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  • Java基础知识面试题(2020最新版)

    万次阅读 多人点赞 2020-02-19 12:11:27
    Java面试总结(2021优化版)已发布在个人微信公众号【技术人成长之路】,优化版首先修正了读者反馈的部分答案存在的错误,同时根据最新面试总结,删除了低频问题,添加了一些常见面试题,对文章进行了精简优化,欢迎...

    Java面试总结(2021优化版)已发布在个人微信公众号【技术人成长之路】,优化版首先修正了读者反馈的部分答案存在的错误,同时根据最新面试总结,删除了低频问题,添加了一些常见面试题,对文章进行了精简优化,欢迎大家关注!😊😊

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    文章目录

    Java面试总结汇总,整理了包括Java基础知识,集合容器,并发编程,JVM,常用开源框架Spring,MyBatis,数据库,中间件等,包含了作为一个Java工程师在面试中需要用到或者可能用到的绝大部分知识。欢迎大家阅读,本人见识有限,写的博客难免有错误或者疏忽的地方,还望各位大佬指点,在此表示感激不尽。文章持续更新中…

    序号内容链接地址
    1Java基础知识面试题(2020最新版)https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/104390612
    2Java集合容器面试题(2020最新版)https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/104588551
    3Java异常面试题(2020最新版)https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/104390689
    4并发编程面试题(2020最新版)https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/104863992
    5JVM面试题(2020最新版)https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/104390752
    6Spring面试题(2020最新版)https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/104397516
    7Spring MVC面试题(2020最新版)https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/104397427
    8Spring Boot面试题(2020最新版)https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/104397299
    9Spring Cloud面试题(2020最新版)https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/104397367
    10MyBatis面试题(2020最新版)https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/101292950
    11Redis面试题(2020最新版)https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/103522351
    12MySQL数据库面试题(2020最新版)https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/104778621
    13消息中间件MQ与RabbitMQ面试题(2020最新版)https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/104588612
    14Dubbo面试题(2020最新版)https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/104390006
    15Linux面试题(2020最新版)https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/104588679
    16Tomcat面试题(2020最新版)https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/104397665
    17ZooKeeper面试题(2020最新版)https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/104397719
    18Netty面试题(2020最新版)https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/104391081
    19架构设计&分布式&数据结构与算法面试题(2020最新版)https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/105870730

    Java概述

    何为编程

    编程就是让计算机为解决某个问题而使用某种程序设计语言编写程序代码,并最终得到结果的过程。

    为了使计算机能够理解人的意图,人类就必须要将需解决的问题的思路、方法、和手段通过计算机能够理解的形式告诉计算机,使得计算机能够根据人的指令一步一步去工作,完成某种特定的任务。这种人和计算机之间交流的过程就是编程。

    什么是Java

    Java是一门面向对象编程语言,不仅吸收了C++语言的各种优点,还摒弃了C++里难以理解的多继承、指针等概念,因此Java语言具有功能强大和简单易用两个特征。Java语言作为静态面向对象编程语言的代表,极好地实现了面向对象理论,允许程序员以优雅的思维方式进行复杂的编程 。

    jdk1.5之后的三大版本

    • Java SE(J2SE,Java 2 Platform Standard Edition,标准版)
      Java SE 以前称为 J2SE。它允许开发和部署在桌面、服务器、嵌入式环境和实时环境中使用的 Java 应用程序。Java SE 包含了支持 Java Web 服务开发的类,并为Java EE和Java ME提供基础。
    • Java EE(J2EE,Java 2 Platform Enterprise Edition,企业版)
      Java EE 以前称为 J2EE。企业版本帮助开发和部署可移植、健壮、可伸缩且安全的服务器端Java 应用程序。Java EE 是在 Java SE 的基础上构建的,它提供 Web 服务、组件模型、管理和通信 API,可以用来实现企业级的面向服务体系结构(service-oriented architecture,SOA)和 Web2.0应用程序。2018年2月,Eclipse 宣布正式将 JavaEE 更名为 JakartaEE
    • Java ME(J2ME,Java 2 Platform Micro Edition,微型版)
      Java ME 以前称为 J2ME。Java ME 为在移动设备和嵌入式设备(比如手机、PDA、电视机顶盒和打印机)上运行的应用程序提供一个健壮且灵活的环境。Java ME 包括灵活的用户界面、健壮的安全模型、许多内置的网络协议以及对可以动态下载的连网和离线应用程序的丰富支持。基于 Java ME 规范的应用程序只需编写一次,就可以用于许多设备,而且可以利用每个设备的本机功能。

    JVM、JRE和JDK的关系

    JVM
    Java Virtual Machine是Java虚拟机,Java程序需要运行在虚拟机上,不同的平台有自己的虚拟机,因此Java语言可以实现跨平台。

    JRE
    Java Runtime Environment包括Java虚拟机和Java程序所需的核心类库等。核心类库主要是java.lang包:包含了运行Java程序必不可少的系统类,如基本数据类型、基本数学函数、字符串处理、线程、异常处理类等,系统缺省加载这个包

    如果想要运行一个开发好的Java程序,计算机中只需要安装JRE即可。

    JDK
    Java Development Kit是提供给Java开发人员使用的,其中包含了Java的开发工具,也包括了JRE。所以安装了JDK,就无需再单独安装JRE了。其中的开发工具:编译工具(javac.exe),打包工具(jar.exe)等

    JVM&JRE&JDK关系图

    什么是跨平台性?原理是什么

    所谓跨平台性,是指java语言编写的程序,一次编译后,可以在多个系统平台上运行。

    实现原理:Java程序是通过java虚拟机在系统平台上运行的,只要该系统可以安装相应的java虚拟机,该系统就可以运行java程序。

    Java语言有哪些特点

    简单易学(Java语言的语法与C语言和C++语言很接近)

    面向对象(封装,继承,多态)

    平台无关性(Java虚拟机实现平台无关性)

    支持网络编程并且很方便(Java语言诞生本身就是为简化网络编程设计的)

    支持多线程(多线程机制使应用程序在同一时间并行执行多项任)

    健壮性(Java语言的强类型机制、异常处理、垃圾的自动收集等)

    安全性

    什么是字节码?采用字节码的最大好处是什么

    字节码:Java源代码经过虚拟机编译器编译后产生的文件(即扩展为.class的文件),它不面向任何特定的处理器,只面向虚拟机。

    采用字节码的好处

    Java语言通过字节码的方式,在一定程度上解决了传统解释型语言执行效率低的问题,同时又保留了解释型语言可移植的特点。所以Java程序运行时比较高效,而且,由于字节码并不专对一种特定的机器,因此,Java程序无须重新编译便可在多种不同的计算机上运行。

    先看下java中的编译器和解释器

    Java中引入了虚拟机的概念,即在机器和编译程序之间加入了一层抽象的虚拟机器。这台虚拟的机器在任何平台上都提供给编译程序一个的共同的接口。编译程序只需要面向虚拟机,生成虚拟机能够理解的代码,然后由解释器来将虚拟机代码转换为特定系统的机器码执行。在Java中,这种供虚拟机理解的代码叫做字节码(即扩展为.class的文件),它不面向任何特定的处理器,只面向虚拟机。每一种平台的解释器是不同的,但是实现的虚拟机是相同的。Java源程序经过编译器编译后变成字节码,字节码由虚拟机解释执行,虚拟机将每一条要执行的字节码送给解释器,解释器将其翻译成特定机器上的机器码,然后在特定的机器上运行,这就是上面提到的Java的特点的编译与解释并存的解释。

    Java源代码---->编译器---->jvm可执行的Java字节码(即虚拟指令)---->jvm---->jvm中解释器----->机器可执行的二进制机器码---->程序运行。
    

    什么是Java程序的主类?应用程序和小程序的主类有何不同?

    一个程序中可以有多个类,但只能有一个类是主类。在Java应用程序中,这个主类是指包含main()方法的类。而在Java小程序中,这个主类是一个继承自系统类JApplet或Applet的子类。应用程序的主类不一定要求是public类,但小程序的主类要求必须是public类。主类是Java程序执行的入口点。

    Java应用程序与小程序之间有那些差别?

    简单说应用程序是从主线程启动(也就是main()方法)。applet小程序没有main方法,主要是嵌在浏览器页面上运行(调用init()线程或者run()来启动),嵌入浏览器这点跟flash的小游戏类似。

    Java和C++的区别

    我知道很多人没学过C++,但是面试官就是没事喜欢拿咱们Java和C++比呀!没办法!!!就算没学过C++,也要记下来!

    • 都是面向对象的语言,都支持封装、继承和多态
    • Java不提供指针来直接访问内存,程序内存更加安全
    • Java的类是单继承的,C++支持多重继承;虽然Java的类不可以多继承,但是接口可以多继承。
    • Java有自动内存管理机制,不需要程序员手动释放无用内存

    Oracle JDK 和 OpenJDK 的对比

    1. Oracle JDK版本将每三年发布一次,而OpenJDK版本每三个月发布一次;

    2. OpenJDK 是一个参考模型并且是完全开源的,而Oracle JDK是OpenJDK的一个实现,并不是完全开源的;

    3. Oracle JDK 比 OpenJDK 更稳定。OpenJDK和Oracle JDK的代码几乎相同,但Oracle JDK有更多的类和一些错误修复。因此,如果您想开发企业/商业软件,我建议您选择Oracle JDK,因为它经过了彻底的测试和稳定。某些情况下,有些人提到在使用OpenJDK 可能会遇到了许多应用程序崩溃的问题,但是,只需切换到Oracle JDK就可以解决问题;

    4. 在响应性和JVM性能方面,Oracle JDK与OpenJDK相比提供了更好的性能;

    5. Oracle JDK不会为即将发布的版本提供长期支持,用户每次都必须通过更新到最新版本获得支持来获取最新版本;

    6. Oracle JDK根据二进制代码许可协议获得许可,而OpenJDK根据GPL v2许可获得许可。

    基础语法

    数据类型

    Java有哪些数据类型

    定义:Java语言是强类型语言,对于每一种数据都定义了明确的具体的数据类型,在内存中分配了不同大小的内存空间。

    分类

    • 基本数据类型
      • 数值型
        • 整数类型(byte,short,int,long)
        • 浮点类型(float,double)
      • 字符型(char)
      • 布尔型(boolean)
    • 引用数据类型
      • 类(class)
      • 接口(interface)
      • 数组([])

    Java基本数据类型图

    switch 是否能作用在 byte 上,是否能作用在 long 上,是否能作用在 String 上

    在 Java 5 以前,switch(expr)中,expr 只能是 byte、short、char、int。从 Java5 开始,Java 中引入了枚举类型,expr 也可以是 enum 类型,从 Java 7 开始,expr 还可以是字符串(String),但是长整型(long)在目前所有的版本中都是不可以的。

    用最有效率的方法计算 2 乘以 8

    2 << 3(左移 3 位相当于乘以 2 的 3 次方,右移 3 位相当于除以 2 的 3 次方)。

    Math.round(11.5) 等于多少?Math.round(-11.5)等于多少

    Math.round(11.5)的返回值是 12,Math.round(-11.5)的返回值是-11。四舍五入的原理是在参数上加 0.5 然后进行下取整。

    float f=3.4;是否正确

    不正确。3.4 是双精度数,将双精度型(double)赋值给浮点型(float)属于下转型(down-casting,也称为窄化)会造成精度损失,因此需要强制类型转换float f =(float)3.4; 或者写成 float f =3.4F;。

    short s1 = 1; s1 = s1 + 1;有错吗?short s1 = 1; s1 += 1;有错吗

    对于 short s1 = 1; s1 = s1 + 1;由于 1 是 int 类型,因此 s1+1 运算结果也是 int型,需要强制转换类型才能赋值给 short 型。

    而 short s1 = 1; s1 += 1;可以正确编译,因为 s1+= 1;相当于 s1 = (short(s1 + 1);其中有隐含的强制类型转换。

    编码

    Java语言采用何种编码方案?有何特点?

    Java语言采用Unicode编码标准,Unicode(标准码),它为每个字符制订了一个唯一的数值,因此在任何的语言,平台,程序都可以放心的使用。

    注释

    什么Java注释

    定义:用于解释说明程序的文字

    分类

    • 单行注释
      格式: // 注释文字
    • 多行注释
      格式: /* 注释文字 */
    • 文档注释
      格式:/** 注释文字 */

    作用

    在程序中,尤其是复杂的程序中,适当地加入注释可以增加程序的可读性,有利于程序的修改、调试和交流。注释的内容在程序编译的时候会被忽视,不会产生目标代码,注释的部分不会对程序的执行结果产生任何影响。

    注意事项:多行和文档注释都不能嵌套使用。

    访问修饰符

    访问修饰符 public,private,protected,以及不写(默认)时的区别

    定义:Java中,可以使用访问修饰符来保护对类、变量、方法和构造方法的访问。Java 支持 4 种不同的访问权限。

    分类

    private : 在同一类内可见。使用对象:变量、方法。 注意:不能修饰类(外部类)
    default (即缺省,什么也不写,不使用任何关键字): 在同一包内可见,不使用任何修饰符。使用对象:类、接口、变量、方法。
    protected : 对同一包内的类和所有子类可见。使用对象:变量、方法。 注意:不能修饰类(外部类)。
    public : 对所有类可见。使用对象:类、接口、变量、方法

    访问修饰符图

    运算符

    &和&&的区别

    &运算符有两种用法:(1)按位与;(2)逻辑与。

    &&运算符是短路与运算。逻辑与跟短路与的差别是非常巨大的,虽然二者都要求运算符左右两端的布尔值都是true 整个表达式的值才是 true。&&之所以称为短路运算,是因为如果&&左边的表达式的值是 false,右边的表达式会被直接短路掉,不会进行运算。

    注意:逻辑或运算符(|)和短路或运算符(||)的差别也是如此。

    关键字

    Java 有没有 goto

    goto 是 Java 中的保留字,在目前版本的 Java 中没有使用。

    final 有什么用?

    用于修饰类、属性和方法;

    • 被final修饰的类不可以被继承
    • 被final修饰的方法不可以被重写
    • 被final修饰的变量不可以被改变,被final修饰不可变的是变量的引用,而不是引用指向的内容,引用指向的内容是可以改变的

    final finally finalize区别

    • final可以修饰类、变量、方法,修饰类表示该类不能被继承、修饰方法表示该方法不能被重写、修饰变量表
      示该变量是一个常量不能被重新赋值。
    • finally一般作用在try-catch代码块中,在处理异常的时候,通常我们将一定要执行的代码方法finally代码块
      中,表示不管是否出现异常,该代码块都会执行,一般用来存放一些关闭资源的代码。
    • finalize是一个方法,属于Object类的一个方法,而Object类是所有类的父类,该方法一般由垃圾回收器来调
      用,当我们调用System.gc() 方法的时候,由垃圾回收器调用finalize(),回收垃圾,一个对象是否可回收的
      最后判断。

    this关键字的用法

    this是自身的一个对象,代表对象本身,可以理解为:指向对象本身的一个指针。

    this的用法在java中大体可以分为3种:

    1.普通的直接引用,this相当于是指向当前对象本身。

    2.形参与成员名字重名,用this来区分:

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    

    3.引用本类的构造函数

    class Person{
        private String name;
        private int age;
        
        public Person() {
        }
     
        public Person(String name) {
            this.name = name;
        }
        public Person(String name, int age) {
            this(name);
            this.age = age;
        }
    }
    

    super关键字的用法

    super可以理解为是指向自己超(父)类对象的一个指针,而这个超类指的是离自己最近的一个父类。

    super也有三种用法:

    1.普通的直接引用

    与this类似,super相当于是指向当前对象的父类的引用,这样就可以用super.xxx来引用父类的成员。

    2.子类中的成员变量或方法与父类中的成员变量或方法同名时,用super进行区分

    class Person{
        protected String name;
     
        public Person(String name) {
            this.name = name;
        }
     
    }
     
    class Student extends Person{
        private String name;
     
        public Student(String name, String name1) {
            super(name);
            this.name = name1;
        }
     
        public void getInfo(){
            System.out.println(this.name);      //Child
            System.out.println(super.name);     //Father
        }
     
    }
    
    public class Test {
        public static void main(String[] args) {
           Student s1 = new Student("Father","Child");
           s1.getInfo();
     
        }
    }
    

    3.引用父类构造函数

    3、引用父类构造函数

    • super(参数):调用父类中的某一个构造函数(应该为构造函数中的第一条语句)。
    • this(参数):调用本类中另一种形式的构造函数(应该为构造函数中的第一条语句)。

    this与super的区别

    • super: 它引用当前对象的直接父类中的成员(用来访问直接父类中被隐藏的父类中成员数据或函数,基类与派生类中有相同成员定义时如:super.变量名 super.成员函数据名(实参)
    • this:它代表当前对象名(在程序中易产生二义性之处,应使用this来指明当前对象;如果函数的形参与类中的成员数据同名,这时需用this来指明成员变量名)
    • super()和this()类似,区别是,super()在子类中调用父类的构造方法,this()在本类内调用本类的其它构造方法。
    • super()和this()均需放在构造方法内第一行。
    • 尽管可以用this调用一个构造器,但却不能调用两个。
    • this和super不能同时出现在一个构造函数里面,因为this必然会调用其它的构造函数,其它的构造函数必然也会有super语句的存在,所以在同一个构造函数里面有相同的语句,就失去了语句的意义,编译器也不会通过。
    • this()和super()都指的是对象,所以,均不可以在static环境中使用。包括:static变量,static方法,static语句块。
    • 从本质上讲,this是一个指向本对象的指针, 然而super是一个Java关键字。

    static存在的主要意义

    static的主要意义是在于创建独立于具体对象的域变量或者方法。以致于即使没有创建对象,也能使用属性和调用方法

    static关键字还有一个比较关键的作用就是 用来形成静态代码块以优化程序性能。static块可以置于类中的任何地方,类中可以有多个static块。在类初次被加载的时候,会按照static块的顺序来执行每个static块,并且只会执行一次。

    为什么说static块可以用来优化程序性能,是因为它的特性:只会在类加载的时候执行一次。因此,很多时候会将一些只需要进行一次的初始化操作都放在static代码块中进行。

    static的独特之处

    1、被static修饰的变量或者方法是独立于该类的任何对象,也就是说,这些变量和方法不属于任何一个实例对象,而是被类的实例对象所共享

    怎么理解 “被类的实例对象所共享” 这句话呢?就是说,一个类的静态成员,它是属于大伙的【大伙指的是这个类的多个对象实例,我们都知道一个类可以创建多个实例!】,所有的类对象共享的,不像成员变量是自个的【自个指的是这个类的单个实例对象】…我觉得我已经讲的很通俗了,你明白了咩?

    2、在该类被第一次加载的时候,就会去加载被static修饰的部分,而且只在类第一次使用时加载并进行初始化,注意这是第一次用就要初始化,后面根据需要是可以再次赋值的。

    3、static变量值在类加载的时候分配空间,以后创建类对象的时候不会重新分配。赋值的话,是可以任意赋值的!

    4、被static修饰的变量或者方法是优先于对象存在的,也就是说当一个类加载完毕之后,即便没有创建对象,也可以去访问。

    static应用场景

    因为static是被类的实例对象所共享,因此如果某个成员变量是被所有对象所共享的,那么这个成员变量就应该定义为静态变量

    因此比较常见的static应用场景有:

    1、修饰成员变量 2、修饰成员方法 3、静态代码块 4、修饰类【只能修饰内部类也就是静态内部类】 5、静态导包

    static注意事项

    1、静态只能访问静态。 2、非静态既可以访问非静态的,也可以访问静态的。

    流程控制语句

    break ,continue ,return 的区别及作用

    break 跳出总上一层循环,不再执行循环(结束当前的循环体)

    continue 跳出本次循环,继续执行下次循环(结束正在执行的循环 进入下一个循环条件)

    return 程序返回,不再执行下面的代码(结束当前的方法 直接返回)

    在 Java 中,如何跳出当前的多重嵌套循环

    在Java中,要想跳出多重循环,可以在外面的循环语句前定义一个标号,然后在里层循环体的代码中使用带有标号的break 语句,即可跳出外层循环。例如:

    public static void main(String[] args) {
        ok:
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            for (int j = 0; j < 10; j++) {
                System.out.println("i=" + i + ",j=" + j);
                if (j == 5) {
                    break ok;
                }
    
            }
        }
    }
    

    面向对象

    面向对象概述

    面向对象和面向过程的区别

    面向过程

    优点:性能比面向对象高,因为类调用时需要实例化,开销比较大,比较消耗资源;比如单片机、嵌入式开发、Linux/Unix等一般采用面向过程开发,性能是最重要的因素。

    缺点:没有面向对象易维护、易复用、易扩展

    面向对象

    优点:易维护、易复用、易扩展,由于面向对象有封装、继承、多态性的特性,可以设计出低耦合的系统,使系统更加灵活、更加易于维护

    缺点:性能比面向过程低

    面向过程是具体化的,流程化的,解决一个问题,你需要一步一步的分析,一步一步的实现。

    面向对象是模型化的,你只需抽象出一个类,这是一个封闭的盒子,在这里你拥有数据也拥有解决问题的方法。需要什么功能直接使用就可以了,不必去一步一步的实现,至于这个功能是如何实现的,管我们什么事?我们会用就可以了。

    面向对象的底层其实还是面向过程,把面向过程抽象成类,然后封装,方便我们使用的就是面向对象了。

    面向对象三大特性

    面向对象的特征有哪些方面

    面向对象的特征主要有以下几个方面

    抽象:抽象是将一类对象的共同特征总结出来构造类的过程,包括数据抽象和行为抽象两方面。抽象只关注对象有哪些属性和行为,并不关注这些行为的细节是什么。

    封装

    封装把一个对象的属性私有化,同时提供一些可以被外界访问的属性的方法,如果属性不想被外界访问,我们大可不必提供方法给外界访问。但是如果一个类没有提供给外界访问的方法,那么这个类也没有什么意义了。

    继承

    继承是使用已存在的类的定义作为基础建立新类的技术,新类的定义可以增加新的数据或新的功能,也可以用父类的功能,但不能选择性地继承父类。通过使用继承我们能够非常方便地复用以前的代码。

    关于继承如下 3 点请记住:

    1. 子类拥有父类非 private 的属性和方法。

    2. 子类可以拥有自己属性和方法,即子类可以对父类进行扩展。

    3. 子类可以用自己的方式实现父类的方法。(以后介绍)。

    多态

    所谓多态就是指程序中定义的引用变量所指向的具体类型和通过该引用变量发出的方法调用在编程时并不确定,而是在程序运行期间才确定,即一个引用变量到底会指向哪个类的实例对象,该引用变量发出的方法调用到底是哪个类中实现的方法,必须在由程序运行期间才能决定。

    在Java中有两种形式可以实现多态:继承(多个子类对同一方法的重写)和接口(实现接口并覆盖接口中同一方法)。

    其中Java 面向对象编程三大特性:封装 继承 多态

    封装:隐藏对象的属性和实现细节,仅对外提供公共访问方式,将变化隔离,便于使用,提高复用性和安全性。

    继承:继承是使用已存在的类的定义作为基础建立新类的技术,新类的定义可以增加新的数据或新的功能,也可以用父类的功能,但不能选择性地继承父类。通过使用继承可以提高代码复用性。继承是多态的前提。

    关于继承如下 3 点请记住

    1. 子类拥有父类非 private 的属性和方法。

    2. 子类可以拥有自己属性和方法,即子类可以对父类进行扩展。

    3. 子类可以用自己的方式实现父类的方法。

    多态性:父类或接口定义的引用变量可以指向子类或具体实现类的实例对象。提高了程序的拓展性。

    在Java中有两种形式可以实现多态:继承(多个子类对同一方法的重写)和接口(实现接口并覆盖接口中同一方法)。

    方法重载(overload)实现的是编译时的多态性(也称为前绑定),而方法重写(override)实现的是运行时的多态性(也称为后绑定)。

    一个引用变量到底会指向哪个类的实例对象,该引用变量发出的方法调用到底是哪个类中实现的方法,必须在由程序运行期间才能决定。运行时的多态是面向对象最精髓的东西,要实现多态需要做两件事:

    • 方法重写(子类继承父类并重写父类中已有的或抽象的方法);
    • 对象造型(用父类型引用子类型对象,这样同样的引用调用同样的方法就会根据子类对象的不同而表现出不同的行为)。

    什么是多态机制?Java语言是如何实现多态的?

    所谓多态就是指程序中定义的引用变量所指向的具体类型和通过该引用变量发出的方法调用在编程时并不确定,而是在程序运行期间才确定,即一个引用变量倒底会指向哪个类的实例对象,该引用变量发出的方法调用到底是哪个类中实现的方法,必须在由程序运行期间才能决定。因为在程序运行时才确定具体的类,这样,不用修改源程序代码,就可以让引用变量绑定到各种不同的类实现上,从而导致该引用调用的具体方法随之改变,即不修改程序代码就可以改变程序运行时所绑定的具体代码,让程序可以选择多个运行状态,这就是多态性。

    多态分为编译时多态和运行时多态。其中编辑时多态是静态的,主要是指方法的重载,它是根据参数列表的不同来区分不同的函数,通过编辑之后会变成两个不同的函数,在运行时谈不上多态。而运行时多态是动态的,它是通过动态绑定来实现的,也就是我们所说的多态性。

    多态的实现

    Java实现多态有三个必要条件:继承、重写、向上转型。

    继承:在多态中必须存在有继承关系的子类和父类。

    重写:子类对父类中某些方法进行重新定义,在调用这些方法时就会调用子类的方法。

    向上转型:在多态中需要将子类的引用赋给父类对象,只有这样该引用才能够具备技能调用父类的方法和子类的方法。

    只有满足了上述三个条件,我们才能够在同一个继承结构中使用统一的逻辑实现代码处理不同的对象,从而达到执行不同的行为。

    对于Java而言,它多态的实现机制遵循一个原则:当超类对象引用变量引用子类对象时,被引用对象的类型而不是引用变量的类型决定了调用谁的成员方法,但是这个被调用的方法必须是在超类中定义过的,也就是说被子类覆盖的方法。

    面向对象五大基本原则是什么(可选)

    • 单一职责原则SRP(Single Responsibility Principle)
      类的功能要单一,不能包罗万象,跟杂货铺似的。
    • 开放封闭原则OCP(Open-Close Principle)
      一个模块对于拓展是开放的,对于修改是封闭的,想要增加功能热烈欢迎,想要修改,哼,一万个不乐意。
    • 里式替换原则LSP(the Liskov Substitution Principle LSP)
      子类可以替换父类出现在父类能够出现的任何地方。比如你能代表你爸去你姥姥家干活。哈哈~~
    • 依赖倒置原则DIP(the Dependency Inversion Principle DIP)
      高层次的模块不应该依赖于低层次的模块,他们都应该依赖于抽象。抽象不应该依赖于具体实现,具体实现应该依赖于抽象。就是你出国要说你是中国人,而不能说你是哪个村子的。比如说中国人是抽象的,下面有具体的xx省,xx市,xx县。你要依赖的抽象是中国人,而不是你是xx村的。
    • 接口分离原则ISP(the Interface Segregation Principle ISP)
      设计时采用多个与特定客户类有关的接口比采用一个通用的接口要好。就比如一个手机拥有打电话,看视频,玩游戏等功能,把这几个功能拆分成不同的接口,比在一个接口里要好的多。

    类与接口

    抽象类和接口的对比

    抽象类是用来捕捉子类的通用特性的。接口是抽象方法的集合。

    从设计层面来说,抽象类是对类的抽象,是一种模板设计,接口是行为的抽象,是一种行为的规范。

    相同点

    • 接口和抽象类都不能实例化
    • 都位于继承的顶端,用于被其他实现或继承
    • 都包含抽象方法,其子类都必须覆写这些抽象方法

    不同点

    参数抽象类接口
    声明抽象类使用abstract关键字声明接口使用interface关键字声明
    实现子类使用extends关键字来继承抽象类。如果子类不是抽象类的话,它需要提供抽象类中所有声明的方法的实现子类使用implements关键字来实现接口。它需要提供接口中所有声明的方法的实现
    构造器抽象类可以有构造器接口不能有构造器
    访问修饰符抽象类中的方法可以是任意访问修饰符接口方法默认修饰符是public。并且不允许定义为 private 或者 protected
    多继承一个类最多只能继承一个抽象类一个类可以实现多个接口
    字段声明抽象类的字段声明可以是任意的接口的字段默认都是 static 和 final 的

    备注:Java8中接口中引入默认方法和静态方法,以此来减少抽象类和接口之间的差异。

    现在,我们可以为接口提供默认实现的方法了,并且不用强制子类来实现它。

    接口和抽象类各有优缺点,在接口和抽象类的选择上,必须遵守这样一个原则:

    • 行为模型应该总是通过接口而不是抽象类定义,所以通常是优先选用接口,尽量少用抽象类。
    • 选择抽象类的时候通常是如下情况:需要定义子类的行为,又要为子类提供通用的功能。

    普通类和抽象类有哪些区别?

    • 普通类不能包含抽象方法,抽象类可以包含抽象方法。
    • 抽象类不能直接实例化,普通类可以直接实例化。

    抽象类能使用 final 修饰吗?

    不能,定义抽象类就是让其他类继承的,如果定义为 final 该类就不能被继承,这样彼此就会产生矛盾,所以 final 不能修饰抽象类

    创建一个对象用什么关键字?对象实例与对象引用有何不同?

    new关键字,new创建对象实例(对象实例在堆内存中),对象引用指向对象实例(对象引用存放在栈内存中)。一个对象引用可以指向0个或1个对象(一根绳子可以不系气球,也可以系一个气球);一个对象可以有n个引用指向它(可以用n条绳子系住一个气球)

    变量与方法

    成员变量与局部变量的区别有哪些

    变量:在程序执行的过程中,在某个范围内其值可以发生改变的量。从本质上讲,变量其实是内存中的一小块区域

    成员变量:方法外部,类内部定义的变量

    局部变量:类的方法中的变量。

    成员变量和局部变量的区别

    作用域

    成员变量:针对整个类有效。
    局部变量:只在某个范围内有效。(一般指的就是方法,语句体内)

    存储位置

    成员变量:随着对象的创建而存在,随着对象的消失而消失,存储在堆内存中。
    局部变量:在方法被调用,或者语句被执行的时候存在,存储在栈内存中。当方法调用完,或者语句结束后,就自动释放。

    生命周期

    成员变量:随着对象的创建而存在,随着对象的消失而消失
    局部变量:当方法调用完,或者语句结束后,就自动释放。

    初始值

    成员变量:有默认初始值。

    局部变量:没有默认初始值,使用前必须赋值。

    使用原则

    在使用变量时需要遵循的原则为:就近原则
    首先在局部范围找,有就使用;接着在成员位置找。

    在Java中定义一个不做事且没有参数的构造方法的作用

    Java程序在执行子类的构造方法之前,如果没有用super()来调用父类特定的构造方法,则会调用父类中“没有参数的构造方法”。因此,如果父类中只定义了有参数的构造方法,而在子类的构造方法中又没有用super()来调用父类中特定的构造方法,则编译时将发生错误,因为Java程序在父类中找不到没有参数的构造方法可供执行。解决办法是在父类里加上一个不做事且没有参数的构造方法。

    在调用子类构造方法之前会先调用父类没有参数的构造方法,其目的是?

    帮助子类做初始化工作。

    一个类的构造方法的作用是什么?若一个类没有声明构造方法,改程序能正确执行吗?为什么?

    主要作用是完成对类对象的初始化工作。可以执行。因为一个类即使没有声明构造方法也会有默认的不带参数的构造方法。

    构造方法有哪些特性?

    名字与类名相同;

    没有返回值,但不能用void声明构造函数;

    生成类的对象时自动执行,无需调用。

    静态变量和实例变量区别

    静态变量: 静态变量由于不属于任何实例对象,属于类的,所以在内存中只会有一份,在类的加载过程中,JVM只为静态变量分配一次内存空间。

    实例变量: 每次创建对象,都会为每个对象分配成员变量内存空间,实例变量是属于实例对象的,在内存中,创建几次对象,就有几份成员变量。

    静态变量与普通变量区别

    static变量也称作静态变量,静态变量和非静态变量的区别是:静态变量被所有的对象所共享,在内存中只有一个副本,它当且仅当在类初次加载时会被初始化。而非静态变量是对象所拥有的,在创建对象的时候被初始化,存在多个副本,各个对象拥有的副本互不影响。

    还有一点就是static成员变量的初始化顺序按照定义的顺序进行初始化。

    静态方法和实例方法有何不同?

    静态方法和实例方法的区别主要体现在两个方面:

    1. 在外部调用静态方法时,可以使用"类名.方法名"的方式,也可以使用"对象名.方法名"的方式。而实例方法只有后面这种方式。也就是说,调用静态方法可以无需创建对象。
    2. 静态方法在访问本类的成员时,只允许访问静态成员(即静态成员变量和静态方法),而不允许访问实例成员变量和实例方法;实例方法则无此限制

    在一个静态方法内调用一个非静态成员为什么是非法的?

    由于静态方法可以不通过对象进行调用,因此在静态方法里,不能调用其他非静态变量,也不可以访问非静态变量成员。

    什么是方法的返回值?返回值的作用是什么?

    方法的返回值是指我们获取到的某个方法体中的代码执行后产生的结果!(前提是该方法可能产生结果)。返回值的作用:接收出结果,使得它可以用于其他的操作!

    内部类

    什么是内部类?

    在Java中,可以将一个类的定义放在另外一个类的定义内部,这就是内部类。内部类本身就是类的一个属性,与其他属性定义方式一致。

    内部类的分类有哪些

    内部类可以分为四种:成员内部类、局部内部类、匿名内部类和静态内部类

    静态内部类

    定义在类内部的静态类,就是静态内部类。

    public class Outer {
    
        private static int radius = 1;
    
        static class StaticInner {
            public void visit() {
                System.out.println("visit outer static  variable:" + radius);
            }
        }
    }
    

    静态内部类可以访问外部类所有的静态变量,而不可访问外部类的非静态变量;静态内部类的创建方式,new 外部类.静态内部类(),如下:

    Outer.StaticInner inner = new Outer.StaticInner();
    inner.visit();
    
    成员内部类

    定义在类内部,成员位置上的非静态类,就是成员内部类。

    public class Outer {
    
        private static  int radius = 1;
        private int count =2;
        
         class Inner {
            public void visit() {
                System.out.println("visit outer static  variable:" + radius);
                System.out.println("visit outer   variable:" + count);
            }
        }
    }
    

    成员内部类可以访问外部类所有的变量和方法,包括静态和非静态,私有和公有。成员内部类依赖于外部类的实例,它的创建方式外部类实例.new 内部类(),如下:

    Outer outer = new Outer();
    Outer.Inner inner = outer.new Inner();
    inner.visit();
    
    局部内部类

    定义在方法中的内部类,就是局部内部类。

    public class Outer {
    
        private  int out_a = 1;
        private static int STATIC_b = 2;
    
        public void testFunctionClass(){
            int inner_c =3;
            class Inner {
                private void fun(){
                    System.out.println(out_a);
                    System.out.println(STATIC_b);
                    System.out.println(inner_c);
                }
            }
            Inner  inner = new Inner();
            inner.fun();
        }
        public static void testStaticFunctionClass(){
            int d =3;
            class Inner {
                private void fun(){
                    // System.out.println(out_a); 编译错误,定义在静态方法中的局部类不可以访问外部类的实例变量
                    System.out.println(STATIC_b);
                    System.out.println(d);
                }
            }
            Inner  inner = new Inner();
            inner.fun();
        }
    }
    

    定义在实例方法中的局部类可以访问外部类的所有变量和方法,定义在静态方法中的局部类只能访问外部类的静态变量和方法。局部内部类的创建方式,在对应方法内,new 内部类(),如下:

     public static void testStaticFunctionClass(){
        class Inner {
        }
        Inner  inner = new Inner();
     }
    
    匿名内部类

    匿名内部类就是没有名字的内部类,日常开发中使用的比较多。

    public class Outer {
    
        private void test(final int i) {
            new Service() {
                public void method() {
                    for (int j = 0; j < i; j++) {
                        System.out.println("匿名内部类" );
                    }
                }
            }.method();
        }
     }
     //匿名内部类必须继承或实现一个已有的接口 
     interface Service{
        void method();
    }
    

    除了没有名字,匿名内部类还有以下特点:

    • 匿名内部类必须继承一个抽象类或者实现一个接口。
    • 匿名内部类不能定义任何静态成员和静态方法。
    • 当所在的方法的形参需要被匿名内部类使用时,必须声明为 final。
    • 匿名内部类不能是抽象的,它必须要实现继承的类或者实现的接口的所有抽象方法。

    匿名内部类创建方式:

    new/接口{ 
      //匿名内部类实现部分
    }
    

    内部类的优点

    我们为什么要使用内部类呢?因为它有以下优点:

    • 一个内部类对象可以访问创建它的外部类对象的内容,包括私有数据!
    • 内部类不为同一包的其他类所见,具有很好的封装性;
    • 内部类有效实现了“多重继承”,优化 java 单继承的缺陷。
    • 匿名内部类可以很方便的定义回调。

    内部类有哪些应用场景

    1. 一些多算法场合
    2. 解决一些非面向对象的语句块。
    3. 适当使用内部类,使得代码更加灵活和富有扩展性。
    4. 当某个类除了它的外部类,不再被其他的类使用时。

    局部内部类和匿名内部类访问局部变量的时候,为什么变量必须要加上final?

    局部内部类和匿名内部类访问局部变量的时候,为什么变量必须要加上final呢?它内部原理是什么呢?

    先看这段代码:

    public class Outer {
    
        void outMethod(){
            final int a =10;
            class Inner {
                void innerMethod(){
                    System.out.println(a);
                }
    
            }
        }
    }
    

    以上例子,为什么要加final呢?是因为生命周期不一致, 局部变量直接存储在栈中,当方法执行结束后,非final的局部变量就被销毁。而局部内部类对局部变量的引用依然存在,如果局部内部类要调用局部变量时,就会出错。加了final,可以确保局部内部类使用的变量与外层的局部变量区分开,解决了这个问题。

    内部类相关,看程序说出运行结果

    public class Outer {
        private int age = 12;
    
        class Inner {
            private int age = 13;
            public void print() {
                int age = 14;
                System.out.println("局部变量:" + age);
                System.out.println("内部类变量:" + this.age);
                System.out.println("外部类变量:" + Outer.this.age);
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            Outer.Inner in = new Outer().new Inner();
            in.print();
        }
    
    }
    

    运行结果:

    局部变量:14
    内部类变量:13
    外部类变量:12
    

    重写与重载

    构造器(constructor)是否可被重写(override)

    构造器不能被继承,因此不能被重写,但可以被重载。

    重载(Overload)和重写(Override)的区别。重载的方法能否根据返回类型进行区分?

    方法的重载和重写都是实现多态的方式,区别在于前者实现的是编译时的多态性,而后者实现的是运行时的多态性。

    重载:发生在同一个类中,方法名相同参数列表不同(参数类型不同、个数不同、顺序不同),与方法返回值和访问修饰符无关,即重载的方法不能根据返回类型进行区分

    重写:发生在父子类中,方法名、参数列表必须相同,返回值小于等于父类,抛出的异常小于等于父类,访问修饰符大于等于父类(里氏代换原则);如果父类方法访问修饰符为private则子类中就不是重写。

    对象相等判断

    == 和 equals 的区别是什么

    == : 它的作用是判断两个对象的地址是不是相等。即,判断两个对象是不是同一个对象。(基本数据类型 == 比较的是值,引用数据类型 == 比较的是内存地址)

    equals() : 它的作用也是判断两个对象是否相等。但它一般有两种使用情况:

    情况1:类没有覆盖 equals() 方法。则通过 equals() 比较该类的两个对象时,等价于通过“==”比较这两个对象。

    情况2:类覆盖了 equals() 方法。一般,我们都覆盖 equals() 方法来两个对象的内容相等;若它们的内容相等,则返回 true (即,认为这两个对象相等)。

    举个例子:

    public class test1 {
        public static void main(String[] args) {
            String a = new String("ab"); // a 为一个引用
            String b = new String("ab"); // b为另一个引用,对象的内容一样
            String aa = "ab"; // 放在常量池中
            String bb = "ab"; // 从常量池中查找
            if (aa == bb) // true
                System.out.println("aa==bb");
            if (a == b) // false,非同一对象
                System.out.println("a==b");
            if (a.equals(b)) // true
                System.out.println("aEQb");
            if (42 == 42.0) { // true
                System.out.println("true");
            }
        }
    }
    

    说明:

    • String中的equals方法是被重写过的,因为object的equals方法是比较的对象的内存地址,而String的equals方法比较的是对象的值。
    • 当创建String类型的对象时,虚拟机会在常量池中查找有没有已经存在的值和要创建的值相同的对象,如果有就把它赋给当前引用。如果没有就在常量池中重新创建一个String对象。

    hashCode 与 equals (重要)

    HashSet如何检查重复

    两个对象的 hashCode() 相同,则 equals() 也一定为 true,对吗?

    hashCode和equals方法的关系

    面试官可能会问你:“你重写过 hashcode 和 equals 么,为什么重写equals时必须重写hashCode方法?”

    hashCode()介绍

    hashCode() 的作用是获取哈希码,也称为散列码;它实际上是返回一个int整数。这个哈希码的作用是确定该对象在哈希表中的索引位置。hashCode() 定义在JDK的Object.java中,这就意味着Java中的任何类都包含有hashCode()函数。

    散列表存储的是键值对(key-value),它的特点是:能根据“键”快速的检索出对应的“值”。这其中就利用到了散列码!(可以快速找到所需要的对象)

    为什么要有 hashCode

    我们以“HashSet 如何检查重复”为例子来说明为什么要有 hashCode

    当你把对象加入 HashSet 时,HashSet 会先计算对象的 hashcode 值来判断对象加入的位置,同时也会与其他已经加入的对象的 hashcode 值作比较,如果没有相符的hashcode,HashSet会假设对象没有重复出现。但是如果发现有相同 hashcode 值的对象,这时会调用 equals()方法来检查 hashcode 相等的对象是否真的相同。如果两者相同,HashSet 就不会让其加入操作成功。如果不同的话,就会重新散列到其他位置。(摘自我的Java启蒙书《Head first java》第二版)。这样我们就大大减少了 equals 的次数,相应就大大提高了执行速度。

    hashCode()与equals()的相关规定

    如果两个对象相等,则hashcode一定也是相同的

    两个对象相等,对两个对象分别调用equals方法都返回true

    两个对象有相同的hashcode值,它们也不一定是相等的

    因此,equals 方法被覆盖过,则 hashCode 方法也必须被覆盖

    hashCode() 的默认行为是对堆上的对象产生独特值。如果没有重写 hashCode(),则该 class 的两个对象无论如何都不会相等(即使这两个对象指向相同的数据)

    对象的相等与指向他们的引用相等,两者有什么不同?

    对象的相等 比的是内存中存放的内容是否相等而 引用相等 比较的是他们指向的内存地址是否相等。

    值传递

    当一个对象被当作参数传递到一个方法后,此方法可改变这个对象的属性,并可返回变化后的结果,那么这里到底是值传递还是引用传递

    是值传递。Java 语言的方法调用只支持参数的值传递。当一个对象实例作为一个参数被传递到方法中时,参数的值就是对该对象的引用。对象的属性可以在被调用过程中被改变,但对对象引用的改变是不会影响到调用者的

    为什么 Java 中只有值传递

    首先回顾一下在程序设计语言中有关将参数传递给方法(或函数)的一些专业术语。按值调用(call by value)表示方法接收的是调用者提供的值,而按引用调用(call by reference)表示方法接收的是调用者提供的变量地址。一个方法可以修改传递引用所对应的变量值,而不能修改传递值调用所对应的变量值。 它用来描述各种程序设计语言(不只是Java)中方法参数传递方式。

    Java程序设计语言总是采用按值调用。也就是说,方法得到的是所有参数值的一个拷贝,也就是说,方法不能修改传递给它的任何参数变量的内容。

    下面通过 3 个例子来给大家说明

    example 1

    public static void main(String[] args) {
        int num1 = 10;
        int num2 = 20;
    
        swap(num1, num2);
    
        System.out.println("num1 = " + num1);
        System.out.println("num2 = " + num2);
    }
    
    public static void swap(int a, int b) {
        int temp = a;
        a = b;
        b = temp;
    
        System.out.println("a = " + a);
        System.out.println("b = " + b);
    }
    

    结果

    a = 20
    b = 10
    num1 = 10
    num2 = 20
    

    解析

    img

    在swap方法中,a、b的值进行交换,并不会影响到 num1、num2。因为,a、b中的值,只是从 num1、num2 的复制过来的。也就是说,a、b相当于num1、num2 的副本,副本的内容无论怎么修改,都不会影响到原件本身。

    通过上面例子,我们已经知道了一个方法不能修改一个基本数据类型的参数,而对象引用作为参数就不一样,请看 example2.

    example 2

        public static void main(String[] args) {
            int[] arr = { 1, 2, 3, 4, 5 };
            System.out.println(arr[0]);
            change(arr);
            System.out.println(arr[0]);
        }
    
        public static void change(int[] array) {
            // 将数组的第一个元素变为0
            array[0] = 0;
        }
    

    结果

    1
    0
    

    解析

    img

    array 被初始化 arr 的拷贝也就是一个对象的引用,也就是说 array 和 arr 指向的时同一个数组对象。 因此,外部对引用对象的改变会反映到所对应的对象上。

    通过 example2 我们已经看到,实现一个改变对象参数状态的方法并不是一件难事。理由很简单,方法得到的是对象引用的拷贝,对象引用及其他的拷贝同时引用同一个对象。

    很多程序设计语言(特别是,C++和Pascal)提供了两种参数传递的方式:值调用和引用调用。有些程序员(甚至本书的作者)认为Java程序设计语言对对象采用的是引用调用,实际上,这种理解是不对的。由于这种误解具有一定的普遍性,所以下面给出一个反例来详细地阐述一下这个问题。

    example 3

    public class Test {
    
        public static void main(String[] args) {
            // TODO Auto-generated method stub
            Student s1 = new Student("小张");
            Student s2 = new Student("小李");
            Test.swap(s1, s2);
            System.out.println("s1:" + s1.getName());
            System.out.println("s2:" + s2.getName());
        }
    
        public static void swap(Student x, Student y) {
            Student temp = x;
            x = y;
            y = temp;
            System.out.println("x:" + x.getName());
            System.out.println("y:" + y.getName());
        }
    }
    

    结果

    x:小李
    y:小张
    s1:小张
    s2:小李
    

    解析

    交换之前:

    img

    交换之后:

    img

    通过上面两张图可以很清晰的看出: 方法并没有改变存储在变量 s1 和 s2 中的对象引用。swap方法的参数x和y被初始化为两个对象引用的拷贝,这个方法交换的是这两个拷贝

    总结

    Java程序设计语言对对象采用的不是引用调用,实际上,对象引用是按值传递的。

    下面再总结一下Java中方法参数的使用情况:

    • 一个方法不能修改一个基本数据类型的参数(即数值型或布尔型》
    • 一个方法可以改变一个对象参数的状态。
    • 一个方法不能让对象参数引用一个新的对象。

    值传递和引用传递有什么区别

    值传递:指的是在方法调用时,传递的参数是按值的拷贝传递,传递的是值的拷贝,也就是说传递后就互不相关了。

    引用传递:指的是在方法调用时,传递的参数是按引用进行传递,其实传递的引用的地址,也就是变量所对应的内存空间的地址。传递的是值的引用,也就是说传递前和传递后都指向同一个引用(也就是同一个内存空间)。

    Java包

    JDK 中常用的包有哪些

    • java.lang:这个是系统的基础类;
    • java.io:这里面是所有输入输出有关的类,比如文件操作等;
    • java.nio:为了完善 io 包中的功能,提高 io 包中性能而写的一个新包;
    • java.net:这里面是与网络有关的类;
    • java.util:这个是系统辅助类,特别是集合类;
    • java.sql:这个是数据库操作的类。

    import java和javax有什么区别

    刚开始的时候 JavaAPI 所必需的包是 java 开头的包,javax 当时只是扩展 API 包来说使用。然而随着时间的推移,javax 逐渐的扩展成为 Java API 的组成部分。但是,将扩展从 javax 包移动到 java 包将是太麻烦了,最终会破坏一堆现有的代码。因此,最终决定 javax 包将成为标准API的一部分。

    所以,实际上java和javax没有区别。这都是一个名字。

    IO流

    java 中 IO 流分为几种?

    • 按照流的流向分,可以分为输入流和输出流;
    • 按照操作单元划分,可以划分为字节流和字符流;
    • 按照流的角色划分为节点流和处理流。

    Java Io流共涉及40多个类,这些类看上去很杂乱,但实际上很有规则,而且彼此之间存在非常紧密的联系, Java I0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。

    按操作方式分类结构图:

    IO-操作方式分类

    按操作对象分类结构图:

    IO-操作对象分类

    BIO,NIO,AIO 有什么区别?

    简答

    • BIO:Block IO 同步阻塞式 IO,就是我们平常使用的传统 IO,它的特点是模式简单使用方便,并发处理能力低。
    • NIO:Non IO 同步非阻塞 IO,是传统 IO 的升级,客户端和服务器端通过 Channel(通道)通讯,实现了多路复用。
    • AIO:Asynchronous IO 是 NIO 的升级,也叫 NIO2,实现了异步非堵塞 IO ,异步 IO 的操作基于事件和回调机制。

    详细回答

    • BIO (Blocking I/O): 同步阻塞I/O模式,数据的读取写入必须阻塞在一个线程内等待其完成。在活动连接数不是特别高(小于单机1000)的情况下,这种模型是比较不错的,可以让每一个连接专注于自己的 I/O 并且编程模型简单,也不用过多考虑系统的过载、限流等问题。线程池本身就是一个天然的漏斗,可以缓冲一些系统处理不了的连接或请求。但是,当面对十万甚至百万级连接的时候,传统的 BIO 模型是无能为力的。因此,我们需要一种更高效的 I/O 处理模型来应对更高的并发量。
    • NIO (New I/O): NIO是一种同步非阻塞的I/O模型,在Java 1.4 中引入了NIO框架,对应 java.nio 包,提供了 Channel , Selector,Buffer等抽象。NIO中的N可以理解为Non-blocking,不单纯是New。它支持面向缓冲的,基于通道的I/O操作方法。 NIO提供了与传统BIO模型中的 SocketServerSocket 相对应的 SocketChannelServerSocketChannel 两种不同的套接字通道实现,两种通道都支持阻塞和非阻塞两种模式。阻塞模式使用就像传统中的支持一样,比较简单,但是性能和可靠性都不好;非阻塞模式正好与之相反。对于低负载、低并发的应用程序,可以使用同步阻塞I/O来提升开发速率和更好的维护性;对于高负载、高并发的(网络)应用,应使用 NIO 的非阻塞模式来开发
    • AIO (Asynchronous I/O): AIO 也就是 NIO 2。在 Java 7 中引入了 NIO 的改进版 NIO 2,它是异步非阻塞的IO模型。异步 IO 是基于事件和回调机制实现的,也就是应用操作之后会直接返回,不会堵塞在那里,当后台处理完成,操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。AIO 是异步IO的缩写,虽然 NIO 在网络操作中,提供了非阻塞的方法,但是 NIO 的 IO 行为还是同步的。对于 NIO 来说,我们的业务线程是在 IO 操作准备好时,得到通知,接着就由这个线程自行进行 IO 操作,IO操作本身是同步的。查阅网上相关资料,我发现就目前来说 AIO 的应用还不是很广泛,Netty 之前也尝试使用过 AIO,不过又放弃了。

    Files的常用方法都有哪些?

    • Files. exists():检测文件路径是否存在。
    • Files. createFile():创建文件。
    • Files. createDirectory():创建文件夹。
    • Files. delete():删除一个文件或目录。
    • Files. copy():复制文件。
    • Files. move():移动文件。
    • Files. size():查看文件个数。
    • Files. read():读取文件。
    • Files. write():写入文件。

    反射

    什么是反射机制?

    JAVA反射机制是在运行状态中,对于任意一个类,都能够知道这个类的所有属性和方法;对于任意一个对象,都能够调用它的任意一个方法和属性;这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为java语言的反射机制。

    静态编译和动态编译

    • **静态编译:**在编译时确定类型,绑定对象
    • **动态编译:**运行时确定类型,绑定对象

    反射机制优缺点

    • 优点: 运行期类型的判断,动态加载类,提高代码灵活度。
    • 缺点: 性能瓶颈:反射相当于一系列解释操作,通知 JVM 要做的事情,性能比直接的java代码要慢很多。

    反射机制的应用场景有哪些?

    反射是框架设计的灵魂。

    在我们平时的项目开发过程中,基本上很少会直接使用到反射机制,但这不能说明反射机制没有用,实际上有很多设计、开发都与反射机制有关,例如模块化的开发,通过反射去调用对应的字节码;动态代理设计模式也采用了反射机制,还有我们日常使用的 Spring/Hibernate 等框架也大量使用到了反射机制。

    举例:①我们在使用JDBC连接数据库时使用Class.forName()通过反射加载数据库的驱动程序;②Spring框架也用到很多反射机制,最经典的就是xml的配置模式。Spring 通过 XML 配置模式装载 Bean 的过程:1) 将程序内所有 XML 或 Properties 配置文件加载入内存中; 2)Java类里面解析xml或properties里面的内容,得到对应实体类的字节码字符串以及相关的属性信息; 3)使用反射机制,根据这个字符串获得某个类的Class实例; 4)动态配置实例的属性

    Java获取反射的三种方法

    1.通过new对象实现反射机制 2.通过路径实现反射机制 3.通过类名实现反射机制

    public class Student {
        private int id;
        String name;
        protected boolean sex;
        public float score;
    }
    
    public class Get {
        //获取反射机制三种方式
        public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
            //方式一(通过建立对象)
            Student stu = new Student();
            Class classobj1 = stu.getClass();
            System.out.println(classobj1.getName());
            //方式二(所在通过路径-相对路径)
            Class classobj2 = Class.forName("fanshe.Student");
            System.out.println(classobj2.getName());
            //方式三(通过类名)
            Class classobj3 = Student.class;
            System.out.println(classobj3.getName());
        }
    }
    

    网络编程

    网络编程的面试题可以查看我的这篇文章重学TCP/IP协议和三次握手四次挥手,内容不仅包括TCP/IP协议和三次握手四次挥手的知识,还包括计算机网络体系结构,HTTP协议,get请求和post请求区别,session和cookie的区别等,欢迎大家阅读。

    常用API

    String相关

    字符型常量和字符串常量的区别

    1. 形式上: 字符常量是单引号引起的一个字符 字符串常量是双引号引起的若干个字符
    2. 含义上: 字符常量相当于一个整形值(ASCII值),可以参加表达式运算 字符串常量代表一个地址值(该字符串在内存中存放位置)
    3. 占内存大小 字符常量只占两个字节 字符串常量占若干个字节(至少一个字符结束标志)

    什么是字符串常量池?

    字符串常量池位于堆内存中,专门用来存储字符串常量,可以提高内存的使用率,避免开辟多块空间存储相同的字符串,在创建字符串时 JVM 会首先检查字符串常量池,如果该字符串已经存在池中,则返回它的引用,如果不存在,则实例化一个字符串放到池中,并返回其引用。

    String 是最基本的数据类型吗

    不是。Java 中的基本数据类型只有 8 个 :byte、short、int、long、float、double、char、boolean;除了基本类型(primitive type),剩下的都是引用类型(referencetype),Java 5 以后引入的枚举类型也算是一种比较特殊的引用类型。

    这是很基础的东西,但是很多初学者却容易忽视,Java 的 8 种基本数据类型中不包括 String,基本数据类型中用来描述文本数据的是 char,但是它只能表示单个字符,比如 ‘a’,‘好’ 之类的,如果要描述一段文本,就需要用多个 char 类型的变量,也就是一个 char 类型数组,比如“你好” 就是长度为2的数组 char[] chars = {‘你’,‘好’};

    但是使用数组过于麻烦,所以就有了 String,String 底层就是一个 char 类型的数组,只是使用的时候开发者不需要直接操作底层数组,用更加简便的方式即可完成对字符串的使用。

    String有哪些特性

    • 不变性:String 是只读字符串,是一个典型的 immutable 对象,对它进行任何操作,其实都是创建一个新的对象,再把引用指向该对象。不变模式的主要作用在于当一个对象需要被多线程共享并频繁访问时,可以保证数据的一致性。

    • 常量池优化:String 对象创建之后,会在字符串常量池中进行缓存,如果下次创建同样的对象时,会直接返回缓存的引用。

    • final:使用 final 来定义 String 类,表示 String 类不能被继承,提高了系统的安全性。

    String为什么是不可变的吗?

    简单来说就是String类利用了final修饰的char类型数组存储字符,源码如下图所以:

    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];
    

    String真的是不可变的吗?

    我觉得如果别人问这个问题的话,回答不可变就可以了。 下面只是给大家看两个有代表性的例子:

    1) String不可变但不代表引用不可以变

    String str = "Hello";
    str = str + " World";
    System.out.println("str=" + str);
    

    结果:

    str=Hello World
    

    解析:

    实际上,原来String的内容是不变的,只是str由原来指向"Hello"的内存地址转为指向"Hello World"的内存地址而已,也就是说多开辟了一块内存区域给"Hello World"字符串。

    2) 通过反射是可以修改所谓的“不可变”对象

    // 创建字符串"Hello World", 并赋给引用s
    String s = "Hello World";
    
    System.out.println("s = " + s); // Hello World
    
    // 获取String类中的value字段
    Field valueFieldOfString = String.class.getDeclaredField("value");
    
    // 改变value属性的访问权限
    valueFieldOfString.setAccessible(true);
    
    // 获取s对象上的value属性的值
    char[] value = (char[]) valueFieldOfString.get(s);
    
    // 改变value所引用的数组中的第5个字符
    value[5] = '_';
    
    System.out.println("s = " + s); // Hello_World
    

    结果:

    s = Hello World
    s = Hello_World
    

    解析:

    用反射可以访问私有成员, 然后反射出String对象中的value属性, 进而改变通过获得的value引用改变数组的结构。但是一般我们不会这么做,这里只是简单提一下有这个东西。

    是否可以继承 String 类

    String 类是 final 类,不可以被继承。

    String str="i"与 String str=new String(“i”)一样吗?

    不一样,因为内存的分配方式不一样。String str="i"的方式,java 虚拟机会将其分配到常量池中;而 String str=new String(“i”) 则会被分到堆内存中。

    String s = new String(“xyz”);创建了几个字符串对象

    两个对象,一个是静态区的"xyz",一个是用new创建在堆上的对象。

    String str1 = "hello"; //str1指向静态区
    String str2 = new String("hello");  //str2指向堆上的对象
    String str3 = "hello";
    String str4 = new String("hello");
    System.out.println(str1.equals(str2)); //true
    System.out.println(str2.equals(str4)); //true
    System.out.println(str1 == str3); //true
    System.out.println(str1 == str2); //false
    System.out.println(str2 == str4); //false
    System.out.println(str2 == "hello"); //false
    str2 = str1;
    System.out.println(str2 == "hello"); //true
    

    如何将字符串反转?

    使用 StringBuilder 或者 stringBuffer 的 reverse() 方法。

    示例代码:

    // StringBuffer reverse
    StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer();
    stringBuffer. append("abcdefg");
    System. out. println(stringBuffer. reverse()); // gfedcba
    // StringBuilder reverse
    StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
    stringBuilder. append("abcdefg");
    System. out. println(stringBuilder. reverse()); // gfedcba
    

    数组有没有 length()方法?String 有没有 length()方法

    数组没有 length()方法 ,有 length 的属性。String 有 length()方法。JavaScript中,获得字符串的长度是通过 length 属性得到的,这一点容易和 Java 混淆。

    String 类的常用方法都有那些?

    • indexOf():返回指定字符的索引。
    • charAt():返回指定索引处的字符。
    • replace():字符串替换。
    • trim():去除字符串两端空白。
    • split():分割字符串,返回一个分割后的字符串数组。
    • getBytes():返回字符串的 byte 类型数组。
    • length():返回字符串长度。
    • toLowerCase():将字符串转成小写字母。
    • toUpperCase():将字符串转成大写字符。
    • substring():截取字符串。
    • equals():字符串比较。

    在使用 HashMap 的时候,用 String 做 key 有什么好处?

    HashMap 内部实现是通过 key 的 hashcode 来确定 value 的存储位置,因为字符串是不可变的,所以当创建字符串时,它的 hashcode 被缓存下来,不需要再次计算,所以相比于其他对象更快。

    String和StringBuffer、StringBuilder的区别是什么?String为什么是不可变的

    可变性

    String类中使用字符数组保存字符串,private final char value[],所以string对象是不可变的。StringBuilder与StringBuffer都继承自AbstractStringBuilder类,在AbstractStringBuilder中也是使用字符数组保存字符串,char[] value,这两种对象都是可变的。

    线程安全性

    String中的对象是不可变的,也就可以理解为常量,线程安全。AbstractStringBuilder是StringBuilder与StringBuffer的公共父类,定义了一些字符串的基本操作,如expandCapacity、append、insert、indexOf等公共方法。StringBuffer对方法加了同步锁或者对调用的方法加了同步锁,所以是线程安全的。StringBuilder并没有对方法进行加同步锁,所以是非线程安全的。

    性能

    每次对String 类型进行改变的时候,都会生成一个新的String对象,然后将指针指向新的String 对象。StringBuffer每次都会对StringBuffer对象本身进行操作,而不是生成新的对象并改变对象引用。相同情况下使用StirngBuilder 相比使用StringBuffer 仅能获得10%~15% 左右的性能提升,但却要冒多线程不安全的风险。

    对于三者使用的总结

    如果要操作少量的数据用 = String

    单线程操作字符串缓冲区 下操作大量数据 = StringBuilder

    多线程操作字符串缓冲区 下操作大量数据 = StringBuffer

    Date相关

    包装类相关

    自动装箱与拆箱

    装箱:将基本类型用它们对应的引用类型包装起来;

    拆箱:将包装类型转换为基本数据类型;

    int 和 Integer 有什么区别

    Java 是一个近乎纯洁的面向对象编程语言,但是为了编程的方便还是引入了基本数据类型,但是为了能够将这些基本数据类型当成对象操作,Java 为每一个基本数据类型都引入了对应的包装类型(wrapper class),int 的包装类就是 Integer,从 Java 5 开始引入了自动装箱/拆箱机制,使得二者可以相互转换。

    Java 为每个原始类型提供了包装类型:

    原始类型: boolean,char,byte,short,int,long,float,double

    包装类型:Boolean,Character,Byte,Short,Integer,Long,Float,Double

    Integer a= 127 与 Integer b = 127相等吗

    对于对象引用类型:==比较的是对象的内存地址。
    对于基本数据类型:==比较的是值。

    如果整型字面量的值在-128到127之间,那么自动装箱时不会new新的Integer对象,而是直接引用常量池中的Integer对象,超过范围 a1==b1的结果是false

    public static void main(String[] args) {
        Integer a = new Integer(3);
        Integer b = 3;  // 将3自动装箱成Integer类型
        int c = 3;
        System.out.println(a == b); // false 两个引用没有引用同一对象
        System.out.println(a == c); // true a自动拆箱成int类型再和c比较
        System.out.println(b == c); // true
    
        Integer a1 = 128;
        Integer b1 = 128;
        System.out.println(a1 == b1); // false
    
        Integer a2 = 127;
        Integer b2 = 127;
        System.out.println(a2 == b2); // true
    }
    

    常用工具类库

    单元测试

    日志

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  • 常见JVM面试题及答案整理

    万次阅读 多人点赞 2019-08-26 11:35:04
    我的答案: 1)Java内存模型图: Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存,每条线程还有自己的工作内存,线程的工作内存保存了该线程是用到的变量的主内存副本拷贝,线程对变量的所有操作都必须在工作...

    前言

    总结了JVM一些经典面试题,分享出我自己的解题思路,希望对大家有帮助,有哪里你觉得不正确的话,欢迎指出,后续有空会更新。

    1.什么情况下会发生栈内存溢出。

    思路: 描述栈定义,再描述为什么会溢出,再说明一下相关配置参数,OK的话可以给面试官手写是一个栈溢出的demo。

    我的答案:

    • 栈是线程私有的,他的生命周期与线程相同,每个方法在执行的时候都会创建一个栈帧,用来存储局部变量表,操作数栈,动态链接,方法出口等信息。局部变量表又包含基本数据类型,对象引用类型
    • 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度,将抛出StackOverflowError异常,方法递归调用产生这种结果。
    • 如果Java虚拟机栈可以动态扩展,并且扩展的动作已经尝试过,但是无法申请到足够的内存去完成扩展,或者在新建立线程的时候没有足够的内存去创建对应的虚拟机栈,那么Java虚拟机将抛出一个OutOfMemory 异常。(线程启动过多)
    • 参数 -Xss 去调整JVM栈的大小

    2.详解JVM内存模型

    思路: 给面试官画一下JVM内存模型图,并描述每个模块的定义,作用,以及可能会存在的问题,如栈溢出等。

    我的答案:

    • JVM内存结构

     

    程序计数器:当前线程所执行的字节码的行号指示器,用于记录正在执行的虚拟机字节指令地址,线程私有。

    Java虚拟栈:存放基本数据类型、对象的引用、方法出口等,线程私有。

    Native方法栈:和虚拟栈相似,只不过它服务于Native方法,线程私有。

    Java堆:java内存最大的一块,所有对象实例、数组都存放在java堆,GC回收的地方,线程共享。

    方法区:存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码数据等。(即永久带),回收目标主要是常量池的回收和类型的卸载,各线程共享

    3.JVM内存为什么要分成新生代,老年代,持久代。新生代中为什么要分为Eden和Survivor。

    思路: 先讲一下JAVA堆,新生代的划分,再谈谈它们之间的转化,相互之间一些参数的配置(如: –XX:NewRatio,–XX:SurvivorRatio等),再解释为什么要这样划分,最好加一点自己的理解。

    我的答案:

    1)共享内存区划分

    • 共享内存区 = 持久带 + 堆
    • 持久带 = 方法区 + 其他
    • Java堆 = 老年代 + 新生代
    • 新生代 = Eden + S0 + S1

    2)一些参数的配置

    • 默认的,新生代 ( Young ) 与老年代 ( Old ) 的比例的值为 1:2 ,可以通过参数 –XX:NewRatio 配置。
    • 默认的,Edem : from : to = 8 : 1 : 1 ( 可以通过参数 –XX:SurvivorRatio 来设定)
    • Survivor区中的对象被复制次数为15(对应虚拟机参数 -XX:+MaxTenuringThreshold)

    3)为什么要分为Eden和Survivor?为什么要设置两个Survivor区?

    • 如果没有Survivor,Eden区每进行一次Minor GC,存活的对象就会被送到老年代。老年代很快被填满,触发Major GC.老年代的内存空间远大于新生代,进行一次Full GC消耗的时间比Minor GC长得多,所以需要分为Eden和Survivor。
    • Survivor的存在意义,就是减少被送到老年代的对象,进而减少Full GC的发生,Survivor的预筛选保证,只有经历16次Minor GC还能在新生代中存活的对象,才会被送到老年代。
    • 设置两个Survivor区最大的好处就是解决了碎片化,刚刚新建的对象在Eden中,经历一次Minor GC,Eden中的存活对象就会被移动到第一块survivor space S0,Eden被清空;等Eden区再满了,就再触发一次Minor GC,Eden和S0中的存活对象又会被复制送入第二块survivor space S1(这个过程非常重要,因为这种复制算法保证了S1中来自S0和Eden两部分的存活对象占用连续的内存空间,避免了碎片化的发生)

    4.JVM中一次完整的GC流程是怎样的,对象如何晋升到老年代

    思路: 先描述一下Java堆内存划分,再解释Minor GC,Major GC,full GC,描述它们之间转化流程。

    我的答案:

    • Java堆 = 老年代 + 新生代
    • 新生代 = Eden + S0 + S1
    • 当 Eden 区的空间满了, Java虚拟机会触发一次 Minor GC,以收集新生代的垃圾,存活下来的对象,则会转移到 Survivor区。
    • 大对象(需要大量连续内存空间的Java对象,如那种很长的字符串)直接进入老年态
    • 如果对象在Eden出生,并经过第一次Minor GC后仍然存活,并且被Survivor容纳的话,年龄设为1,每熬过一次Minor GC,年龄+1,若年龄超过一定限制(15),则被晋升到老年态。即长期存活的对象进入老年态
    • 老年代满了而无法容纳更多的对象,Minor GC 之后通常就会进行Full GC,Full GC 清理整个内存堆 – 包括年轻代和年老代
    • Major GC 发生在老年代的GC清理老年区,经常会伴随至少一次Minor GC,比Minor GC慢10倍以上

    5.你知道哪几种垃圾收集器,各自的优缺点,重点讲下cms和G1,包括原理,流程,优缺点。

    思路: 一定要记住典型的垃圾收集器,尤其cms和G1,它们的原理与区别,涉及的垃圾回收算法。

    我的答案:

    1)几种垃圾收集器:

    • Serial收集器: 单线程的收集器,收集垃圾时,必须stop the world,使用复制算法。
    • ParNew收集器: Serial收集器的多线程版本,也需要stop the world,复制算法。
    • Parallel Scavenge收集器: 新生代收集器,复制算法的收集器,并发的多线程收集器,目标是达到一个可控的吞吐量。如果虚拟机总共运行100分钟,其中垃圾花掉1分钟,吞吐量就是99%。
    • Serial Old收集器: 是Serial收集器的老年代版本,单线程收集器,使用标记整理算法。
    • Parallel Old收集器: 是Parallel Scavenge收集器的老年代版本,使用多线程,标记-整理算法。
    • CMS(Concurrent Mark Sweep) 收集器: 是一种以获得最短回收停顿时间为目标的收集器,标记清除算法,运作过程:初始标记,并发标记,重新标记,并发清除,收集结束会产生大量空间碎片。
    • G1收集器: 标记整理算法实现,运作流程主要包括以下:初始标记,并发标记,最终标记,筛选标记。不会产生空间碎片,可以精确地控制停顿。

    2)CMS收集器和G1收集器的区别:

    • CMS收集器是老年代的收集器,可以配合新生代的Serial和ParNew收集器一起使用;
    • G1收集器收集范围是老年代和新生代,不需要结合其他收集器使用;
    • CMS收集器以最小的停顿时间为目标的收集器;
    • G1收集器可预测垃圾回收的停顿时间
    • CMS收集器是使用“标记-清除”算法进行的垃圾回收,容易产生内存碎片
    • G1收集器使用的是“标记-整理”算法,进行了空间整合,降低了内存空间碎片。

    6.JVM内存模型的相关知识了解多少,比如重排序,内存屏障,happen-before,主内存,工作内存。

    思路: 先画出Java内存模型图,结合例子volatile ,说明什么是重排序,内存屏障,最好能给面试官写以下demo说明。

    我的答案:

    1)Java内存模型图:

     

    Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存中,每条线程还有自己的工作内存,线程的工作内存中保存了该线程中是用到的变量的主内存副本拷贝,线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行,而不能直接读写主内存。不同的线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量,线程间变量的传递均需要自己的工作内存和主存之间进行数据同步进行。

    2)指令重排序。

    在这里,先看一段代码

    public class PossibleReordering {
    static int x = 0, y = 0;
    static int a = 0, b = 0;
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread one = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                a = 1;
                x = b;
            }
        });
    
        Thread other = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                b = 1;
                y = a;
            }
        });
        one.start();other.start();
        one.join();other.join();
        System.out.println(“(” + x + “,” + y + “)”);
    }

    运行结果可能为(1,0)、(0,1)或(1,1),也可能是(0,0)。因为,在实际运行时,代码指令可能并不是严格按照代码语句顺序执行的。大多数现代微处理器都会采用将指令乱序执行(out-of-order execution,简称OoOE或OOE)的方法,在条件允许的情况下,直接运行当前有能力立即执行的后续指令,避开获取下一条指令所需数据时造成的等待3。通过乱序执行的技术,处理器可以大大提高执行效率。而这就是指令重排

    3)内存屏障

    内存屏障,也叫内存栅栏,是一种CPU指令,用于控制特定条件下的重排序和内存可见性问题。

    • LoadLoad屏障:对于这样的语句Load1; LoadLoad; Load2,在Load2及后续读取操作要读取的数据被访问前,保证Load1要读取的数据被读取完毕。
    • StoreStore屏障:对于这样的语句Store1; StoreStore; Store2,在Store2及后续写入操作执行前,保证Store1的写入操作对其它处理器可见。
    • LoadStore屏障:对于这样的语句Load1; LoadStore; Store2,在Store2及后续写入操作被刷出前,保证Load1要读取的数据被读取完毕。
    • StoreLoad屏障:对于这样的语句Store1; StoreLoad; Load2,在Load2及后续所有读取操作执行前,保证Store1的写入对所有处理器可见。它的开销是四种屏障中最大的。 在大多数处理器的实现中,这个屏障是个万能屏障,兼具其它三种内存屏障的功能。

    4)happen-before原则

    • 单线程happen-before原则:在同一个线程中,书写在前面的操作happen-before后面的操作。 锁的happen-before原则:同一个锁的unlock操作happen-before此锁的lock操作。
    • volatile的happen-before原则:对一个volatile变量的写操作happen-before对此变量的任意操作(当然也包括写操作了)。
    • happen-before的传递性原则:如果A操作 happen-before B操作,B操作happen-before C操作,那么A操作happen-before C操作。
    • 线程启动的happen-before原则:同一个线程的start方法happen-before此线程的其它方法。
    • 线程中断的happen-before原则 :对线程interrupt方法的调用happen-before被中断线程的检测到中断发送的代码。
    • 线程终结的happen-before原则: 线程中的所有操作都happen-before线程的终止检测。
    • 对象创建的happen-before原则: 一个对象的初始化完成先于他的finalize方法调用。

    7.简单说说你了解的类加载器,可以打破双亲委派么,怎么打破。

    思路: 先说明一下什么是类加载器,可以给面试官画个图,再说一下类加载器存在的意义,说一下双亲委派模型,最后阐述怎么打破双亲委派模型。

    我的答案:

    1) 什么是类加载器?

    类加载器 就是根据指定全限定名称将class文件加载到JVM内存,转为Class对象。

    • 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader):由C++语言实现(针对HotSpot),负责将存放在<JAVA_HOME>\lib目录或-Xbootclasspath参数指定的路径中的类库加载到内存中。
    • 其他类加载器:由Java语言实现,继承自抽象类ClassLoader。如:
    • 扩展类加载器(Extension ClassLoader):负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录或java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有类库。
    • 应用程序类加载器(Application ClassLoader)。负责加载用户类路径(classpath)上的指定类库,我们可以直接使用这个类加载器。一般情况,如果我们没有自定义类加载器默认就是用这个加载器。

    2)双亲委派模型

    双亲委派模型工作过程是:

    如果一个类加载器收到类加载的请求,它首先不会自己去尝试加载这个类,而是把这个请求委派给父类加载器完成。每个类加载器都是如此,只有当父加载器在自己的搜索范围内找不到指定的类时(即ClassNotFoundException),子加载器才会尝试自己去加载。

    双亲委派模型图:

     

    3)为什么需要双亲委派模型?

    在这里,先想一下,如果没有双亲委派,那么用户是不是可以自己定义一个java.lang.Object的同名类java.lang.String的同名类,并把它放到ClassPath中,那么类之间的比较结果及类的唯一性将无法保证,因此,为什么需要双亲委派模型?防止内存中出现多份同样的字节码

    4)怎么打破双亲委派模型?

    打破双亲委派机制则不仅要继承ClassLoader类,还要重写loadClass和findClass方法。

    8.说说你知道的几种主要的JVM参数

    思路: 可以说一下堆栈配置相关的,垃圾收集器相关的,还有一下辅助信息相关的。

    我的答案:

    1)堆栈配置相关

    java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k 
    -XX:MaxPermSize=16m -XX:NewRatio=4 -XX:SurvivorRatio=4 -XX:MaxTenuringThreshold=0

    -Xmx3550m: 最大堆大小为3550m。

    -Xms3550m: 设置初始堆大小为3550m。

    -Xmn2g: 设置年轻代大小为2g。

    -Xss128k: 每个线程的堆栈大小为128k。

    -XX:MaxPermSize: 设置持久代大小为16m

    -XX:NewRatio=4: 设置年轻代(包括Eden和两个Survivor区)与年老代的比值(除去持久代)。

    -XX:SurvivorRatio=4: 设置年轻代中Eden区与Survivor区的大小比值。设置为4,则两个Survivor区与一个Eden区的比值为2:4,一个Survivor区占整个年轻代的1/6

    -XX:MaxTenuringThreshold=0: 设置垃圾最大年龄。如果设置为0的话,则年轻代对象不经过Survivor区,直接进入年老代。

    2)垃圾收集器相关

    -XX:+UseParallelGC
    -XX:ParallelGCThreads=20
    -XX:+UseConcMarkSweepGC 
    -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5
    -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection:

    -XX:+UseParallelGC: 选择垃圾收集器为并行收集器。

    -XX:ParallelGCThreads=20: 配置并行收集器的线程数

    -XX:+UseConcMarkSweepGC: 设置年老代为并发收集。

    -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction:由于并发收集器不对内存空间进行压缩、整理,所以运行一段时间以后会产生“碎片”,使得运行效率降低。此值设置运行多少次GC以后对内存空间进行压缩、整理。

    -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection: 打开对年老代的压缩。可能会影响性能,但是可以消除碎片

    3)辅助信息相关

    -XX:+PrintGC
    -XX:+PrintGCDetails

    -XX:+PrintGC 输出形式:

    [GC 118250K->113543K(130112K), 0.0094143 secs] [Full GC 121376K->10414K(130112K), 0.0650971 secs]

    -XX:+PrintGCDetails 输出形式:

    [GC [DefNew: 8614K->781K(9088K), 0.0123035 secs] 118250K->113543K(130112K), 0.0124633 secs] [GC [DefNew: 8614K->8614K(9088K), 0.0000665 secs][Tenured: 112761K->10414K(121024K), 0.0433488 secs] 121376K->10414K(130112K), 0.0436268 secs

    9.怎么打出线程栈信息。

    思路: 可以说一下jps,top ,jstack这几个命令,再配合一次排查线上问题进行解答。

    我的答案:

    • 输入jps,获得进程号。
    • top -Hp pid 获取本进程中所有线程的CPU耗时性能
    • jstack pid命令查看当前java进程的堆栈状态
    • 或者 jstack -l > /tmp/output.txt 把堆栈信息打到一个txt文件。
    • 可以使用fastthread 堆栈定位,fastthread.io/

    10.强引用、软引用、弱引用、虚引用的区别?

    思路: 先说一下四种引用的定义,可以结合代码讲一下,也可以扩展谈到ThreadLocalMap里弱引用用处。

    我的答案:

    1)强引用

    我们平时new了一个对象就是强引用,例如 Object obj = new Object();即使在内存不足的情况下,JVM宁愿抛出OutOfMemory错误也不会回收这种对象。

    2)软引用

    如果一个对象只具有软引用,则内存空间足够,垃圾回收器就不会回收它;如果内存空间不足了,就会回收这些对象的内存。

    SoftReference<String> softRef=new SoftReference<String>(str);     // 软引用

    用处: 软引用在实际中有重要的应用,例如浏览器的后退按钮。按后退时,这个后退时显示的网页内容是重新进行请求还是从缓存中取出呢?这就要看具体的实现策略了。

    (1)如果一个网页在浏览结束时就进行内容的回收,则按后退查看前面浏览过的页面时,需要重新构建

    (2)如果将浏览过的网页存储到内存中会造成内存的大量浪费,甚至会造成内存溢出

    如下代码:

    Browser prev = new Browser();               // 获取页面进行浏览
    SoftReference sr = new SoftReference(prev); // 浏览完毕后置为软引用        
    if(sr.get()!=null){ 
        rev = (Browser) sr.get();           // 还没有被回收器回收,直接获取
    }else{
        prev = new Browser();               // 由于内存吃紧,所以对软引用的对象回收了
        sr = new SoftReference(prev);       // 重新构建
    }

    3)弱引用

    具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中,一旦发现了只具有弱引用的对象,不管当前内存空间足够与否,都会回收它的内存。

    String str=new String("abc");    
    WeakReference<String> abcWeakRef = new WeakReference<String>(str);
    str=null;
    等价于
    str = null;
    System.gc();

    4)虚引用

    如果一个对象仅持有虚引用,那么它就和没有任何引用一样,在任何时候都可能被垃圾回收器回收。虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。

    11.JVM知识点精华汇总

    用XMind画了一张思维导图(源文件对部分节点有详细备注和参考资料,需要的朋友可以关注我的微信公众号:Java团长,然后回复“JVM”获取):

    參考与感谢


    作者:Jay_huaxiao
    链接:https://juejin.im/post/5d35ca5b518825449c64bc31
    来源:掘金
    著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。

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  • 2019工程伦理慕课答案(2019秋)习题及期末答案

    万次阅读 多人点赞 2019-11-08 18:19:53
    第一章习题(下) 单选题 (1/1 point) 下列哪一项不是工程与技术的区别 ...下列哪项是工程的完整生命周期的环节 计划 设计 评估 完成 判断题 (1/1 point) 计划、设计、建造...

    第一章~第十章习题(上)及期末考试答案

    下面是第一章~第十章习题答案(下)

    第一章习题(下)

    单选题 (1/1 point)

    下列哪一项不是工程与技术的区别

    • 内容和性质
    • 目的
    • 活动主体
    • 任务、对象和思维方式

    单选题 (1/1 point)

    下列哪一项不是工程活动的特征

    • 自主性
    • 创造性
    • 社会性
    • 确定性

    多选题 (1points)

    下列哪项是工程的完整生命周期中的环节

    • 计划
    • 设计
    • 评估
    • 完成

    判断题 (1/1 point)

    计划、设计、建造、使用和结束构成了工程完整的生命周期

    • 正确
    • 错误

    判断题 (1/1 point)

    工程包括哲学、技术、经济、管理、社会、生态、伦理这7个维度。

    • 正确
    • 错误

    You have used 1 of 1 submissions
    单选题 (1points)

    以下哪项不是规范伦理学的立场

    • 功利论 功利论
    • 义务论
    • 契约论
    • 存在论

    单选题 (1points)

    下列哪项不是罗斯为直觉主义义务论提出的道德原则

    • 忠诚
    • 公平
    • 感恩
    • 不行恶

    单选题 (1/1 point)

    下列职业社团名称缩写错误的是

    • 美国土木工程师协会(ASCE)
    • 电子和电子工程师协会(IEEE)
    • 美国机械工程师学会(ABET)
    • 美国化学工程师学会(AIChE)

    判断题 (1/1 point)

    根据伦理规范得到社会认可和被制度化的程度,我们可以把伦理规范分为制度性的伦理规范和描述性的伦理规范两种情况。

    • 正确
    • 错误

    判断题 (1/1 point)

    伦理是个体性、主观性的,侧重个体的意识、行为与准则、法则的关系;道德则是社会性和客观性的,侧重社会“共体”。

    • 正确
    • 错误

    多选题 (1/1 point)

    当工程实践出现“超越于道德的”的情形时,我们可以通过道德慎思为自己的伦理行为划分优先顺序,审慎地思考和处理存在的几对重要的伦理关系。这几对重要的伦理关系指的是

    • 自主与责任
    • 效率与公正
    • 个人与集体
    • 环境与社会

    单选题 (1/1 point)

    下列哪项不是工程伦理问题的特点

    • 历史性
    • 社会性
    • 复杂性
    • 简明性

    单选题 (1/1 point)

    下列哪项不是处理工程伦理问题的基本原则

    • 人道主义
    • 功利主义
    • 社会公正
    • 人与自然和谐发展

    判断题 (1/1 point)

    工程活动是一种集成多种自然与社会资源,协调多种利益诉求和冲突的社会活动,是一种极其复杂的社会实践,需要众多的行动者参与。

    • 正确
    • 错误

    单选题 (1/1 point)

    下列哪项不是依据工程伦理问题的对象来划分伦理问题的?

    • 因伦理意识缺失或者对行为后果估计不足导致的问题
    • 因工程相关的各方利益冲突所造成的伦理困境
    • 工程共同体内部意见不合,或者工程共同体的伦理准则与规范等与其他伦理原则之间不一致导致的问题
    • 因工程伦理章程缺乏或者不足而导致的问题

    多选题 (1/1 point)

    “博帕尔MIC毒气泄漏事件”主要涉及哪几方面的问题

    • 企业和政府在维护公共安全和环境安全方面所肩负的责任和各自扮演的角色问题
    • 跨国工程活动中发达国家向发展中国家的环境成本转移问题
    • 跨国公司的双重技术标准问题
    • 如何通过相关法规和制度来保障工程活动中的弱势群体权益的问题

    判断题 (1/1 point)

    从处理工程与人、社会和自然的关系的三个层面看,处理工程中伦理问题要坚持以下三个基本原则:人道主义———处理工程与人关系的基本原则;社会公正———处理工程与社会关系的基本原则;人与自然和谐发展———处理工程与自然关系的基本原则。

    • 正确
    • 错误

    第二章习题(下)

    判断题 (1/1 分数)
    从普利高津耗散结构理论的视角来看,工程必然会伴随风险的发生

    • 正确
    • 错误

    判断题 (1/1 分数)
    在讨论工程设计理念时,只需要工程师代表参与决策

    • 正确
    • 错误

    单选题 (1/1 分数)
    意外风险的应对通常采取的措施包括风险回避、风险转移等,其中风险转移的目的是?

    • 降低风险发生的概率
    • 降低不利后果的大小
    • 在风险发生时将损失分散
    • 保护工人的安全

    单选题 (1/1 分数)
    在制定事故应急预案时,不恰当的做法是?()

    • 预防为主,防治结合
    • 保留现场,等待救援
    • 以人为本,生命第一
    • 统一指挥,协同联动

    单选题 (1/1 分数)
    下列哪项属于工程风险中的技术因素?()

    • 自然灾害
    • 工程设计理念的缺陷
    • 施工质量缺陷
    • 控制系统失灵

    多选题 (1/1 分数)
    工程风险的来源有哪些?()

    • 技术因素的不确定性
    • 环境因素的不确定性
    • 文化因素的不确定性
    • 人为因素的不确定性

    多选题 (1/1 分数)
    对于不能及时进行处理的工程质量缺陷,应填写质量缺陷备案表,表中应包括哪些信息?()

    • 缺陷产生的部位和原因
    • 对工程安全性的分析
    • 使用功能和运用影响分析
    • 处理方案和不处理原因分析

    文字填空题 (1/1 分数)
    操作人员是预防工程风险的核心环节,也是防止工程风险发生的最后一道屏障,必须要加强对操作人员安全意识的教育,时时刻刻以“ ”为行动准则。(四个字)

    答案:安全第一

    判断题 (1/1 分数)
    在制度层面,目前公众参与工程主要以网络投票为参与途径。

    • 正确
    • 错误

    判断题 (1/1 分数)
    公众参与工程风险伦理评估的前提是信息的公开。

    • 正确
    • 错误

    单选题 (1/1 分数)
    下列工程风险的伦理评估原则中哪项属于预防为主的原则?

    • 尊重当事人的“知情同意”权
    • 要加强安全知识教育,提升人们的安全意识
    • 考虑对社会环境和生态环境造成的影响
    • 建立并落实安全生产问责机制

    单选题 (1/1 分数)
    下列属于工程风险的外部评估主体的是()?

    • 工程师
    • 社会公众
    • 工人
    • 管理者

    单选题 (1/1 分数)
    对于可接受风险,以下哪种视角是专家视角()?

    • 可接受的风险是这样风险,在可以选择的情况下,伤害的风险至少相等于产生收益的可能性
    • 可接受的风险指的是这样风险,它是通过行使自由和知情同意权而自愿认可的,或者它是得到适当赔偿的,并且它是公正地分配的
    • 可接受的风险是这样风险,其保护公众免遭伤害的重要性远远超过了使公众获利的重要性
    • 采取任何手段,只要让公众自愿接收的风险

    判断题 (1/1 分数)
    当工程风险发生时,往往不能把全部责任归结于某一个人,而需要工程共同体共同承担

    • 正确
    • 错误

    判断题 (1/1 分数)
    伦理责任就是法律责任

    • 正确
    • 错误

    单选题 (1/1 分数)
    下列不属于“职业”的特征是?()

    • 理智性
    • 长期性
    • 自主性
    • 非垄断性

    单选题 (1满分)
    下列哪项不属于工程伦理责任类型?()

    • 职业伦理责任
    • 社会伦理责任
    • 环境伦理责任
    • 家庭伦理责任

    单选题 (1/1 分数)
    下列哪项超出了工程伦理责任类型?()

    • 过失-责任
    • 赔偿-责任
    • 角色-责任
    • 义务-责任

    第三章习题(下)

    判断题 (1/1 point)
    由工程的目标价值导向性引出一个重要的伦理问题,这就是工程为什么人服务,为什么目的服务?()

    • 正确
    • 错误

    单选题 (1/1 point)
    下列哪一项体现了工程的文化价值?()

    • 标志性工程是所属民族的精神纽带
    • 工程的“普遍接入”和“普遍服务”
    • 工程制造的科学仪器
    • 环境保护和生态修复工程

    判断题 (1/1 point)
    工程社会价值的一个极端表现是其军事价值。()

    • 正确
    • 错误

    单选题 (1/1 point)
    工程的()价值具有非道德性质,这决定了工程的最终价值取决于工程应用于什么目的,即工程的实际价值取决于社会的要求和社会环境。

    • 工具价值
    • 内在价值
    • 伦理价值
    • 社会价值

    多选题 (1/1 point)
    工程具有多元的价值,主要包括()

    • 科学价值
    • 政治价值
    • 社会价值
    • 文化价值

    单选题 (1/1 point)
    如何确定什么人可以首先享受到工程成果,或者如何确定人们享受的顺序,这属于工程的()问题。

    • 管理问题
    • 技术问题
    • 资源分配问题
    • 制度问题

    判断题 (1/1 point)
    讨论工程的利益分配可以从宏观和微观两个层面来进行,宏观层面是指企业内部工程项目的活动情况。

    • 正确
    • 错误

    单选题 (1/1 point)
    产品价格过高,会使得普通大众难以分享工程的好处,妨碍了实现工程成果为更多人()。

    • 所及和普惠
    • 接受
    • 认可
    • 理解

    判断题 (1/1 point)
    工程受益人群的确定由市场来调控,我们把不能获得工程产品和服务的现象,称作“排除”。()

    • 正确
    • 错误

    多选题 (1/1 point)
    下列哪些因素会影响工程产品和服务的可及性和普惠性?()

    • 用户的经济状况
    • 用户的知识水平
    • 用户的技术水平
    • 用户的能力问题

    判断题 (1满分)
    “邻避”行为突出反映了工程项目建设的利益—损失分配不公正的问题。()

    • 正确
    • 错误

    单选题 (1/1 point)
    “邻避”事件发生的原因很复杂,不一定是现实的危害,而是()。

    • 利益分配不公平
    • 居民对危害的心理担忧和风险感知
    • 利益补偿不合理
    • 公众参与不充分

    判断题 (1/1 point)
    传统的工程观主要考虑企业本身的收益和付出,很少考虑用户为工程付出的代价。()

    • 正确
    • 错误

    单选题 (1/1 point)
    一些工程建设引起的大规模的拆迁移民,可能增加社会秩序的不安定因素,这属于工程对()的影响。

    • 环境
    • 经济
    • 社会
    • 资源

    多选题 (1/1 point)
    米切尔认为,利益相关者必须具备以下哪些条件。()

    • 创造力
    • 影响力
    • 合法性
    • 紧迫性

    文字填空题 (1/1 point)
    公正是指,每个人都应获得其应得的权益,对平等的事物平等对待,不平等的事物()对待。(两个字)
    答案:区别

    单选题 (1满分)
    分配公正的基本实现途径是在不同利益与价值追求的个人与团体间的对话的基础上,达成有普遍约束力的()原则。

    • 社会公正
    • 利益协调
    • 分配与补偿
    • 道德伦理

    判断题 (1/1 point)
    吸收利益攸关方参加工程的决策、建设、运营是为了保证补偿公正。()

    • 正确
    • 错误

    多选题 (1/1 point)
    美国伦理学家理查德·T.德·乔治将公正分为以下哪些类型?()

    • 补偿公正
    • 惩罚公正
    • 分配公正
    • 程序公正

    多选题 (1/1 point)
    下列哪些属于工程项目社会评价的社会公平指标?()

    • 基尼系数
    • 恩格尔系数
    • 就业率
    • 公众参与度

    第四章习题(下)

    单选题
    提出保护资源的目的是为了自然本身的利益,而不是人类的利用,这是()主义的主张。

    • 社会保护主义
    • 环境保护主义
    • 资源保护主义
    • 自然保护主义

    单选题
    ()主张把道德关怀的范围从人类扩展到非人类的生命或自然存在物上。

    • 人类中心主义者
    • 非人类中心主义者
    • 价值主观论者
    • 价值客观论者

    判断题
    “大地伦理”的提出者利奥波德认为:一件事情当有助于保护自然的和谐、稳定和美丽时,它就是正确的,反之,就是错误的。()

    • 正确
    • 错误

    文字填空题
    如果我们承认了自然事物拥有内在价值,我们就认可了自然事物的(),我们就与道德义务维护自然事物。(四个字)
    答案:道德权利

    判断题
    认为自然界的价值不依人的存在或人的评价而存在,只要对地球生态系统的完善和健康有益的事物就有价值,是价值客观论者的主要观点。()

    • 正确
    • 错误

    多选题
    "尊重自然"的伦理体系包括以下哪几部分?()

    • 尊重自然的态度
    • 深层生态学
    • 生物中心主义
    • 人类中心主义

    多选题
    下列哪些选项属于非人类中心主义思想?()

    • 动物解放论
    • 动物权利论
    • 生物中心主义
    • 生态中心主义

    文字填空题
    对工程活动进行分析、预测和评估,提出预防或者减轻不良环境影响的对策和措施,这是对工程进行()评价。(四个字)
    答案: 环境影响

    判断题
    工程理念是工程活动的出发点和归宿,是工程活动的灵魂。()

    • 正确
    • 错误

    单选题
    好的工程会把()和合人的目的性有机结合起来。

    • 合工程的目的性
    • 合自然的规律性
    • 合社会的进步性
    • 合技术的发展性

    单选题
    在权衡人与自然利益的优先秩序上应遵循()高于基本需要、基本需要高于非基本需要。

    • 社会需要
    • 伦理需要
    • 生存需要
    • 发展需要

    单选题
    ()原则是我们对自然环境的首要态度,也是我们行动的首要原则。

    • 公平性原则
    • 整体性原则
    • 尊重原则
    • 平等性原则

    多选题
    工程建设对环境产生的影响主要包括()。

    • 消耗能源和资源
    • 造成的固废污染和水污染
    • 噪声和振动影响
    • 排出的有害气体威胁人们的健康

    单选题
    工程共同体的环境伦理主要指,工程过程应切实考虑()及社会的承受性。

    • 政府
    • 自然生态
    • 雇主
    • 公众

    文字填空题
    随着工程对自然的干预和破坏能力越来越巨大、后果越来越危险,工程师需要发展一种新的责任意识,即()(六个字)
    答案:环境伦理责任

    单选题
    工程师的环境伦理责任不只是赋予工程师责任和义务,同时也赋予他相应的(),使得他在必要时及时中止他的责任和义务。

    • 资源
    • 利益
    • 自由
    • 权利

    判断题
    对工程师的评价标准不是工程师是否把工作做好了,而是是否做了一项好到工作,既促进了经济发展,又避免了环境遭到破坏。()

    • 正确
    • 错误

    判断题
    工程共同体通常由项目投资人、设计者、工程师、工人构成。()

    • 正确
    • 错误

    多选题
    下列选项哪些属于工程师的环境伦理责任?()

    • 维护人类健康
    • 维护自然生态环境
    • 忠诚于雇主
    • 维护公司的利益

    第五章习题(下)

    判断题
    职业的行为规范强调的是“自我机制”,技术规范强调“社会机制”

    • 正确
    • 错误

    文字填空题
    工程领域中的“职业”是指“那些涉及高深的专业知识、()和对公共善协调服务的工作方式”。(四个字)
    自我管理

    单选题
    以下哪项是对职业共同体中工程师负责任的职业行为的错误理解?()

    • 工程师的责任就是他或她在工程生活中必须履行的角色责任
    • 工程师可以对履行特定义务作出回应
    • 工程师接受自己的工作职责和社会责任,并自觉地为实现这些义务努力
    • 工程师须对行为的危害承担责任,不能为自己行为的功绩要求荣誉

    判断题
    工程社团是工程职业的生活形态。

    • 正确
    • 错误

    单选题
    工程职业制度不包括()

    • 职业准入制度
    • 职业资格制度
    • 执业资格制度
    • 职业准出制度

    单选题
    以下哪项是注册工程师执业资格制度的首要环节?()

    • 职业实践
    • 资格考试
    • 高校工程专业教育
    • 注册执业管理

    多选题
    有关职业伦理章程的正确描述是()

    • 职业伦理章程一般采用规范和准则的形式
    • 职业伦理章程为职业行为提供一种普遍的和协商一致的标准
    • 职业伦理章程的主要关注点是促进负责任的职业行为
    • 职业伦理章程表达了对职业共同体内从业者的职业行为的期待

    判断题
    作为职业伦理的工程伦理是一种预防性、规范性的实践伦理

    • 正确
    • 错误

    单选题
    以下哪项是工程师的首要责任?()

    • 公众的安全、健康及福祉
    • 雇主的利益
    • 客户的利益
    • 可持续发展

    单选题
    以下哪项是工程师最新的职业责任观?()

    • 雇主的命令
    • 工程师的反叛
    • 承担社会责任
    • 对自然和生态负责

    多选题
    以下哪项是对工程师自律的正确理解?()

    • 工程师的自律是对职业责任的主动担当
    • 自律是工程师对工程-人-自然-社会整体必然存在的一种道德自觉
    • 自律使工程师从朦胧未显的工程伦理意识走向明确自主的对责任的担当
    • 工程师的自律表现为一种从向善到行善的自觉、自愿与自然的职业精神

    判断题
    举报是举报者一种最明智之举

    • 正确
    • 错误

    单选题
    作为职业人员,工程师不能享有以下哪项权利:()

    • 在规定范围内从事执业活动
    • 对他人执业活动进行解释和辩护
    • 接受继续教育
    • 在本人执业活动中形成的文件上签字并加盖执业印章

    单选题
    “工程师遵守甚至超越职业标准的积极责任”属于工程师的哪一种责任?()

    • 义务-责任
    • 过失-责任
    • 角色-责任
    • 岗位-责任

    单选题
    从职业伦理的角度看,工程师的()美德体现了工程伦理的核心

    • 诚实可靠
    • 忠实服务
    • 尽职尽责
    • 善良

    文字填空题
    工程师最综合的美德是()的职业精神。(三个字)
    答案:负责任
    判断题
    服务是工程师开展职业活动的一项基本内容和基本方式。

    • 正确
    • 错误

    单选题
    以下哪项不属于工程师的角色冲突?

    • 工程师与企业雇员
    • 工程师与管理者
    • 工程师与社会公众
    • 工程师与同事

    单选题
    工程中利益冲突的种类不包括()

    • 个体利益之间的冲突
    • 个体利益与群体利益之间的冲突
    • 个体利益与整体利益之间的冲突
    • 群体利益与整体利益之间的冲突

    第六章习题(下)

    多选题 (1/1 point)
    水利工程的影响深远体现在()

    • 水利工程对于促进国民经济和社会发展具有全方位的深远影响。
    • 水利工程会引起空间大范围的连锁反应。
    • 水利工程的影响常常跨越数十年甚至上百年。
    • 水利工程对人文和生态环境均产生深远影响。

    文字填空题 (1/1 point)
    水利工程就是对自然界中的水资源进行有效控制、按需调配、持续利用及()的工程。(四个字)
    答案: 全面保护
    判断题 (1/1 point)
    我国水资源丰富,人均水资源占有量为世界平均水平的四分之一。

    • 正确
    • 错误

    单选题 (1/1 point)
    以下哪项是新时期水利工程的崭新内容?

    • 港口与航道工程
    • 水力发电工程
    • 河湖环境生态工程
    • 水土保持工程

    判断题 (1/1 point)
    中国水利工程建设经历了工程水利、资源水利和生态水利三个阶段的演变

    • 正确
    • 错误

    判断题 (1/1 point)
    政府的行政意愿对水利工程建设的影响巨大。

    • 正确
    • 错误

    单选题 (1/1 point)
    水权的核心是哪项权利?()

    • 所有权
    • 配置权
    • 经营权
    • 使用权

    多选题 (1/1 point)
    水资源公正配置的原则包括()

    • 邻近优先
    • 尊重历史
    • 利益补偿
    • 重视生态

    单选题 (1/1 point)
    以下哪项是对跨地区调水的错误理解?()

    • 实施跨地区调水时,水源地的用水需求应该优先得到满足
    • 跨地区调水时要统筹兼顾调出和调入流域的用水需要
    • 水资源配置向水资源调出区倾斜时很有可能会成为利益驱动下的默认选择
    • 在具体工作中,并非总能优先考虑水源地的用水需求和实际利益

    单选题 (1/1 point)
    以下哪项说法是正确的?

    • 涉及水资源分配的国际水法条款与国际水条约非常多
    • 存在普适的水资源分配法则
    • 现有国际水法过多地强调上游国家对水资源地利用
    • 通过协商来解决水资源的分配与利用问题常常是唯一可行的途径

    判断题 (1/1 point)
    在我国,工业用水一直占水资源总量的最大比重。

    • 正确
    • 错误

    判断题 (1/1 point)
    对水利工程风险进行完全的定量评价是现实的。

    • 正确
    • 错误

    判断题 (1/1 point)
    我国已建成的水利工程在数量和规模上均居世界第二。

    • 正确
    • 错误

    单选题 (1/1 point)
    以下哪项不是从人类生存和发展的维度看河流的价值?()

    • 政治
    • 生态
    • 审美
    • 文化

    单选题 (1/1 point)
    以下哪项不是从河流的外在价值观察到的河流生命的特征?()

    • 周期性
    • 柔性
    • 独特性
    • 庄严性

    判断题 (1/1 point)
    水利工程对河流健康生命没有正面的促进作用。

    • 正确
    • 错误

    单选题 (1/1 point)
    以下哪项是对水利工程对河流健康生命造成巨大冲击的错误表述?()

    • 水利工程导致诸多天然美景的消失
    • 水利工程破化了河流生态系统的空间连续性
    • 水利工程减弱甚至切断了物质和能量沿水流的传递
    • 水利工程对河流生态系统的扰动是不可恢复的。

    文字填空题 (1满分)
    在实践中,通过法律、技术和()手段,努力维护河流健康生命。(两个字)
    答案: 管理

    单选题 (1/1 point)
    以下哪项原则是移民工作成败的核心?()

    • 顾全大局
    • 公平公正
    • 因地制宜
    • 可持续发展

    单选题 (1/1 point)
    以下哪项是对核定补偿标准的错误描述?()

    • 无形的损失难以估量
    • 要避免同一工程的不同区域、不同群体补偿方面存在不公平的现象
    • 要避免不同时间段(主要指可比的相邻时段内)移民补偿存在不公平的现象。
    • 与其他行业相比,水利工程补偿标准偏高。

    判断题 (1/1 point)
    通过努力,水利工程师在职业生涯中可以充分掌握全部的知识。

    • 正确
    • 错误

    第七章习题(下)

    多选题 (1满分)
    生物医药工程伦理问题包括()

    • 不可接受的“风险-受益”比
    • 环境污染问题
    • 学术不端问题
    • 公平可及性问题

    多选题 (1/1 point)
    生物医药工程中造成不可接受的“风险-受益”比的原因包括:()

    • 科研人员伦理意识淡薄
    • 伦理审查不规范
    • 没有把受试者安全放在首位
    • 忽视受试者的权益

    判断题 (1/1 point)
    现有的多数药品是针对成人进行的临床试验,增加了患儿的用药风险

    • 正确
    • 错误

    判断题 (1/1 point)
    多数制药企业喜欢投资孤儿药品。

    • 正确
    • 错误

    多选题 (1满分)
    生物医药研发和应用领域的知情同意问题十分突出,表现在()

    • 有些生物医药工程技术研发人员有意抹杀了“治疗”与“研究”的区别
    • 淡化了临床研究的潜在疗效
    • 夸大了可能的风险
    • 误导受试者

    文字填空题 (1/1 point)
    公正原则包括:程序公正、回报公正和()(四个字)
    答案:分配公正

    多选题 (1/1 point)
    生物医药研发和应用应尽量减少的风险包括()

    • 对受试人群的身心伤害
    • 给受试人群带来的经济负担
    • 造成的公共卫生风险
    • 造成的生态环境风险

    文字填空题 (1/1 point)
    自主性是指有行为能力的人在不受干扰的状态下,自愿选择行动方案的意识和()。(两个字)
    答案: 能力

    单选题 (1满分)
    以下哪项可以从"受益最大化原则"从推导出来?()

    • 生物医药研发和应用应将预防作为主要目标
    • 将工程的社会经济效益放在首位
    • 当经济回报、优先权、奖励等与受试者利益冲突时,把受试者的权益放在首位。
    • 国家利益始终大于患者健康需要的满足。

    单选题 (1满分)
    生物医药工程的伦理问题的主要来源不包括()

    • 因经济利益冲突而提出的“应该”问题
    • 因政治利益冲突而提出的“应该”问题
    • 因道德义务冲突而引起的伦理难题
    • 因宗教文化冲突而产生的伦理“应该”问题。

    单选题 (1/1 point)
    伦理审查委员会的基本职能不包括()

    • 改变研究方案
    • 监督
    • 咨询
    • 指导

    单选题 (1满分)
    动物研究的伦理要求实行3R原则不包括()

    • 考虑能够不使用动物
    • 减少动物使用量及使用中减少动物的痛苦
    • 权衡对动物的可能伤害及人类的受益以及动物伦理审查委员会的独立审查。
    • 考虑能否循环使用动物

    单选题 (1/1 point)
    医疗器械临床试验伦理审查要点不包括()

    • 试验的科学设计
    • 试验的风险和受益
    • 平等对待受试者
    • 知情同意

    判断题 (1/1 point)
    基因是有“好”或“坏”、“优”或“劣”之分的。

    • 正确
    • 错误

    判断题 (1/1 point)
    获知遗传基因信息不一定有利于个人对自己的生活作出理性的安排

    • 正确
    • 错误

    多选题 (1/1 point)
    基因信息泄露会引发哪些问题:()

    • 泄露家族成员的遗传倾向。
    • 可能在就学、就业、婚姻等方面受到歧视
    • 如果有基因缺陷,有些保险公司可能会拒绝为他们在医疗
    • 引发个人的不安和焦虑

    单选题 (1/1 point)

    • 以下哪项是对基因治疗临床试验的伦理审查的错误表述?()
    • 慎重选择受试者,确立准入和排除的严格标准。
    • 筛选程序要公平,并接受审查和监督。
    • 要预先进行方案的风险-受益分析
    • 有其他替代的有效常规疗法时,也可以使用基因治疗临床方案。

    单选题 (1满分)
    以下哪项不属于不征求提供者再次同意的条件:()

    • 样本是匿名的,不与其他可识别信息相联系
    • 样本提供者有机会自由撤回样本
    • 不征求再次同意对提供者更有利
    • 满足上述条件,就可以不接受伦理审查委员会的审查和批准。

    单选题 (1/1 point)
    以下哪项是对“治疗”和“研究”的错误理解?()

    • 治疗是将已被证明有效的方法用于病人
    • 病人从治疗中受益,病人应该付费。
    • 研究者无需给予受试者补偿
    • 研究如果对受试者造成损害,研究者应予以赔偿。

    文字填空题 (1满分)
    捐赠器官问题有两种同意方式:自愿捐献和()(四个字)
    答案:推定同意

    判断题 (1/1 point)
    活体器官移植是解决器官供应的根本途径。

    • 正确
    • 错误

    多选题 (1/1 point)
    以下哪项是对制药工程的正确表述?()

    • 制药工程以提升广大患者的健康需求为导向
    • 制药工程涉及众多利益主体,各方的角色分工和利益诉求不同,需要协同互助,信守承诺。
    • 制药工程受到市场需求、国家政策、研发资金等诸多因素的综合影响。
    • 制药企业是制药工程创新的主体,制药工程人员要有企业家精神。

    单选题 (1/1 point)
    以下哪项是对中国制药企业的社会责任的正确表述?()

    • 社会责任履行情况整体较好。
    • 新药研发水平相对滞后,资金投入不足,创新能力较低。
    • 制药企业或药物研发机构一般会主动公开负面报道。
    • 药品质量事故较少。

    第八章习题(下)

    判断题 (1/1 point)
    中国是仅次于美国的第二大二氧化碳排放国

    • 正确
    • 错误

    判断题 (1/1 point)
    煤电比核电更清洁

    • 正确
    • 错误

    单选题 (1/1 point)
    我国第一颗原子弹爆炸成功是在哪一年()

    • 1950
    • 1964
    • 1967
    • 1971

    单选题 (1满分)
    核工程应遵循的伦理原则包括

    • 以人为本原则
    • 可持续发展原则
    • 生态原则
    • 公正原则

    多选题 (1/1 point)
    核工程应该遵循的伦理原则主要有()
    以人为本原则, 可持续发展原则, 生态原则, 公正原则, - 正确

    • 以人为本原则
    • 可持续发展原则
    • 生态原则
    • 公正原则

    单选题 (1/1 point)
    对伦理规范的审查应该在项目建设的什么时期()

    • 初期
    • 中期
    • 运行期
    • 后期

    判断题 (1/1 point)
    “零风险”是可以实现的

    • 正确
    • 错误

    多选题 (1/1 point)
    风险主要包括哪些要素()

    • 事件诱因
    • 事件概率
    • 事件后果
    • 事件过程

    判断题 (1满分)
    系统的正反馈效应能够维持系统平衡与稳定

    • 正确
    • 错误

    多选题 (1/1 point)
    公众在核工程中的权利有()

    • 知情权
    • 决策权
    • 参与权
    • 讨论权

    多选题 (1/1 point)
    影响核事故信息公开的主要因素有()

    • 政治因素
    • 经济因素
    • 社会因素
    • 个人因素

    多选题 (1满分)
    核安全基本原则主要有()

    • 管理责任
    • 纵深防御
    • 技术防御
    • 公民参与

    单选题 (1/1 point)
    核安全文化的主导和核心是()

    • 系统
    • 设备
    • 环境

    多选题 (1满分)
    放射性废物主要造成的危害有()

    • 职业照射
    • 公众照射
    • 持续急性照射
    • 隐性照射

    多选题 (1满分)
    核电站的环境影响主要包括()

    • 放射性污染
    • 热污染
    • 内陆核电站的影响
    • 硫化物污染

    判断题 (1/1 point)
    工程师可以代替民众进行工程决策

    • 正确
    • 错误

    第九章习题(下)

    多选题 (1/1 分数)
    下列哪几项属于信息技术的特点

    • 连接能力
    • 交互能力
    • 渗透特性
    • 融合能力

    判断题 (1/1 分数)
    “互联网+”指以互联网为主的一整套信息技术在经济、社会生活各部门的扩散和应用过程,其本质是传统产业和生产过程的在线化、数据化。

    • 正确
    • 错误

    多选题 (1/1 分数)
    下列哪几项属于大数据的特点

    • 数量大
    • 类别多
    • 增长速度快
    • 真实可信

    多选题 (1/1 分数)
    大数据时代背景下,我们将面临哪些新的、更为集中的伦理挑战

    • 身份困境
    • 隐私边界
    • 数据权利
    • 数据治理

    判断题 (1/1 分数)
    大数据与以往数据应用不同之处表现在三方面:可以获得全体数据而非采样数据;允许获取的数据呈现混乱、复杂状态而不再强求干净、精确,即大方向的正确比微观精准更重要;聚焦发现和分析事物的相关性而非因果性。

    • 正确
    • 错误

    单选题 (1/1 分数)
    下列哪项不是“数字身份”的特点

    • 多样性
    • 可变性
    • 允许匿名和假名
    • 唯一性

    多选题 (1/1 分数)
    在计算机和网络应用中,常见的用户身份管理技术有

    • 用户名+密码+校验码
    • 第三方认证,如 U 盾
    • 预存的个性化问题
    • 生物特征

    判断题 (1/1 分数)
    人的身份(identity),用来界定一个人是谁或是什么,具有可识别性、独特性、唯一性。

    • 正确
    • 错误

    多选题 (1/1 分数)
    由于网络和信息技术的特点,保护数据隐私面临一系列技术和非技术的挑战,下列哪项属于所面临的挑战?

    • 可信性与可靠性
    • 快速扩散性与放大器效应
    • 挖掘技术与关联发现
    • 身份盗窃与冒用

    多选题 (1/1 分数)
    大数据时代,收集个人数据包括哪些手段?

    • 开放API
    • Web应用
    • 黑客攻击
    • 交易(公开或秘密)

    判断题 (1/1 分数)
    隐私权指自然人享有的私人生活安宁与私人信息依法受保护,不被非法侵扰、知悉、搜集、利用和公开的一种人格权.

    • 正确
    • 错误

    判断题 (1/1 分数)
    要为大数据创新应用提供高质量的数据基础,必须坚持尊重、公平交易、诚信这三个价值判断原则,谨慎对待各方数据权利

    • 正确
    • 错误

    判断题 (1/1 分数)
    个人信息是指与特定个人相关联的、反映个体特征的具有可识别性的符号系统,包括个人身份、工作、家庭、财产、健康等各方面的信息

    • 正确
    • 错误

    多选题 (1/1 分数)
    脱胎于“家国天下”传统社会伦理的中华价值观,表现出了哪些特色

    • 责任先于自由
    • 义务先于权利
    • 群体高于个人
    • 和谐高于冲突

    单选题 (1/1 分数)
    数据伦理责任是具有普遍意义的伦理责任在大数据时代的具体化,那么,下列哪项不属于大数据伦理责任的特点?

    • 自律性
    • 强制性
    • 广泛性
    • 实践性

    判断题 (1/1 分数)
    大数据创新科技人员的伦理责任主要表现在尊重个人自由、 强化技术保护、严格操作规程、加强行业自律、承担社会责任这五个方面

    • 正确
    • 错误

    多选题 (1满分)

    • 人际关系虚拟化
    • 正当的网络行为
    • 平等与公正、知识产权争议
    • 全球化信息交互与治理困境

    第十章习题(下)

    下一个
    单选题 (1/1 point)
    环境工程是人类为减少工业化生产过程和人类生活过程对环境的影响进行()的工程手段。

    • 政策治理
    • 经济治理
    • 社会治理
    • 污染治理

    单选题 (1/1 point)
    环境问题主要是指由于人类经济和社会活动引起的环境破坏,实质是经济发展与环境保护的冲突,是()关系的失调。

    • 经济与社会
    • 自然与社会
    • 人与自然
    • 人与社会

    判断题 (1/1 point)
    任何物质的创造都会使用资源、消耗资源,在消耗资源的过程中必然会有废弃物的排放。()

    • 正确
    • 错误

    判断题 (1/1 point)
    由于环境工程师的工作直接涉及环境保护,相对其他工程师及非环境工作者来说,环境工程师应该负有更加特殊和更加重要的环境伦理责任。

    • 正确
    • 错误

    文字填空题 (1/1 point)
    环境正义的实现应该以()为本位,所有公民(不包括后代人和自然体)对大自然都负有环境保护的责任和义务。(四个字)
    答案:环境义务

    单选题 (1/1 point)
    现代工业生产活动是人、机器与环境共同存在、相互影响的系统,()保证了系统的可靠。

    • 制度管理
    • 安全生产
    • 科学技术
    • 应急防范

    单选题 (1/1 point)
    公共安全问题主要发生在公共工程运营中,是由于其()给非工程直接利益相关的社会公众带来的安全问题。

    • 社会性
    • 特殊性
    • 风险性
    • 公共性

    多选题 (1满分)
    工程师作为工程设计的主要承担者和执行者,下列哪些工程阶段会面临遵守职业规范和服从雇主命令之间的冲突。

    • 工程设计阶段
    • 工程保养阶段
    • 工程建造和生产阶段
    • 工程维护阶段

    判断题 (1满分)
    在企业发生的工伤事故中,70%左右的事故在不同程度上与人的失误有关,而出现这些问题的最根本的原因是环境保护意识薄弱。()

    • 正确
    • 错误

    PS: 实在不懂工伤事故的根本原因为什么是环境保护意识薄弱,找不到逻辑在哪?要么就是答案错了……

    判断题 (1/1 point)
    所有对社会有价值的存在形式都应得到尊重和保护,每个个体都会对环境产生影响并应承担相应的责任。

    • 正确
    • 错误

    单选题 (1/1 point)
    企业应保持寻求自身发展与社会经济可持续发展目标的一致性,把()纳入生产成本中。

    • 工程代价
    • 经济代价
    • 社会代价
    • 环境代价

    单选题 (1/1 point)
    环境工程的社会责任是在()的同时,不阻碍或促进经济的健康发展,以及保护其他社会利益。

    • 企业管理
    • 保护环境
    • 工程建设
    • 社会生产

    多选题 (1/1 point)
    环境问题涉及哪些利益相互协调的问题?()

    • 社会公共利益
    • 政治利益
    • 生态利益
    • 经济利益

    判断题 (1/1 point)
    环境工程师可以通过环保工程改善环境,也可能因为采用的技术或实施过程的不合理而破坏环境。()

    • 正确
    • 错误

    单选题 (1/1 point)
    现代工程需要广阔的基础知识,因此要求环境工程师必须具备自然科学知识、社会科学知识等基础知识和较高的()。

    • 环保意识
    • 职业精神
    • 专业知识
    • 科学态度

    单选题 (1/1 point)
    环境工程作为调节人与人、人与社会之间关于()利益关系的工程,其基本原则就是生态整体利益和长远利益高于一切。

    • 社会发展
    • 生态环境
    • 经济增长
    • 工程管理

    多选题 (1/1 point)
    下列哪些行为属于不诚实的表现形式?()

    • 篡改数据
    • 伪造数据
    • 修饰拼凑
    • 抄袭剽窃

    判断题 (1满分)
    作为环境保护技术的主体,尽管环境工程师可以通过各种环保工程建设来影响人类社会,但宣传环保知识不属于环境工程师应该承担的责任。()

    • 正确
    • 错误

    判断题 (1/1 point)
    有意不传达听众所合理期望的不被省略的信息,是工程师的不诚实行为。()

    • 正确
    • 错误

    最后恭喜大家完成工程伦理慕课的学习!!!

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  • 图像分割综述

    万次阅读 多人点赞 2019-07-09 22:03:48
    图像分割是计算机视觉研究的一个经典难题,已经成为图像理解领域关注的一个热点,图像分割是图像分析的第一步,是计算机视觉的基础,是图像理解的重要组成部分,同时也是图像处理最困难的问题之一。所谓图像分割...

    本文作者净浩泽,公众号:计算机视觉life,编辑成员

    图像分割是计算机视觉研究中的一个经典难题,已经成为图像理解领域关注的一个热点,图像分割是图像分析的第一步,是计算机视觉的基础,是图像理解的重要组成部分,同时也是图像处理中最困难的问题之一。所谓图像分割是指根据灰度、彩色、空间纹理、几何形状等特征把图像划分成若干个互不相交的区域,使得这些特征在同一区域内表现出一致性或相似性,而在不同区域间表现出明显的不同。简单的说就是在一副图像中,把目标从背景中分离出来。对于灰度图像来说,区域内部的像素一般具有灰度相似性,而在区域的边界上一般具有灰度不连续性。 关于图像分割技术,由于问题本身的重要性和困难性,从20世纪70年代起图像分割问题就吸引了很多研究人员为之付出了巨大的努力。虽然到目前为止,还不存在一个通用的完美的图像分割的方法,但是对于图像分割的一般性规律则基本上已经达成的共识,已经产生了相当多的研究成果和方法。

    本文对于目前正在使用的各种图像分割方法进行了一定的归纳总结,由于笔者对于图像分割的了解也是初窥门径,所以难免会有一些错误,还望各位读者多多指正,共同学习进步。

    传统分割方法

    这一大部分我们将要介绍的是深度学习大火之前人们利用数字图像处理、拓扑学、数学等方面的只是来进行图像分割的方法。当然现在随着算力的增加以及深度学习的不断发展,一些传统的分割方法在效果上已经不能与基于深度学习的分割方法相比较了,但是有些天才的思想还是非常值得我们去学习的。
    1.基于阈值的分割方法
    阈值法的基本思想是基于图像的灰度特征来计算一个或多个灰度阈值,并将图像中每个像素的灰度值与阈值作比较,最后将像素根据比较结果分到合适的类别中。因此,该方法最为关键的一步就是按照某个准则函数来求解最佳灰度阈值。
    阈值法特别适用于目标和背景占据不同灰度级范围的图。
    图像若只有目标和背景两大类,那么只需要选取一个阈值进行分割,此方法成为单阈值分割;但是如果图像中有多个目标需要提取,单一阈值的分割就会出现作物,在这种情况下就需要选取多个阈值将每个目标分隔开,这种分割方法相应的成为多阈值分割。

    如图所示即为对数字的一种阈值分割方法。
    阀值分割方法的优缺点:

    • 计算简单,效率较高;
    • 只考虑像素点灰度值本身的特征,一般不考虑空间特征,因此对噪声比较敏感,鲁棒性不高。
      从前面的介绍里我们可以看出,阈值分割方法的最关键就在于阈值的选择。若将智能遗传算法应用在阀值筛选上,选取能最优分割图像的阀值,这可能是基于阀值分割的图像分割法的发展趋势。
      2.基于区域的图像分割方法
      基于区域的分割方法是以直接寻找区域为基础的分割技术,基于区域提取方法有两种基本形式:一种是区域生长,从单个像素出发,逐步合并以形成所需要的分割区域;另一种是从全局出发,逐步切割至所需的分割区域。
      区域生长
      区域生长是从一组代表不同生长区域的种子像素开始,接下来将种子像素邻域里符合条件的像素合并到种子像素所代表的生长区域中,并将新添加的像素作为新的种子像素继续合并过程,知道找不到符合条件的新像素为止(小编研一第一学期的机器学习期末考试就是手写该算法 T.T),该方法的关键是选择合适的初始种子像素以及合理的生长准则。
      区域生长算法需要解决的三个问题:
      (1)选择或确定一组能正确代表所需区域的种子像素;
      (2)确定在生长过程中能将相邻像素包括进来的准则;
      (3)指定让生长过程停止的条件或规则。
      区域分裂合并
      区域生长是从某个或者某些像素点出发,最终得到整个区域,进而实现目标的提取。而分裂合并可以说是区域生长的逆过程,从整幅图像出发,不断的分裂得到各个子区域,然后再把前景区域合并,得到需要分割的前景目标,进而实现目标的提取。其实如果理解了上面的区域生长算法这个区域分裂合并算法就比较好理解啦。
      四叉树分解法就是一种典型的区域分裂合并法,基本算法如下:
      (1)对于任一区域,如果H(Ri)=FALSE就将其分裂成不重叠的四等分;
      (2)对相邻的两个区域Ri和Rj,它们也可以大小不同(即不在同一层),如果条件H(RiURj)=TURE满足,就将它们合并起来;
      (3)如果进一步的分裂或合并都不可能,则结束。
      其中R代表整个正方形图像区域,P代表逻辑词。
      区域分裂合并算法优缺点:
      (1)对复杂图像分割效果好;
      (2)算法复杂,计算量大;
      (3)分裂有可能破怪区域的边界。
      在实际应用当中通常将区域生长算法和区域分裂合并算法结合使用,该类算法对某些复杂物体定义的复杂场景的分割或者对某些自然景物的分割等类似先验知识不足的图像分割效果较为理想。
      分水岭算法
      分水岭算法是一个非常好理解的算法,它根据分水岭的构成来考虑图像的分割,现实中我们可以想象成有山和湖的景象,那么一定是如下图的,水绕山山围水的景象。
      分水岭分割方法,是一种基于拓扑理论的数学形态学的分割方法,其基本思想是把图像看作是测地学上的拓扑地貌,图像中每一点像素的灰度值表示该点的海拔高度,每一个局部极小值及其影响区域称为集水盆,而集水盆的边界则形成分水岭。分水岭的概念和形成可以通过模拟浸入过程来说明。在每一个局部极小值表面,刺穿一个小孔,然后把整个模型慢慢浸入水中,随着浸入的加深,每一个局部极小值的影响域慢慢向外扩展,在两个集水盆汇合处构筑大坝,即形成分水岭。
      分水岭对微弱边缘具有良好的响应,图像中的噪声、物体表面细微的灰度变化都有可能产生过度分割的现象,但是这也同时能够保证得到封闭连续边缘。同时,分水岭算法得到的封闭的集水盆也为分析图像的区域特征提供了可能。

    3.基于边缘检测的分割方法

    基于边缘检测的图像分割算法试图通过检测包含不同区域的边缘来解决分割问题。它可以说是人们最先想到也是研究最多的方法之一。通常不同区域的边界上像素的灰度值变化比较剧烈,如果将图片从空间域通过傅里叶变换到频率域,边缘就对应着高频部分,这是一种非常简单的边缘检测算法。
    边缘检测技术通常可以按照处理的技术分为串行边缘检测和并行边缘检测。串行边缘检测是要想确定当前像素点是否属于检测边缘上的一点,取决于先前像素的验证结果。并行边缘检测是一个像素点是否属于检测边缘高尚的一点取决于当前正在检测的像素点以及与该像素点的一些临近像素点。
    最简单的边缘检测方法是并行微分算子法,它利用相邻区域的像素值不连续的性质,采用一阶或者二阶导数来检测边缘点。近年来还提出了基于曲面拟合的方法、基于边界曲线拟合的方法、基于反应-扩散方程的方法、串行边界查找、基于变形模型的方法。

    边缘检测的优缺点:
    (1)边缘定位准确;
    (2)速度快;
    (3)不能保证边缘的连续性和封闭性;
    (4)在高细节区域存在大量的碎边缘,难以形成一个大区域,但是又不宜将高细节区域分成小碎片;
    由于上述的(3)(4)两个难点,边缘检测只能产生边缘点,而非完整意义上的图像分割过程。这也就是说,在边缘点信息获取到之后还需要后续的处理或者其他相关算法相结合才能完成分割任务。
    在以后的研究当中,用于提取初始边缘点的自适应阈值选取、用于图像的层次分割的更大区域的选取以及如何确认重要边缘以去除假边缘将变得非常重要。

    结合特定工具的图像分割算法

    基于小波分析和小波变换的图像分割方法

    小波变换是近年来得到的广泛应用的数学工具,也是现在数字图像处理必学部分,它在时间域和频率域上都有量高的局部化性质,能将时域和频域统一于一体来研究信号。而且小波变换具有多尺度特性,能够在不同尺度上对信号进行分析,因此在图像分割方面的得到了应用,
    二进小波变换具有检测二元函数的局部突变能力,因此可作为图像边缘检测工具。图像的边缘出现在图像局部灰度不连续处,对应于二进小波变换的模极大值点。通过检测小波变换模极大值点可以确定图像的边缘小波变换位于各个尺度上,而每个尺度上的小波变换都能提供一定的边缘信息,因此可进行多尺度边缘检测来得到比较理想的图像边缘。

    上图左图是传统的阈值分割方法,右边的图像就是利用小波变换的图像分割。可以看出右图分割得到的边缘更加准确和清晰
    另外,将小波和其他方法结合起来处理图像分割的问题也得到了广泛研究,比如一种局部自适应阈值法就是将Hilbert图像扫描和小波相结合,从而获得了连续光滑的阈值曲线。

    基于遗传算法的图像分割

    ​ 遗传算法(Genetic Algorithms,简称GA)是1973年由美国教授Holland提出的,是一种借鉴生物界自然选择和自然遗传机制的随机化搜索算法。是仿生学在数学领域的应用。其基本思想是,模拟由一些基因串控制的生物群体的进化过程,把该过程的原理应用到搜索算法中,以提高寻优的速度和质量。此算法的搜索过程不直接作用在变量上,而是在参数集进行了编码的个体,这使得遗传算法可直接对结构对象(图像)进行操作。整个搜索过程是从一组解迭代到另一组解,采用同时处理群体中多个个体的方法,降低了陷入局部最优解的可能性,并易于并行化。搜索过程采用概率的变迁规则来指导搜索方向,而不采用确定性搜索规则,而且对搜索空间没有任何特殊要求(如连通性、凸性等),只利用适应性信息,不需要导数等其他辅助信息,适应范围广。
    ​ 遗传算法擅长于全局搜索,但局部搜索能力不足,所以常把遗传算法和其他算法结合起来应用。将遗传算法运用到图像处理主要是考虑到遗传算法具有与问题领域无关且快速随机的搜索能力。其搜索从群体出发,具有潜在的并行性,可以进行多个个体的同时比较,能有效的加快图像处理的速度。但是遗传算法也有其缺点:搜索所使用的评价函数的设计、初始种群的选择有一定的依赖性等。要是能够结合一些启发算法进行改进且遗传算法的并行机制的潜力得到充分的利用,这是当前遗传算法在图像处理中的一个研究热点。

    基于主动轮廓模型的分割方法

    ​ 主动轮廓模型(active contours)是图像分割的一种重要方法,具有统一的开放式的描述形式,为图像分割技术的研究和创新提供了理想的框架。在实现主动轮廓模型时,可以灵活的选择约束力、初始轮廓和作用域等,以得到更佳的分割效果,所以主动轮廓模型方法受到越来越多的关注。
    ​ 该方法是在给定图像中利用曲线演化来检测目标的一类方法,基于此可以得到精确的边缘信息。其基本思想是,先定义初始曲线C,然后根据图像数据得到能量函数,通过最小化能量函数来引发曲线变化,使其向目标边缘逐渐逼近,最终找到目标边缘。这种动态逼近方法所求得的边缘曲线具有封闭、光滑等优点。

    ​ 传统的主动轮廓模型大致分为参数主动轮廓模型和几何主动轮廓模型。参数主动轮廓模型将曲线或曲面的形变以参数化形式表达,Kass等人提出了经典的参数活动轮廓模型即“Snake”模型,其中Snake定义为能量极小化的样条曲线,它在来自曲线自身的内力和来自图像数据的外力的共同作用下移动到感兴趣的边缘,内力用于约束曲线形状,而外力则引导曲线到特征此边缘。参数主动轮廓模型的特点是将初始曲线置于目标区域附近,无需人为设定曲线的的演化是收缩或膨胀,其优点是能够与模型直接进行交互,且模型表达紧凑,实现速度快;其缺点是难以处理模型拓扑结构的变化。比如曲线的合并或分裂等。而使用水平集(level set)的几何活动轮廓方法恰好解决了这一问题。

    基于深度学习的分割

    1.基于特征编码(feature encoder based)

    在特征提取领域中VGGnet和ResNet是两个非常有统治力的方法,接下来的一些篇幅会对这两个方法进行简短的介绍

    a.VGGNet

    ​ 由牛津大学计算机视觉组合和Google DeepMind公司研究员一起研发的深度卷积神经网络。它探索了卷积神经网络的深度和其性能之间的关系,通过反复的堆叠33的小型卷积核和22的最大池化层,成功的构建了16~19层深的卷积神经网络。VGGNet获得了ILSVRC 2014年比赛的亚军和定位项目的冠军,在top5上的错误率为7.5%。目前为止,VGGNet依然被用来提取图像的特征。

    ​ VGGNet的优缺点

    1. 由于参数量主要集中在最后的三个FC当中,所以网络加深并不会带来参数爆炸的问题;
    2. 多个小核卷积层的感受野等同于一个大核卷积层(三个3x3等同于一个7x7)但是参数量远少于大核卷积层而且非线性操作也多于后者,使得其学习能力较强
    3. VGG由于层数多而且最后的三个全连接层参数众多,导致其占用了更多的内存(140M)
    b.ResNet

    ​ 随着深度学习的应用,各种深度学习模型随之出现,虽然在每年都会出现性能更好的新模型,但是对于前人工作的提升却不是那么明显,其中有重要问题就是深度学习网络在堆叠到一定深度的时候会出现梯度消失的现象,导致误差升高效果变差,后向传播时无法将梯度反馈到前面的网络层,使得前方的网络层的参数难以更新,训练效果变差。这个时候ResNet恰好站出来,成为深度学习发展历程中一个重要的转折点。
    ​ ResNet是由微软研究院的Kaiming He等四名华人提出,他们通过自己提出的ResNet Unit成功训练出来152层的神经网络并在ILSVRC2015比赛中斩获冠军。ResNet语义分割领域最受欢迎且最广泛运用的神经网络.ResNet的核心思想就是在网络中引入恒等映射,允许原始输入信息直接传到后面的层中,在学习过程中可以只学习上一个网络输出的残差(F(x)),因此ResNet又叫做残差网络。、

    使用到ResNet的分割模型:

    • Efficient Neural Network(ENet):该网络类似于ResNet的bottleNeck方法;
    • ResNet-38:该网络在训练or测试阶段增加并移除了一些层,是一种浅层网络,它的结构是ResNet+FCN;
    • full-resolution residual network(FRRN):FRRN网络具有和ResNet相同优越的训练特性,它由残差流和池化流两个处理流组成;
    • AdapNey:根据ResNet-50的网络进行改进,让原本的ResNet网络能够在更短的时间内学习到更多高分辨率的特征;
      ……
      ResNet的优缺点:
      1)引入了全新的网络结构(残差学习模块),形成了新的网络结构,可以使网络尽可能地加深;
      2)使得前馈/反馈传播算法能够顺利进行,结构更加简单;
      3)恒等映射地增加基本上不会降低网络的性能;
      4)建设性地解决了网络训练的越深,误差升高,梯度消失越明显的问题;
      5)由于ResNet搭建的层数众多,所以需要的训练时间也比平常网络要长。

    2.基于区域选择(regional proposal based)

    Regional proposal 在计算机视觉领域是一个非常常用的算法,尤其是在目标检测领域。其核心思想就是检测颜色空间和相似矩阵,根据这些来检测待检测的区域。然后根据检测结果可以进行分类预测。
    在语义分割领域,基于区域选择的几个算法主要是由前人的有关于目标检测的工作渐渐延伸到语义分割的领域的,接下来小编将逐步介绍其个中关系。

    Stage Ⅰ: R-CNN

    伯克利大学的Girshick教授等人共同提出了首个在目标检测方向应用的深度学习模型:Region-based Convolutional Neural Network(R-CNN)。该网络模型如下图所示,其主要流程为:先使用selective search算法提取2000个候选框,然后通过卷积网络对候选框进行串行的特征提取,再根据提取的特征使用SVM对候选框进行分类预测,最后使用回归方法对区域框进行修正。

    R-CNN的优缺点:

    • 是首个开创性地将深度神经网络应用到目标检测的算法;
    • 使用Bounding Box Regression对目标检测的框进行调整;
    • 由于进行特征提取时是串行,处理耗时过长;
    • Selective search算法在提取每一个region时需要2s的时间,浪费大量时间
    Stage Ⅱ:Fast R-CNN

    ​ 由于R-CNN的效率太低,2015年由Ross等学者提出了它的改进版本:Fast R-CNN。其网络结构图如下图所示(从提取特征开始,略掉了region的选择)Fast R-CNN在传统的R-CNN模型上有所改进的地方是它是直接使用一个神经网络对整个图像进行特征提取,就省去了串行提取特征的时间;接着使用一个RoI Pooling Layer在全图的特征图上摘取每一个RoI对应的特征,再通过FC进行分类和包围框的修正。

    Fast R-CNN的优缺点

    • 节省了串行提取特征的时间;
    • 除了selective search以外的其它所有模块都可以合在一起训练;
    • 最耗时间的selective search算法依然存在。
    Stage Ⅲ:Faster R-CNN

    2016年提出的Faster R-CNN可以说有了突破性的进展(虽然还是目标检测哈哈哈),因为它改变了它的前辈们最耗时最致命的部位:selective search算法。它将selective search算法替换成为RPN,使用RPN网络进行region的选取,将2s的时间降低到10ms,其网络结构如下图所示:

    Faster R-CNN优缺点:

    • 使用RPN替换了耗时的selective search算法,对整个网络结构有了突破性的优化;
    • Faster R-CNN中使用的RPN和selective search比起来虽然速度更快,但是精度和selective search相比稍有不及,如果更注重速度而不是精度的话完全可以只使用RPN;
    Stage Ⅳ:Mask R-CNN

    Mask R-CNN(终于到分割了!)是何恺明大神团队提出的一个基于Faster R-CNN模型的一种新型的分割模型,此论文斩获ICCV 2017的最佳论文,在Mask R-CNN的工作中,它主要完成了三件事情:目标检测,目标分类,像素级分割。
    恺明大神是在Faster R-CNN的结构基础上加上了Mask预测分支,并且改良了ROI Pooling,提出了ROI Align。其网络结构真容就如下图所示啦:

    Mask R-CNN的优缺点:

    • 引入了预测用的Mask-Head,以像素到像素的方式来预测分割掩膜,并且效果很好;
    • 用ROI Align替代了ROI Pooling,去除了RoI Pooling的粗量化,使得提取的特征与输入良好对齐;
    • 分类框与预测掩膜共享评价函数,虽然大多数时间影响不大,但是有的时候会对分割结果有所干扰。
    Stage Ⅴ:Mask Scoring R-CNN

    最后要提出的是2019年CVPR的oral,来自华中科技大学的研究生黄钊金同学提出的
    MS R-CNN,这篇文章的提出主要是对上文所说的Mask R-CNN的一点点缺点进行了修正。他的网络结构也是在Mask R-CNN的网络基础上做了一点小小的改进,添加了Mask-IoU。
    黄同学在文章中提到:恺明大神的Mask R-CNN已经很好啦!但是有个小毛病,就是评价函数只对目标检测的候选框进行打分,而不是分割模板(就是上文提到的优缺点中最后一点),所以会出现分割模板效果很差但是打分很高的情况。所以黄同学增加了对模板进行打分的MaskIoU Head,并且最终的分割结果在COCO数据集上超越了恺明大神,下面就是MS R-CNN的网络结构啦~

    MS R-CNN的优缺点:

    • 优化了Mask R-CNN中的信息传播,提高了生成预测模板的质量;
    • 未经大批量训练的情况下,就拿下了COCO 2017挑战赛实例分割任务冠军;
    • 要说缺点的话。。应该就是整个网络有些庞大,一方面需要ResNet当作主干网络,另一方面需要其它各种Head共同承担各种任务。

    3.基于RNN的图像分割

    Recurrent neural networks(RNNs)除了在手写和语音识别上表现出色外,在解决计算机视觉的任务上也表现不俗,在本篇文章中我们就将要介绍RNN在2D图像处理上的一些应用,其中也包括介绍使用到它的结构或者思想的一些模型。
    RNN是由Long-Short-Term Memory(LSTM)块组成的网络,RNN来自序列数据的长期学习的能力以及随着序列保存记忆的能力使其在许多计算机视觉的任务中游刃有余,其中也包括语义分割以及数据标注的任务。接下来的部分我们将介绍几个使用到RNN结构的用于分割的网络结构模型:

    1.ReSeg模型

    ReSeg可能不被许多人所熟知,在百度上搜索出的相关说明与解析也不多,但是这是一个很有效的语义分割方法。众所周知,FCN可谓是图像分割领域的开山作,而RegNet的作者则在自己的文章中大胆的提出了FCN的不足:没有考虑到局部或者全局的上下文依赖关系,而在语义分割中这种依赖关系是非常有用的。所以在ReSeg中作者使用RNN去检索上下文信息,以此作为分割的一部分依据。

    该结构的核心就是Recurrent Layer,它由多个RNN组合在一起,捕获输入数据的局部和全局空间结构。
    优缺点:

    • 充分考虑了上下文信息关系;
    • 使用了中值频率平衡,它通过类的中位数(在训练集上计算)和每个类的频率之间的比值来重新加权类的预测。这就增加了低频率类的分数,这是一个更有噪声的分割掩码的代价,因为被低估的类的概率被高估了,并且可能导致在输出分割掩码中错误分类的像素增加。
    2.MDRNNs(Multi-Dimensional Recurrent Neural Networks)模型

    传统的RNN在一维序列学习问题上有着很好的表现,比如演讲(speech)和在线手写识别。但是 在多为问题中应用却并不到位。MDRNNs在一定程度上将RNN拓展到多维空间领域,使之在图像处理、视频处理等领域上也能有所表现。
    该论文的基本思想是:将单个递归连接替换为多个递归连接,相应可以在一定程度上解决时间随数据样本的增加呈指数增长的问题。以下就是该论文提出的两个前向反馈和反向反馈的算法。

    4.基于上采样/反卷积的分割方法

    卷积神经网络在进行采样的时候会丢失部分细节信息,这样的目的是得到更具特征的价值。但是这个过程是不可逆的,有的时候会导致后面进行操作的时候图像的分辨率太低,出现细节丢失等问题。因此我们通过上采样在一定程度上可以不全一些丢失的信息,从而得到更加准确的分割边界。
    接下来介绍几个非常著名的分割模型:

    a.FCN(Fully Convolutional Network)

    是的!讲来讲去终于讲到这位大佬了,FCN!在图像分割领域已然成为一个业界标杆,大多数的分割方法多多少少都会利用到FCN或者其中的一部分,比如前面我们讲过的Mask R-CNN。
    在FCN当中的反卷积-升采样结构中,图片会先进性上采样(扩大像素);再进行卷积——通过学习获得权值。FCN的网络结构如下图所示:

    当然最后我们还是需要分析一下FCN,不能无脑吹啦~
    优缺点:

    • FCN对图像进行了像素级的分类,从而解决了语义级别的图像分割问题;
    • FCN可以接受任意尺寸的输入图像,可以保留下原始输入图像中的空间信息;
    • 得到的结果由于上采样的原因比较模糊和平滑,对图像中的细节不敏感;
    • 对各个像素分别进行分类,没有充分考虑像素与像素的关系,缺乏空间一致性。
    2.SetNet

    SegNet是剑桥提出的旨在解决自动驾驶或者智能机器人的图像语义分割深度网络,SegNet基于FCN,与FCN的思路十分相似,只是其编码-解码器和FCN的稍有不同,其解码器中使用去池化对特征图进行上采样,并在分各种保持高频细节的完整性;而编码器不使用全连接层,因此是拥有较少参数的轻量级网络:

    图像分割是计算机视觉研究中的一个经典难题,已经成为图像理解领域关注的一个热点,图像分割是图像分析的第一步,是计算机视觉的基础,是图像理解的重要组成部分,同时也是图像处理中最困难的问题之一。所谓图像分割是指根据灰度、彩色、空间纹理、几何形状等特征把图像划分成若干个互不相交的区域,使得这些特征在同一区域内表现出一致性或相似性,而在不同区域间表现出明显的不同。简单的说就是在一副图像中,把目标从背景中分离出来。对于灰度图像来说,区域内部的像素一般具有灰度相似性,而在区域的边界上一般具有灰度不连续性。 关于图像分割技术,由于问题本身的重要性和困难性,从20世纪70年代起图像分割问题就吸引了很多研究人员为之付出了巨大的努力。虽然到目前为止,还不存在一个通用的完美的图像分割的方法,但是对于图像分割的一般性规律则基本上已经达成的共识,已经产生了相当多的研究成果和方法。

    本文对于目前正在使用的各种图像分割方法进行了一定的归纳总结,由于笔者对于图像分割的了解也是初窥门径,所以难免会有一些错误,还望各位读者多多指正,共同学习进步。

    SetNet的优缺点:

    • 保存了高频部分的完整性;
    • 网络不笨重,参数少,较为轻便;
    • 对于分类的边界位置置信度较低;
    • 对于难以分辨的类别,例如人与自行车,两者如果有相互重叠,不确定性会增加。
      以上两种网络结构就是基于反卷积/上采样的分割方法,当然其中最最最重要的就是FCN了,哪怕是后面大名鼎鼎的SegNet也是基于FCN架构的,而且FCN可谓是语义分割领域中开创级别的网络结构,所以虽然这个部分虽然只有两个网络结构,但是这两位可都是重量级嘉宾,希望各位能够深刻理解~

    5.基于提高特征分辨率的分割方法

    在这一个模块中我们主要给大家介绍一下基于提升特征分辨率的图像分割的方法。换一种说法其实可以说是恢复在深度卷积神经网络中下降的分辨率,从而获取更多的上下文信息。这一系列我将给大家介绍的是Google提出的DeepLab 。
    DeepLab是结合了深度卷积神经网络和概率图模型的方法,应用在语义分割的任务上,目的是做逐像素分类,其先进性体现在DenseCRFs(概率图模型)和DCNN的结合。是将每个像素视为CRF节点,利用远程依赖关系并使用CRF推理直接优化DCNN的损失函数。
    在图像分割领域,FCN的一个众所周知的操作就是平滑以后再填充,就是先进行卷积再进行pooling,这样在降低图像尺寸的同时增大感受野,但是在先减小图片尺寸(卷积)再增大尺寸(上采样)的过程中一定有一些信息损失掉了,所以这里就有可以提高的空间。
    接下来我要介绍的是DeepLab网络的一大亮点:Dilated/Atrous Convolution,它使用的采样方式是带有空洞的采样。在VGG16中使用不同采样率的空洞卷积,可以明确控制网络的感受野。

    图a对应3x3的1-dilated conv,它和普通的卷积操作是相同的;图b对应3x3的2-dilated conv,事迹卷积核的尺寸还是3x3(红点),但是空洞为1,其感受野能够达到7x7;图c对应3x3的4-dilated conv,其感受野已经达到了15x15.写到这里相信大家已经明白,在使用空洞卷积的情况下,加大了感受野,使每个卷积输出都包含了较大范围的信息。
    这样就解决了DCNN的几个关于分辨率的问题:
    1)内部数据结构丢失;空间曾计划信息丢失;
    2)小物体信息无法重建;
    当然空洞卷积也存在一定的问题,它的问题主要体现在以下两方面:
    1)网格效应
    加入我们仅仅多次叠加dilation rate 2的 3x3 的卷积核则会出现以下问题

    我们发现卷积核并不连续,也就是说并不是所有的像素都用来计算了,这样会丧失信息的连续性;
    2)小物体信息处理不当
    我们从空洞卷积的设计背景来看可以推测出它是设计来获取long-ranged information。然而空洞步频选取得大获取只有利于大物体得分割,而对于小物体的分割可能并没有好处。所以如何处理好不同大小物体之间的关系也是设计好空洞卷积网络的关键。

    6.基于特征增强的分割方法

    基于特征增强的分割方法包括:提取多尺度特征或者从一系列嵌套的区域中提取特征。在图像分割的深度网络中,CNN经常应用在图像的小方块上,通常称为以每个像素为中心的固定大小的卷积核,通过观察其周围的小区域来标记每个像素的分类。在图像分割领域,能够覆盖到更大部分的上下文信息的深度网络通常在分割的结果上更加出色,当然这也伴随着更高的计算代价。多尺度特征提取的方法就由此引进。
    在这一模块中我先给大家介绍一个叫做SLIC,全称为simple linear iterative cluster的生成超像素的算法。
    首先我们要明确一个概念:啥是超像素?其实这个比较容易理解,就像上面说的“小方块”一样,我们平常处理图像的最小单位就是像素了,这就是像素级(pixel-level);而把像素级的图像划分成为区域级(district-level)的图像,把区域当成是最基本的处理单元,这就是超像素啦。
    算法大致思想是这样的,将图像从RGB颜色空间转换到CIE-Lab颜色空间,对应每个像素的(L,a,b)颜色值和(x,y)坐标组成一个5维向量V[l, a, b, x, y],两个像素的相似性即可由它们的向量距离来度量,距离越大,相似性越小。
    算法首先生成K个种子点,然后在每个种子点的周围空间里搜索距离该种子点最近的若干像素,将他们归为与该种子点一类,直到所有像素点都归类完毕。然后计算这K个超像素里所有像素点的平均向量值,重新得到K个聚类中心,然后再以这K个中心去搜索其周围与其最为相似的若干像素,所有像素都归类完后重新得到K个超像素,更新聚类中心,再次迭代,如此反复直到收敛。
    有点像聚类的K-Means算法,最终会得到K个超像素。
    Mostahabi等人提出的一种前向传播的分类方法叫做Zoom-Out就使用了SLIC的算法,它从多个不同的级别提取特征:局部级别:超像素本身;远距离级别:能够包好整个目标的区域;全局级别:整个场景。这样综合考虑多尺度的特征对于像素或者超像素的分类以及分割来说都是很有意义的。
    接下来的部分我将给大家介绍另一种完整的分割网络:PSPNet:Pyramid Scene Parsing Network
    论文提出在场景分割是,大多数的模型会使用FCN的架构,但是FCN在场景之间的关系和全局信息的处理能力存在问题,其典型问题有:1.上下文推断能力不强;2.标签之间的关系处理不好;3.模型可能会忽略小的东西。
    本文提出了一个具有层次全局优先级,包含不同子区域时间的不同尺度的信息,称之为金字塔池化模块。
    该模块融合了4种不同金字塔尺度的特征,第一行红色是最粗糙的特征–全局池化生成单个bin输出,后面三行是不同尺度的池化特征。为了保证全局特征的权重,如果金字塔共有N个级别,则在每个级别后使用1×1 1×11×1的卷积将对于级别通道降为原本的1/N。再通过双线性插值获得未池化前的大小,最终concat到一起。其结构如下图:

    最终结果就是,在融合不同尺度的feature后,达到了语义和细节的融合,模型的性能表现提升很大,作者在很多数据集上都做过训练,最终结果是在MS-COCO数据集上预训练过的效果最好。

    为了捕捉多尺度特征,高层特征包含了更多的语义和更少的位置信息。结合多分辨率图像和多尺度特征描述符的优点,在不丢失分辨率的情况下提取图像中的全局和局部信息,这样就能在一定程度上提升网络的性能。

    7.使用CRF/MRF的方法

    首先让我们熟悉熟悉到底啥是MRF的CRF的。
    MRF全称是Marcov Random Field,马尔可夫随机场,其实说起来笔者在刚读硕士的时候有一次就有同学在汇报中提到了隐马尔可夫、马尔可夫链啥的,当时还啥都不懂,小白一枚(现在是准小白hiahia),觉得马尔可夫这个名字贼帅,后来才慢慢了解什么马尔科夫链呀,马尔可夫随机场,并且在接触到图像分割了以后就对马尔科夫随机场有了更多的了解。
    MRF其实是一种基于统计的图像分割算法,马尔可夫模型是指一组事件的集合,在这个集合中,事件逐个发生,并且下一刻事件的发生只由当前发生的事件决定,而与再之前的状态没有关系。而马尔可夫随机场,就是具有马尔可夫模型特性的随机场,就是场中任何区域都只与其临近区域相关,与其他地方的区域无关,那么这些区域里元素(图像中可以是像素)的集合就是一个马尔可夫随机场。
    CRF的全称是Conditional Random Field,条件随机场其实是一种特殊的马尔可夫随机场,只不过是它是一种给定了一组输入随机变量X的条件下另一组输出随机变量Y的马尔可夫随机场,它的特点是埃及设输出随机变量构成马尔可夫随机场,可以看作是最大熵马尔可夫模型在标注问题上的推广。
    在图像分割领域,运用CRF比较出名的一个模型就是全连接条件随机场(DenseCRF),接下来我们将花费一些篇幅来简单介绍一下。
    CRF在运行中会有一个问题就是它只对相邻节点进行操作,这样会损失一些上下文信息,而全连接条件随机场是对所有节点进行操作,这样就能获取尽可能多的临近点信息,从而获得更加精准的分割结果。
    在Fully connected CRF中,吉布斯能量可以写作:

    我们重点关注二元部分:

    其中k(m)为高斯核,写作:

    该模型的一元势能包含了图像的形状,纹理,颜色和位置,二元势能使用了对比度敏感的的双核势能,CRF的二元势函数一般是描述像素点与像素点之间的关系,鼓励相似像素分配相同的标签,而相差较大的像素分配不同标签,而这个“距离”的定义与颜色值和实际相对距离有关,这样CRF能够使图像尽量在边界处分割。全连接CRF模型的不同就在于其二元势函数描述的是每一个像素与其他所有像素的关系,使用该模型在图像中的所有像素对上建立点对势能从而实现极大地细化和分割。
    在分割结果上我们可以看看如下的结果图:

    可以看到它在精细边缘的分割比平常的分割方法要出色得多,而且文章中使用了另一种优化算法,使得本来需要及其大量运算的全连接条件随机场也能在很短的时间里给出不错的分割结果。
    至于其优缺点,我觉得可以总结为以下几方面:

    • 在精细部位的分割非常优秀;
    • 充分考虑了像素点或者图片区域之间的上下文关系;
    • 在粗略的分割中可能会消耗不必要的算力;
    • 可以用来恢复细致的局部结构,但是相应的需要较高的代价。
      OK,那么本次的推送就到这里结束啦,本文的主要内容是对图像分割的算法进行一个简单的分类和介绍。综述对于各位想要深入研究的看官是非常非常重要的资源:大佬们经常看综述一方面可以了解算法的不足并在此基础上做出改进;萌新们可以通过阅读一篇好的综述入门某一个学科,比如今天的内容就是图像分割。
      谢谢各位朋友们的观看!

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