高频java工程师面试题及答案

高频java工程师面试题及答案Java基本数据类型包括byte（1字节）、short（2字节）、int（4字节）、long（8字节）、float（4字节）、double（8字节）、char（2字节）、boolean（未明确定义，通常认为1位或1字节）。基本数据类型存储在栈中（除long和double外，部分JVM可能将其存储为64位），而包装类是对象，存储在堆中。自动装箱（如Integeri=10）和拆箱（intj=i）由编译器自动提供代码完成，但需注意空指针问题——当包装类对象为null时，拆箱会抛出NullPointerException。例如，Integera=null;intb=a;会直接报错。String、StringBuilder、StringBuffer的核心区别在于可变性和线程安全性。String内部使用finalchar[]value存储，因此不可变，每次修改都会提供新对象；StringBuilder内部使用非final的char[]，支持可变操作，且无同步机制，线程不安全；StringBuffer的方法大多被synchronized修饰，线程安全，但性能略低于StringBuilder。实际开发中，单线程字符串拼接推荐StringBuilder（如循环内拼接），多线程环境用StringBuffer，而字符串常量拼接（如"a"+"b"）编译器会优化为String，避免频繁创建对象。面向对象的四大特性是封装、继承、多态、抽象。封装通过访问控制符（private、protected、public）隐藏内部实现，仅暴露必要接口；继承允许子类复用父类代码，通过extends关键字实现，但需注意Java单继承限制（类只能继承一个父类，可实现多个接口）；多态表现为同一方法在不同对象上有不同行为，依赖继承、重写和父类引用指向子类对象（如Animala=newCat();a.speak()）；抽象通过抽象类（含抽象方法）或接口定义规范，强制子类实现具体逻辑。例如，定义Shape抽象类包含area()方法，Circle和Rectangle子类各自实现计算面积的逻辑，体现抽象与多态。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不同（参数类型、个数、顺序），与返回值和访问修饰符无关（如publicvoidtest(inta)和publicStringtest(Stringb)构成重载）；重写发生在子类与父类之间，方法名、参数列表、返回值（协变返回类型允许子类返回值是父类返回值的子类）必须相同，访问修饰符不能比父类更严格（父类protected，子类不能是private），且不能重写父类的final、static方法（static方法属于类，子类重写实际是隐藏）。例如，Object的equals方法被String重写，实现内容比较而非引用比较。接口（Interface）和抽象类（AbstractClass）的设计目的不同：接口是对行为的抽象，定义“能做什么”，类可实现多个接口；抽象类是对结构的抽象，定义“是什么”，类只能继承一个抽象类。接口中的方法默认是publicabstract（Java8前），Java8后支持default和static方法；抽象类中可包含普通方法、抽象方法、成员变量。接口的变量默认是publicstaticfinal（常量）；抽象类的变量可以是任意访问修饰符。例如，定义Fly接口包含fly()方法，Bird和Plane类实现该接口；而Animal抽象类包含name属性和抽象方法eat()，Dog和Cat子类继承并实现eat()。异常处理中，Throwable是所有异常的父类，分为Error（JVM无法处理的严重问题，如OutOfMemoryError、StackOverflowError，不可捕获）和Exception（可处理的异常）。Exception又分为RuntimeException（运行时异常，如NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException，可捕获可不捕获）和检查型异常（CheckedException，如IOException、SQLException，必须显式处理）。try-with-resources是Java7引入的语法，用于自动关闭实现AutoCloseable接口的资源（如文件流、数据库连接），避免资源泄漏。例如：try(FileInputStreamfis=newFileInputStream("test.txt")){...}会自动调用fis.close()，即使发生异常。泛型的作用是在编译期提供类型安全检查，避免运行时类型转换异常。类型擦除是泛型的实现机制，编译后的字节码中泛型信息会被擦除，替换为上限类型（无限制时为Object）。例如，List<String>和List<Integer>在运行时是相同的Class对象（List.class）。泛型方法通过<T>声明，可定义在普通类或泛型类中；泛型类通过类名后加<T>声明。通配符包括？（无界通配符，如List<?>）、?extendsT（上界通配符，允许T及其子类）、?superT（下界通配符，允许T及其父类）。例如，使用List<?extendsNumber>接收List<Integer>或List<Double>，但无法添加元素（除null），因为无法确定具体类型；而List<?superInteger>可添加Integer及其子类对象，但取出时只能作为Object处理。反射机制允许程序在运行时获取类的信息（如字段、方法、构造器）并操作对象。核心类包括Class（表示类的元数据）、Field（字段）、Method（方法）、Constructor（构造器）。获取Class对象的方式有：类名.class（如User.class）、对象.getClass()（如newUser().getClass()）、Class.forName("全类名")（如Class.forName("com.example.User")）。反射的应用场景包括框架（如Spring通过反射实例化Bean）、注解处理（如JUnit通过反射调用测试方法）、动态代理（如JDK动态代理基于反射实现）。但反射会绕过编译期检查，可能破坏封装性，且性能低于直接调用（可通过设置setAccessible(true)提高访问效率，但受安全管理器限制）。线程的创建方式有三种：继承Thread类（重写run()方法）、实现Runnable接口（重写run()，传入Thread构造器）、实现Callable接口（重写call()，可返回结果并抛出异常，通过FutureTask包装后传入Thread）。其中，Runnable和Callable更推荐，因为Java单继承限制，继承Thread会导致无法继承其他类。线程的生命周期包括新建（NEW）、就绪（RUNNABLE，等待CPU调度）、运行（RUNNING，实际执行）、阻塞（BLOCKED，等待锁）、等待（WAITING，调用wait()/join()无超时）、超时等待（TIMED_WAITING，调用sleep(time)/wait(time)/join(time)）、终止（TERMINATED）。注意，Java线程状态由Thread.State枚举定义，其中RUNNABLE包含操作系统中的运行态和就绪态，BLOCKED仅指等待监视器锁的状态。synchronized和Lock的区别主要体现在以下方面：synchronized是关键字，JVM层面实现，自动释放锁（同步块/方法执行完毕或异常退出）；Lock是接口（如ReentrantLock），用户手动释放（需在finally中调用unlock()）。synchronized是非公平锁（默认不保证等待线程获取锁的顺序），Lock可通过构造函数指定公平锁（ReentrantLock(true)）。synchronized不可中断，除非抛出异常；Lock的lockInterruptibly()方法支持可中断获取锁。synchronized只能有一个等待队列；Lock通过Condition可创建多个等待队列（如生产者-消费者模型中，用不同Condition控制生产和消费线程的等待）。性能方面，早期synchronized因重量锁效率低，但JDK6引入偏向锁、轻量级锁、自旋锁优化后，与Lock性能接近，高竞争场景下Lock更灵活。volatile的作用是保证可见性和禁止指令重排。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，写操作后添加Store屏障，读操作前添加Load屏障，强制从主内存读写）。指令重排是JVM为优化性能对指令顺序的调整，volatile变量通过内存屏障禁止编译器和处理器对其相关指令重排。但volatile不保证原子性，例如i++（读取-修改-写入三步操作）在多线程下仍会出现数据不一致。适用场景：状态标志（如booleanisRunning）、单例模式的双重检查锁定（DCL）中防止指令重排导致的空指针（需将实例变量声明为volatile）。线程池的核心参数包括corePoolSize（核心线程数，即使空闲也保留）、maximumPoolSize（最大线程数）、keepAliveTime（非核心线程空闲超时时间）、unit（时间单位）、workQueue（工作队列，存储待执行任务）、threadFactory（线程工厂，创建工作线程）、handler（拒绝策略，任务无法处理时的处理方式）。工作队列常见类型：ArrayBlockingQueue（有界，需指定容量）、LinkedBlockingQueue（无界/有界，无界可能导致OOM）、SynchronousQueue（无缓冲，直接提交给线程）、PriorityBlockingQueue（优先队列，按任务优先级排序）。拒绝策略包括AbortPolicy（默认，抛出RejectedExecutionException）、CallerRunsPolicy（调用者线程执行任务）、DiscardPolicy（丢弃任务）、DiscardOldestPolicy（丢弃队列中最旧任务）。线程池的使用场景：控制资源消耗（避免频繁创建销毁线程）、提高响应速度（任务到达时直接使用空闲线程）、统一管理线程（监控、调优）。AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java并发包的基础框架，通过维护一个volatileintstate（同步状态）和一个FIFO等待队列（CLH队列的变种）实现锁和同步工具。子类需重写tryAcquire(int)、tryRelease(int)（独占模式）或tryAcquireShared(int)、tryReleaseShared(int)（共享模式）来定义状态变更逻辑。ReentrantLock（独占锁）、CountDownLatch（共享锁）、Semaphore（共享锁）等均基于AQS实现。例如，ReentrantLock的公平锁实现中，tryAcquire方法会检查等待队列是否有前驱节点，确保先到先得；非公平锁则直接尝试CAS修改state，提高吞吐量。CountDownLatch和CyclicBarrier的区别：CountDownLatch是减计数，构造时指定计数器值（count），线程调用countDown()递减，await()等待计数器到0；计数器不可重置，适用于一个/多个线程等待其他线程完成操作（如主线程等待所有子线程初始化完成）。CyclicBarrier是加计数，构造时指定parties（需等待的线程数），线程调用await()等待，当到达parties个线程时，触发barrierAction（可选，由最后一个到达的线程执行）；计数器可通过reset()重置，适用于多线程任务分步执行（如多个线程处理数据分片，全部完成后合并结果）。例如，5个线程处理不同文件，全部处理完成后由CyclicBarrier触发合并操作，合并后可重置Barrier处理下一批文件。死锁的四个必要条件：互斥（资源同一时间只能被一个线程占用）、请求与保持（线程持有资源并请求其他资源）、不可抢占（资源只能由持有者释放）、循环等待（线程A等线程B的资源，线程B等线程A的资源）。解决方法包括破坏其中一个条件：破坏互斥（不可行，因部分资源本身互斥）、破坏请求与保持（一次性申请所有资源）、破坏不可抢占（允许抢占，如使用Lock的tryLock(timeout)）、破坏循环等待（按固定顺序申请资源）。排查工具：jstack命令可提供线程dump，查看是否有死锁信息；JConsole的线程标签可可视化线程状态及锁持有情况。CAS（Compare-And-Swap）是乐观锁的实现，包含三个操作数：内存位置（V）、预期旧值（A）、新值（B）。当V等于A时，将V更新为B，否则不操作。CAS通过Unsafe类的native方法（如compareAndSwapInt）实现，属于CPU指令级别的原子操作。但CAS存在ABA问题（V的值从A→B→A，此时CAS认为未修改），可通过版本号（如AtomicStampedReference，存储值和版本号）或时间戳解决。另外，CAS在高竞争场景下可能导致自旋次数过多（如多个线程反复修改同一变量），增加CPU开销，此时更适合使用锁（如synchronized）。JVM内存模型分为堆、栈（虚拟机栈和本地方法栈）、方法区、程序计数器。堆（Heap）是最大的内存区域，所有对象实例和数组在此分配，被所有线程共享，是GC的主要区域（分为新生代Eden、Survivor区和老年代）。虚拟机栈（JavaVirtualMachineStacks）每个线程独有，存储栈帧（局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口），每个方法调用对应一个栈帧入栈，方法返回则出栈；若栈深度超过限制（如递归未终止），抛出StackOverflowError。本地方法栈与虚拟机栈类似，用于本地方法（native方法）。方法区（MethodArea）存储类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等，JDK7前是永久代（PermGen），JDK8后改为元空间（MetaSpace，使用本地内存）。程序计数器（ProgramCounterRegister）记录当前线程执行的字节码行号，线程私有，唯一无OOM的区域。类加载过程分为加载、连接（验证、准备、解析）、初始化三个阶段。加载阶段：通过类加载器将.class文件的二进制流读入内存，提供Class对象。连接的验证阶段：检查字节码格式、语义、符号引用等是否合法；准备阶段：为类静态变量分配内存并设置初始值（如int类型初始为0，引用类型为null）；解析阶段：将符号引用（如字符串形式的类名）替换为直接引用（内存地址）。初始化阶段：执行类构造器<clinit>()方法（由编译器收集静态变量赋值和静态代码块的顺序提供），按父类到子类的顺序初始化。类加载的触发条件包括：new实例化对象、访问类静态变量/方法、反射调用类、主类（包含main方法的类）启动。双亲委派模型的工作流程：类加载器收到加载请求时，先委托给父类加载器（非继承关系，是组合关系），父类加载器继续向上委托，直到启动类加载器（BootstrapClassLoader）；若父类加载器无法加载（如不在其加载路径），则当前类加载器尝试加载。优势：避免类的重复加载（如java.lang.Object只会被Bootstrap加载器加载一次），防止核心类被篡改（如用户自定义的java.lang.String会被父类加载器拦截，使用JDK的String）。自定义类加载器需重写findClass()方法，避免破坏双亲委派（若需破坏，可重写loadClass()）。垃圾回收的标记算法有引用计数法（对象有引用时计数+1，无引用时-1，计数为0时回收，无法处理循环引用）和可达性分析（从GCRoots对象出发，标记不可达的对象为可回收）。GCRoots包括：虚拟机栈中局部变量引用的对象、方法区中静态变量引用的对象、方法区中常量引用的对象、本地方法栈中native方法引用的对象。回收算法有标记-清除（Mark-Sweep，标记后清除，产生内存碎片）、标记-复制（Mark-Copy，将存活对象复制到另一块区域，适用于新生代，Eden和Survivor区的8:1:1分配）、标记-整理（Mark-Compact，标记后将存活对象移动到内存一端，适用于老年代）。常见的垃圾收集器：Serial（单线程，新生代，标记-复制，适合客户端）、ParallelScavenge（多线程，新生代，标记-复制，关注吞吐量）、SerialOld（单线程，老年代，标记-整理，配合Serial或作为CMS的后备）、ParallelOld（多线程，老年代，标记-整理，配合ParallelScavenge）、CMS（ConcurrentMarkSweep，多线程，老年代，标记-清除，关注停顿时间，流程：初始标记→并发标记→重新标记→并发清除，缺点是内存碎片和浮动垃圾）、G1（Garbage-First，分代不分区，将堆划分为多个Region，优先回收价值高的Region，标记-整理+标记-复制，适合大内存）、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）。内存泄漏的常见场景：静态集合类（如HashMap作为静态变量，对象加入后未移除，导致无法被回收）、未关闭的资源（如数据库连接、IO流、Socket，即使对象被回收，资源未释放可能导致句柄泄漏）、内部类持有外部类引用（非静态内部类默认持有外部类引用，若内部类生命周期长于外部类，外部类无法被回收）、缓存未设置过期时间（如使用HashMap做缓存，未清理旧数据）。排查工具：JProfiler可跟踪对象存活状态，MAT（EclipseMemoryAnalyzer）分析堆dump文件，找出大对象或重复对象；jmap-dump:format=b,file=heap.bin<pid>提供堆转储，jhat分析。OOM（OutOfMemoryError）的常见原因及解决：堆内存不足（Java.lang.OutOfMemoryError:Javaheapspace），可能因对象存活时间过长、内存泄漏、数据量过大；解决方法是调大-Xmx和-Xms参数，优化对象生命周期，排查内存泄漏。元空间不足（Java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace），JDK8后方法区移至元空间，存储类元数据，可能因动态提供类（如反射、CGLIB）过多；解决方法是限制动态类提供，调大-XX:MaxMetaspaceSize（默认无限制，受本地内存限制）。栈溢出（Java.lang.StackOverflowError），因方法调用栈过深（如递归无终止条件）；解决方法是增加-Xss参数（线程栈大小），优化递归逻辑（改为迭代或尾递归）。直接内存溢出（Java.lang.OutOfMemoryError:Directbuffermemory），因NIO使用ByteBuffer.allocateDirect()分配堆外内存，未及时释放；解决方法是限制直接内存使用，显式调用cleaner().clean()释放。SpringIOC（控制反转）的核心是将对象的创建、依赖注入、生命周期管理交给容器，降低耦合。实现方式包括XML配置、注解（@Component、@Autowired）、Java配置（@Configuration+@Bean）。IOC容器的关键类是BeanFactory（基础容器）和ApplicationContext（扩展容器，支持国际化、事件发布、资源加载）。Bean的实例化过程：容器读取配置元数据→解析Bean定义→通过构造器/工厂方法实例化对象→填充依赖（属性注入，@Autowired通过AutowiredAnnotationBeanPostProcessor实现）→调用初始化方法（@PostConstruct或InitializingBean的afterPropertiesSet()）→注册销毁方法（@PreDestroy或DisposableBean的destroy()）。SpringAOP（面向切面编程）通过动态代理实现，将横切逻辑（如日志、事务、权限）与业务逻辑解耦。代理方式包括JDK动态代理（基于接口，通过InvocationHandler）和CGLIB代理（基于类，通过MethodInterceptor，需引入cglib库）。AOP的核心概念：连接点（Joinpoint，方法调用或异常抛出）、切点（Pointcut，匹配连接点的表达式，如execution(com.example.service..(..))）、通知（Advice，切面在特定连接点执行的操作，包括前置@Before、后置@After、返回@AfterReturning、异常@AfterThrowing、环绕@Around）、切面（Aspect，切点+通知的组合）、目标对象（Target，被代理的对象）、代理（Proxy，包含目标对象和切面逻辑的对象）、织入（Weaving，将切面应用到目标对象提供代理的过程）。Bean的作用域包括singleton（默认，容器中仅一个实例）、prototype（每次获取新实例）、request（HTTP请求作用域，仅Web容器有效）、session（HTTP会话作用域）、application（ServletContext作用域）、websocket（WebSocket作用域）。singleton的Bean在容器启动时初始化（除非设置lazy-init=true），prototype的Bean在每次获取时初始化，且容器不管理其生命周期（需手动释放资源）。Spring解决循环依赖的关键是三级缓存：singletonObjects（一级缓存，存储已初始化完成的Bean）、earlySingletonObjects（二级缓存，存储完成实例化但未初始化的Bean）、singletonFactories（三级缓存，存储Bean工厂，用于提供早期代理对象）。流程：A实例化后（调用构造器），将A的工厂（ObjectFactory）存入三级缓存；A需要注入B，触发B的实例化，B实例化后存入三级缓存；B需要注入A，从三级缓存获取A的工厂，提供A的早期对象（可能是代理），存入二级缓存并移除三级缓存；B完成依赖注入和初始化，存入一级缓存并移除二级缓存；A获取B（已在一级缓存），完成依赖注入和初始化，存入一级缓存并移除二级缓存。注意，循环依赖仅支持singleton作用域的Bean通过setter注入或构造器注入（构造器注入会在实例化阶段就需要依赖，无法通过三级缓存解决）。Spring事务管理分为编程式（通过TransactionTemplate手动管理）和声明式（通过@Transactional注解或XML配置）。@Transactional的常用属性：propagation（传播行为，默认REQUIRED，当前有事务则加入，无则新建）、isolation（隔离级别，默认DEFAULT使用数据库隔离级别）、readOnly（是否只读，优化数据库性能）、rollbackFor（指定异常回滚，默认RuntimeException和Error）、timeout（超时时间，单位秒）。事务的实现基于AOP，通过TransactionInterceptor拦截方法调用，在方法执行前获取连接并开启事务，执行后根据是否异常决定提交或回滚。SpringMVC的执行流程：客户端发送请求到DispatcherServlet（前端控制器）；DispatcherServlet通过HandlerMapping（如RequestMappingHandlerMapping）找到对应的Handler（控制器方法）及拦截器；DispatcherServlet调用HandlerAdapter（如RequestMappingHandlerAdapter）执行Handler；Handler处理完成返回ModelAndView；DispatcherServlet通过ViewResolver（如InternalResourceViewResolver）解析View；DispatcherServlet将Model数据渲染到View并返回响应。关键组件：DispatcherServlet（核心调度）、HandlerMapping（映射请求到处理器）、HandlerAdapter（适配处理器执行）、ViewResolver（解析视图）、Interceptor（请求预处理/后处理）。MyBatis的一级缓存是SqlSession级别的，默认开启，存储同一SqlSession中相同查询（相同SQL、参数、环境）的结果，若执行更新操作（insert/update/delete）会清空缓存。二级缓存是Mapper级别的（namespace范围），需在全局配置中开启<settingname="cacheEnabled"value="true"/>，并在Mapper文件中添加<cache/>，或通过@CacheNamespace注解。二级缓存存储不同SqlSession（同一Mapper）的相同查询结果，需注意缓存一致性（更新操作会清空对应Mapper的二级缓存）。二级缓存可与第三方缓存集成（如Redis），通过实现Cache接口。MyBatis动态SQL通过标签实现：<if>（条件判断，如<iftest="name!=null">ANDname={name}</if>）、<where>（自动处理AND/OR前缀，无条件时不提供WHERE）、<set>（用于更新，自动处理逗号后缀）、<foreach>（遍历集合，如批量插入<foreachcollection="list"item="item"separator=",">({item.id},{})</foreach>）、<choose>/<when>/<