高频java基础面试题及答案

高频java基础面试题及答案Java跨平台的原理是什么？Java程序的跨平台性依赖于Java虚拟机（JVM）的存在。开发者编写的Java源代码会被编译成与平台无关的字节码文件（.class），不同平台的JVM会将字节码文件翻译成对应操作系统能识别的机器指令。因此，只要目标设备安装了对应版本的JVM，同一个字节码文件就能在不同操作系统上运行。这种“一次编写，到处运行”的特性，核心在于JVM对字节码的解析执行，而非Java语言本身跨平台。JDK、JRE、JVM三者的区别是什么？JDK（JavaDevelopmentKit）是Java开发工具包，包含JRE和开发工具（如javac编译器、jdb调试器、javadoc文档提供工具等），是开发者使用的核心工具集。JRE（JavaRuntimeEnvironment）是Java运行时环境，包含JVM和运行Java程序所需的核心类库（如java.lang、java.util等），用于运行已编译的Java程序。JVM（JavaVirtualMachine）是Java虚拟机，负责执行字节码并与操作系统交互，是Java跨平台的关键。三者关系为：JDK包含JRE，JRE包含JVM。基本数据类型和引用数据类型有什么区别？Java中数据类型分为基本类型（PrimitiveType）和引用类型（ReferenceType）。基本类型共有8种，包括4种整数型（byte、short、int、long）、2种浮点型（float、double）、1种字符型（char）和1种布尔型（boolean）。基本类型变量直接存储值，内存分配在栈中（除long和double外，其他基本类型在栈中占固定大小）。引用类型包括类、接口、数组，变量存储的是对象的内存地址（引用），对象本身存储在堆中。引用类型默认值为null，基本类型有各自的默认值（如int默认0，boolean默认false）。此外，基本类型的运算效率通常高于引用类型，因为无需寻址操作。面向对象的三大特性是什么？各自的含义是什么？面向对象的三大核心特性是封装、继承、多态。封装指将对象的属性和方法隐藏在内部，仅通过公开接口（如getter/setter方法）对外提供访问，限制外部直接操作内部状态，提高安全性和可维护性。例如，类中私有属性通过公共方法修改。继承允许一个类（子类）继承另一个类（父类）的属性和方法，子类可扩展新功能或重写父类方法，实现代码复用。Java中通过extends关键字实现单继承（类），但接口支持多继承。多态指同一行为在不同对象上表现出不同形态，分为编译时多态（方法重载，Overload）和运行时多态（方法重写，Override）。运行时多态的实现依赖继承、方法重写和父类引用指向子类对象（如Animala=newCat()），调用方法时实际执行子类重写后的逻辑。重载（Overload）和重写（Override）的区别是什么？重载发生在同一个类中，指多个方法具有相同的方法名但参数列表不同（参数类型、数量或顺序不同），与返回值类型无关。编译器根据调用时传入的参数类型和数量匹配具体方法，属于编译时多态。例如：publicvoidprint(inta)和publicvoidprint(Strings)是重载。重写发生在子类和父类之间，子类重新定义父类中具有相同方法签名（方法名、参数列表、返回值类型完全相同）的方法，用于实现子类特有的行为。重写需满足：子类方法访问权限不能小于父类（如父类方法是protected，子类不能是默认或private）；子类方法不能抛出比父类更宽泛的异常（运行时异常除外）。重写是运行时多态的体现，调用时根据实际对象类型执行对应方法。抽象类和接口的区别是什么？抽象类使用abstract关键字声明，可包含抽象方法（无方法体）和具体方法（有方法体）。接口在Java8前只能定义抽象方法和常量（publicstaticfinal），Java8后支持默认方法（default）和静态方法（static），Java9后支持私有方法。类只能继承一个抽象类，但可实现多个接口。抽象类中的成员变量可以是任意访问修饰符（private、protected、public），接口中的变量默认是publicstaticfinal（必须初始化）。抽象类的设计目的是为子类提供公共模板，共享部分实现；接口的设计目的是定义行为规范，实现多继承能力。例如，抽象类Animal可定义run()抽象方法和eat()具体方法，而接口Flyable定义fly()方法，鸟类可继承Animal并实现Flyable。String、StringBuilder、StringBuffer的区别是什么？String是不可变类，底层使用final修饰的char数组（JDK9后改为byte数组）存储字符，每次对String的修改操作（如拼接、替换）都会提供新的String对象，性能较低。StringBuilder和StringBuffer是可变类，底层数组可扩容，修改操作在原对象上进行，性能更高。StringBuffer的方法使用synchronized修饰，是线程安全的；StringBuilder未加锁，线程不安全但性能更优。因此，单线程环境下字符串频繁修改推荐使用StringBuilder，多线程环境下使用StringBuffer，字符串不修改或少量修改时使用String。HashMap的底层实现是什么？JDK7和JDK8有哪些区别？HashMap基于哈希表实现，通过键的哈希值确定存储位置，解决哈希冲突的方式是链地址法。JDK7中，HashMap的底层结构是“数组+链表”：数组是Entry类型的哈希桶（table），每个Entry包含key、value、hash和next指针（指向链表下一个节点）。当插入元素时，计算key的hashCode()并通过扰动函数（二次哈希）减少碰撞，然后用(n-1)&hash计算桶索引。若该位置已有元素，通过链表追加。JDK8对底层结构进行了优化：1.数据结构改为“数组+链表+红黑树”，当链表长度≥8且数组长度≥64时，链表转换为红黑树（查询时间复杂度从O(n)降至O(logn)）；当红黑树节点数≤6时，退化为链表。2.哈希扰动函数简化，JDK7中hash()方法进行了4次位运算+5次异或，JDK8简化为(h=key.hashCode())^(h>>>16)，仅一次异或，减少计算开销。3.插入方式从JDK7的头插法（新节点插入链表头部）改为JDK8的尾插法（新节点插入链表尾部），避免多线程扩容时的链表成环问题（但HashMap本身仍非线程安全）。4.扩容机制优化，JDK7扩容时重新计算每个元素的哈希值和索引，JDK8通过判断原索引+旧容量是否等于新索引（因为扩容是2的幂次，新容量是旧的2倍），避免重复计算哈希。ConcurrentHashMap如何实现线程安全？JDK7和JDK8的差异是什么？ConcurrentHashMap是线程安全的哈希表，JDK7和JDK8的实现机制不同。JDK7采用“分段锁（Segment）”机制，继承ReentrantLock的Segment类作为锁的基本单元，每个Segment对应一个哈希桶的子集（默认16个Segment）。当操作不同Segment时，锁互不影响，提高并发度。每个Segment内部维护一个HashEntry数组，插入、删除等操作需获取对应Segment的锁。JDK8放弃了分段锁，改为“CAS+synchronized”的轻量级锁机制：1.底层结构与HashMap相同（数组+链表+红黑树），以节点（Node）为锁的基本单位。2.插入元素时，首先通过CAS尝试插入（比较并交换），若CAS失败（说明有竞争），则使用synchronized锁定该节点所在的链表头或红黑树的根节点。3.扩容时采用多线程协作机制，每个线程处理一部分旧数组的迁移，通过sizeCtl变量标记扩容状态，避免阻塞其他线程。JDK8的优化减少了锁的粒度（从Segment到单个节点），降低了锁竞争，同时利用synchronized的锁升级（偏向锁→轻量级锁→重量级锁）提高性能，并发度和吞吐量优于JDK7的分段锁。ArrayList和LinkedList的区别是什么？ArrayList基于动态数组实现，支持随机访问（通过索引O(1)时间获取元素），但插入和删除操作（尤其在中间位置）需要移动元素，时间复杂度O(n)。默认初始容量为10，当元素超过容量时触发扩容（新容量=旧容量×1.5），扩容需复制数组，性能有一定损耗。LinkedList基于双向链表实现（JDK1.6前为循环链表，后改为双向链表），每个节点包含前驱（prev）和后继（next）指针。插入和删除操作只需修改相邻节点的指针（O(1)时间，若已知节点位置），但随机访问需遍历链表（O(n)时间）。此外，LinkedList还实现了Deque接口，支持队列和双端队列操作（如addFirst()、removeLast()）。因此，若频繁随机访问元素，选ArrayList；若频繁插入/删除（尤其在两端），选LinkedList。Error和Exception的区别是什么？运行时异常和检查型异常的区别？Error和Exception都继承自Throwable类。Error表示JVM无法处理的严重错误（如OutOfMemoryError、StackOverflowError、NoClassDefFoundError），通常由系统级问题引起，程序无法捕获或恢复，应避免尝试处理。Exception表示程序可处理的异常，分为运行时异常（RuntimeException及其子类）和检查型异常（非RuntimeException的Exception子类）。运行时异常（如NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException、IllegalArgumentException）由程序逻辑错误导致，编译器不强制要求处理（可捕获也可不捕获）。检查型异常（如IOException、SQLException、ClassNotFoundException）由外部因素（如文件不存在、数据库连接失败）引起，编译器强制要求显式处理（通过try-catch捕获或throws声明抛出）。try-catch-finally中，如果catch块有return语句，finally块会执行吗？执行顺序是怎样的？finally块中的代码一定会执行（除非在try或catch块中调用System.exit(0)终止JVM）。若catch块中有return语句，执行顺序为：执行try块→出现异常→跳转到对应的catch块→执行catch块中return前的代码→执行finally块→回到catch块执行return。需要注意，若finally块中修改了变量值，可能影响返回结果。例如：```javapublicinttest(){inti=1;try{i=2;thrownewRuntimeException();}catch(Exceptione){i=3;intresult=i;returnresult;//此时result=3}finally{i=4;//修改i的值，但不影响已确定的返回值result}}//最终返回3，而非4```若finally块中也有return语句，则会覆盖catch块的return，直接返回finally中的结果（不推荐，可能导致异常被吞）。线程的生命周期有哪些状态？如何转换？Java线程的生命周期包含6种状态（Thread.State枚举）：1.NEW（新建）：线程被创建但未调用start()方法。2.RUNNABLE（可运行）：调用start()后进入，包括操作系统中的“就绪”（等待CPU调度）和“运行中”状态。3.BLOCKED（阻塞）：线程等待获取监视器锁（如进入synchronized修饰的方法/代码块时未获取到锁）。4.WAITING（无限等待）：线程调用wait()（无超时参数）、join()（无超时参数）或LockSupport.park()后进入，需其他线程调用notify()/notifyAll()或unpark()唤醒。5.TIMED_WAITING（计时等待）：调用sleep(long)、wait(long)、join(long)或parkNanos(long)/parkUntil(long)后进入，超时或被唤醒后回到RUNNABLE。6.TERMINATED（终止）：线程执行完毕或因异常退出。状态转换示例：NEW→start()→RUNNABLE→获取不到锁→BLOCKED→获取锁→RUNNABLE→调用wait()→WAITING→其他线程notify()→RUNNABLE→调用sleep(1000)→TIMED_WAITING→超时→RUNNABLE→执行完毕→TERMINATED。synchronized和Lock的区别是什么？synchronized是Java关键字，Lock是java.util.concurrent.locks包下的接口（如ReentrantLock实现）。主要区别：1.锁的获取与释放：synchronized是隐式锁，进入同步块自动获取锁，退出（正常或异常）自动释放。Lock需显式调用lock()获取锁，unlock()释放（通常在finally块中调用）。2.锁的特性：synchronized是非公平锁（不保证等待线程的获取顺序），Lock可通过构造函数指定公平锁（按等待队列顺序获取）或非公平锁。Lock支持可中断获取（lockInterruptibly()）、尝试获取（tryLock()）和超时获取（tryLock(long,TimeUnit)），synchronized无法中断，只能等待锁释放。3.锁的粒度：synchronized锁定的是对象（实例锁）或类（类锁），锁粒度较粗。Lock支持更细粒度的锁分离（如ReentrantReadWriteLock的读锁和写锁），允许多个读线程同时访问，写线程独占。4.性能：早期版本synchronized性能较差（重量级锁），但JDK6后引入锁升级（偏向锁→轻量级锁→重量级锁）优化，性能与Lock接近。高竞争场景下，Lock的可中断、尝试获取等特性更灵活。volatile的作用是什么？volatile是轻量级的同步机制，用于保证变量的可见性和禁止指令重排序，但不保证原子性。可见性指当一个线程修改了volatile变量的值，其他线程能立即看到最新值（通过内存屏障实现，禁止CPU缓存，直接读写主内存）。指令重排序指编译器或CPU为优化性能重新排列指令顺序，可能导致多线程环境下的逻辑错误。volatile通过插入内存屏障（LoadLoad、StoreStore等）禁止编译器和CPU对volatile变量的读写操作进行重排序。例如，单例模式的双重检查锁定（DCL）中，需将实例变量声明为volatile，防止指令重排序导致其他线程获取到未初始化的实例。但volatile无法保证复合操作的原子性（如i++包含读取、修改、写入三步），此时需使用AtomicInteger或synchronized。线程池的核心参数有哪些？工作流程是怎样的？线程池通过ThreadPoolExecutor创建，核心参数包括：1.corePoolSize（核心线程数）：线程池长期保留的线程数，即使空闲也不会销毁（除非设置allowCoreThreadTimeOut为true）。2.maximumPoolSize（最大线程数）：线程池允许的最大线程数，核心线程数+临时线程数（临时线程在空闲时间超过keepAliveTime后销毁）。3.keepAliveTime（存活时间）：临时线程的空闲存活时间，超时后销毁。4.unit（时间单位）：keepAliveTime的单位（如TimeUnit.SECONDS）。5.workQueue（任务队列）：存储待执行任务的阻塞队列，常用类型有ArrayBlockingQueue（有界）、LinkedBlockingQueue（无界/有界）、SynchronousQueue（无缓冲，直接提交）、PriorityBlockingQueue（优先级队列）。6.threadFactory（线程工厂）：创建线程的工厂，可自定义线程名称、优先级等。7.handler（拒绝策略）：当任务队列已满且线程数达到maximumPoolSize时，对新任务的处理策略，默认是AbortPolicy（抛出RejectedExecutionException），还包括CallerRunsPolicy（调用者线程执行）、DiscardPolicy（丢弃任务）、DiscardOldestPolicy（丢弃队列中最旧任务）。工作流程：提交任务→若当前线程数<corePoolSize，创建新线程执行任务→若≥corePoolSize，将任务加入workQueue→若workQueue已满且当前线程数<maximumPoolSize，创建临时线程执行任务→若workQueue已满且线程数≥maximumPoolSize，触发拒绝策略。JVM的内存结构分为哪些部分？各自的作用是什么？JVM内存结构（运行时数据区）包括以下部分：1.程序计数器（ProgramCounterRegister）：较小的内存空间，存储当前线程执行的字节码指令的地址（行号）。线程私有，用于线程切换后恢复执行位置。2.虚拟机栈（JavaVirtualMachineStack）：线程私有，每个方法调用对应一个栈帧（包含局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等）。存储基本类型变量、对象引用和returnAddress。若线程请求的栈深度超过最大值，抛出StackOverflowError；若栈扩展失败，抛出OutOfMemoryError。3.本地方法栈（NativeMethodStack）：与虚拟机栈类似，用于执行本地方法（如用C/C++编写的方法）。HotSpot虚拟机将其与虚拟机栈合并。4.堆（Heap）：所有线程共享，存储对象实例和数组。JVM管理的最大内存区域，可通过-Xms（初始大小）和-Xmx（最大大小）设置。堆是垃圾回收（GC）的主要区域，分为新生代（Eden区、Survivor0、Survivor1）和老年代（Tenured区）。5.方法区（MethodArea）：线程共享，存储类信息（如类名、父类、接口、方法字节码）、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等。JDK7前方法区实现为永久代（PermGen），使用堆内存；JDK8后改为元空间（MetaSpace），使用本地内存（NativeMemory），避免永久代的内存溢出问题。6.运行时常量池（RuntimeConstantPool）：方法区的一部分，存储编译期提供的字面量（如字符串、数字）和符号引用（如类名、方法名、字段名），运行时可动态添加（如Sern()）。类加载的过程分为哪几个阶段？各阶段的任务是什么？类加载过程分为加载、链接（验证、准备、解析）、初始化三个阶段。1.加载：通过类加载器（ClassLoader）将类的字节码文件（如.class）加载到内存，提供java.lang.Class对象。加载的字节码来源可以是本地文件、网络、动态提供（如Proxy）等。2.链接：验证：确保字节码文件符合JVM规范，防止恶意或错误代码。包括文件格式验证（如魔数0xCAFEBABE）、元数据验证（如父类是否存在）、字节码验证（指令合法性）、符号引用验证（如方法是否存在）。准备：为类的静态变量（static）分配内存并设置初始值（如int类型初始为0，引用类型为null）。静态常量（staticfinal）在编译时确定值，准备阶段直接赋值。解析：将符号引用（如“java/lang/Object”）替换为直接引用（内存地址）。解析可发生在初始化阶段之后（延迟解析），支持动态绑定。3.初始化：执行类的初始化代码（静态变量赋值和静态代码块），由JVM自动调用<clinit>()方法。初始化触发时机包括：实例化类、调用静态方法、访问静态变量（非final）、反射调用类、初始化子类（父类先初始化）、主类（包含main方法的类）启动时。常见的垃圾回收算法有哪些？各自的优缺点是什么？常见的垃圾回收（GC）算法包括：1.标记-清除（Mark-Sweep）：首先标记所有需要回收的对象（可达性分析：从GCRoots出发，标记不可达对象），然后清除标记的对象。优点是实现简单，无需移动对象。缺点是会产生内存