面試題分享：6 道 BATJ 必考的 Java 面試題
題目一
請對比 Exception 和 Error，另外，執行時異常與一般異常有什麼區別？
考點分析：
分析 Exception 和 Error 的區別，是從概念角度考察了 Java 處理機制。總的來說，還處於理解的層面，面試者只要闡述清楚就好了。
我們在日常程式設計中，如何處理好異常是比較考驗功底的，我覺得需要掌握兩個方面。
第一，理解 Throwable、Exception、Error 的設計和分類。 比如，掌握那些應用最為廣泛的子類，以及如何自定義異常等。
很多面試官會進一步追問一些細節，比如，你瞭解哪些 Error、Exception 或者 RuntimeException？我畫了一個簡單的類圖，並列出來典型例子，可以給你作為參考，至少做到基本心裡有數。
第二，理解 Java 語言中操作 Throwable 的元素和實踐。 掌握最基本的語法是必須的，如 try-catch-finally 塊，throw、throws 關鍵字等。與此同時，也要懂得如何處理典型場景。
典型回答：
Exception 和 Error 都是繼承了 Throwable 類，在 Java 中只有 Throwable 類的例項才可以被丟擲（throw）或者捕獲（catch），它是異常處理機制的基本組成型別。
Exception 和 Error 體現了 Java 平臺設計者對不同異常情況的分類。Exception 是程式正常執行中，可以預料的意外情況，可能並且應該被捕獲，進行相應處理。點選這裡看一下壯烈犧牲的阿里巴巴面試經驗。
Error 是指在正常情況下，不大可能出現的情況，絕大部分的 Error 都會導致程式（比如 JVM 自身）處於非正常的、不可恢復狀態。既然是非正常情況，所以不便於也不需要捕獲，常見的比如 OutOfMemoryError 之類，都是 Error 的子類。
Exception 又分為可檢查（checked）異常和不檢查（unchecked）異常，可檢查異常在原始碼裡必須顯式地進行捕獲處理，這是編譯期檢查的一部分。前面我介紹的不可查的 Error，是 Throwable 不是 Exception。
不檢查異常就是所謂的執行時異常，類似 NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException 之類，通常是可以編碼避免的邏輯錯誤，具體根據需要來判斷是否需要捕獲，並不會在編譯期強制要求。
題目二
談談 Java 反射機制，動態代理是基於什麼原理？
考點分析：
這個題目給我的第一印象是稍微有點誘導的嫌疑，可能會下意識地以為動態代理就是利用反射機制實現的，這麼說也不算錯但稍微有些不全面。功能才是目的，實現的方法有很多。
總的來說，這道題目考察的是 Java 語言的另外一種基礎機制： 反射，它就像是一種魔法，引入執行時自省能力，賦予了 Java 語言令人意外的活力，通過執行時操作元資料或物件，Java 可以靈活地操作執行時才能確定的資訊。 而動態代理，則是延伸出來的一種廣泛應用於產品開發中的技術，很多繁瑣的重複程式設計，都可以被動態代理機制優雅地解決。
從考察知識點的角度，這道題涉及的知識點比較龐雜，所以面試官能夠擴充套件或者深挖的內容非常多，比如：
- 考察你對反射機制的瞭解和掌握程度。
- 動態代理解決了什麼問題，在你業務系統中的應用場景是什麼？
- JDK 動態代理在設計和實現上與 cglib 等方式有什麼不同，進而如何取捨？
典型回答
反射機制是 Java 語言提供的一種基礎功能，賦予程式在執行時自省（introspect，官方用語）的能力。通過反射我們可以直接操作類或者物件，比如獲取某個物件的類定義，獲取類宣告的屬性和方法，呼叫方法或者構造物件，甚至可以執行時修改類定義。
動態代理是一種方便執行時動態構建代理、動態處理代理方法呼叫的機制，很多場景都是利用類似機制做到的，比如用來包裝 RPC 呼叫、面向切面的程式設計（AOP）。
實現動態代理的方式很多，比如 JDK 自身提供的動態代理，就是主要利用了上面提到的反射機制。還有其他的實現方式，比如利用傳說中更高效能的位元組碼操作機制，類似 ASM、cglib（基於 ASM）、Javassist 等。
題目三
Java 提供了哪些 IO 方式？ NIO 如何實現多路複用？
考點分析
在實際面試中，從傳統 IO 到 NIO、NIO 2，其中有很多地方可以擴充套件開來，考察點涉及方方面面，比如：
- 基礎 API 功能與設計， InputStream/OutputStream 和 Reader/Writer 的關係和區別。
- NIO、NIO 2 的基本組成。
- 給定場景，分別用不同模型實現，分析 BIO、NIO 等模式的設計和實現原理。
- NIO 提供的高效能資料操作方式是基於什麼原理，如何使用？
- 或者，從開發者的角度來看，你覺得 NIO 自身實現存在哪些問題？有什麼改進的想法嗎？
典型回答
Java IO 方式有很多種，基於不同的 IO 抽象模型和互動方式，可以進行簡單區分。
首先，傳統的 java.io 包，它基於流模型實現，提供了我們最熟知的一些 IO 功能，比如 File 抽象、輸入輸出流等。互動方式是同步、阻塞的方式，也就是說，在讀取輸入流或者寫入輸出流時，在讀、寫動作完成之前，執行緒會一直阻塞在那裡，它們之間的呼叫是可靠的線性順序。點選這裡看一下壯烈犧牲的阿里巴巴面試經驗。
java.io 包的好處是程式碼比較簡單、直觀，缺點則是 IO 效率和擴充套件性存在侷限性，容易成為應用效能的瓶頸。
很多時候，人們也把 java.net 下面提供的部分網路 API，比如 Socket、ServerSocket、HttpURLConnection 也歸類到同步阻塞 IO 類庫，因為網路通訊同樣是 IO 行為。
第二，在 Java 1.4 中引入了 NIO 框架（java.nio 包），提供了 Channel、Selector、Buffer 等新的抽象，可以構建多路複用的、同步非阻塞 IO 程式，同時提供了更接近作業系統底層的高效能資料操作方式。點選這裡看一下壯烈犧牲的阿里巴巴面試經驗。
第三，在 Java 7 中，NIO 有了進一步的改進，也就是 NIO 2，引入了非同步非阻塞 IO 方式，也有很多人叫它 AIO（Asynchronous IO）。非同步 IO 操作基於事件和回撥機制，可以簡單理解為，應用操作直接返回，而不會阻塞在那裡，當後臺處理完成，作業系統會通知相應執行緒進行後續工作。
題目四
如何保證容器是執行緒安全的？ConcurrentHashMap 如何實現高效地執行緒安全？
典型回答：
Java 提供了不同層面的執行緒安全支援。在傳統集合框架內部，除了 Hashtable 等同步容器，還提供了所謂的同步包裝器（Synchronized Wrapper），我們可以呼叫 Collections 工具類提供的包裝方法，來獲取一個同步的包裝容器（如 Collections.synchronizedMap），但是它們都是利用非常粗粒度的同步方式，在高併發情況下，效能比較低下。點選這裡看一下壯烈犧牲的阿里巴巴面試經驗。
另外，更加普遍的選擇是利用併發包提供的執行緒安全容器類，它提供了：
- 各種併發容器，比如 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList。
- 各種執行緒安全佇列（Queue/Deque），如 ArrayBlockingQueue、SynchronousQueue。
- 各種有序容器的執行緒安全版本等。
具體保證執行緒安全的方式，包括有從簡單的 synchronize 方式，到基於更加精細化的，比如基於分離鎖實現的 ConcurrentHashMap 等併發實現等。具體選擇要看開發的場景需求，總體來說，併發包內提供的容器通用場景，遠優於早期的簡單同步實現。
題目五
談談介面和抽象類有什麼區別？
考點分析：
這是個非常高頻的 Java 面向物件基礎問題，看起來非常簡單的問題，如果面試官稍微深入一些，你會發現很多有意思的地方，可以從不同角度全面地考察你對基本機制的理解和掌握。
比如:
- 對於 Java 的基本元素的語法是否理解準確。 能否定義出語法基本正確的介面、抽象類或者相關繼承實現，涉及過載（Overload）、重寫（Override）更是有各種不同的題目。
- 在軟體設計開發中妥善地使用介面和抽象類。 你至少知道典型應用場景，掌握基礎類庫重要介面的使用；掌握設計方法，能夠在 review 程式碼的時候看出明顯的不利於未來維護的設計。
- 掌握 Java 語言特性演進。 現在非常多的框架已經是基於 Java 8，並逐漸支援更新版本，掌握相關語法，理解設計目的是很有必要的。
典型回答：
1.繼承抽象類的子類們的本質都是相似的，它們體現的是一種 “is-a" 的關係，就像動物中的貓和狗；而對於介面的繼承更多的是一種行為的相似，是一種 “like-a” 的關係，比如飛機和鳥，它們都具有飛的行為，卻並不需要在本質上相似。
2.抽象類可以擁有任意範圍的成員資料，既可以是抽象，也可以是非抽象；但是介面，所有的方法必須是抽象的，所有的成員變數必須是 public static final的，某種程度上來說，介面是對抽象類的一種抽象。
3.一個類只能繼承一個抽象類，但卻可以實現多個介面。
題目六
synchronized 和 ReentrantLock 有什麼區別？有人說 synchronized 最慢，這話靠譜嗎？
考點分析：
題目是考察併發程式設計的常見基礎題，下面給出的典型回答算是一個相對全面的總結。
對於併發程式設計，不同公司或者面試官面試風格也不一樣，有個別大廠喜歡一直追問你相關機制的擴充套件或者底層，有的喜歡從實用角度出發，所以你在準備併發程式設計方面需要一定的耐心。
個人認為，鎖作為併發的基礎工具之一，你至少需要掌握：
- 理解什麼是執行緒安全。
- synchronized、ReentrantLock 等機制的基本使用與案例。
更進一步，你還需要：
- 掌握 synchronized、ReentrantLock 底層實現；理解鎖膨脹、降級；理解偏斜鎖、自旋鎖、輕量級鎖、重量級鎖等概念。
- 掌握併發包中 java.util.concurrent.lock 各種不同實現和案例分析。
典型回答：
synchronized 是 Java 內建的同步機制，所以也有人稱其為 Intrinsic Locking，它提供了互斥的語義和可見性，當一個執行緒已經獲取當前鎖時，其他試圖獲取的執行緒只能等待或者阻塞在那裡。
在 Java 5 以前，synchronized 是僅有的同步手段，在程式碼中， synchronized 可以用來修飾方法，也可以使用在特定的程式碼塊兒上，本質上 synchronized 方法等同於把方法全部語句用 synchronized 塊包起來。
ReentrantLock，通常翻譯為再入鎖，是 Java 5 提供的鎖實現，它的語義和 synchronized 基本相同。再入鎖通過程式碼直接呼叫 lock() 方法獲取，程式碼書寫也更加靈活。與此同時，ReentrantLock 提供了很多實用的方法，能夠實現很多 synchronized 無法做到的細節控制，比如可以控制 fairness，也就是公平性，或者利用定義條件等。但是，編碼中也需要注意，必須要明確呼叫 unlock() 方法釋放，不然就會一直持有該鎖。
synchronized 和 ReentrantLock 的效能不能一概而論，早期版本 synchronized 在很多場景下效能相差較大，在後續版本進行了較多改進，在低競爭場景中表現可能優於 ReentrantLock。
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