Java Middle Interview

В Java существует два вида памяти - heap и stack. Каждый из них хранит свой вид данных, имеет свою структуру и работает по своей схеме. Heap выделяет память под объекты и JRE классы, stack в свою очередь хранит ссылки на объекты и примитивы.

Heap используется всеми частями приложения, в то время как stack используется лишь главным потоком выполнения программы.

Каждый раз когда мы создаем объект(практически всегда используя ключевое слово new) - этот объект хранится в heap, а в stack хранится ссылка на этот объект:

Person person = new Person();

тут мы создаем новый объект Person(), после чего он сразу же помещается в heap, а person становится ссылкой на этот объект и хранится в stack.

Stack - упорядоченная структура и работает по схеме LIFO(Last-In-First-Out). у heap весь доступ к объектам происходит по ссылкам из stack.

Heap в разы больше stack, stack работает быстрее благодаря структуре, stack "живет" короткий промежуток времени, в то время как heap "живет" весь "жизненный цикл" программы.

Heap имеет структуру пирамиды. Это означает что самый большой элемент всегда будет занимать самую высокую позицию. Иллюстрация приведена ниже на рисунке.

Вставляемый новый узел помещается в конец пирамиды. Но согласно условия что дочерний узел не может быть больше родительского, идет проверка с родительским узлом. Если новый элемент меньше - операция вставки закончена, если нет - новый элемент меняется местами с родительским, до момента пока родительского узла не останется(либо родительский элемент не будет больше дочернего).

Благодаря своей пирамидной структуре(если угодно - структура бинарного дерева) вставка/удаление элемента происходит за время O(logN).

В Java существует 4 модификатора доступа: 3 из них явных и один неявный. Private/public/protected - явные модификаторы, это означает что каждый из них нужно объявлять в коде. Так же существует четвёртый модификатор доступа - packege access level. Его необязательно объявлять в коде, данный модификатор означает что поле/метод будут доступны на уровне пакета или наследникам данного класса.

Аббревиатура JIT означает Just-In-Time. В JRE существует подобный компилятор, который компилирует байт-код в собственный машинный код прямо во время выполнения программы. Таким образом повышается производительность Java-программ. В свою очередь JIT компилятор повышает непредсказуемость работы программы и повышает сложность отслеживания причины багов и ошибок. Так же такому компилятору необходимо гораздо больше памяти в сравнении с интерпретируемой компиляцией.

Double Brace инициализация используется в Java для наполнения коллекций(set, list, map, queue) одновременно с их объявлением. В случае если вам необходимо создать unmodifiable коллекцию, без Double Brace инициализации нам будет необходимо создать список, положить туда необходимое кол-во элементов и создать из этого списка unmodifiableList используя Collections класс. Используя Double Brace инициализацию мы имеем возможность "положить" в unmodifiableList все необходимые элементы сразу при объявлении.

WeakReference и SoftReference упоминается в контексте сборки мусора.

SoftReference используется при кешировании внутри системы и будет удален сборщиком мусора в случае если осталось мало памяти, а на объект существуют только ссылки SoftReference. Это критично при кэшировании, так как наш сборщик мусора самостоятельно освободит нам память в критичной ситуации, но до этого момента не будет "трогать" эти объекты.

WeakReference - в случае если на объект ссылаются только через weak-ссылки, то объект будет удален сразу при обходе сборщиком мусора.

Это критические отличия между этими двумя типами ссылок.

Ключевым словом staticв Java можно пометить поле, метод, блок или внутренний класс и это будет означать что этот субъект принадлежит классу, а не объекту. Иными словами - при изменении субъекта, он одинаково изменится для всех объектов данного класса.

Мы можем перегрузить статический метод, но мы не можем его переопределить, так как он принадлежит классу.

В первую очередь в самой структуре - ArrayList "под коробкой" использует массив, следовательно, каждый раз при вставке элемента будет создаваться новый массив размера n+1(где n размер массива до вставки). Из-за этого для вставки элемента в середину списка потребуется сначала "освободить" место под новый элемент, "сдвинув" все элементы после места вставки влево. Вставка в конец массива происходит за константное время. Доступ же к элементам происходит быстрее благодаря индексу элемента.

В свою очередь в LinkedList каждый элемент "знает" своих соседей. Следовательно, что бы вставить новый элемент(удалить старый) в середину все что нам надо это записать ссылки на соседей и перезаписать у соседей. Однако для доступа по индексу необходимо "перебрать" все элементы и найти нужный индекс. Так же при использовании LinkedList следует помнить про затраты памяти на хранение связи между элементами.

Map не является наследником интерфейсов Collection или Iterable. Так же Map хранит данные в виде ключ-значение. Соответственно доступ к элементам происходит не по индексу, а по уникальному ключу. При добавлении нового элемента всегда нужно создавать для него уникальный ключ(например при использовании HashMap и не правильном заполнении ключа могут возникать коллизии - ситуации когда по ключу доступен совершенно не тот элемент который нужен).

Hashtable потокобезопасна и синхронизирована, но из-за этого теряется производительность. Кроме того Вы не сможете записать парой ключ-значение null-null, в HashMap это доступно. У HashMap есть альтернатива - ConcurrentHashMap которая является потокобезопасной. В целом Hashtable более старый класс и появился в Java до введения Collection framework в целом и HashMap в частности.

Queue - коллекция, хранящая элементы в порядке очереди. Выделяют два порядка для упорядочивания элементов - LIFO(last-in-first-out) и FIFO(first-in-first-out) - основные отличия между ними в том что при LIFO элемент который был вставлен последний, первый же и будет возвращен/удален. При FIFO первый вставленный элемент будет возвращен(методы element() и peek()) либо удален(remove() и poll()).

В Java доступны три варианта создания потока из класса - расширить класс Thread либо реализовать интерфейсы Callable или Runnable.

При использовании Thread мы запускаем поток методом start(), а описываем логику выполнения в методе run().

При использовании Runnable мы должны вызвать метод run(), а у Callable - метод call(). Так как и Runnable и Callable - интерфейсы, мы определим логику выполнения внутри их методов(Runnable и Callable являются функциональными интерфейсами которые имеют только один метод - run() и call() соответственно). Разница в этих двух интерфейсов в том что Callable возвращает результат.

В случае если мы, например, имеем синхронизированный метод(помеченный ключевым словом syncronized) и один из наших потоков заходит в этот метод, то этот поток блокирует этот метод для других потоков и любой другой поток которому нужно будет воспользоваться нашим методом будет "ждать" пока первый поток не закончит свою работу с методом. Про такую ситуацию говорят: "данный метод занят монитором". Монитор в Java - объект, который обеспечивает правильную работу в многопоточной среде - отметка что синхронизированный блок кода временно стал недоступен, отметка что блок кода стал доступен после выполнения, ожидание если синхронизированный блок занят другим потоком.

В Java существует несколько способов синхронизации:

• по методу/блоку инициализации - с помощью ключевого слова syncronized

• по переменной - используя ключевое слово volatile

• методы wait/notify/notifyAll

• используя классы из пакета java.util.concurrent - в этом пакете собраны классы работа которых основана на атомарных операциях.

Метод sleep()заставляет поток "заснуть" на определенное время(указывается в миллисекундах) после чего поток продолжит свою работу. Метод wait() освобождает монитор занятый потоком так что другие потоки могут использовать указанный блок кода и поток переходит в состояние waiting - поток будет ждать вызова метода notify() или notifyAll() другим потоком. Разница между notify() и notifyAll()в том что notify() "высвободит" один поток(какой именно определить нельзя) а notifyAll() "освободит" все потоки из состояния waiting в состояние running.

Случай когда у нас выполняются два потока(A, B) и наш первый поток(А) заблокировал метод a() и второй поток(В) заблокировал метод b() и в то же время поток А пытается получить доступ к методу b(), а поток B пытается получить доступ к методу а() называют dead lock.

Потоки-демоны это "служебные" потоки, которые работают в фоновом процессе. Они служат для "обеспечения всем необходимым" основные потоки выполнения. В случае завершения всех основных потоков потоки-демоны завершатся автоматически, не дожидаясь окончания их выполнения.

Future - это интерфейс Java который находится в пакете java.util.concurrent. Future представляет методы для определения того была ли задача выполнена, ожидание выполнения для получения результата, получение результата уже выполненной задачи. В глобальном плане Future можно описать следующим образом - мы определяем задачу для Future, Future выполняет эту задачу независимо от нас, мы получаем результат.

Абстракция - процесс выделения общих значений и характеристик объекта, исключая незначительные, которые будут определены в конкретных наследниках.

Главный плюс ООП подхода в том что мы характеризуем и описываем реальные объекты из мира - счет в банке, товар в магазине, машина и прочее. Так же ряд преимуществ нам дает наследование, полиморфизм, инкапсуляция и абстракция. Так наследование позволяет нам уйти от повторного написания одного и того же кода, абстракция позволяют нам выделить общие характеристики, а полиморфизм дает возможность использовать эти общие характеристики для разных реализаций.

Агрегация - процесс при котором мы не строго связываем объекты, то есть наш корневой объект может существовать и правильно функционировать и без инициализации объектов-полей.

Композиция - процесс при котором мы связываем объекты строго, что значит что объект не только является частью другого объекта, но и не может быть частью других объектов.

Для полного понимания следует обратиться к примерам: наш корневой объект - машина(Car). У машины есть двигатель(Engine) и пассажиры(Passenger[]). Мы можем высадить всех пассажиров(стереть массив Passenger, либо самому массиву, либо каждому месту передать значение null) и машина будет функционировать и без них - это называют агрегацией. В то же время машина не может функционировать без двигателя и данный конкретный двигатель не может "обслуживать" другую машину - если наша CarНonda Сivic, то у нее двигатель может быть только 2л и на Honda Accord мы его уже не поставим - это называется композиция.

Что бы ответить на этот вопрос, необходимо понимать что такое само по себе связывание. И так, связывание - это наличие связи между ссылкой и кодом. Пример: ссылка на которую Вы ссылаетесь привязана к коду в котором она определена. Так же и метод привязан к месту в коде в котором он определен.

Что же такое динамическое связывание? Динамическое связывание означает что метод привязывается к конкретному коду в момент вызова, на этапе выполнения программы, на этапе создания объектов, а не при компиляции программы в байт-код.

SOLID - это аббревиатура. Расшифровывается так:

1. S - Single Responsibility - означает что класс должен отвечать только за операции одного типа.

2. O - Open-Closed - описываемый класс должен быть открыт для расширения, но закрыт для изменений.

3. L - Liskov Substitution - если наш класс А является наследником класса В, то любой объект класса В может быть заменен объектом класса А без негативных последствий и нарушения функционала.

4. I - Interface Segregation - класс должен выполнять только те функции и задачи которые на него возложены, в ином случае это производит к потере ресурсов и появлению багов.

5. D - Dependency Inversion - зависимости самого низкого уровня не должны зависеть от зависимостей высшего уровня и наоборот - зависимости высшего уровня НЕ могут существовать без зависимостей низшего уровня.

Рассмотрим ситуацию когда мы имеем класс А - пусть это будет класс грузовик(Truck) и его наследник прицепной грузовик(Trailer). Назначение что одного, что другого - перевозка грузов. Используя принцип подстановки Барбары Лисков мы можем заменить любой Truck на Trailerбез потери производительности, без негативных последствий и нарушений функционала в любом месте в программе.

Хранимая процедура - это набор инструкций который следует выполнить с данными. Например, если мы сохраняем купленный товар, нам надо проверить есть ли этот товар в наличии, есть ли на товар скидка, нет ли предзаказа на данный товар и так далее и на основании этого решить сохранять купленный товар или нет. Мы можем нагрузить наш код проверками, можем даже обернуть это все в одну транзакцию, но гораздо правильнее будет инкапсулировать все эти проверки в хранимую процедуру и вызывать ее в определенный момент не заботясь о проверках.

Основные свойства транзакций баз данных сгруппированы и представлены в виде аббревиатуры ACID:

А - Atomicity(Атомарность) - гарантирует нам что каждая транзакция будет выполнена полностью, либо не будет выполнена совсем.

С - Consistency(Согласованность) - каждая успешная транзакция фиксирует только допустимые результаты не нарушая консистентность базы. Иными словами если мы сохраняем записи в разные связанные таблицы мы можем выбрать путь сохранения в каждую таблицу по отдельности, но в таком случае нам придется следить за успешным выполнением каждой из запросов что бы не нарушить целостность базы или же мы можем обернуть все запросы в одну транзакцию и не беспокоиться о том что при одной не успешной транзакции мы не должны проводить ни каких дополнительных манипуляций.

I - Isolation(Изолированность) - при выполнении одной транзакции параллельные транзакции не должны оказывать влияния на результат.

D - Durability(Надежность) - если система дала ответ об успешной транзакции, то мы не должны переживать о том что транзакция будет отменена при любом сбое. Транзакция успешно завершена, в ходе выполнения программы выпадает критическая ошибка, но транзакция уже выполнена и данные сохранены.

Индексы в БД - это специальные таблицы, которые используются поисковым двжком БД. В целом, индексы в БД схожи с оглавлением в книге. В случае если нам приоритетен поиск по таблице, а не вставка или изменение, мы можем создать индекс как для таблицы в целом так для одной либо нескольких столбцов. Выбор столбцов, ровно, как и типа индекса(одноколоночный/многоколоночный) зависит от того что именно, мы чаще всего будем использовать в условном операторе.

Нормализация БД - процесс при котором мы организовываем данные в базе, путем создания новых таблиц и связей между ними. Каждый шаг должен проходить в соответствии с правилами обеспечивающими защиту данных. В конечном итоге мы должны получить гибкую базу данных, без избыточности и несогласованных зависимостей.

Выделяют шесть нормальных форм баз данных. Переходя, например, от первой нормальной формы ко второй мы получим более гибкую базу, разделенную необходимыми связями между таблицами позволяющую гибко использовать тот или иной функционал.

Самое главное отличие - используя HAVING мы можем писать условие с использованием агрегатных функций. СHAVINGмы должны использовать GROUP BYтак как HAVING используется после формирований групп. То есть, сначала используется фильтр WHERE, затем формируются группыGROUP BY, после чего можно накладывать агрегации на условие HAVING. Следовательно - полностью заменить WHERE мы не можем так как на этапе исполнения WHERE мы еще не имеем групп по которым мы сможем фильтровать. А на момент выполнения HAVING мы уже имеем необходимые группы. Это спецификация выполнения SQL запроса.

IoC - один из принципов ООП. Расшифровывается как Inversion of Control и дает нам возможность просто описать класс, не заботясь о его инициализации. Иными словами - мы создаем классы, отдаем эти класс под управление системой, а система уже сама создает экземпляры этого класса и сама решает какой экземпляр и где его использовать.

Например, мы описываем класс, помечаем его аннотацией и далее уже можем его использовать в том или ином контексте, не озадачиваясь тем что нам еще необходимо его правильно проинициализировать, либо этот класс должен быть singlton, либо еще чем то. Мы просто его используем. И все.

Spring использует IoC-контейнер для инициализации классов, контроля за их использованием. Когда мы помечаем один из классов как @Service мы "отдаем" этот самый класс под власть Spring и дальше сам Spring будет отвечать за создание экземпляра этого класса и внедрение этого самого экземпляра в нужном месте.

АОР - аспектно-ориентированное программирование, парадигма программирования, призванное решить те задачи для которого ООП кажется избыточным. В основе идеи лежит выделение сквозной функциональности. Грубо говоря - мы выносим наш функционал, не относящийся к бизнес логике в отдельное место и даем ему набор правил когда и с кем работать. Сумбурно? Пример: мы не можем писать код без логов. Но логи - это не часть бизнес логики, это вспомогательный функционал. Мы можем описать всю логику логов в отдельном классе и затем каждый раз инициализировать этот класс для выведения лога или же мы можем создать отдельный класс(аспект) и навесить набор правил когда и где использовать этот код. Имеем класс Service, метод method() внутри и аспект LogAspect. Используя аннотации мы можем указать методам внутри LogAspect что они должны быть вызваны перед, либо после вызова Service.method(). Так же мы можем указать выполнение после возврата результата либо после ошибки.

Spring использует АОР, например, при проверке security при доступе на тот или иной эндпоинт.

Spring Bean - самый обычный объект Java. Можно сказать, что это обыкновенный POJO, с одной единственной оговоркой - этот объект управляется Spring и только им.

Жизненным циклом бина в Spring управляет контейнер Spring. После запуска контейнера он начинает создавать необходимые бины(компоненты) и внедрять зависимости. Когда контейнер завершает свою работу уничтожаются и бины связанные с ним. Весь цикл жизни бина можно разделить на 6 этапов:

1. Инстанцирование объекта - технический старт жизни любого объекта, работа конструктора.

2. Установка свойств и внедрение зависимостей - выполнение конфигурационных свойств бина и внедрение необходимых ему зависимостей.

3. Уведомление aware-интерфейсов - если бин реализует Aware интерфейс, он будет вызываться путем передачи имени бина set*() метод.

4. Пре-инициализация - метод postProcessBeforeInitialization()  интерфейса BeanPostProcessor.

5. Инициализация - сначала выполняется метод бина с аннотацией PostConstruct, затем метод afterPropertiesSet() в случае если бин реализует InitializingBean, метод init().

6. Пост-инициализация - метод postProcessAfterInitialization()  интерфейса BeanPostProcessor.

Scope бинов - области видимости бинов. Последняя версия Spring(на сентябрь 2022 - 5.3.19) включает в себя шесть областей видимости:

• Singleton - область видимости установленная по умолчанию, в случае если не установлен никакая другая видимость. Работает как любой паттерн проектирования Singleton.

• Prototype - означает что каждый раз при обращении к контейнеру будет возвращен разные объекты.

• Request - создает бин для одного HTTP запроса.

• Session - аналогичен Request, но работает на уровне сессии.

• Application - жизненный цикл ServletContext.

• Websocket - создает бин для сессии веб-сокета

Для правильного внедрения зависимостей существуют несколько способов и подходов. Самый первый из них - аннотация @Primary означает что данный бин будет внедряться по умолчанию. Так же существует аннотация @Qualifier - позволяет указать имя бина который необходим в данном месте. Так же мы можем внедрять list/map бинов. При указании имен для всех бинов-наследников одного интерфейса мы можем внедрить map где ключом будет имя бина, а значением сам бин. При внедрении list мы получим список всех бинов.

Сервис в Spring - часть бизнес логики, но на самом абстрактном уровне для самого Spring все бины мало чем отличаются - каждый из них это, в первую очередь, это @Bean который можно объявить в классе конфигураций. Далее мы можем объявить наш класс как @Component. Используя аннотации мы можем объявить наш класс @Service что "облегчит" работу Spring при инициализации бина(все бины инициализируются в очередности от тех кто не требует ни каких внедрений и до тех кто "не может жить" без зависимостей. Сервисные слои инициализируются "посередине" и мы даем явно понять Spring когда создавать этот бин). Кроме того мы можем объявлять бины используя xml конфигурацию Spring.

В Spring за "разведение" http-запросов по соответствующим контейнерам отвечает класс DispatcherServlet. После получения запроса DispatcherServlet обращается к интерфейсу HandlerMapping, который и рассказывает DispatcherServlet какой именно котроллер отвечает за этот запрос. После обращения к контреллеру DispatcherServlet, получивший имя представления(View), обращается к ViewResolver для получения View по его имени. После создания View DispatcherServlet отправляет данные Модели в View который и отобразится в браузере.

Spring Security - часть Spring Framework представляющий механизмы для контроля за авторизацией пользователей. Для управления Spring Security необходимо создать конфигурационный класс-наследник WebSecurityAdapter.

Аутентификация - процедура проверки подлинности, например проверка подлинности пользователя путем сравнения введенного им пароля с паролем, сохраненным в базе данных

Авторизация - предоставление определенному лицу или группе лиц прав на выполнение определенных действий.