高频java中级面试题及答案

高频java中级面试题及答案Java中线程的状态有哪些？如何在代码中实现状态转换？Java线程共有6种状态，定义在Thread.State枚举中：NEW（新建）、RUNNABLE（可运行）、BLOCKED（阻塞）、WAITING（无限等待）、TIMED_WAITING（超时等待）、TERMINATED（终止）。状态转换逻辑如下：新建线程对象时进入NEW；调用start()方法后进入RUNNABLE（实际可能在等待CPU调度）；当线程尝试获取synchronized同步锁失败时进入BLOCKED；调用无参数的wait()、join()或park()方法时进入WAITING，需其他线程调用notify()/notifyAll()或unpark()唤醒；调用带超时参数的wait(long)、join(long)或parkNanos(long)时进入TIMED_WAITING，超时后自动唤醒；线程执行完run()方法或异常终止后进入TERMINATED。例如，A线程调用B.join()会使A进入WAITING，直到B终止；调用Thread.sleep(1000)会使当前线程进入TIMED_WAITING。HashMap在JDK7和JDK8中的实现有哪些主要区别？为什么引入红黑树？JDK7中HashMap基于数组+链表实现，哈希冲突时通过头插法将新节点插入链表头部；JDK8改为数组+链表+红黑树结构，冲突时使用尾插法，当链表长度≥8且数组长度≥64时，链表转换为红黑树（阈值8的设计参考了泊松分布，链表长度超过8的概率低于0.00000006，此时转换能平衡空间和时间复杂度）。主要区别包括：1.数据结构：JDK8增加红黑树，查询时间复杂度从O(n)优化为O(logn)；2.插入方式：JDK7头插法可能导致多线程扩容时的循环链表问题（死循环），JDK8尾插法避免了该问题；3.哈希计算：JDK7的hash()方法通过4次位运算+5次异或减少碰撞，JDK8简化为(h=key.hashCode())^(h>>>16)，仅一次异或，减少计算开销；4.扩容逻辑：JDK7扩容时重新计算每个元素的哈希值，JDK8通过(e.hash&oldCap)是否为0判断元素在新数组中的位置（0则位置不变，非0则位置为原位置+oldCap），提升扩容效率。synchronized和ReentrantLock的区别是什么？如何选择？两者均用于实现线程同步，但存在以下差异：1.锁性质：synchronized是JVM内置的关键字，依赖对象头的Monitor锁；ReentrantLock是JUC包中的类，基于AQS（AbstractQueuedSynchronizer）实现。2.锁特性：synchronized自动释放锁（同步块/方法执行完毕或异常退出），支持可重入但不支持公平锁；ReentrantLock需手动调用unlock()释放（通常配合try-finally），支持可重入、公平锁（构造时传入true）和非公平锁（默认），提供tryLock()（尝试获取锁）、lockInterruptibly()（可中断获取锁）等扩展方法。3.性能：早期版本synchronized因重量级锁性能较差，JDK6引入锁升级（偏向锁→轻量级锁→重量级锁）后，性能与ReentrantLock接近，高竞争场景下后者通过CAS减少上下文切换可能更优。选择建议：简单同步场景优先用synchronized（代码简洁）；需要可中断、超时获取锁或公平锁时用ReentrantLock；需条件变量（Condition）实现精准唤醒（如生产者-消费者模型）时必须用ReentrantLock（synchronized仅支持wait/notify，无法分组唤醒）。JVM内存区域如何划分？各区域的作用及常见异常是什么？JVM内存分为线程共享和线程私有区域：线程共享区域：1.堆（Heap）：存储对象实例和数组，是GC的主要区域。可通过-Xms（初始大小）和-Xmx（最大大小）设置。常见异常：OutOfMemoryError（OOM，内存不足时抛出）。2.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前称为永久代（PermGen），使用堆内存；JDK8起改为元空间（Metaspace），使用本地内存。常见异常：JDK7前PermGen空间不足抛OOM，JDK8后Metaspace不足抛OOM。3.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和符号引用，JDK7起字符串常量池移至堆中。线程私有区域：1.程序计数器（ProgramCounterRegister）：记录当前线程执行的字节码行号，是唯一不会抛OOM的区域。2.虚拟机栈（VMStack）：存储栈帧（局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等），每个方法调用对应一个栈帧入栈。常见异常：栈深度超过限制抛StackOverflowError（如递归未终止）；扩展时内存不足抛OOM。3.本地方法栈（NativeMethodStack）：为本地方法（如用C编写的方法）服务，与虚拟机栈类似，HotSpot虚拟机将其与虚拟机栈合并。此外，直接内存（DirectMemory）不属于JVM规范定义的区域，但通过Unsafe或NIO的ByteBuffer.allocateDirect()分配，可能导致OOM（总内存超出物理限制）。如何解决Spring中的循环依赖？三级缓存的具体作用是什么？Spring通过三级缓存解决单例Bean的循环依赖（仅支持setter注入或默认构造，不支持构造器注入）。三级缓存定义在DefaultSingletonBeanRegistry中：1.一级缓存（singletonObjects）：存储已初始化完成的单例Bean（成品Bean）。2.二级缓存（earlySingletonObjects）：存储提前暴露的未完全初始化的单例Bean（半成品Bean），用于解决循环依赖时获取早期引用。3.三级缓存（singletonFactories）：存储ObjectFactory（Bean工厂），用于提供早期Bean引用（可能包含AOP代理）。解决流程以A→B→A为例：1.创建A时，实例化A（调用构造器），将A的ObjectFactory（λ表达式：()->getEarlyBeanReference(beanName,mbd,bean)）存入三级缓存，标记A为“正在创建”。2.A需要注入B，触发B的创建流程：实例化B，将B的ObjectFactory存入三级缓存，标记B为“正在创建”。3.B需要注入A，此时A未完成初始化，从三级缓存获取A的ObjectFactory，提供早期引用（可能是代理对象），将早期引用存入二级缓存，并移除三级缓存中的A的工厂。4.B获取到A的早期引用后完成属性注入，执行初始化方法，存入一级缓存。5.A获取到B（已在一级缓存中）完成属性注入，执行初始化方法，存入一级缓存，移除二级缓存中的早期引用。三级缓存的核心作用是通过ObjectFactory延迟提供早期Bean（尤其是处理AOP代理），避免在实例化阶段就提供代理对象（可能导致未初始化的Bean被提前使用）。若仅用二级缓存，无法在实例化阶段区分是否需要代理，可能导致代理对象在初始化前被错误使用。ArrayList和LinkedList的区别是什么？如何选择？两者均实现了List接口，但底层数据结构和适用场景不同：1.数据结构：ArrayList基于动态数组（Object[]elementData），支持随机访问（通过索引O(1)）；LinkedList基于双向链表（Node<E>），每个节点包含前驱和后继指针。2.插入/删除性能：ArrayList在中间插入/删除需移动元素（O(n)），尾部插入（不扩容时）O(1)；LinkedList插入/删除只需修改相邻节点指针（O(1)，但需先定位到目标位置，若通过迭代器则O(1)，通过索引则O(n)）。3.内存占用：ArrayList有数组扩容的冗余空间（如初始容量10，添加第11个元素时扩容至15）；LinkedList每个节点需额外存储前驱和后继指针，内存占用更高。4.线程安全：两者均非线程安全，多线程环境需用Collections.synchronizedList()包装或使用CopyOnWriteArrayList。选择建议：频繁随机访问（如遍历、按索引查询）选ArrayList；频繁在中间插入/删除（如队列、栈）选LinkedList；需注意ArrayList的扩容机制（默认初始容量10，扩容因子1.5倍），若已知数据量可通过构造函数指定初始容量减少扩容次数。volatile的作用是什么？如何保证可见性和禁止指令重排？volatile是轻量级同步机制，主要有两大作用：1.保证可见性：被volatile修饰的变量，其修改对所有线程可见。JVM通过在写操作后插入StoreStore屏障，在读操作前插入LoadLoad屏障，确保变量修改后立即刷新到主内存，其他线程读取时直接从主内存获取最新值（避免线程本地缓存的脏读）。2.禁止指令重排：通过内存屏障限制编译器和CPU的重排序优化。JVM定义了4种内存屏障（LoadLoad、LoadStore、StoreLoad、StoreStore），volatile写操作后插入StoreLoad屏障，确保写操作前的所有操作先于写操作完成；volatile读操作前插入LoadLoad屏障，确保读操作后的所有操作后于读操作完成。典型应用场景：状态标志（如线程终止标志位，用volatile修饰避免其他线程无法及时感知）；单例模式的双重检查锁定（DCL），防止指令重排导致其他线程获取到未初始化的实例（需用volatile修饰单例变量）。注意：volatile不保证原子性（如i++操作包含读-改-写三步，非原子），因此无法替代synchronized或AtomicInteger在复合操作中的同步作用。如何实现一个线程安全的单例模式？枚举式单例为什么更优？常见的线程安全单例实现方式包括：1.饿汉式：类加载时初始化实例，线程安全（类加载机制保证），但可能浪费资源（未使用时已创建）。```javapublicclassSingleton{privatestaticfinalSingletonINSTANCE=newSingleton();privateSingleton(){}publicstaticSingletongetInstance(){returnINSTANCE;}}```2.懒汉式（双重检查锁定，DCL）：延迟初始化，通过synchronized和volatile保证线程安全。```javapublicclassSingleton{privatestaticvolatileSingletonINSTANCE;//volatile防止指令重排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;}}```3.静态内部类：利用类加载的懒加载特性，内部类在第一次调用getInstance()时加载，线程安全。```javapublicclassSingleton{privateSingleton(){}privatestaticclassHolder{staticfinalSingletonINSTANCE=newSingleton();}publicstaticSingletongetInstance(){returnHolder.INSTANCE;}}```4.枚举式：Java枚举类默认单例，线程安全且防止反射/反序列化攻击。```javapublicenumSingleton{INSTANCE;publicvoiddoSomething(){}}```枚举式单例更优的原因：线程安全：枚举类的实例化由JVM保证，类加载时完成，无需额外同步；防止反射攻击：反射无法通过newInstance()创建枚举实例（会抛出IllegalArgumentException）；防止反序列化攻击：反序列化时返回已存在的枚举实例，不会创建新对象；代码简洁，无需处理复杂的同步和单例维护逻辑。JVM的垃圾回收算法有哪些？各有什么优缺点？常见的垃圾回收算法包括：1.标记-清除（Mark-Sweep）：分标记（标记存活对象）和清除（回收未标记的内存）两步。优点：实现简单，无需移动对象；缺点：产生内存碎片（可能导致大对象无法分配），效率随存活对象增加而降低。2.复制（Copying）：将内存分为大小相等的两块，每次只使用一块，回收时将存活对象复制到另一块，然后清空当前块。优点：无内存碎片，复制成本与存活对象数量成正比；缺点：可用内存减半（空间浪费），适用于存活对象少的场景（如新生代）。3.标记-整理（Mark-Compact）：标记存活对象后，将存活对象向内存一端移动，然后清理边界外的内存。优点：无内存碎片，空间利用率高；缺点：移动对象需调整引用，成本较高（适用于存活对象多的场景，如老年代）。4.分代收集（GenerationalCollection）：根据对象存活周期分为新生代（Eden区+两个Survivor区）和老年代。新生代用复制算法（存活少，复制成本低），老年代用标记-清除或标记-整理（存活多，减少复制开销）。现代JVM（如HotSpot）采用分代收集策略：新生代（Eden:Survivor1:Survivor2=8:1:1，通过复制算法回收，存活对象进入Survivor区或老年代）；老年代（对象多次MinorGC存活或大对象直接进入，用标记-整理或CMS的标记-清除）。SpringAOP的实现方式有哪些？如何选择JDK动态代理和CGLIB？SpringAOP支持两种动态代理方式：1.JDK动态代理：基于接口，通过java.lang.reflect.Proxy类提供代理对象，要求目标类实现至少一个接口。代理类会实现目标接口，重写接口方法并插入切面逻辑。2.CGLIB（CodeGenerationLibrary）：基于继承，通过ASM字节码框架提供目标类的子类作为代理对象，无需目标类实现接口。子类会重写父类的非final方法，插入切面逻辑。选择依据：目标类实现了接口：默认使用JDK动态代理（Spring3.2+），可通过配置（如<aop:aspectj-autoproxyproxy-target-class="true"/>）强制使用CGLIB；目标类未实现接口：必须使用CGLIB；目标类包含final方法：CGLIB无法代理final方法（子类无法重写），JDK动态代理若接口包含final方法（Java8接口默认方法非final）则不影响；性能：JDK动态代理在调用次数较少时更快（反射调用），CGLIB通过字节码提供在调用次数较多时更优（但JDK8+优化后差距缩小）。注意：SpringBoot2.0+默认使用CGLIB（因大量类未显式实现接口），可通过xy-target-class=false配置切换为JDK动态代理。Java中的异常处理机制是什么？finally块一定会执行吗？Java异常分为Error（JVM无法处理的严重问题，如OutOfMemoryError）和Exception（程序可处理的异常）。Exception又分为CheckedException（编译期检查，需显式处理，如IOException）和UncheckedException（RuntimeException及其子类，如NullPointerException，无需显式处理）。异常处理通过try-catch-finally或throws声明实现。finally块的执行规则：正常情况下（try块无异常或catch块处理异常），finally块一定会执行；try或catch块中调用System.exit(n)（终止JVM），finally块不执行；守护线程中主线程终止，守护线程的finally块可能不执行（因JVM退出）；异常未被捕获且导致线程终止，finally块仍会执行（如线程因未捕获异常终止前会执行finally）。注意：finally块中避免使用return语句（会覆盖try或catch中的返回值），例如：```javapublicinttest(){try{return1;}finally{return2;//最终返回2}}```这种写法可能导致逻辑错误，应避免在finally中使用return。NIO的核心组件有哪些？如何实现非阻塞IO？NIO（NewIO）的核心组件包括：1.Channel（通道）：双向数据传输通道，支持异步读写（如FileChannel、SocketChannel、ServerSocketChannel）。2.Buffer（缓冲区）：存储数据的容器，支持读/写模式切换（通过flip()方法），常用子类有ByteBuffer、IntBuffer等。Buffer的四个核心属性：capacity（容量）、limit（读写限制）、position（当前位置）、mark（标记位置）。3.Selector（选择器）：管理多个Channel的事件（连接、读、写），一个线程通过Selector可监听多个Channel，实现多路复用。非阻塞IO实现流程：1.打开ServerSocketChannel，配置为非阻塞模式（channel.configureBlocking(false)）；2.绑定端口，创建Selector并将Channel注册到Selector（指定监听OP_ACCEPT事件）；3.Selector通过select()方法阻塞等待事件（或select(longtimeout)超时等待）；4.事件就绪后（如客户端连接请求），通过selectedKey