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速览Java程序员面试题及答案，持续更新...

2024.06.17 阅读量次

为方便面试，不至于在网上像一个无头苍蝇乱翻，整理了一篇关于面试的资料。本文几乎涵盖了Java所有的知识点，包括：Java基础、网络与安全、常见框架、分布式服务治理、数据库、算法与数据结构、开发中遇到的一些问题以及一些架构设计方案。 如果全都理解并吸收，相信你能轻松吊打绝大多数面试官。

本文中的面试题更偏向于底层，为方便阅读，在此只简短概述面试题的答案，不做详细解析。 本资料完全公开免费，资料中的面试题，大多为原创，但也有小部分参考于网络，我将尽可能的把问题和答案概括的通俗易懂。

本人时间精力有限，如有遗漏或错误，欢迎在评论留言补充，我会及时的完善修正。

Java基础

基础汇总

如何复制一个对象

在实际开发中，复制、转换对象是非常常用的操作，如将一个DTO转化成PO，PO转换成VO等。

要想复制一个对象，需要实现Cloneable接口，然后重写clone()方法。至于你想要怎么克隆，是深克隆还是浅克隆，关键是你这个clone()方法怎么写。 虽然Cloneable和clone()方法在Java中是标准的浅拷贝方式，但它们在实际开发中不太常用。主要是因为使用clone()方法来拷贝一个对象即复杂又有风险，它会抛出异常，并且还需要类型转换。 在实际开发中，一般都是使用第三方类库，如BeanUtils，不过这种方式大多为浅拷贝。

不过面试问这种问题，一般都是在问浅拷贝和深拷贝。

  • 浅拷贝创建一个新对象，这个新对象的字段内容与原对象相同，但如果字段是引用类型（比如数组、对象），浅拷贝只复制引用地址，不复制引用的实际对象。 
    class MyObject implements Cloneable {
    int value;
    int[] array;

    MyObject(int value, int[] array) {
        this.value = value;
        this.array = array;
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone(); // 浅拷贝
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] arr = {1, 2, 3};
            MyObject original = new MyObject(42, arr);
            MyObject copy = (MyObject) original.clone();
            original.array[0] = 99;
            System.out.println(copy.array[0]); // 输出 99
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
  • 深拷贝创建一个新对象，这个新对象和原对象完全独立，包括复制所有引用类型字段的实际对象，而不仅仅是引用地址。 
    class MyObject implements Cloneable {
    int value;
    int[] array;

    MyObject(int value, int[] array) {
        this.value = value;
        this.array = array;
    }

    @Override
    protected MyObject clone() throws CloneNotSupportedException {
        int[] arrayCopy = array.clone(); // 复制数组
        return new MyObject(value, arrayCopy);
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] arr = {1, 2, 3};
            MyObject original = new MyObject(42, arr);
            MyObject copy = original.clone();
            original.array[0] = 99;
            System.out.println(copy.array[0]); // 输出 1
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

String类为什么设计成不可变的

面试问这个问题，可以从String类的优点这个思路回答。

  1. 字符串不可变的根本原因我认为应是出于对数据的安全性考虑。String经常作为参数，String不可变性可以保证参数不可变。 实际项目中会用到，比如数据库连接串、账号、密码等字符串，只有不可变的连接串、用户名和密码才能保证安全性。
  2. 线程安全。字符串在Java中的使用频率可谓高之又高，那在高并发的情况下不可变性也使得对字符串的读写操作不用考虑多线程竞争的情况。 不可变的字符串在多线程环境中是安全的。由于String对象一旦创建就不能被修改，因此多个线程可以安全地共享相同的String实例，而不需要担心数据被修改。
  3. String常量池的需要。字符串常量池的基础就是字符串的不可变性，如果字符串是可变的，那想一想，常量池就没必要存在了。 如果一个String 对象已经被创建过了，那么就会从String常量池中取得引用。只有String是不可变的，才可能使用 String常量池。
  4. 可以缓存hash值。因为String的hash值经常被使用，像Set、Map结构中的key值也需要用到HashCode来保证唯一性和一致性，因此不可变的HashCode才是安全可靠的。

String类有没有长度限制

String类是有长度限制的。Java中的String内部是用一个字符数组char[]存储字符数据的，数组的最大长度限制由Java虚拟机规范决定。 理论上，Java数组的最大长度是Integer.MAX_VALUE(2^31 - 1)，即2147483647，但在实际操作中，能分配的最大数组长度受可用内存限制。

但是并不是这样，字符串字面量的长度不能超过65535字符，如果字符串字面量长度超过这个限制，编译器会抛出错误。

private void checkStringConstant(DiagnosticPosition var1, Object var2) {
    if (this.nerrs == 0 && var2 != null && var2 instanceof String && ((String)var2).length() >= 65535) {
        this.log.error(var1, "limit.string", new Object[0]);
        ++this.nerrs;
    }
}

还有一点，Stirng长度之所以会受限制，是因JVM规范对常量池有所限制。 CONSTANT_Utf8_info是一个CONSTANT_Utf8类型的常量池数据项，它存储的是一个常量字符串。 常量池中的所有字面量几乎都是通过CONSTANT_Utf8_info描述的，CONSTANT_Utf8_info的定义如下：

ONSTANT_Utf8_info {
    u1 tag;
    u2 length;
    u1 bytes[length];
}
  • tag：CONSTANT_Utf8_info结构的标记项值为CONSTANT_Utf8(1)；
  • length：length项的值表示字节数组中的字节数，而不是结果字符串的长度，其类型为u2；
  • bytes[]：字节数组包含字符串的字节数；

到了这里长度终于出来了，那就是length。通过查阅《JVM规范》发现u2表示两个字节的无符号数，那么1个字节有8位，2个字节就有16位。 16位无符号数可表示的最大值位2^16 - 1 = 65535。也就是说，Class文件中常量池的格式规定了，每个字符串常量的最大长度为65535字节。

所以对String的长度限制主要有两点：

  1. Class文件中常量池的格式规定了，每个字符串常量的最大长度为65535字节；
  2. checkStringConstant方法，规定字符串字面量的长度不能超过65535字符，即最大65534个字符；

所以一个字符串字面量最多可以包含65534个字符，但它的存储空间（字节数）并不会超过65535字节。

所以String类长度限制是多少？

  • 在编译期间，长度不能超过65535个字符，即最大65534个字符，但65534个字符存储空间不会超过65535字节；
  • 在运行期，String对象的长度理论上可以达到Integer.MAX_VALUE (2^31 - 1)个字符，即 2,147,483,647 个字符，大概4G。 在实际应用中，字符串的最大长度受限于可用内存和JVM配置；

在程序开发中，如果用String变量接收Base64图片或音频视频，需要注意不要超过程序运行时字符串的最大阈值。

简述反射以及它的应用场景

在Java程序运行状态中，对于任意一个实体类，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方法和属性，以及使用该信息来创建、操作和销毁对象。 这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能称为Java语言的反射机制。

把Java程序比喻成一个复杂的机器，但是每个零件都是封装在盒子里面的，你无法直接看到里面的具体构造。 反射就像是你用一种特殊的工具，可以打开这些盒子并查看里面的零件，甚至可以重新组装它们或者在需要的时候加入新的零件。 这种能力让你在机器运行时能够动态地调整和改进它的组件，但是打开和处理每个盒子都需要额外的时间和努力，因此使用反射可能会带来一些性能上的成本。

Java反射在许多场景中都有广泛的应用，主要包括以下方面：

  • 最常见的是搭配注解使用，获取运行时的方法参数、注解值。在许多框架中有对应的示例，比如Spring的@Autowired、@Value等注解；
  • 动态代理也是基于反射来实现的。在运行时生成代理类，通过反射，可以动态地创建代理类，并在运行时将方法调用转发给目标对象；

简述Java中的泛型是如何实现的

Java中的泛型通过一种称为类型擦除的机制实现。声明了泛型的.java源代码，在编译生成.class文件之后，泛型相关的信息就消失了。 可以认为源代码中泛型相关的信息，就是提供给编译器用的，泛型信息对Java编译器可以见，而对Java虚拟机不可见。

关于如何实现泛型，Java官方文档中有对应的解释，原文如下：

Generics were introduced to the Java language to provide tighter type checks at compile time and to support generic programming. To implement generics, the Java compiler applies type erasure to:

- Replace all type parameters in generic types with their bounds or Object if the type parameters are unbounded. The produced bytecode, therefore, contains only ordinary classes, interfaces, and methods.
- Insert type casts if necessary to preserve type safety.
- Generate bridge methods to preserve polymorphism in extended generic types.

Type erasure ensures that no new classes are created for parameterized types; consequently, generics incur no runtime overhead.

以下是实现类型擦除的步骤：

  1. 当你写泛型代码时，Java编译器会在编译阶段进行类型检查，确保你使用的类型是正确的。例如，如果你声明一个List<String>，编译器会确保你只能向这个列表添加字符串；
  2. 一旦编译完成，所有的泛型类型信息都会被移除，这个过程叫做“类型擦除”。在类型擦除过程中：
    • 泛型类型参数被替换：所有的泛型类型参数会被替换为它们的上界（如果没有指定上界，就替换为Object）。
    • 插入必要的类型转换：在必要的地方，编译器会插入类型转换，以确保类型安全。
  3. 当泛型类被继承，并且子类使用具体类型时，编译器会生成桥接方法来保证子类的方法正确覆盖父类的方法。桥接方法是编译器自动生成的，用来保证多态性和类型一致性；

    假设有一个父类和一个子类： 
    class Parent<T> {
    public T getValue() {
        return null;
    }
}

class Child extends Parent<String> {
    @Override
    public String getValue() {
        return "child value";
    }
}
    编译后，Child类中会有一个桥方法： 
    class Child extends Parent<String> {
    @Override
    public String getValue() {
        return "child value";
    }

    // 生成的桥方法
    @Override
    public Object getValue() {
        return getValue(); // 调用实际的getValue方法
    }
}

new Integer(12)与int b=12是否相等

这道题考察的是Integer缓存池。Integer缓存池的大小默认为-128~127。 所以Integer、int 在 -127~128之间是不会创建新的对象的，即

 Integer a = new Integer(12);
 int b = 12;
 System.out.println(a==b);//true

new String(“abc”)会产生几个对象

答案两个字符串对象，前提是String常量池中还没有 “abc” 字符串对象。 第一个对象是"abc"，它属于字符串字面量，因此编译时期会在字符串常量池中创建一个字符串对象，指向这个 “abc” 字符串字面量，而使用new的方式会在堆中创建一个字符串对象。

来证明一下，到底是不是创建了两个对象，先看一下JDK8 中new String()源代码：

/**
 * Initializes a newly created {@code String} object so that it represents
 * the same sequence of characters as the argument; in other words, the
 * newly created string is a copy of the argument string. Unless an
 * explicit copy of {@code original} is needed, use of this constructor is
 * unnecessary since Strings are immutable.
 *
 */
public String(String original) {
    this.value = original.value;
    this.hash = original.hash;
}

文档注释大意：初始化新创建的String对象，使其表示与实参相同的字符序列，换句话说，新创建的字符串是实参字符串的副本。 除非需要显式复制形参的值，否则没有必要使用这个构造函数，因为字符串是不可变的。

用字节码看一下，创建一个测试类，其main方法中使用这种方式来创建字符串对象。

public class MainTest {
    public static void main(String[] args) {
        String s = new String("abc");
    }
}

使用javap -verbose命令进行反编译，得到以下内容：

// ...
Constant pool:
// ...
   #2 = Class              #18            // java/lang/String
   #3 = String             #19            // abc
// ...
  #18 = Utf8               java/lang/String
  #19 = Utf8               abc
// ...

  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=3, locals=2, args_size=1
         0: new           #2                  // class java/lang/String
         3: dup
         4: ldc           #3                  // String abc
         6: invokespecial #4                  // Method java/lang/String."<init>":(Ljava/lang/String;)V
         9: astore_1
// ...

在Constant Pool中，#19存储这字符串字面量"abc"，#3是String Pool的字符串对象，它指向#19这个字符串字面量。 在main方法中，0:行使用new #2在堆中创建一个字符串对象，并且使用ldc #3将String Pool中的字符串对象作为String构造函数的参数。 所以能看到使用new String()的方式创建字符串是创建两个对象。

多线程

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