Java面試題—基礎(chǔ)題目

本文來源于并發(fā)編程網(wǎng)清英的一篇文章：你應(yīng)該知道的JAVA面試題，最近自己也在面試一些候選人，發(fā)現(xiàn)這篇文章中的有些點我也拿不準，因此按照自己的理解整理一份參考回答。

基礎(chǔ)題目

1. Java線程的狀態(tài)

Java線程在某個時刻只能處于以下六個狀態(tài)中的一個。

  • New（新創(chuàng)建），一個線程剛剛被創(chuàng)建出來，還沒有開始運行的狀態(tài)，更通俗點說：還沒有調(diào)用start方法；
  • Runnable（可運行），可以在Java虛擬機中運行的狀態(tài)；一個可運行的線程可能正在運行自己的代碼也可能沒有，這取決于操作系統(tǒng)提供的時間片；
  • Blocked（被阻塞），當一個線程試圖獲取一個內(nèi)部的對象鎖（不是java.util.concurrent庫中的鎖），而該鎖此時正被其他線程持有，則該線程進入阻塞狀態(tài)；
  • Waiting（等待），當線程等待另一個線程通知調(diào)度器一個條件時，它自己進入等待狀態(tài)。在調(diào)用Object.wait方法或Thread.join方法，或者是等待java.util.concurrent庫中的Lock或Condition時，就會出現(xiàn)這種情況；
  • Timed waiting（計時等待），Object.wait、Thread.join、Lock.tryLock和Condition.await等方法有超時參數(shù)，還有Thread.sleep方法、LockSupport.parkNanos方法和LockSupport.parkUntil方法，這些方法會導致線程進入計時等待狀態(tài)，如果超時或者出現(xiàn)通知，都會切換會可運行狀態(tài)；
  • Terminated（被終止），因為run方法正常退出而死亡，或者因為沒有捕獲的異常終止了run方法而死亡。
Java線程狀態(tài).png

參考資料：

2. 進程與線程的區(qū)別，進程間如何通訊，線程間如何通訊？

在并發(fā)編程領(lǐng)域，有進程和線程兩個概念，在Java語言中說起并發(fā)編程，常常是指多線程，但是了解進程的概念也非常重要：

  • 進程是操作系統(tǒng)的資源調(diào)度實體，有自己的內(nèi)存地址空間和運行環(huán)境；
  • 線程一般被稱為輕量級的進程，線程和進程一樣，也有自己的運行環(huán)境，但是創(chuàng)建一個線程要需要的資源比創(chuàng)建一個進程要少。線程存在于進程之中——每個進程至少有一個線程。一個進程下的多個線程之間可以共享進程的資源，包括內(nèi)存空間和打開的文件。
  • 進程跟程序（programs）、應(yīng)用（applications）具備相同的含義，進程間通訊依靠IPC資源，例如管道（pipes）、套接字（sockets）等；
  • 線程間通訊依靠JVM提供的API，例如wait方法、notify方法和notifyAll方法，線程間還可以通過共享的主內(nèi)存來進行值的傳遞；

參考資料：

3. HashMap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是什么？如何實現(xiàn)的？和HashTable、ConcurrentHashMap的區(qū)別？

  • 在Java 8中，HashMap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是由Node<K,V>作為元素組成的數(shù)組：（1）如果有多個值hash到同一個桶中，則組織成一個鏈表，而且，當這個鏈表的節(jié)點個數(shù)超過某個值（TREEIFY_THRESHOLD參數(shù)指定）時，則將這個鏈表重構(gòu)為一個二叉樹；（2）如果發(fā)現(xiàn)map中的元素個數(shù)超過了threshold，則進行空間擴容——二倍空間。
  • HashMap和HashTable的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作基本相同，區(qū)別是前者是非線程安全，并且HashMap接受value為null。
  • ConcurrentHashMap和HashTable一樣，都是線程安全的，但是區(qū)別是：HashTable每次操作都會鎖住整個表結(jié)構(gòu)——導致一次只能有一個線程訪問HashTable對象，而ConcurrentHashMap不會，只會鎖住某個節(jié)點，只有在涉及到size的操作時才會鎖整個表結(jié)構(gòu)。
  • 參考資料：《Java并發(fā)編程實戰(zhàn)》

4. Cookie和Session的區(qū)別

HTTP是無狀態(tài)協(xié)議，但是在實際應(yīng)用中有跟蹤客戶端狀態(tài)的需求，Cookie和Session是兩種不同的實現(xiàn)方案。

  • Cookie保存在客戶端，Session保存在服務(wù)端
  • Cookie沒有Session安全，侵入者可以通過分析客戶端的cookie信息侵入網(wǎng)站；
  • 使用Session存儲重要信息，使用Cookie存儲不那么重要的信息；
  • 使用Session方案時，常常需要依賴Cookie傳遞SID的值，如果客戶端禁用了Cookie，則轉(zhuǎn)而采取URL重寫技術(shù)（但是這種技術(shù)有安全風險）；
  • 參考資料：What is the difference between Sessions and Cookies in PHP?

5. 索引有什么用？如何建索引？

  • 索引的作用：索引是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于加快mysql獲取數(shù)據(jù)的速度；
  • 如何建索引？在使用InnoDB引擎的前提下討論：（1）最左前綴原理：分析業(yè)務(wù)中的查詢條件，區(qū)分度高的字段放在前面，盡量減少一條SQL的影響行數(shù)；（2）A+B可以代替A，A+B+C可以代替A+B，如果查詢是A+C則只能使用到A列索引；
  • 關(guān)于InnoDB的認識：InnoDB使用B+Tree作為存儲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，屬于聚簇索引，每個輔助索引最后都會指向主鍵的值，每次查詢兩次；（4）由于聚簇索引的特性，建議在使用InnoDB引擎的時候，使用自增ID作為主鍵，不要使用隨機的業(yè)務(wù)列作為主鍵。
  • 參考資料

6. ArrayList是如何實現(xiàn)的，ArrayList和LinkedList的區(qū)別？ArrayList如何實現(xiàn)擴容？

  • 可變數(shù)組實現(xiàn)了List接口的所有操作，功能上跟Vector相同，區(qū)別是Vector是線程安全的；
  • 區(qū)別：LinkedList實現(xiàn)了List和Deque接口，一般稱為雙向鏈表；LinkedList在插入和刪除數(shù)據(jù)時效率更高，ArrayList在查找某個index的數(shù)據(jù)時效率更高；LinkedList比ArrayList需要更多的內(nèi)存；
  • 關(guān)于可變數(shù)組的擴容策略，可以查看源碼，不同的JDK實現(xiàn)不太一樣，我這里使用JDK 8：首先嘗試擴容為原來大小的1.5倍，如果newCapacity還不夠大，則再擴大為minCapacity值；如果newCapacity比數(shù)組的規(guī)定最大容量還大，則根據(jù)minCapacity的值進行定奪，參見hugeCapacity方法。
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8
    /**
     * Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
     * number of elements specified by the minimum capacity argument.
     *
     * @param minCapacity the desired minimum capacity
     */
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }
  • 在代碼中，如果預先知道需要增加大量元素，則可以提前對當前的可變數(shù)組調(diào)用ensureCapacity方法，可以避免多次遞增的內(nèi)存重新分配；
  • 參考資料：

7. equals、hashcode等Object類中一些方法的討論？

8. 面向?qū)ο?/h3>
  • 三大特性
    • 封裝
    • 繼承
    • 多態(tài)

9. JVM如何加載字節(jié)碼文件？

虛擬機把描述類的數(shù)據(jù)從Class文件加載到內(nèi)存，并對數(shù)據(jù)進行校驗、轉(zhuǎn)換解析和初始化，最終形成可被虛擬機直接使用的Java類型，這就是虛擬機的類加載機制。

Java語言中類的加載、連接和初始化過程都是在程序運行期間完成的，領(lǐng)Java具備高度的靈活性。

類加載的過程：加載、連接（驗證、準備、解析）、初始化。

  • 加載：通過一個類的名字獲取此類的二進制字節(jié)流（PS：不限于從文件中讀?。?；將這個字節(jié)流代表的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為方法區(qū)的運行時結(jié)構(gòu)（由具體的虛擬機自己定義）；在內(nèi)存中生成一個java.lang.Class對象，作為方法區(qū)這個類的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的訪問入口。
  • 驗證：文件格式驗證、元數(shù)據(jù)驗證（語義分析，類與類的繼承關(guān)系等）、字節(jié)碼驗證（數(shù)據(jù)流和控制流分析）、符號引用驗證（對類自身以外的信息進行匹配校驗）
  • 準備：正式為類變量分配內(nèi)存并設(shè)置初始值，這里類變量指的是被static修飾的變量。例外：如果類字段是常量，則在這里會被初始化為表達式指定的值。
  • 解析：將常量池內(nèi)的符號引用替換為直接引用。符號引用：類似于OS中的邏輯地址；直接引用：類似于OS中的物理地址，直接指向目標的指針、相對偏移量或一個能間接定位到目標的句柄。
  • 初始化：真正開始執(zhí)行類中定義的Java程序代碼；初始化用于執(zhí)行Java類的構(gòu)造方法。類初始化的過程是不可逆的，如果中間一步出錯，則無法執(zhí)行下一步，參見不可逆的類初始化過程。

10. GC算法

  • 垃圾回收解決三個問題：哪些內(nèi)存需要回收？什么時候回收？如何回收？
  • 垃圾回收關(guān)注的是堆內(nèi)存（heap）；
  • 常見的垃圾收集算法
    • 標記-清除算法
    • 復制算法
    • 標記-整理算法
    • 分代收集算法

11. 什么情況下回出現(xiàn)Full GC，什么情況下會出現(xiàn)Young GC

  • 對象優(yōu)先在新生代Eden區(qū)中分配，如果Eden區(qū)沒有足夠的空間時，就會觸發(fā)一次young gc
  • Full gc的觸發(fā)條件有多個，F(xiàn)ULL GC的時候會STOP THE WORD。
    • 在執(zhí)行Young gc之前，JVM會進行空間分配擔?！绻夏甏倪B續(xù)空間小于新生代對象的總大小（或歷次晉升的平均大?。?，則觸發(fā)一次full gc。
    • 顯式調(diào)用System.gc()方法時；
    • 大對象直接進入老年代，從年輕代晉升上來的老對象，嘗試在老年代分配內(nèi)存時，但是老年代內(nèi)存空間不夠；

12. JVM內(nèi)存模型

JVM內(nèi)存模型
  • Java虛擬機規(guī)范定義Java內(nèi)存模型，嘗試屏蔽掉各種硬件和操作系統(tǒng)的訪問差異；
  • JVM內(nèi)存模型的目標：定義程序中各個變量的訪問規(guī)則，即在虛擬機中將變量存儲到內(nèi)存和從內(nèi)存取出來這樣的細節(jié)；
  • volatile關(guān)鍵字：當一個變量用volatile關(guān)鍵字限定后，會有兩個語義：（1）當這個變量的值被修改后，會立即刷新到主內(nèi)存中，對其他線程可見；當某個線程讀取這個變量的時候，也會重新將主內(nèi)存中的數(shù)據(jù)刷一份到工作內(nèi)存中來。但是，如果多線程操作這個變量的計算中，后一個值依賴前一個值，就還是會有并發(fā)問題，說明volatile不具備原子性；（2）禁止指令重排優(yōu)化，觀察voatile變量對應(yīng)的字節(jié)碼文件，會發(fā)現(xiàn)變量的操作指令后面加了一句lock addl $0x0,(%esp)的操作，這個操作相當于一個內(nèi)存屏障。
  • synchronized關(guān)鍵字：當一個線程對一個變量加鎖的時候，就會清空這個變量在當前工作內(nèi)存中的值，因此該關(guān)鍵字同時滿足了可見性和原子性。
  • 參考資料

13. Java運行時數(shù)據(jù)區(qū)

Java虛擬機運行時數(shù)據(jù)區(qū)
  • 程序計數(shù)器（PC）：Java線程私有，類似于操作系統(tǒng)里的PC計數(shù)器，用于指定下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼的地址；
  • Java虛擬機棧：Java線程私有，虛擬機展描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個方法在執(zhí)行的時候，都會創(chuàng)建一個棧幀用于存儲局部變量、操作數(shù)、動態(tài)鏈接、方法出口等信息；每個方法調(diào)用都意味著一個棧幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程；
  • 本地方法棧：和Java虛擬機棧的作用類似，區(qū)別是該該區(qū)域為JVM調(diào)用到的本地方法服務(wù)；
  • 堆（Heap）：所有線程共享的一塊區(qū)域，垃圾收集器管理的主要區(qū)域。目前主要的垃圾回收算法都是分代收集，因此該區(qū)域還可以細分為如下區(qū)域：
    • 年輕代
      • Eden空間
      • From Survivor空間1，F(xiàn)rom Survivor空間2，用于存儲在Young gc過程中幸存的對象；
    • 老年代
  • 方法區(qū)：各個線程共享的一個區(qū)域，用于存儲虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量等信息；
    • 運行時常量池：方法區(qū)的一部分，用于存放編譯器生成的各種字面量和符號引用；

14. 事務(wù)的實現(xiàn)原理

本號專注于后端技術(shù)、JVM問題排查和優(yōu)化、Java面試題、個人成長和自我管理等主題，為讀者提供一線開發(fā)者的工作和成長經(jīng)驗，期待你能在這里有所收獲。


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