Java面試題-基礎知識

基礎題目

1. Java線程的狀態

Java線程在某個時刻只能處於以下六個狀態中的一個。 – New（新創建），一個線程剛剛被創建出來，還沒有開始運行的狀態，更通俗點說：還沒有調用start方法； – Runnable（可運行），可以在Java虛擬機中運行的狀態；一個可運行的線程可能正在運行自己的代碼也可能沒有，這取決於操作系統提供的時間片； – Blocked（被阻塞），當一個線程試圖獲取一個內部的對象鎖（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； – Waiting（等待），當線程等待另一個線程通知調度器一個條件時，它自己進入等待狀態。在調用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，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，如果超時或者出現通知，都會切換會可運行狀態； – Terminated（被終止），因爲run方法正常退出而死亡，或者因爲沒有捕獲的異常終止了run方法而死亡。

參考資料： – Java Platform SE 8文檔 – Java核心技術 卷I—P634

2. 進程與線程的區別，進程間如何通訊，線程間如何通訊？

在併發編程領域，有進程和線程兩個概念，在Java語言中說起併發編程，常常是指多線程，但是瞭解進程的概念也非常重要： – 進程是操作系統的資源調度實體，有自己的內存地址空間和運行環境； – 線程一般被稱爲輕量級的進程，線程和進程一樣，也有自己的運行環境，但是創建一個線程要需要的資源比創建一個進程要少。線程存在於進程之中——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，包括內存空間和打開的文件。 – 進程跟程序（programs）、應用（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存來進行值的傳遞；

參考資料： – Oracle Java Doc——進程和線程

3. HashMap的數據結構是什麼？如何實現的？和HashTable、ConcurrentHashMap的區別？

• 在Java 8中，HashMap的數據結構是由Node<k,v>作爲元素組成的數組：（1）如果有多個值hash到同一個桶中，則組織成一個鏈表，而且，當這個鏈表的節點個數超過某個值（TREEIFY_THRESHOLD參數指定）時，則將這個鏈表重構爲一個二叉樹；（2）如果發現map中的元素個數超過了threshold，則進行空間擴容——二倍空間。</k,v>
• HashMap和HashTable的數據結構和操作基本相同，區別是前者是非線程安全，並且HashMap接受value爲null。
• ConcurrentHashMap和HashTable一樣，都是線程安全的，但是區別是：HashTable每次操作都會鎖住整個表結構——導致一次只能有一個線程訪問HashTable對象，而ConcurrentHashMap不會，只會鎖住某個節點，只有在涉及到size的操作時纔會鎖整個表結構。
• 參考資料：《Java併發編程實戰》 ### 4. Cookie和Session的區別 HTTP是無狀態協議，但是在實際應用中有跟蹤客戶端狀態的需求，Cookie和Session是兩種不同的實現方案。
• Cookie保存在客戶端，Session保存在服務端
• Cookie沒有Session安全，侵入者可以通過分析客戶端的cookie信息侵入網站；
• 使用Session存儲重要信息，使用Cookie存儲不那麼重要的信息；
• 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，則轉而採取URL重寫技術（但是這種技術有安全風險）；
• 參考資料：What is the difference between Sessions and Cookies in PHP?

5. 索引有什麼用？如何建索引？

• 索引的作用：索引是一種數據結構，用於加快mysql獲取數據的速度；
• 如何建索引？在使用InnoDB引擎的前提下討論：（1）最左前綴原理：分析業務中的查詢條件，區分度高的字段放在前面，儘量減少一條SQL的影響行數；（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；
  • 關於InnoDB的認識：InnoDB使用B+Tree作爲存儲數據結構，屬於聚簇索引，每個輔助索引最後都會指向主鍵的值，每次查詢兩次；（4）由於聚簇索引的特性，建議在使用InnoDB引擎的時候，使用自增ID作爲主鍵，不要使用隨機的業務列作爲主鍵。
• 參考資料
  • 曹神的文章：如何應對索引
  • MySQL索引背後的數據結構及算法原理

6. ArrayList是如何實現的，ArrayList和LinkedList的區別？ArrayList如何實現擴容？

• 可變數組實現了List接口的所有操作，功能上跟Vector相同，區別是Vector是線程安全的；
• 區別：LinkedList實現了List和Deque接口，一般稱爲雙向鏈表；LinkedList在插入和刪除數據時效率更高，ArrayList在查找某個index的數據時效率更高；LinkedList比ArrayList需要更多的內存；
• 關於可變數組的擴容策略，可以查看源碼，不同的JDK實現不太一樣，我這裏使用JDK 8：首先嚐試擴容爲原來大小的二倍，如果newCapacity還不夠大，則再擴大爲minCapacity值；如果newCapacity比數組的規定最大容量還大，則根據minCapacity的值進行定奪，參見hugeCapacity方法。 “` private static final int MAXARRAYSIZE = Integer.MAXVALUE – 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 – MAXARRAY_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 > MAXARRAYSIZE) ? Integer.MAXVALUE : MAXARRAY_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組調用ensureCapacity方法，可以避免多次遞增的內存重新分配；
• 參考資料：
  • Java 8 DOC-LinkedList
  • Java 8 DOC-ArrayList
  • JDK 1.8中ArrayList的源碼

7. equals、hashcode等Object類中一些方法的討論？

• 覆寫equals方法的時候，也必須覆寫hashcode方法；
• 編寫equals方法後，檢查是否符合：對稱性、傳遞性、一致性、自反性和非空性
• 參考資料
  • 《Effective Java 中文 第二版》
  • Java doc – Object#equals

8. 面向對象

• 三大特性
  • 封裝
  • 繼承
  • 多態

9. JVM如何加載字節碼文件？

虛擬機把描述類的數據從Class文件加載到內存，並對數據進行校驗、轉換解析和初始化，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流（PS：不限於從文件中讀取）；將這個字節流代表的靜態存儲結構轉換爲方法區的運行時結構（由具體的虛擬機自己定義）；在內存中生成一個java.lang.Class對象，作爲方法區這個類的各種數據結構的訪問入口。 – 驗證：文件格式驗證、元數據驗證（語義分析，類與類的繼承關係等）、字節碼驗證（數據流和控制流分析）、符號引用驗證（對類自身以外的信息進行匹配校驗） – 準備：正式爲類變量分配內存並設置初始值，這裏類變量指的是被static修飾的變量。例外：如果類字段是常量，則在這裏會被初始化爲表達式指定的值。 – 解析：將常量池內的符號引用替換爲直接引用。符號引用：類似於OS中的邏輯地址；直接引用：類似於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：真正開始執行類中定義的Java程序代碼；初始化用於執行Java類的構造方法。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：哪些內存需要回收？什麼時候回收？如何回收？
• 垃圾回收關注的是堆內存（heap）；
• 常見的垃圾收集算法
  • 標記-清除算法
  • 複製算法
  • 標記-整理算法
  • 分代收集算法

11. 什麼情況下回出現Full GC，什麼情況下會出現Young GC

• 對象優先在新生代Eden區中分配，如果Eden區沒有足夠的空間時，就會觸發一次young gc
• Full gc的觸發條件有多個，FULL GC的時候會STOP THE WORD。
  • 在執行Young gc之前，JVM會進行空間分配擔保——如果老年代的連續空間小於新生代對象的總大小（或歷次晉升的平均大小），則觸發一次full gc。
  • 顯式調用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存時，但是老年代內存空間不夠；

12. JVM內存模型

– Java虛擬機規範定義Java內存模型，嘗試屏蔽掉各種硬件和操作系統的訪問差異； – JVM內存模型的目標：定義程序中各個變量的訪問規則，即在虛擬機中將變量存儲到內存和從內存取出來這樣的細節； – volatile關鍵字：當一個變量用volatile關鍵字限定後，會有兩個語義：（1）當這個變量的值被修改後，會立即刷新到主內存中，對其他線程可見；當某個線程讀取這個變量的時候，也會重新將主內存中的數據刷一份到工作內存中來。但是，如果多線程操作這個變量的計算中，後一個值依賴前一個值，就還是會有併發問題，說明volatile不具備原子性；（2）禁止指令重排優化，觀察voatile變量對應的字節碼文件，會發現變量的操作指令後面加了一句lock addl $0x0,(%esp)的操作，這個操作相當於一個內存屏障。 – synchronized關鍵字：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存中的值，因此該關鍵字同時滿足了可見性和原子性。 – 參考資料 – 程曉明：深入理解JVM內存模型1 – 《深入理解JVM虛擬機》 – 《Java併發編程實戰》

13. Java運行時數據區

 – 程序計數器（PC）：Java線程私有，類似於操作系統裏的PC計數器，用於指定下一條需要執行的字節碼的地址； – Java虛擬機棧：Java線程私有，虛擬機展描述的是Java方法執行的內存模型：每個方法在執行的時候，都會創建一個棧幀用於存儲局部變量、操作數、動態鏈接、方法出口等信息；每個方法調用都意味着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，區別是該該區域爲JVM調用到的本地方法服務； – 堆（Heap）：所有線程共享的一塊區域，垃圾收集器管理的主要區域。目前主要的垃圾回收算法都是分代收集，因此該區域還可以細分爲如下區域： – 年輕代 – Eden空間 – From Survivor空間1，From Survivor空間2，用於存儲在Young gc過程中倖存的對象； – 老年代 – 方法區：各個線程共享的一個區域，用於存儲虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量等信息； – 運行時常量池：方法區的一部分，用於存放編譯器生成的各種字面量和符號引用；

14. 事務的實現原理

• 事務的特性：ACID——原子性、一致性、隔離性和持久性
• Spring中的事務管理？Spring事務管理那些事
• MySQL中的事務？事務的隔離級別和鎖，參考何登成的MySQL的加鎖處理分析

 轉載自併發編程網 – ifeve.com本文鏈接地址: Java面試題-基礎知識