Java 面試中的重要話題

除了你看到的驚人的問題數量，我也儘量保證質量。我不止一次分享各個重要主題中的問題，也確保包含所謂的高階話題，這些話題很多程式設計師不喜歡準備或者直接放棄，因為他們的工作不會涉及到這些。Java NIO 和 JVM 底層就是最好的例子。你也可以將設計模式劃分到這一類中，但是越來越多有經驗的程式設計師瞭解 GOF 設計模式並應用這些模式。我也儘量在這個列表中包含 2015 年最新的面試問題，這些問題可能是來年關注的核心。為了給你一個大致的瞭解,下面列出這份 Java 面試問題列表包含的主題：

• 多執行緒，併發及執行緒基礎

• 資料型別轉換的基本原則

• 垃圾回收（GC）

• Java 集合框架

• 陣列

• 字串

• GOF 設計模式

• SOLID （單一功能、開閉原則、里氏替換、介面隔離以及依賴反轉）設計原則

• 抽象類與介面

• Java 基礎，如 equals 和 hashcode

• 泛型與列舉

• Java IO 與 NIO

• 常用網路協議

• Java 中的資料結構和演算法

• 正則表示式

• JVM 底層

• Java 最佳實踐

• JDBC

• Date, Time 與 Calendar

• Java 處理 XML

• JUnit

• 程式設計

120 大 Java 面試題及答案

現在是時候給你展示我近 5 年從各種面試中收集來的 120 個問題了。我確定你在自己的面試中見過很多這些問題，很多問題你也能正確回答。

多執行緒、併發及執行緒的基礎問題

1）Java 中能建立 volatile 陣列嗎？

能，Java 中可以建立 volatile 型別陣列，不過只是一個指向陣列的引用，而不是整個陣列。我的意思是，如果改變引用指向的陣列，將會受到 volatile 的保護，但是如果多個執行緒同時改變陣列的元素，volatile 標示符就不能起到之前的保護作用了。

2）volatile 能使得一個非原子操作變成原子操作嗎？

一個典型的例子是在類中有一個 long 型別的成員變數。如果你知道該成員變數會被多個執行緒訪問，如計數器、價格等，你最好是將其設定為 volatile。為什麼？因為 Java 中讀取 long 型別變數不是原子的，需要分成兩步，如果一個執行緒正在修改該 long 變數的值，另一個執行緒可能只能看到該值的一半（前 32 位）。但是對一個 volatile 型的 long 或 double 變數的讀寫是原子。

3）volatile 修飾符的有過什麼實踐？

一種實踐是用 volatile 修飾 long 和 double 變數，使其能按原子型別來讀寫。double 和 long 都是64位寬，因此對這兩種型別的讀是分為兩部分的，第一次讀取第一個 32 位，然後再讀剩下的 32 位，這個過程不是原子的，但 Java 中 volatile 型的 long 或 double 變數的讀寫是原子的。volatile 修復符的另一個作用是提供記憶體屏障（memory barrier），例如在分散式框架中的應用。簡單的說，就是當你寫一個 volatile 變數之前，Java 記憶體模型會插入一個寫屏障（write barrier），讀一個 volatile 變數之前，會插入一個讀屏障（read barrier）。意思就是說，在你寫一個 volatile 域時，能保證任何執行緒都能看到你寫的值，同時，在寫之前，也能保證任何數值的更新對所有執行緒是可見的，因為記憶體屏障會將其他所有寫的值更新到快取。

4）volatile 型別變數提供什麼保證？

volatile 變數提供順序和可見性保證，例如，JVM 或者 JIT為了獲得更好的效能會對語句重排序，但是 volatile 型別變數即使在沒有同步塊的情況下賦值也不會與其他語句重排序。 volatile 提供 happens-before 的保證，確保一個執行緒的修改能對其他執行緒是可見的。某些情況下，volatile 還能提供原子性，如讀 64 位資料型別，像 long 和 double 都不是原子的，但 volatile 型別的 double 和 long 就是原子的。

5) 10 個執行緒和 2 個執行緒的同步程式碼，哪個更容易寫？

從寫程式碼的角度來說，兩者的複雜度是相同的，因為同步程式碼與執行緒數量是相互獨立的。但是同步策略的選擇依賴於執行緒的數量，因為越多的執行緒意味著更大的競爭，所以你需要利用同步技術，如鎖分離，這要求更復雜的程式碼和專業知識。

6）你是如何呼叫 wait（）方法的？使用 if 塊還是迴圈？為什麼？

wait() 方法應該在迴圈呼叫，因為當執行緒獲取到 CPU 開始執行的時候，其他條件可能還沒有滿足，所以在處理前，迴圈檢測條件是否滿足會更好。下面是一段標準的使用 wait 和 notify 方法的程式碼：

// The standard idiom for using the wait method

synchronized (obj) {

while (condition does not hold)

obj.wait(); // (Releases lock, and reacquires on wakeup)

... // Perform action appropriate to condition

}

參見 Effective Java 第 69 條，獲取更多關於為什麼應該在迴圈中來呼叫 wait 方法的內容。

7）什麼是多執行緒環境下的偽共享（false sharing）？

偽共享是多執行緒系統（每個處理器有自己的區域性快取）中一個眾所周知的效能問題。偽共享發生在不同處理器的上的執行緒對變數的修改依賴於相同的快取行，如下圖所示：

有經驗程式設計師的 Java 面試題

偽共享問題很難被發現，因為執行緒可能訪問完全不同的全域性變數，記憶體中卻碰巧在很相近的位置上。如其他諸多的併發問題，避免偽共享的最基本方式是仔細審查程式碼，根據快取行來調整你的資料結構。

8）什麼是 Busy spin？我們為什麼要使用它？

Busy spin 是一種在不釋放 CPU 的基礎上等待事件的技術。它經常用於避免丟失 CPU 快取中的資料（如果執行緒先暫停，之後在其他CPU上執行就會丟失）。所以，如果你的工作要求低延遲，並且你的執行緒目前沒有任何順序，這樣你就可以通過迴圈檢測佇列中的新訊息來代替呼叫 sleep() 或 wait() 方法。它唯一的好處就是你只需等待很短的時間，如幾微秒或幾納秒。LMAX 分散式框架是一個高效能執行緒間通訊的庫，該庫有一個 BusySpinWaitStrategy 類就是基於這個概念實現的，使用 busy spin 迴圈 EventProcessors 等待屏障。

9）Java 中怎麼獲取一份執行緒 dump 檔案？

在 Linux 下，你可以通過命令 kill -3 PID （Java 程序的程序 ID）來獲取 Java 應用的 dump 檔案。在 Windows 下，你可以按下 Ctrl + Break 來獲取。這樣 JVM 就會將執行緒的 dump 檔案列印到標準輸出或錯誤檔案中，它可能列印在控制檯或者日誌檔案中，具體位置依賴應用的配置。如果你使用Tomcat。

10）Swing 是執行緒安全的？

不是，Swing 不是執行緒安全的。你不能通過任何執行緒來更新 Swing 元件，如 JTable、JList 或 JPanel，事實上，它們只能通過 GUI 或 AWT 執行緒來更新。這就是為什麼 Swing 提供 invokeAndWait() 和 invokeLater() 方法來獲取其他執行緒的 GUI 更新請求。這些方法將更新請求放入 AWT 的執行緒佇列中，可以一直等待，也可以通過非同步更新直接返回結果。你也可以在參考答案中檢視和學習到更詳細的內容。

11）什麼是執行緒區域性變數？

執行緒區域性變數是侷限於執行緒內部的變數，屬於執行緒自身所有，不在多個執行緒間共享。Java 提供 ThreadLocal 類來支援執行緒區域性變數，是一種實現執行緒安全的方式。但是在管理環境下（如 web 伺服器）使用執行緒區域性變數的時候要特別小心，在這種情況下，工作執行緒的生命週期比任何應用變數的生命週期都要長。任何執行緒區域性變數一旦在工作完成後沒有釋放，Java 應用就存在記憶體洩露的風險。

12）用 wait-notify 寫一段程式碼來解決生產者-消費者問題？

請參考答案中的示例程式碼。只要記住在同步塊中呼叫 wait() 和 notify()方法，如果阻塞，通過迴圈來測試等待條件。

13) 用 Java 寫一個執行緒安全的單例模式（Singleton）？

請參考答案中的示例程式碼，這裡面一步一步教你建立一個執行緒安全的 Java 單例類。當我們說執行緒安全時，意思是即使初始化是在多執行緒環境中，仍然能保證單個例項。Java 中，使用列舉作為單例類是最簡單的方式來建立執行緒安全單例模式的方式。

14）Java 中 sleep 方法和 wait 方法的區別？

雖然兩者都是用來暫停當前執行的執行緒，但是 sleep() 實際上只是短暫停頓，因為它不會釋放鎖，而 wait() 意味著條件等待，這就是為什麼該方法要釋放鎖，因為只有這樣，其他等待的執行緒才能在滿足條件時獲取到該鎖。

15）什麼是不可變物件（immutable object）？Java 中怎麼建立一個不可變物件?

不可變物件指物件一旦被建立，狀態就不能再改變。任何修改都會建立一個新的物件，如 String、Integer及其它包裝類。詳情參見答案，一步一步指導你在 Java 中建立一個不可變的類。

16）我們能建立一個包含可變物件的不可變物件嗎？

是的，我們是可以建立一個包含可變物件的不可變物件的，你只需要謹慎一點，不要共享可變物件的引用就可以了，如果需要變化時，就返回原物件的一個拷貝。最常見的例子就是物件中包含一個日期物件的引用。

資料型別和 Java 基礎面試問題

17）Java 中應該使用什麼資料型別來代表價格？

如果不是特別關心記憶體和效能的話，使用BigDecimal，否則使用預定義精度的 double 型別。

18）怎麼將 byte 轉換為 String？

可以使用 String 接收 byte[] 引數的構造器來進行轉換，需要注意的點是要使用的正確的編碼，否則會使用平臺預設編碼，這個編碼可能跟原來的編碼相同，也可能不同。

19）Java 中怎樣將 bytes 轉換為 long 型別？

這個問題你來回答 :-)

20）我們能將 int 強制轉換為 byte 型別的變數嗎？如果該值大於 byte 型別的範圍，將會出現什麼現象？

是的，我們可以做強制轉換，但是 Java 中 int 是 32 位的，而 byte 是 8 位的，所以，如果強制轉化是，int 型別的高 24 位將會被丟棄，byte 型別的範圍是從 -128 到 128。

21）存在兩個類，B 繼承 A，C 繼承 B，我們能將 B 轉換為 C 麼？如 C = (C) B；

答案：http://javarevisited.blogspot.sg/2012/12/what-is-type-casting-in-java-class-interface-example.html

22）哪個類包含 clone 方法？是 Cloneable 還是 Object？

java.lang.Cloneable 是一個標示性介面，不包含任何方法，clone 方法在 object 類中定義。並且需要知道 clone() 方法是一個本地方法，這意味著它是由 c 或 c++ 或 其他本地語言實現的。

23）Java 中 ++ 操作符是執行緒安全的嗎？

不是執行緒安全的操作。它涉及到多個指令，如讀取變數值，增加，然後儲存回記憶體，這個過程可能會出現多個執行緒交差。

24）a = a + b 與 a += b 的區別

+= 隱式的將加操作的結果型別強制轉換為持有結果的型別。如果兩這個整型相加，如 byte、short 或者 int，首先會將它們提升到 int 型別，然後在執行加法操作。如果加法操作的結果比 a 的最大值要大，則 a+b 會出現編譯錯誤，但是 a += b 沒問題，如下：

byte a = 127;

byte b = 127;

b = a + b; // error : cannot convert from int to byte

b += a; // ok

（譯者注：這個地方應該表述的有誤，其實無論 a+b 的值為多少，編譯器都會報錯，因為 a+b 操作會將 a、b 提升為 int 型別，所以將 int 型別賦值給 byte 就會編譯出錯）

25）我能在不進行強制轉換的情況下將一個 double 值賦值給 long 型別的變數嗎？

不行，你不能在沒有強制型別轉換的前提下將一個 double 值賦值給 long 型別的變數，因為 double 型別的範圍比 long 型別更廣，所以必須要進行強制轉換。

26）3*0.1 == 0.3 將會返回什麼？true 還是 false？

false，因為有些浮點數不能完全精確的表示出來。

27）int 和 Integer 哪個會佔用更多的記憶體？

Integer 物件會佔用更多的記憶體。Integer 是一個物件，需要儲存物件的元資料。但是 int 是一個原始型別的資料，所以佔用的空間更少。

28）為什麼 Java 中的 String 是不可變的（Immutable）？

Java 中的 String 不可變是因為 Java 的設計者認為字串使用非常頻繁，將字串設定為不可變可以允許多個客戶端之間共享相同的字串。更詳細的內容參見答案。

29）我們能在 Switch 中使用 String 嗎？

從 Java 7 開始，我們可以在 switch case 中使用字串，但這僅僅是一個語法糖。內部實現在 switch 中使用字串的 hash code。

30）Java 中的構造器鏈是什麼？

當你從一個構造器中呼叫另一個構造器，就是Java 中的構造器鏈。這種情況只在過載了類的構造器的時候才會出現。

JVM 底層 與 GC（Garbage Collection） 的面試問題

31）64 位 JVM 中，int 的長度是多數？

Java 中，int 型別變數的長度是一個固定值，與平臺無關，都是 32 位。意思就是說，在 32 位 和 64 位 的Java 虛擬機器中，int 型別的長度是相同的。

32）Serial 與 Parallel GC之間的不同之處？

Serial 與 Parallel 在GC執行的時候都會引起 stop-the-world。它們之間主要不同 serial 收集器是預設的複製收集器，執行 GC 的時候只有一個執行緒，而 parallel 收集器使用多個 GC 執行緒來執行。

33）32 位和 64 位的 JVM，int 型別變數的長度是多數？

32 位和 64 位的 JVM 中，int 型別變數的長度是相同的，都是 32 位或者 4 個位元組。

34）Java 中 WeakReference 與 SoftReference的區別？

雖然 WeakReference 與 SoftReference 都有利於提高 GC 和 記憶體的效率，但是 WeakReference ，一旦失去最後一個強引用，就會被 GC 回收，而軟引用雖然不能阻止被回收，但是可以延遲到 JVM 記憶體不足的時候。

35）WeakHashMap 是怎麼工作的？

WeakHashMap 的工作與正常的 HashMap 類似，但是使用弱引用作為 key，意思就是當 key 物件沒有任何引用時，key/value 將會被回收。

36）JVM 選項 -XX:+UseCompressedOops 有什麼作用？為什麼要使用？

當你將你的應用從 32 位的 JVM 遷移到 64 位的 JVM 時，由於物件的指標從 32 位增加到了 64 位，因此堆記憶體會突然增加，差不多要翻倍。這也會對 CPU 快取（容量比記憶體小很多）的資料產生不利的影響。因為，遷移到 64 位的 JVM 主要動機在於可以指定最大堆大小，通過壓縮 OOP 可以節省一定的記憶體。通過 -XX:+UseCompressedOops 選項，JVM 會使用 32 位的 OOP，而不是 64 位的 OOP。

37）怎樣通過 Java 程式來判斷 JVM 是 32 位 還是 64 位？

你可以檢查某些系統屬性如 sun.arch.data.model 或 os.arch 來獲取該資訊。

38）32 位 JVM 和 64 位 JVM 的最大堆記憶體分別是多數？

理論上說上 32 位的 JVM 堆記憶體可以到達 2^32，即 4GB，但實際上會比這個小很多。不同作業系統之間不同，如 Windows 系統大約 1.5 GB，Solaris 大約 3GB。64 位 JVM允許指定最大的堆記憶體，理論上可以達到 2^64，這是一個非常大的數字，實際上你可以指定堆記憶體大小到 100GB。甚至有的 JVM，如 Azul，堆記憶體到 1000G 都是可能的。

39）JRE、JDK、JVM 及 JIT 之間有什麼不同？

JRE 代表 Java 執行時（Java run-time），是執行 Java 引用所必須的。JDK 代表 Java 開發工具（Java development kit），是 Java 程式的開發工具，如 Java 編譯器，它也包含 JRE。JVM 代表 Java 虛擬機器（Java virtual machine），它的責任是執行 Java 應用。JIT 代表即時編譯（Just In Time compilation），當代碼執行的次數超過一定的閾值時，會將 Java 位元組碼轉換為原生代碼，如，主要的熱點程式碼會被準換為原生代碼，這樣有利大幅度提高 Java 應用的效能。

40）解釋 Java 堆空間及 GC？

當通過 Java 命令啟動 Java 程序的時候，會為它分配記憶體。記憶體的一部分用於建立堆空間，當程式中建立物件的時候，就從對空間中分配記憶體。GC 是 JVM 內部的一個程序，回收無效物件的記憶體用於將來的分配。

JVM 底層面試題及答案

41）你能保證 GC 執行嗎？

不能，雖然你可以呼叫 System.gc() 或者 Runtime.gc()，但是沒有辦法保證 GC 的執行。

42）怎麼獲取 Java 程式使用的記憶體？堆使用的百分比？

可以通過 java.lang.Runtime 類中與記憶體相關方法來獲取剩餘的記憶體，總記憶體及最大堆記憶體。通過這些方法你也可以獲取到堆使用的百分比及堆記憶體的剩餘空間。Runtime.freeMemory() 方法返回剩餘空間的位元組數，Runtime.totalMemory() 方法總記憶體的位元組數，Runtime.maxMemory() 返回最大記憶體的位元組數。

43）Java 中堆和棧有什麼區別？

JVM 中堆和棧屬於不同的記憶體區域，使用目的也不同。棧常用於儲存方法幀和區域性變數，而物件總是在堆上分配。棧通常都比堆小，也不會在多個執行緒之間共享，而堆被整個 JVM 的所有執行緒共享。