Каким образом из вложенного класса получить доступ к полю внешнего класса?

Статический вложенный класс имеет прямой доступ только к статическим полям обрамляющего класса.

Простой внутренний класс, может обратиться к любому полю внешнего класса напрямую. В случае, если у вложенного класса уже существует поле с таким же литералом, то обращаться к такому полю следует через ссылку на его экземпляр. Например: Outer.this.field.

Как работает сборщик мусора?

Механизм сборки мусора - это процесс освобождения места в куче, для возможности добавления новых объектов.

Объекты создаются посредством оператора new, тем самым присваивая объекту ссылку. Для окончания работы с объектом достаточно просто перестать на него ссылаться, например, присвоив переменной ссылку на другой объект или значение null; прекратить выполнение метода, чтобы его локальные переменные завершили свое существование естественным образом. Объекты, ссылки на которые отсутствуют, принято называть мусором (garbage), который будет удален.

Виртуальная машина Java, применяя механизм сборки мусора, гарантирует, что любой объект, обладающий ссылками, остается в памяти — все объекты, которые недостижимы из исполняемого кода, ввиду отсутствия ссылок на них, удаляются с высвобождением отведенной для них памяти. Точнее говоря, объект не попадает в сферу действия процесса сборки мусора, если он достижим посредством цепочки ссылок, начиная с корневой (GC Root) ссылки, т.е. ссылки, непосредственно существующей в выполняемом коде.

Память освобождается сборщиком мусора по его собственному «усмотрению». Программа может успешно завершить работу, не исчерпав ресурсов свободной памяти или даже не приблизившись к этой черте и поэтому ей так и не потребуются «услуги» сборщика мусора.

Мусор собирается системой автоматически, без вмешательства пользователя или программиста, но это не значит, что этот процесс не требует внимания вовсе. Необходимость создания и удаления большого количества объектов существенным образом сказывается на производительности приложений и, если быстродействие программы является важным фактором, следует тщательно обдумывать решения, связанные с созданием объектов, — это, в свою очередь, уменьшит и объем мусора, подлежащего утилизации.

Что такое «пул строк»?

Пул строк – это набор строк, хранящийся в Heap.

• Пул строк возможен благодаря неизменяемости строк в Java и реализации идеи интернирования строк;
• Пул строк помогает экономить память, но по этой же причине создание строки занимает больше времени;
• Когда для создания строки используются ", то сначала ищется строка в пуле с таким же значением, если находится, то просто возвращается ссылка, иначе создается новая строка в пуле, а затем возвращается ссылка на неё;
• При использовании оператора new создаётся новый объект String. Затем при помощи метода intern() эту строку можно поместить в пул или же получить из пула ссылку на другой объект String с таким же значением;
• Пул строк является примером паттерна «Приспособленец» (Flyweight).

Что произойдет со сборщиком мусора, если выполнение метода finalize() требует ощутимо много времени, или в процессе выполнения будет выброшено исключение?

Непосредственно вызов finalize() происходит в отдельном потоке Finalizer (java.lang.ref.Finalizer.FinalizerThread), который создаётся при запуске виртуальной машины (в статической секции при загрузке класса Finalizer). Методы finalize() вызываются последовательно в том порядке, в котором были добавлены в список сборщиком мусора. Соответственно, если какой-то finalize() зависнет, он подвесит поток Finalizer, но не сборщик мусора. Это в частности означает, что объекты, не имеющие метода finalize(), будут исправно удаляться, а вот имеющие будут добавляться в очередь, пока поток Finalizer не освободится, не завершится приложение или не кончится память.

То же самое применимо и выброшенным в процессе finalize() исключениям: метод runFinalizer() у потока Finalizer игнорирует все исключения выброшенные в момент выполнения finalize(). Таким образом возникновение исключительной ситуации никак не скажется на работоспособности сборщика мусора.

Расскажите про приведение типов. Что такое понижение и повышение типа?

Java является строго типизированным языком программирования, а это означает, то что каждое выражение и каждая переменная имеет строго определенный тип уже на момент компиляции. Однако определен механизм приведения типов (casting) - способ преобразования значения переменной одного типа в значение другого типа.

В Java существуют несколько разновидностей приведения:

• Тождественное (identity). Преобразование выражения любого типа к точно такому же типу всегда допустимо и происходит автоматически.
• Расширение (повышение, upcasting) примитивного типа (widening primitive). Означает, что осуществляется переход от менее емкого типа к более ёмкому. Например, от типа byte (длина 1 байт) к типу int (длина 4 байта). Такие преобразование безопасны в том смысле, что новый тип всегда гарантировано вмещает в себя все данные, которые хранились в старом типе и таким образом не происходит потери данных. Этот тип приведения всегда допустим и происходит автоматически.
• Сужение (понижение, downcasting) примитивного типа (narrowing primitive). Означает, что переход осуществляется от более емкого типа к менее емкому. При таком преобразовании есть риск потерять данные. Например, если число типа int было больше 127, то при приведении его к byte значения битов старше восьмого будут потеряны. В Java такое преобразование должно совершаться явным образом, при этом все старшие биты, не умещающиеся в новом типе, просто отбрасываются - никакого округления или других действий для получения более корректного результата не производится.
• Расширение объектного типа (widening reference). Означает неявное восходящее приведение типов или переход от более конкретного типа к менее конкретному, т.е. переход от потомка к предку. Разрешено всегда и происходит автоматически.
• Сужение объектного типа (narrowing reference). Означает нисходящее приведение, то есть приведение от предка к потомку (подтипу). Возможно только если исходная переменная является подтипом приводимого типа. При несоответствии типов в момент выполнения выбрасывается исключение ClassCastException. Требует явного указания типа.
• Преобразование к строке (to String). Любой тип может быть приведен к строке, т.е. к экземпляру класса String.
• Запрещенные преобразования (forbidden). Не все приведения между произвольными типами допустимы. Например, к запрещенным преобразованиям относятся приведения от любого ссылочного типа к примитивному и наоборот (кроме преобразования к строке). Кроме того, невозможно привести друг к другу классы, находящиеся на разных ветвях дерева наследования и т.п.

При приведении ссылочных типов с самим объектом ничего не происходит, - меняется лишь тип ссылки, через которую происходит обращение к объекту.

Для проверки возможности приведения нужно воспользоваться оператором instanceof:

Parent parent = new Child();
if (parent instanceof Child) {
Child child = (Child) parent;
}

Почему String неизменяемый и финализированный класс?

Есть несколько преимуществ в неизменности строк:

• Пул строк возможен только потому, что строка неизменяемая, таким образом виртуальная машина сохраняет больше свободного места в Heap, поскольку разные строковые переменные указывают на одну и ту же переменную в пуле. Если бы строка была изменяемой, то интернирование строк не было бы возможным, потому что изменение значения одной переменной отразилось бы также и на остальных переменных, ссылающихся на эту строку.
• Если строка будет изменяемой, тогда это станет серьезной угрозой безопасности приложения. Например, имя пользователя базы данных и пароль передаются строкой для получения соединения с базой данных и в программировании сокетов реквизиты хоста и порта передаются строкой. Так как строка неизменяемая, её значение не может быть изменено, в противном случае злоумышленник может изменить значение ссылки и вызвать проблемы в безопасности приложения.
• Неизменяемость позволяет избежать синхронизации: строки безопасны для многопоточности и один экземпляр строки может быть совместно использован различными потоками.
• Строки используются classloader и неизменность обеспечивает правильность загрузки класса.
• Поскольку строка неизменяемая, её hashCode() кэшируется в момент создания и нет необходимости рассчитывать его снова. Это делает строку отличным кандидатом для ключа в HashMap т.к. его обработка происходит быстрее.

Почему char[] предпочтительнее String для хранения пароля?

С момента создания строка остаётся в пуле, до тех пор, пока не будет удалена сборщиком мусора. Поэтому, даже после окончания использования пароля, он некоторое время продолжает оставаться доступным в памяти и способа избежать этого не существует. Это представляет определённый риск для безопасности, поскольку кто-либо, имеющий доступ к памяти сможет найти пароль в виде текста. В случае использования массива символов для хранения пароля имеется возможность очистить его сразу по окончанию работы с паролем, позволяя избежать риска безопасности, свойственного строке.