Java面试题基础

基础总结

Java

Java 平台无关性

主要通过三个方面实现.

Java 语言规范： 通过规定 Java 语言中基本数据类型的取值范围和行为，比如 int 长度为 4 字节，这是固定的。
Class 文件： 所有 Java 文件要通过 javac 或者其他一些 java 编译器编译成统一的 Class 文件。
Java 虚拟机：
- 通过 Java 虚拟机将字节码文件 (.Class) 转成对应平台的二进制文件。
- JVM 是平台相关的，需要在不同操作系统安装对应的虚拟机。

程序运行过程

编译：java 源文件编译为 class 字节码文件
类加载：类加载器把字节码加载到虚拟机的方法区。
创建对象: 运行时创建对象
方法调用: JVM 执行引擎解释为机器码
执行: CPU 执行指令
running: 多线程切换上下文

Java 三大特性

封装：将一系列的操作和数据组合在一个包中，使用者调用这个包的时候不必了解包中具体的方法是如何实现的。
多态：父类的变量可以引用一个子类的对象，在运行时通过动态绑定来决定调用方法。
作用：
- 应用程序不必为每一个派生类编写功能调用，只需要对抽象基类进行处理即可。大大提高程序的可复用性。// 继承
- Java的多态是指同一个方法在不同对象中可以表现出不同的行为。多态分为编译时多态（方法重载）和运行时多态（方法重写）。
- Java接口的实现也是多态的一种表现形式。通过接口，多个类可以实现相同的方法，从而在运行时表现出不同的行为。
- 派生类的功能可以被基类的方法或引用变量所调用，这叫向后兼容，可以提高可扩充性和可维护性。
继承：一个类可以扩展出一个子类，子类可以继承父类的属性和方法，也可以添加自己的成员变量和方法。接口可以多继承，普通类只能单继承。

重载和重写(针对于方法)

重写：子类具有和父类方法名和参数列表都相同的方法，返回值要不大于父类方法的返回值，抛出的异常要不大于父类抛出的异常，方法修饰符可见性要不小于父类。运行时多态。
- 是运行时多态，因为程序运行时，会从调用方法的类中根据继承关系逐级往上寻找该方法，这是在运行时才能进行的。
重载：同一个类中具有方法名相同但参数列表不同的方法，返回值不做要求。编译时多态。

Integer 和 int 区别

Integer 是 int 的包装类，所表示的变量是一个对象；而 int 所表示的变量是基本数据类型
自动装箱 (valueOf) 指的是将基本数据类型包装为一个包装类对象，自动拆箱 (intValue) 指的是将一个包装类对象转换为一个基本数据类型。
包装类的比较使用 equals，是对象间的比较。

基本数据类型(8种)

byte 1 字节；short 2 字节
int, float 4 字节
long, double 8 字节
boolean 单独出现时 4 字节，数组时单个元素 1 字节
char 英文都是 1 字节，GBK 中文 2 字节，UTF-8 中文 3 字节

值传递和引用传递

值传递对基本数据类型而言的，传递的是变量值的一个副本，改变副本不影响原变量的值
引用传递对于对象型变量而言，传递的是对象地址的副本，不是原变量本身，所以对引用对象的操作会改变原变量的值。

== 和 equals 区别

== 比较的对象如果是基本数据类型，就是两者的值进行比较；如果是引用对象的比较，是判断对象的地址值是否相同
equals 如果比较的是 String 对象，就是判断字符串的值是否相同；如果比较的是 Object 对象，比较的是引用的地址内存；可以通过重写 equals 方法来自定义比较规则，也需要同时重写 hashCode 方法

方法修饰符可见类型

public: 对本包和不同包都是可见的
protected: 对不同包不可见
default: 只对本包中子类和本类可见
private：只对本类可见

Object 类，equals 和 hashCode

Object 的类是所有类的父类。equals,hashCode,toString 方法

equals 用来比较对象地址值是否相同
hashCode 返回由对象地址计算得出的一个哈希值
两者要同时重写的原因
- 使用 hashcode 方法提前校验，通过 hasCode 比较比较快，可以避免每一次比对都调用 equals 方法，提高效率
- 保证是同一个对象，如果重写了 equals 方法，而没有重写 hashCode 方法，会出现 equals 比较时相等的对象，hashCode 不相等的情况，重写 hashcode 方法就是为了避免这种情况的出现。
哈希值相同的对象 equals 比较不一定相等，存在两个对象计算得到 hashCode 相等的情况，这是哈希冲突。

避免哈希冲突？

哈希表的特点：关键字在表中位置和它之间存在一种确定的关系。
解决哈希冲突：
- 开放定址法（线性探测再散列，二次探测再散列，伪随机探测再散列）
  - 线性探测再散列：放入元素，如果发生冲突，就往后找没有元素的位置；
  - 平方探测再散列：如果发生冲突，放到 (冲突 + 1 平方) 的位置，如果还发生冲突，就放到 (冲突 - 1 平方) 的位置；如果还有人就放到 (冲突 + 2 平方) 的位置，以此类推，要是负数就倒序数。
  - 随机探测再散列
- 链地址法：如果发生冲突，就继续往前一个元素上链接，形成一个链表，Java 的 hashmap 就是这种方法。
- 再哈希：用另一个方法再次进行一个哈希运算
- 建立一个公共溢出区：将哈希表分为基本表和溢出表两部分，范式和基本表发生冲突的元素，一律填入溢出表。

深拷贝，浅拷贝

clone：clone 方法声明为 protected，类只能通过该方法克隆它自己的对象，如果希望其他类也能调用该方法必须定义该方法为 public。如果一个对象的类没有实现 Cloneable 接口，该对象调用 clone 方法会抛出一个 CloneNotSupport 异常。默认的 clone 方法是浅拷贝，一般重写 clone 方法需要实现 Cloneable 接口并指定访问修饰符为 public。

浅拷贝：重新在堆中创建内存，将对象进行拷贝，拷贝前后对象的基本数据类型互不影响，但拷贝前后对象的引用类型因为共享同一块内存，会相互影响。（被浅拷贝的对象是会重新生成一个新的对象，新的对象和原来的对象是没有任何关系的，）如果对象中的某个属性是引用类型的话，那么该属性对应的对象是不会重新生成的，浅拷贝只会重新当前拷贝的对象，并不会重新生成其属性引用的对象。
深拷贝：从堆内存中开辟一个新的区域存放新对象，会把拷贝的对象和其属性引用的对象都重新生成新的对象。
- 实现：对拷贝的对象中所引用的数据类型再进行以拷贝；使用序列化
  - 序列化实现样例

java 复制代码

import java.io.*;

class Person implements Serializable {
    private String name;
    private int age;

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

    // Getter和Setter
    public String getName() {
        return name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{name='" + name + "', age=" + age + '}';
    }

    // 深拷贝方法
    public Person deepClone() {
        try {
            ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
            oos.writeObject(this);
            oos.flush();
            ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
            return (Person) ois.readObject();
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

public class DeepCopyExample {
    public static void main(String[] args) {
        Person original = new Person("Alice", 30);
        Person copy = original.deepClone();

        System.out.println("Original: " + original);
        System.out.println("Copy: " + copy);
    }
}

内部类

使用内部类主要有两个原因：内部类可以对同一个包中的其他类隐藏。内部类方法可以访问定义这个内部类的作用域中的数据，包括原本私有的数据。内部类是一个编译器现象，与虚拟机无关。编译器会把内部类转换成常规的类文件，用美元符号 $ 分隔外部类名与内部类名，而虚拟机对此一无所知。

静态内部类：由 static 修饰，属于外部类本身，只加载一次。类可以定义的成分静态内部类都可以定义，可以访问外部类的静态变量和方法，通过 new 外部类.内部类构造器来创建对象。只要内部类不需要访问外部类对象，就应该使用静态内部类。
成员内部类：属于外部类的每个对象，随对象一起加载。不可以定义静态成员和方法，可以访问外部类的所有内容，通过 new 外部类构造器.new 内部类构造器来创建对象。
局部内部类：定义在方法、构造器、代码块、循环中。不能声明访问修饰符，只能定义实例成员变量和实例方法，作用范围仅在声明这个局部类的代码块中。
匿名内部类：没有名字的局部内部类，可以简化代码，匿名内部类会立即创建一个匿名内部类的对象返回，对象类型相当于当前 new 的类的子类类型。匿名内部类一般用于实现事件监听器和其他回调。

类初始化的顺序

父类静态变量和静态代码块
子类静态变量和静态代码块
父类普通变量和代码块
父类构造器
子类普通变量和代码块
子类构造器

String，StringBuilder，StringBuffer

String

一旦被创建就不可被修改，所以修改 String 变量值的时候是新建了一个 String 对象，赋值给原变量引用
两种创建方法
- 直接赋值一个字符串，就是将字符串放进常量池，位于栈中的变量直接引用常量池中的字符串。
- new 方式创建先在堆中创建 String 对象，再去常量池中查找是否有赋值的字符串常量，找到了就直接使用，没找到就开辟空间存字符串。通过变量引用对象，对象引用字符串的形式创建。

StringBuilder & StringBuffer

都继承自 AbstractStringBuilder 类，是可变类（这是加分项）
前者线程不安全，后者通过 synchronized 锁保证线程安全
因此 StringBuilder 执行效率高，StringBuffer 执行效率低

final 关键字

所修饰的变量，是基本数据类型则值不能改变，访问时会被当做一个常量；是引用型变量的话，初始化后就不能指向另一个对象了。而且一定要显示地初始化赋值。
所修饰的类，不能被继承，其中方法默认是 final 修饰
final 修饰的方法不可被重写，但可以被重载
final 关键字与变量的作用域有关，而不是直接与类或对象绑定。具体来说：

bash 复制代码

final 变量：
每个对象都有自己的 final 变量。如果你在类中定义了一个 final 实例变量，每个对象都会有自己的副本，并且这些副本在对象创建后不能被修改。
final 类：
如果一个类被声明为 final，则不能被继承。这是类的特性，而不是对象的特性。
final 方法：
如果一个方法被声明为 final，则不能被子类重写。

static 关键字

修饰代码块，使这个代码块在 JVM 加载之处就开辟一块空间单独存放代码块内容，且只加载一次。执行得到的结果存储在方法区并被线程共享。静态类中的方法直接和这个类关联，而不是和这个对象关联。可以直接通过类名来使用方法。
修饰非局部的成员变量，加载方式和静态代码块一样。由于在 JVM 内存中共享，会引起线程安全问题。解决：加 final；使用同步（volatile 关键字）。如下

java 复制代码

public class Counter {
    // 静态变量
    static int count = 0;

    // 构造函数
    public Counter() {
        count++; // 每次创建实例时，count自增
    }

    // 静态方法
    public static void displayCount() {
        System.out.println("当前计数: " + count);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Counter c1 = new Counter();
        Counter c2 = new Counter();
        Counter c3 = new Counter();

        // 显示计数
        Counter.displayCount(); // 输出: 当前计数: 3
    }
}

修饰方法，通过类名调用。静态方法不可以直接调用其他成员方法、成员变量。

抽象类和接口

接口只能用 *public * 和 abstract * 修饰
区别分为四个方面：

成员变量：接口中默认 public static final
成员方法：java8 之前接口中默认是 public，java8 加入了 static 和 default，java9 中加入了 private，方法不能用 final 修饰，因为需要实现类重写；抽象类无限制
构造器：接口和抽象类都不能被实例化，但接口中没有构造器，抽象类中有
继承：接口可以多继承，抽象类只能单继承

抽象类和接口的选择？

如果知道某个类应该成为基类，那么第一选择应该是让它成为一个接口，只有在必须要有方法定义和成员变量的时候，才应该选择抽象类。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。通过抽象类建立行为模型会出现的问题：如果有一个产品类 A，有两个子类 B 和 C 分别有自己的功能，如果出现一个既有 B 产品功能又有 C 产品功能的新产品需求，由于 Java 不允许多继承就出现了问题，而如果是接口的话只需要同时实现两个接口即可。

异常

所有的异常都继承自 Throwable 类的，分为 Error 和 Exception。

Error 类描述了 Java 运行时系统的内部错误和资源耗尽错误，如果出现了这种错误，一般无能为力。
Error 和 RuntimeException 的异常属于非检查型异常，其他的都是检查型异常。

常见的 RuntimeException 异常：

ClassCastException，错误的强制类型转换。
ArrayIndexOutOfBoundsException，数组访问越界。
NullPointerException，空指针异常。

常见的检查型异常：

FileNotFoundException，试图打开不存在的文件。
ClassNotFoundException，试图根据指定字符串查找 Class 对象，而这个类并不存在。
IOException，试图超越文件末尾继续读取数据。

异常处理：

抛出异常：遇到异常不进行具体处理，而是将异常抛出给调用者，由调用者根据情况处理。抛出异常有 2 种形式，一种是 throws 关键字声明抛出的异常，作用在方法上，一种是使用 throw 语句直接抛出异常，作用在方法内。
捕获异常：使用 try/catch 进行异常的捕获，try 中发生的异常会被 catch 代码块捕获，根据情况进行处理，如果有 finally 代码块无论是否发生异常都会执行，一般用于释放资源，Java 7 开始可以将资源定义在 try 代码块中自动释放资源。
try-catch-finally
- finally 对 try 块中打开的物理资源进行回收 (JVM 垃圾回收机制回收对象占用的内存)。
- 这个回收如果放在 catch 中执行，不发生异常则不会被执行；放在 try 中，如发生异常前就被回收，那么 catch 就不会被执行。
- java7 可以在 try () 圆括号中初始化或声明资源，会自动回收。但资源需要实现 AutoCloseable 接口

序列化

Java 对象在 JVM 运行时被创建，JVM 退出时存活对象被销毁。为了保证对象及其状态的持久化，就需要使用序列化了。序列化就是将对象通过 ObjectOutputStream 保存为字节流；反序列化就是将字节流还原为对象。

要实现 Serializable 接口来进行序列化。
序列化和反序列化必须保持序列化 ID 的一致。
静态、transient 修饰的变量和方法不能被序列化。
实现 Externalizable 可以自行决定哪些属性可以被序列化

反射

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；这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能就是 Java 的反射机制。优点是运行时动态获取类的全部信息，缺点是破坏了类的封装性，泛型的约束性。

Class 类保存对象运行时信息，可以通过①类名.class ②对象名.getClass ()③Class.forName (类的全限定名) 方式获取 Class 实例
Class 类中的 getFields () 返回这个类支持的公共字段；getMethods () 返回公共方法；- getCosntructors () 返回构造器数组（包括父类公共成员）
xxxDeclaredxxx () 可以返回全部字段、方法和构造器的数组（不包括父类的成员）

反射是Java语言本身提供的特性，不是Spring框架做的。Java的反射机制允许程序在运行时检查类的属性、方法和构造函数，并可以动态地调用它们。
Spring框架利用了Java的反射机制来实现许多功能，比如依赖注入和AOP（面向切面编程）。但反射的基础功能是Java语言自带的。

IOC控制反转

在Java中，IOC（控制反转）是一种设计原则，主要用于实现对象之间的解耦。IOC的核心思想是将对象的创建和管理交给容器，而不是由对象自身控制。这种方式使得对象的依赖关系更加灵活，便于测试和维护。

主要概念

依赖注入（DI）: IOC的常用实现方式，通过构造函数、属性或方法注入依赖对象。
容器: 管理对象生命周期和依赖关系的框架，如Spring框架。
解耦: 通过将对象的依赖关系移交给外部容器，从而减少类之间的耦合度。

优点

可测试性: 方便进行单元测试，因为可以轻松替换依赖。
灵活性: 可以根据需要更改依赖实现，而不需要修改使用它们的代码。
维护性: 代码清晰，逻辑分离，易于维护和扩展。

示例

在Spring中，使用@Autowired注解进行依赖注入：

java 复制代码

@Service
public class UserService {
    @Autowired
    private UserRepository userRepository;

    // 业务逻辑方法
}

在这个示例中，UserRepository的实例由Spring容器管理，UserService不需要自己创建或管理它。

注解

可以给类、接口或者方法、变量添加一些额外信息；帮助编译器和 JVM 完成一些特定功能。

元注解：我们可以自定义一个注解，这时就需要在自定义注解中使用元注解来标识一些信息
- @Target：约束注解作用位置：METHOD，VARIABLE，TYPE，PARAMETER，CONSTRUCTORS，LOACL_VARIABLE
- @Rentention：约束注解作用的生命周期：SOURCE 源码，CLASS 字节码，RUNTIME 运行时
- @Documented：表明这个注解应该被 javadoc 工具记录
- @Inherited：表面某个被标注的类型是被继承

Java中的注解是Java语言自带的特性，首次引入于Java 5。它们允许开发者在代码中添加元数据，用于配置和处理。
Spring框架则使用了Java注解来提供一些功能，例如：
@Autowired 用于自动装配依赖。
@Component 指示一个类是Spring的组件。
总的来说，注解是Java自带的，而Spring框架只是利用了这些注解来实现其功能。

泛型

泛型的提出是为了编写重用性更好的代码。泛型的本质是参数化类型，也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。

那么 Java 之所以引入它我认为主要有三个作用

类型检查，它将运行时类型转换的 ClassCastException 通过泛型提前到编译时期。
避免类型强转。
泛型可以泛型算法，增加代码的复用性。
实现
泛型是通过类型擦除来实现的，编译器在编译时擦除了所有类型相关的信息，所以在运行时不存在任何类型相关的信息。例如 List 在运行时仅用一个 List 来表示。这样做的目的，是确保能和 Java 5 之前的版本开发二进制类库进行兼容。

Java 的泛型是如何工作的？什么是类型擦除？如何工作？

1、类型检查：在生成字节码之前提供类型检查

2、类型擦除：所有类型参数都用他们的限定类型替换，包括类、变量和方法（类型擦除）

3、如果类型擦除和多态性发生了冲突时，则在子类中生成桥方法解决

4、如果调用泛型方法的返回类型被擦除，则在调用该方法时插入强制类型转换

数据结构

Java数据结构

JVM

JVM八股

并发编程

Java框架

框架