примерный размер конкретного объекта измеряется средствами инструментации.

#JVM

Как работает сборка мусора?

Очередной вопрос, ответ на который нужно начинать с уточнения: в каком именно сборщике мусора? Понятие сборщика мусора вводится в спецификации JVM, но внутренности зависят от реализации. Одна JVM может содержать несколько сборщиков, один сборщик может применять разные алгоритмы в разных случаях. Вообще говоря, в теории GC может делать ничего. Метод System.gc() обещает, что сборщик сделает «лучшую попытку» освободить память, то есть по факту не дает никаких гарантий.

GC (garbage collector) – центральная тема шуток про «джава тормозит». Это необходимая плата за стабильное автоматическое управление памятью. Поэтому это одна из самых бурлящих и меняющихся областей мира Java.

Основные подходы к сборке мусора – подсчет ссылок (reference counting) и обход графа достижимых объектов (mark-and-sweep, copying collection). Первый подход испытывает трудности с циклическими ссылками, в Java в основном используется второй.

Большинство сборщиков опирается на слабую гипотезу о поколениях. Гипотеза предполагает, что молодые объекты умирают чаще. Для этого куча делится на регионы по времени жизни объектов – поколения. Сборка мусора в них выполняется раздельно.

Общий для большинства сборщиков алгоритм описан во множестве статей, например, в этой. Суть его в том, что достижимые объекты помечаются и группируются, а недостижимые удаляются.



GC Roots – то, с чего начинается обход графа объектов на вопрос достижимости. Множество корневых объектов (root set) считается достижимым безусловно. Часто на интервью просят их перечислить.

Важное понятие для сборщиков мусора – Stop The World пауза. Это полная остановка потоков программы для безопасной сборки мусора и других системных операций. Происходит в специальных местах программы, которые называются safepoint.

Конкретный сборщик в HotSpot указывается в параметре запуска JVM. Каждый сборщик имеет много специфичных для него настроек. В Java 10 HotSpot доступно 4 сборщика:

🔘 Serial – однопоточный, с поколениями. Дает большой throughput (маленькая сумма задержек);
🔘 Parallel – многопоточный вариант Serial;
🔘 CMS (Concurrent Mark-Sweep) – дает меньшую latency (маленькие отдельные паузы), выполняя часть сборки вне Stop The World. Плата за это – меньший throughput. Способ сборки примерно как в предыдущих, работает с поколениями. В Java 9 уже объявлен deprecated;
🔘 G1 (Garbage First) – тоже направлен на уменьшение latency. Вместо поколений оперирует регионами;
🔘 Скоро будет добавлен новый сборщик Shenandoah;

Настоятельно рекомендуется к изучению очередной доклад Шипилёва (с продолжением) и цикл статей на хабре.

#JVM

На какие области делится память JVM?

Следует помнить, что это внутренние особенности HotSpot (и её opensource-версии OpenJDK). В других виртуальных машинах (например в Android) всё может быть абсолютно по-другому. Области-поколения кучи вообще зависят от используемого алгоритма сборки мусора, и могут отличаться в рамках одной и той же реализации виртуальной машины. Как было сказано в предыдущих постах, некоторые сборщики не пользуются понятием поколений совсем.

Stack – место под примитивы и ссылки на объекты (но не сами объекты). Хранит локальные переменные и возвращаемые значения функций. Здесь же хранятся ссылки на объекты пока те конструируются. Все данные в стеке – GC roots. Освобождается сразу на выходе из функции. Принадлежит потоку, размер по-умолчанию указывается параметром виртуальной машины -Xss, но при создании потока программно можно указать отличное значение. Подробнее.
PermGen – В этой области хранятся загруженные классы (экземпляры класса Class<T>). Здесь же с Java 7 хранится пул строк. Изначально размера -XX:PermSize, растет динамически до -XX:MaxPermSize. Не считается частью кучи.
Metaspace – с Java 8 заменяет permanent generation. Отличие в том, что по умолчанию metaspace ограничен только размерами доступной на машине памяти, но так же как PermGen может быть ограничен, параметром -XX:MaxMetaspaceSize.
Heap – куча, вся managed-память, в которой хранятся все пользовательские объекты. Все следующие разделы – части кучи. Параметры -Xms, -Xmn и -Xmx устанавливают начальный, минимальный и максимальный размеры хипа соответственно.
Eden, New Generation, Old Generation и другие – специфичные для сборщика мусора части кучи, поколения. Могут быть разные, но общий подход сохраняется: долго живущий объект постепенно двигается во всё более старое поколение; сборка мусора в разных поколениях происходит раздельно; чем поколение старше, тем сборка в нём реже, но и дороже. Подробнее.

Хотя устройство памяти – это детали реализации виртуальной машины, для Java-разработчика знания о них несут практическую пользу. Эти знания необходимы для передачи правильных значений параметров JVM, что в свою очередь спасает от просадок производительности GC и остановок с OutOfMemoryError.

#JVM

Опишите особенности работы с Shutdown Hooks.

Shutdown Hook – это обработчик завершения работы JVM. Действия, которые необходимо выполнить при прекращении работы программы, описываются в реализации объекта типа Thread, и передаются в Runtime.getRuntime().addShutdownHook().

При использовании обработчика нужно учитывать ряд нюансов:
1. Нет гарантии, что он будет выполнен целиком, и выполнен вообще. Хуки вызываются при нормальном завершении программы – завершении всех пользовательских потоков или вызове System.exit(). Например вызов System.halt() или получение от системы SIGKILL программа завершится незамедлительно. Это может случиться как до выполнения обработчиков, так и во время. Сигнал SIGTERM запустит обработчики, но ОС может не дождаться завершения и оборвать процесс.

2. В хуке нельзя использовать System.exit(0). Завершить работу можно ненулевым кодом, или методом System.halt(). Возврат нулевого кода после старта хуков приведет к зависанию программы.

3. Набор обработчиков задается до их старта. Когда процесс обработки начался, новый вызов addShutdownHook() вызовет исключение.

4. Нет гарантий о порядке выполнения. Если обработчиков несколько, они могут вызываться в случайном порядке, и даже параллельно, в соседних потоках. Об этом намекает и форма объявления обработчика – класс Thread.

Больше деталей об особенностях обработчиков смотрите в официальных вопросах и ответах о Shutdown Hooks API.

#JVM

Что происходит если не обработать исключение?

Если не было предпринято дополнительных действий, в этой ситуации нет никаких хитростей. Всё приложение, и даже метод main(), выполняется в потоках. Поток, в котором было выброшено и не обработано исключение, остановится, и распечатает стектрейс в вывод System.err. Если это был последний пользовательский поток, приложение начнет завершение работы.

Для изменения логики обработки непойманных исключений в Java существует функциональный интерфейс Thread.UncaughtExceptionHandler.

Обработчик упущенных исключений может быть установлен (в порядке возрастания приоритета):
• глобально на всё приложение, статическим методом Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler();
• для группы потоков, переопределением метода uncaughtException() в реализации объекта подкласса ThreadGroup (т.к. ThreadGroup сам является наследником UncaughtExceptionHandler);
• для отдельного потока, методом setUncaughtExceptionHandler().

Естественно, установка нестандартного обработчика не имеет обратной силы. Используя его, нужно убедиться, что он установлен достаточно рано, до выброса какого-либо исключения.

Хорошей практикой считается обрабатывать исключение настолько близко к месту его выброса, насколько возможно. Следовательно, использование глобальных обработчиков – самый плохой вариант.

Так же как в случае различных финализаций, несмотря на все её недостатки, глобальная обработка иногда лучше, чем ничего. Она может, например, дать последний шанс освободить внешние ресурсы, или уведомить о некорректной работе программы более эффективно, чем через логи.

Когда код с исключением выполняет ExecutorService, мы не имеем прямого доступа к объектам потока. Но в этом случае результатом выполнения будет объект типа Future. Такой отложенный объект при попытке прочитать значение перевыбросит полученное исключение, завернув его в ExecutionException. Новое исключение-обертка уже пойдет по обычному пути обработки текущего потока. Исключение как бы перекочует из внутреннего потока пулла во внешний, который использует этот пулл.

Если же пользовательский код не станет дожидаться результатов, исключение будет потеряно, не оставив даже стектрейса в потоке вывода. Для предотвращения такой ситуации стоит снабдить поток обработчиком сразу после создания, определив для сервиса собственную ThreadFactory.

Обычно, если фреймворк скрывает от пользователя детали работы с потоками, он также скрывает и детали работы с исключениями, оставляя свой специальный способ назначить обработчик. И этот специальный обработчик – более специфичный, а значит более правильный подход, чем стандартная глобальная обработка исключений Java. Так, например, в Spring MVC применяется аннотация @ExceptionHandler.

#JVM
#Многопоточность

Можно ли поймать Error?

Технически, Error как и любой другой Throwable можно поймать в блок catch. Такой код абсолютно валидный и скомпилируется без проблем.

На практике, согласно спецификации, значение исключения типа Error – необрабатываемая ошибка, ловить которую нет смысла.

Более того, выброс исключения подтипа VirtualMachineError означает, что JVM находится в сломанном состоянии. Дальнейшая работа непредсказуема: OutOfMemoryError приводит к невозможности создания новых объектов, StackOverflowError теряет фреймы стека вызова, и так далее.

Так как ловить Error не нужно, объявление её в секции throws сигнатуры метода необязательно. Как и RuntimeException, Error – разновидность unchecked exception.

#Язык #JVM

👉@BookJava

Зачем нужен package-info?

Обычно, чтобы создать новый пакет, вы создаете папку с соответствующим названием, и во всех ее .java файлах добавляете в начале строчку с названием пакета, вида package full.dir.path;. Этого вполне достаточно для работы.

Однако, дополнительно вы можете добавить в пакет его объявление – файл package-info.java. Несмотря на то, что это .java-файл, это не объявление класса. В названии класса дефисы запрещены, так что неоднозначности не возникнет.

Минимальное содержимое файла package-info.java – всё та же строка package full.dir.path;. Такой файл не несет практической пользы. Есть две вещи, которые можно в него добавить, чтобы польза появилась.

Первое – документация пакета. Javadoc-комментарий будет использоваться генератором документации. Пример – описание пакета java.lang. Его исходник вы можете найти в файле java/lang/package-info.java.

Второе возможное применение – аннотации уровня пакета. Для этого аннотация должна иметь Target PACKAGE. Например, некоторые пакеты Spring Framework помечены аннотацией @NonNullApi.

Подробно объявления пакетов описаны в главе 7.4.1 спецификации.

#jvm

👉@BookJava