高频java研发工程师面试题及答案

高频java研发工程师面试题及答案Java中面向对象的四大特性是封装、继承、多态和抽象。封装通过访问控制修饰符（如private、protected）限制外部对内部状态的直接访问，仅暴露必要接口；继承允许子类复用父类代码并扩展新功能；多态表现为父类引用指向子类对象，运行时动态调用子类方法；抽象通过抽象类或接口定义规范，隐藏具体实现细节。抽象类和接口的核心区别在于：抽象类可包含具体方法、构造方法和成员变量，接口JDK8前仅能有抽象方法（默认方法和静态方法后支持）；抽象类单继承，接口多实现；抽象类强调"是不是"的关系（如动物抽象类与猫子类），接口强调"能不能"的能力（如飞行接口）。重载（Overload）和重写（Override）的区别：重载发生在同一类中，方法名相同但参数列表（类型、顺序、数量）不同，与返回值无关；重写发生在父子类或接口实现类中，方法名、参数、返回值完全相同（子类返回值可为父类返回值的子类），访问权限不能严于父类，不能重写父类的final或静态方法。例如，计算两个数之和的add(inta,intb)和add(doublea,doubleb)是重载；子类重写父类的toString()方法是重写。String、StringBuilder、StringBuffer的区别：String是不可变类，底层使用finalchar[]存储，每次修改会提供新对象；StringBuilder线程不安全，效率高，适用于单线程字符串拼接；StringBuffer线程安全（方法用synchronized修饰），效率较低，适用于多线程场景。例如循环中拼接字符串时，使用String会导致大量中间对象，应优先选择StringBuilder。Java异常分为Error和Exception，前者（如OutOfMemoryError）表示JVM无法处理的严重问题，程序不应捕获；后者分为受检异常（CheckedException，如IOException）需显式处理（throws或try-catch）和非受检异常（UncheckedException，如RuntimeException及其子类NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException）。finally块中的代码无论是否发生异常都会执行（除非JVM退出），若try和finally都有return，最终返回finally的值（不建议这样写）。泛型的作用是编译期类型检查和消除强制类型转换，类型擦除发生在编译阶段，运行时无法获取泛型具体类型（如List<String>和List<Integer>运行时类型相同）。通配符?表示任意类型，<?extendsT>上限通配符（允许T及其子类），<?superT>下限通配符（允许T及其父类）。反射允许程序在运行时获取类的信息（如方法、字段）并调用，常见应用场景包括框架（Spring的依赖注入）、动态代理、ORM映射（MyBatis的结果集映射）。获取Class对象的三种方式：类名.class、对象.getClass()、Class.forName("全类名")。注解本质是接口（继承自java.lang.annotation.Annotation），通过@Target指定作用位置（如METHOD、FIELD），@Retention指定保留阶段（SOURCE编译期、CLASS类加载、RUNTIME运行时），@Inherited允许子类继承，@Documented提供到文档。自定义注解需结合反射使用，例如Spring的@Autowired通过反射注入依赖。HashMap的底层实现：JDK7为数组+链表，JDK8为数组+链表+红黑树（当链表长度≥8且数组长度≥64时，链表转红黑树；当红黑树节点数≤6时退化为链表）。核心属性包括table（存储节点的数组）、size（元素数量）、threshold（扩容阈值=容量×负载因子）、loadFactor（默认0.75）。put流程：计算key的hash值（(h=key.hashCode())^(h>>>16)），通过(n-1)&hash确定数组索引；若该位置为空则直接插入；若存在节点，判断key是否相等（equals），相等则覆盖；否则遍历链表/红黑树，链表中若长度≥8且数组长度≥64则转红黑树，插入新节点；最后检查size是否超过threshold，超过则扩容（旧容量×2，重新计算索引）。JDK8的优化：hash计算减少高位碰撞，链表插入改为尾插（避免JDK7头插导致的扩容死链问题），引入红黑树降低查找时间复杂度（O(n)→O(logn)）。ConcurrentHashMap的线程安全机制：JDK7使用分段锁（Segment数组，每个Segment继承ReentrantLock，默认16段，支持16个线程并发写）；JDK8取消分段锁，采用synchronized+CAS+Node节点的方式，锁粒度细化到数组的单个节点（table[i]），当插入节点时，若该位置为空则CAS插入；若存在节点则synchronized锁定该节点，遍历链表/红黑树插入。size()方法通过统计baseCount和CounterCell数组（并发时各线程累加值）的和得到。ArrayList和LinkedList的区别：ArrayList基于动态数组，随机访问（get(i)）时间复杂度O(1)，插入/删除（中间位置）需移动元素，时间复杂度O(n)；LinkedList基于双向链表，随机访问需遍历链表，时间复杂度O(n)，插入/删除（首尾）时间复杂度O(1)。ArrayList默认初始容量10，扩容时新容量为旧容量的1.5倍；LinkedList无容量限制。迭代器的fail-fast机制：当遍历集合时，若集合结构被修改（如add/remove，除迭代器自身的remove方法），会抛出ConcurrentModificationException。原理是集合内部维护modCount变量（修改次数），迭代器初始化时记录expectedModCount，每次遍历前检查两者是否相等，不等则抛出异常。fail-safe机制（如CopyOnWriteArrayList）通过复制原数组进行修改，遍历的是原数组，不会抛出异常，但牺牲了实时性。线程的创建方式：继承Thread类（重写run()）、实现Runnable接口（传入Thread构造）、实现Callable接口（结合FutureTask获取返回值）。线程的六种状态（Thread.State）：NEW（新建）、RUNNABLE（可运行，包括运行中）、BLOCKED（阻塞，等待监视器锁）、WAITING（无限等待，如wait()）、TIMED_WAITING（超时等待，如sleep(long)）、TERMINATED（终止）。synchronized和Lock的区别：synchronized是关键字，JVM实现，隐式加锁/释放（作用域结束自动释放）；Lock是接口（如ReentrantLock），需手动lock()和unlock()（通常放finally块）。synchronized是非公平锁（默认），Lock支持公平锁和非公平锁（构造时指定）。synchronized无法中断等待锁的线程，Lock的lockInterruptibly()方法可响应中断；synchronized只能有一个等待队列，Lock的Condition支持多个等待队列（如生产者-消费者模型中不同条件的等待）。volatile的作用：保证可见性（变量修改后立即刷新到主内存，其他线程读取时从主内存获取），禁止指令重排序（通过内存屏障实现）。但不保证原子性（如i++操作包含读取、修改、写入三步，volatile无法保证这三步的原子性）。适用场景：状态标志（如线程终止标志位）、单例模式的双重检查锁定（防止指令重排导致其他线程获取未初始化的实例）。ThreadLocal的原理：每个线程有独立的ThreadLocalMap，键为ThreadLocal的弱引用（防止内存泄漏），值为线程本地变量。set()时获取当前线程的ThreadLocalMap，插入键值对；get()时从当前线程的Map中获取值。内存泄漏原因：若ThreadLocal无外部强引用，键会被GC回收，但值（强引用）仍存在，导致无法回收。解决方法：使用后调用remove()清除数据。应用场景：数据库连接（每个线程独立连接）、用户会话信息（HTTP请求中传递用户ID）。AQS（AbstractQueuedSynchronizer）的核心是维护一个volatileintstate（同步状态）和CLH双向队列（等待线程队列）。通过getState()、setState()、compareAndSetState()操作state，子类需实现tryAcquire(int)、tryRelease(int)等方法定义同步逻辑。ReentrantLock基于AQS，公平锁会检查队列中是否有前驱节点（保证先到先得），非公平锁直接尝试CAS修改state（提高吞吐量）。CountDownLatch（倒计时门闩）允许一个或多个线程等待其他线程完成操作，构造时指定计数器（如count=3），线程完成任务后调用countDown()（计数器减1），等待线程调用await()阻塞直到计数器为0。CyclicBarrier（循环屏障）允许一组线程相互等待到达屏障点，构造时指定线程数（如parties=5），每个线程调用await()阻塞，当所有线程到达后屏障打开，可执行一个Runnable（屏障动作），支持重复使用（reset()重置计数器）。Semaphore（信号量）控制同时访问资源的线程数，构造时指定许可数（如permits=3），线程调用acquire()获取许可（许可数减1），release()释放许可（许可数加1）。JVM内存区域分为：程序计数器（记录当前线程执行的字节码行号，唯一无OOM的区域）、Java虚拟机栈（每个方法对应一个栈帧，存储局部变量表、操作数栈等，异常：StackOverflowError（栈深度超限制）、OutOfMemoryError（栈扩展失败））、本地方法栈（为本地方法服务，与虚拟机栈类似）、堆（存储对象实例和数组，最大的内存区域，异常：OutOfMemoryError）、方法区（存储类信息、常量、静态变量等，JDK7前为永久代（PermGen），JDK8后为元空间（MetaSpace，使用本地内存），异常：OutOfMemoryError）。堆的分代收集理论：对象朝生夕灭（年轻代）、少数对象存活（老年代）。年轻代分为Eden区和两个Survivor区（S0、S1，默认比例8:1:1），新对象优先分配在Eden区，MinorGC（YoungGC）时回收Eden和Survivor中存活的对象（复制到另一个Survivor区，年龄+1，年龄≥阈值（默认15）则进入老年代）。老年代存储长期存活的对象或大对象（超过-XX:PretenureSizeThreshold的对象直接进入老年代），触发FullGC（MajorGC）的场景：老年代空间不足、永久代/元空间不足、显式调用System.gc()（可能触发）。类加载机制分为加载、链接（验证、准备、解析）、初始化三个阶段。加载：通过类加载器将class文件加载到内存，提供Class对象；验证：检查字节码格式、语义等是否合法；准备：为静态变量分配内存并设置初始值（如int初始为0，引用初始为null）；解析：将符号引用替换为直接引用（如类、方法的引用）；初始化：执行类构造器<clinit>()方法（静态变量赋值和静态代码块的合并），触发时机：new对象、调用静态方法/变量（非final）、反射获取类、主类（包含main方法的类）。双亲委派模型：类加载器收到加载请求时，先委托给父类加载器（引导类加载器→扩展类加载器→应用类加载器），父类无法加载时再自己加载。好处：避免重复加载（同一类由同一加载器加载）、保证核心类的安全性（如java.lang.String不会被自定义加载器篡改）。破坏双亲委派的场景：Tomcat的WebappClassLoader（每个Web应用有独立的类加载器，优先加载自己的类）、OSGi的模块化加载（动态加载/卸载类）。垃圾回收算法：标记-清除（Mark-Sweep）：标记存活对象，清除未标记对象，缺点是内存碎片；标记-复制（Mark-Copy）：将内存分为两块，标记存活对象复制到另一块，清空原块，适用于年轻代（存活少）；标记-整理（Mark-Compact）：标记存活对象，将其向一端移动，整理内存，适用于老年代（存活多）。垃圾收集器：Serial（年轻代，单线程，STW）、ParNew（年轻代，多线程，配合CMS使用）、ParallelScavenge（年轻代，多线程，目标是吞吐量（运行用户代码时间/(用户代码+GC时间)））；CMS（老年代，多线程，目标是低停顿，流程：初始标记（STW）→并发标记→重新标记（STW）→并发清除，缺点：内存碎片、浮动垃圾（并发标记时新产生的垃圾需下次收集））；G1（全堆收集，分Region（大小相等的区域），跟踪每个Region的回收价值（存活对象少），优先回收价值大的Region，流程：初始标记→并发标记→最终标记→筛选回收）；ZGC（低延迟，使用颜色指针和读屏障，停顿时间不超过10ms，支持TB级内存）。内存泄漏的场景：长生命周期对象持有短生命周期对象的引用（如静态集合保存临时对象）、ThreadLocal未remove()、未关闭的资源（如IO流、数据库连接）、监听器/回调未注销（如注册事件监听器后未移除）。排查方法：使用JProfiler、Arthas等工具提供堆转储文件（heapdump），分析对象引用链，定位未被回收的对象。SpringIOC（控制反转）的核心是将对象的创建、依赖注入交给容器管理，减少代码耦合。实现方式：通过BeanFactory（基础容器）或ApplicationContext（扩展容器，支持国际化、事件发布等）。依赖注入的方式：构造器注入（强制依赖）、setter注入（可选依赖）、字段注入（@Autowired）。AOP（面向切面编程）通过动态代理（JDK动态代理或CGLIB）将横切关注点（如日志、事务）与业务逻辑分离，核心概念：切面（Aspect）、连接点（JoinPoint）、切点（Pointcut）、通知（Advice：前置、后置、返回、异常、环绕）、引入（Introduction）、目标对象（Target）、代理（Proxy）、织入（Weaving）。Bean的生命周期：实例化（调用构造方法）→属性注入（依赖注入）→初始化前（@PostConstruct或BeanPostProcessor的postProcessBeforeInitialization）→初始化（实现InitializingBean的afterPropertiesSet或自定义init-method）→初始化后（BeanPostProcessor的postProcessAfterInitialization）→销毁前（@PreDestroy或DisposableBean的destroy或自定义destroy-method）→销毁。Bean的作用域：singleton（单例，默认，容器中仅一个实例）、prototype（原型，每次获取新实例）、request（HTTP请求作用域，仅Web环境）、session（HTTP会话作用域）、application（ServletContext作用域）。循环依赖的解决：Spring通过三级缓存（singletonObjects：单例池，存储已初始化完成的Bean；earlySingletonObjects：存储提前暴露的Bean（未完成初始化）；singletonFactories：存储Bean工厂，提供提前暴露的Bean）解决单例Bean的循环依赖。例如A依赖B，B依赖A：创建A时将A的工厂（()->getEarlyBeanReference）放入singletonFactories；A注入B时触发B的创建，B注入A时从A的工厂获取早期引用（放入earlySingletonObjects），B初始化完成后放入singletonObjects；A获取B后完成初始化，放入singletonObjects。注意：构造器注入和prototype作用域的循环依赖无法解决（构造器注入时无法提前暴露Bean，prototype不缓存）。Spring事务的传播行为：REQUIRED（默认，当前有事务则加入，无则新建）、REQUIRES_NEW（新建事务，挂起当前事务）、SUPPORTS（当前有事务则加入，无则非事务执行）、NOT_SUPPORTED（非事务执行，挂起当前事务）、MANDATORY（当前必须有事务，无则抛异常）、NEVER（当前必须无事务，有则抛异常）、NESTED（嵌套事务，基于保存点，回滚仅回滚嵌套部分）。隔离级别：DEFAULT（使用数据库默认，如MySQL的可重复读）、READ_UNCOMMITTED（读未提交，可能脏读）、READ_COMMITTED（读已提交，避免脏读）、REPEATABLE_READ（可重复读，避免不可重复读，MySQL默认）、SERIALIZABLE（串行化，最高隔离，避免幻读，性能低）。SpringMVC的执行流程：客户端发送请求→DispatcherServlet（前端控制器）接收→HandlerMapping（处理器映射）根据URL找到Handler（控制器方法）→HandlerAdapter（处理器适配器）调用Handler→Handler处理请求并返回ModelAndView→ViewResolver（视图解析器）解析视图名→View（视图）渲染数据→响应客户端。核心组件：DispatcherServlet、HandlerMapping、HandlerAdapter、ViewResolver、ModelAndView、View。@Autowired和@Resource的区别：@Autowired是Spring注解，默认按类型注入，可通过@Qualifier指定名称；@Resource是JSR-250注解（Java标准），默认按名称注入（name属性），无名称则按类型。@Autowired可用于构造器、方法、字段，@Resource用于字段和setter方法。SpringBoot自动配置的原理：@SpringBootApplication包含@EnableAutoConfiguration，该注解通过SpringFactoriesLoader加载META-INF/spring.factories中的自动配置类（如DataSourceAutoConfiguration）。每个自动配置类使用@Conditional系列注解（如@ConditionalOnClass（类存在时生效）、@ConditionalOnMissingBean（无该Bean时生效））判断是否生效，从而实现按需加载。开发者可通过perties配置参数覆盖默认值（如spring.datasource.url）。MyBatis动态SQL的常用标签：<iftest="条件">（条件判断）、<where>（自动处理AND/OR前缀）、<set>（自动处理逗号后缀）、<foreachcollection="集合"item="元素"open="("separator=","close=")">（遍历集合）、<choose><when><otherwise>（类似switch-case）。例如查询用户列表，可选参数姓名和年龄：<selectid="selectUsers"resultType="User">SELECTFROMuser<where><iftest="name!=null">name={name}</if><iftest="age!=null">ANDage={age}</if></where></select>{}和${}的区别：{}是预编译处理（PreparedStatement），防止SQL注入，将参数替换为占位符?；${}是字符串替换（Statement），直接拼接参数，用于表名、列名等动态字段（需手动过滤）。例如排序时使用${order}指定排序列：ORDERBY${order}。MyBatis一级缓存（SqlSession级）：同一SqlSession中查询相同语句（相同参数、相同Mapper方法）会缓存结果，SqlSession关闭或执行增删改（或手动clearCache()）时清空。二级缓存（Mapper级）：多个SqlSession共享，需在Mapper.xml中配置<cache/>，并开启全局缓存（mybatis.configuration.cache-enabled=true），缓存键为（namespace+sqlId+参数），适用于查询多、修改少的场景（如字典表）。MyBatis插件机制通过动态代理实现，可拦截Executor（执行器）、ParameterHandler（参数处理器）、ResultSetHandler（结果集处理器）、StatementHandler（语句处理器）的方法。自定义插件需实现Interceptor接口，使用@Intercepts和@Signature注解指定拦截的方法，通过代理对象增强功能（如分页插件PageHelper）。MyBatis与Hibernate的区别：MyBatis是半ORM（对象关系映射），需手动编写SQL，灵活性高，适合复杂查询；Hibernate是全ORM，自动提供SQL，封装性好，适合简单CRUD。MyBatis学习成本低（熟悉SQL即可），Hibernate需学习HQL和缓存机制。MyBatis性能可控（手动优化SQL），Hibernate可能因自动提供SQL性能低下（如N+1查询问题）。MySQL索引类型：主键索引（唯一标识，自动创建，InnoDB主键索引是聚簇索引，数据按主键顺序存储）、唯一索引（字段值唯一，允许多个null）、普通索引（无唯一性约束）、全文索引（用于文本搜索，MyISAM和InnoDB（5.6+）支持）、组合索引（多字段联合索引，遵循最左匹配原则）。索引优化原则：选择区分度高的字段（如用户ID比性别好）、避免在小基数字段（如状态字段）建索引、组合索引将高频查询字段放前面、覆盖索引（查询字段包含在索引中，避免回表）。事务的ACID特性：原子性（Atomicity，操作要么全成功要么全失败）、一致性（Consistency，从一个一致状态到另一个一致状态）、隔离性（Isolation，事务间互不干扰）、持久性（Durability，提交后数据永久保存）。隔离级别：读未提交（READUNCOMMITTED，允许脏读）、读已提交（READCOMMITTED，避免脏读，可能不可重复读，Oracle默认）、可重复读（REPEATABLEREAD，避免不可重复读，可能幻读，MySQL默认）、串行化（SERIALIZABLE，避免幻读，性能最差）。脏读（读取未提交的修改）、不可重复读（同一事务两次读取结果不同）、幻读（同一事务两次查询返回行数不同）。索引失效的场景：使用!=或<>（可能全表扫描）、字段参与计算（如WHEREage+1=20）、类型不匹配（如字符串字段用数字查询未加引号，导致全表扫描）、左模糊查询（LIKE'%abc'）、OR条件中有未索引的字段（如id=1ORname='a'，若name无索引则全表扫描）、组合索引不满足最左匹配（如索引(a,b,c)，查询b=1或c=1失效）、数据分布不均（如性别字段只有两个值，索引效果差）。慢查询优化步骤：开启慢查询日志（slow_query_log=ON，long_query_time=1），记录执行时间超过阈值的SQL；使用EXPLAIN分析慢SQL的执行计划（关注type（最好为const，最差为ALL）、key（使用的索引）、rows（扫描行数）、Extra（如Usingfilesort（文件排序）、Usingtemporary（临时表）））；优化索引（添加组合索引、覆盖索引）、重写SQL（避免子查询改用JOIN、减少OR条件）、分页优化（如记录上次查询的最大ID，使用WHEREid>last_idLIMIT10）。InnoDB和MyISAM的区别：InnoDB支持事务（默认可重复读）、行级锁（并发高）、外键约束；MyISAM不支持事务，表级锁（并发低），无外键。InnoDB的聚簇索引（主键索引）存储数据，辅助索引（非主键）存储主键值（需回表查询）；MyISAM的索引和数据分开存储（非聚簇索引）。InnoDB有MVCC（多版本并发控制），MyISAM无。InnoDB适合高并发、事务场景（如订单系统），MyISAM适合读多写少、无事务场景（如日志表）。分库分表的策略：垂直分库（按业务拆分，如用户库、订单库）、垂直分表（按字段拆分，如用户表拆分为用户基本信息表和用户详细信息表）、水平分库（按规则（如ID取模、范围）将数据分散到不同库）、水平分表（将大表拆分为多个小表，如order_1、order_2）。路由算法：哈希取模（简单，扩容需数据迁移）、范围划分（如ID1-1000到表1，1001-2000到表2，扩容方便，数据分布不均）、雪花算法（提供全局唯一ID，包含时间戳、机器ID等，可按时间范围分库）。单例模式的实现：饿汉式（类加载时创建，线程安全）：publicclassSingleton{privatestaticfinalSingletonINSTANCE=newSingleton();privateSingleton(){}publicstaticSingletongetInstance(){returnINSTANCE;}}懒汉式（线程不安全，多线程下可能创建多个实例）：publicclassSingleton{privatestaticSingletonINSTANCE;privateSingleton(){}publicstaticSingletongetInstance(){if(INSTANCE==null){INSTANCE=newSingleton();}returnINSTANCE;}}线程安全的懒汉式（synchronized，效率低）：publicstaticsynchronizedSingletongetInstance(){if(INSTANCE==null){INSTANCE=newSingleton();}returnINSTANCE;}双重检查锁定（DCL，线程安全，效率高，需volatile防止指令重排）：publicclassSingleton{privatestaticvolatileSingletonINSTANCE;//volatile禁止指令重排privateSingleton(){}publicstaticSingletongetInstance(){if(INSTANCE==null){//第一次检查，减少锁竞争synchronized(Singleton.class){if(INSTANCE==null){//第二次检查，防止多线程同时通过第一次检查INSTANCE=newSingleton();}}}returnINSTANCE;}}枚举式（最安全，线程安全，防止反射和反序列化攻击）：publicenumSingleton{INSTANCE;publicvoidmethod(){}}工厂模式：简单工厂（静态工厂，根据参数创建不同对象，违反开闭原则）：publicclassSimpleFactory{publicstaticProductcreateProduct(Stringtype){if("A".equals(type)){returnnewProductA();}elseif("B".equals(type)){returnnewProductB();}thrownewIllegalArgumentException("无效类型");}}工厂方法（每个产品对应一个工厂，符合开闭原则）：publicinterfaceFactory{ProductcreateProduct();}publicclassProductAFactoryimplementsFactory{publicProductcreateProduct(){returnnewProductA();}}抽象工厂（创建产品族，如不同操作系统的按钮和文本框）：publicinterfaceAbstractFactory{ButtoncreateButton();TextBoxcreateTextBox();}publicclassWindowsFactoryimplementsAbstractFactory{publicButtoncreateButton(){returnnewWindowsButton();}publicTextBoxcreateTextBox(){returnnewWindowsTextBox();}}代理模式：静态代理（编译期提供，代理类和目标类实现同一接口）：publicinterfaceSubject{voidrequest();}publicclassRealSubjectimplementsSubject{publicvoidrequest(){System.out.println("真实对象处理请求");}}publicclassStaticProxyimplementsSubject{privateSubjectrealSubject;publicStaticProxy(SubjectrealSubject){this.realSubject=realSubject;}publicvoidrequest(){System.out.println("代理前处理");realSubject.request();System.out.println("代理后处理");}}动态代理（JDK动态代理，基于接口，通过InvocationHandler实现）：publicclassJdkProxyimplementsInvocationHandler{privateObjecttarget;publicJdkProxy(Objecttarget){this.target=target;}publicObjectinvoke(O