java编程面试题库及答案

java编程面试题库及答案Java中如何实现跨平台？Java程序的跨平台性依赖于Java虚拟机（JVM）。开发者编写的Java代码首先被编译成与平台无关的字节码（.class文件），不同平台的JVM会将字节码翻译为对应操作系统能识别的机器指令。因此，只要目标系统安装了对应版本的JVM，同一套字节码即可在不同操作系统上运行。需注意，跨平台的是字节码而非JVM本身，不同平台的JVM是独立开发的。基本数据类型有哪些？各自的字节长度是多少？Java有8种基本数据类型：整型：byte（1字节）、short（2字节）、int（4字节）、long（8字节）；浮点型：float（4字节）、double（8字节）；字符型：char（2字节，Unicode编码）；布尔型：boolean（规范未明确长度，实际实现中通常为1字节或4字节）。基本数据类型的包装类分别是Byte、Short、Integer、Long、Float、Double、Character、Boolean，其中Integer和Character是对象，其他为数值型包装类。String、StringBuilder、StringBuffer的区别是什么？String是不可变类，内部通过final修饰的char数组存储字符（JDK9后改为byte数组），每次修改字符串都会提供新对象，适合少量字符串操作。StringBuilder是可变类，内部使用非线程安全的动态数组，适合单线程下大量字符串拼接（如循环内拼接），性能优于String。StringBuffer同样可变，但方法使用synchronized修饰，保证线程安全，适用于多线程环境下的字符串操作。三者性能排序：StringBuilder>StringBuffer>String（大量修改场景）。重载（Overload）和重写（Override）的区别？重载发生在同一类中，指多个方法名相同但参数列表不同（参数类型、顺序或数量不同）的现象，与返回值类型无关。例如：```javapublicvoidprint(intnum){...}publicvoidprint(Stringstr){...}```重写发生在子类与父类之间，子类通过@Override注解覆盖父类的非final、非静态方法，要求方法名、参数列表、返回值类型完全相同（子类返回值可为父类返回值的子类，即协变返回），且访问权限不能严于父类（如父类方法为protected，子类不能为private）。重写用于实现多态。抽象类和接口的区别是什么？抽象类使用abstract修饰，可包含抽象方法（无实现）和具体方法（有实现），成员变量可为任意访问修饰符（private、protected、public）。子类通过extends继承抽象类，只能单继承。接口使用interface定义，JDK8前仅能包含抽象方法和静态常量（publicstaticfinal），JDK8后支持默认方法（default）和静态方法（static），JDK9支持私有方法（private）。接口成员变量默认publicstaticfinal，方法默认publicabstract（JDK8前）。类通过implements实现接口，可多实现。设计层面：抽象类是“is-a”关系，用于抽取子类公共行为；接口是“can-do”关系，定义功能规范。ArrayList和LinkedList的区别？底层结构：ArrayList基于动态数组（Object[]），支持自动扩容（默认初始容量10，扩容时新容量为原1.5倍）；LinkedList基于双向链表（JDK1.6前为循环链表），每个节点保存前驱和后继指针。访问效率：ArrayList支持O(1)时间的随机访问（通过索引），但插入/删除元素（尤其中间位置）需移动元素，时间复杂度O(n)；LinkedList随机访问需遍历链表（O(n)），但插入/删除仅需修改相邻节点指针（O(1)，若已知节点位置）。内存占用：ArrayList需预分配连续内存空间，可能存在空间浪费；LinkedList每个节点需额外存储指针，内存占用更高。使用场景：频繁随机访问选ArrayList，频繁插入删除（尤其首尾）选LinkedList（实际中ArrayList更常用，因数组的缓存局部性更好）。HashMap的底层实现原理（JDK7vsJDK8）？JDK7中HashMap基于“数组+链表”结构：数组（Entry[]）作为哈希表，每个元素是链表头节点；插入元素时，通过key的hashCode()计算哈希值（二次哈希防止碰撞），取模数组长度得到桶下标；若发生哈希冲突（不同key映射到同一桶），新元素以头插法（JDK7）添加到链表；当元素数量超过阈值（容量×负载因子，默认16×0.75=12），触发扩容（数组长度翻倍，重新哈希所有元素）。JDK8引入“数组+链表+红黑树”结构：链表长度≥8且数组长度≥64时，链表转换为红黑树（O(n)→O(logn)查找）；红黑树节点数≤6时，退化为链表（避免频繁转换）；插入元素改用尾插法（防止多线程扩容时链表成环导致死循环）；哈希计算优化（hash=key.hashCode()^(hash>>>16)），减少高位信息丢失。ConcurrentHashMap如何保证线程安全（JDK7vsJDK8）？JDK7采用“分段锁（Segment）”机制：继承ReentrantLock的Segment数组作为锁，每个Segment管理一个链表（Entry[]）；默认16个Segment（并发度16），不同Segment可并行操作，同一Segment内的操作需加锁；统计size时需锁定所有Segment（或通过重试机制减少锁竞争）。JDK8放弃分段锁，改用“CAS+synchronized”：数组节点（Node）作为锁对象，仅锁定冲突的桶（链表头或红黑树根节点）；插入元素时，若桶为空（null），通过CAS原子操作直接插入；若桶被占用（链表或红黑树），使用synchronized锁定头节点，避免锁整个数组；扩容时支持多线程协助迁移（每个线程处理一部分桶），提高并发效率。线程的生命周期有哪些状态？如何转换？Java线程状态由Thread.State枚举定义，共6种：1.NEW（新建）：线程对象创建但未调用start()。2.RUNNABLE（可运行）：调用start()后进入，包含“就绪”（等待CPU调度）和“运行中”状态。3.BLOCKED（阻塞）：线程等待synchronized同步锁时进入此状态。4.WAITING（无限等待）：调用Object.wait()、Thread.join()（无超时）或LockSupport.park()后，需其他线程唤醒（notify()/notifyAll()或unpark()）。5.TIMED_WAITING（超时等待）：调用sleep(long)、wait(long)、join(long)或parkNanos(long)等带超时参数的方法，超时后自动唤醒。6.TERMINATED（终止）：线程执行完run()方法或因异常终止。状态转换示例：NEW→start()→RUNNABLE→获得锁→运行中→调用wait()→WAITING→其他线程notify()→RUNNABLE（需重新竞争锁）→锁被占用→BLOCKED→获得锁→RUNNABLE→运行结束→TERMINATED。synchronized和Lock的区别？1.性质：synchronized是Java关键字，依赖JVM实现锁（内置锁）；Lock是接口（如ReentrantLock），通过Java代码实现（显式锁）。2.锁获取：synchronized自动释放锁（同步块/方法执行完或异常退出）；Lock需手动调用unlock()（通常在finally块中）。3.公平性：synchronized默认非公平锁（吞吐量高）；Lock可通过构造函数指定公平锁（FIFO顺序获取）或非公平锁。4.可中断性：synchronized锁获取不可中断；Lock的lockInterruptibly()方法支持中断等待锁的线程。5.条件变量：synchronized配合Object的wait()/notify()实现等待/通知；Lock通过Condition接口（await()/signal()）支持多个等待队列（如读写锁的读、写条件分离）。适用场景：简单同步用synchronized（代码简洁），复杂同步逻辑（如可中断、公平锁、多条件）用Lock。JVM内存区域如何划分？各区域的作用及可能的异常？JVM内存分为以下部分：1.程序计数器（PC寄存器）：记录当前线程执行的字节码行号，线程私有。唯一不会抛出OOM（OutOfMemoryError）的区域。2.虚拟机栈：存储栈帧（局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口），线程私有。若线程请求的栈深度超过允许值，抛出StackOverflowError；若动态扩展时无法申请内存，抛出OOM。3.本地方法栈：与虚拟机栈类似，用于本地方法（native方法）的调用，线程私有。同样可能抛出StackOverflowError或OOM。4.堆（Heap）：存储对象实例和数组，线程共享。JVM管理的最大内存区域，若无法分配新对象且无法扩容，抛出OOM。5.方法区（元空间，JDK8前为永久代）：存储类信息（字段、方法、运行时常量池）、静态变量等，线程共享。JDK7前常量池从方法区移至堆；JDK8用本地内存（元空间）替代永久代，减少OOM概率。若元空间无法分配内存（如加载大量类），抛出OOM。此外，直接内存（DirectMemory）不属于JVM规范，但通过Unsafe或NIO的ByteBuffer.allocateDirect()分配，可能导致OOM（总和超过物理内存限制）。垃圾回收（GC）的常见算法有哪些？各有什么优缺点？1.标记-清除（Mark-Sweep）：过程：标记所有存活对象，清除未标记的对象。优点：实现简单，无需移动对象。缺点：产生内存碎片（空闲内存不连续），可能导致大对象无法分配。2.复制（Copying）：过程：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，清空原块。优点：无内存碎片，复制成本与存活对象数量成正比。缺点：内存利用率低（仅使用50%），适用于存活对象少的场景（如新生代）。3.标记-整理（Mark-Compact）：过程：标记存活对象，将其向内存一端移动，然后清除边界外的内存。优点：无内存碎片，内存利用率高。缺点：需移动对象，成本较高（与存活对象数量成正比），适用于存活对象多的场景（如老年代）。4.分代收集（GenerationalCollection）：基于“分代假说”（弱分代假说：多数对象朝生夕灭；强分代假说：存活越久的对象越难消亡），将堆分为新生代（Eden区+两个Survivor区）和老年代。新生代：使用复制算法（Eden:Survivor=8:1，仅10%空间浪费），MinorGC（YoungGC）频繁回收。老年代：对象多次MinorGC后存活（默认15次，-XX:MaxTenuringThreshold）或大对象直接进入，使用标记-整理或标记-清除算法，MajorGC（FullGC）频率低但耗时。类加载的过程分为哪几个阶段？双亲委派模型是什么？类加载过程分为5个阶段（顺序固定）：1.加载（Loading）：通过类加载器将.class文件的字节流加载到内存，提供java.lang.Class对象。2.验证（Verification）：确保字节流符合JVM规范（如文件格式、元数据、字节码、符号引用验证），防止恶意代码。3.准备（Preparation）：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），常量（staticfinal）直接赋实际值。4.解析（Resolution）：将符号引用（如类名、方法名）替换为直接引用（内存地址），发生在初始化之后（动态绑定场景）或之前（静态绑定）。5.初始化（Initialization）：执行类构造器<clinit>()方法（静态变量赋值和静态代码块的合并），按父类→子类顺序初始化。双亲委派模型指类加载器的层级关系：启动类加载器（BootstrapClassLoader）：加载JRE/lib下的核心类（如rt.jar），C++实现，无父加载器。扩展类加载器（ExtensionClassLoader）：加载JRE/lib/ext下的扩展类，Java实现，父加载器为启动类加载器。应用类加载器（ApplicationClassLoader）：加载用户类路径（classpath）下的类，父加载器为扩展类加载器。自定义类加载器：继承ClassLoader，父加载器通常为应用类加载器。工作流程：类加载时，当前类加载器先委托父加载器加载，父加载器再继续向上委托，直到启动类加载器。若父加载器无法加载（未找到.class文件），则由当前类加载器自己加载。作用：避免重复加载（同一类由同一加载器加载），防止核心类被篡改（如用户自定义java.lang.String不会被加载）。Error和Exception的区别？CheckedException和UncheckedException的区别？Error表示JVM无法处理的严重问题（如OutOfMemoryError、StackOverflowError、NoClassDefFoundError），程序无法恢复，通常不捕获处理。Exception表示程序可处理的异常（如IOException、SQLException），分为：CheckedException（受检异常）：编译期强制处理（捕获或声明抛出），如IOException、ClassNotFoundException。UncheckedException（非受检异常）：继承自RuntimeException，编译期不强制处理（如NullPointerException、IllegalArgumentException、ArrayIndexOutOfBoundsException）。示例：调用FileInputStream构造方法时，需处理受检异常FileNotFoundException；而访问null对象的方法时，会抛出非受检异常NullPointerException。谈谈对volatile关键字的理解？它能保证原子性吗？volatile是轻量级同步机制，作用：1.保证可见性：被volatile修饰的变量，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，避免使用本地缓存的旧值（解决多线程间的可见性问题）。2.禁止指令重排：通过内存屏障（JVM插入特定指令）限制编译器和CPU对指令的重排序，保证变量操作的顺序性（如单例模式的双重检查锁定）。但volatile不能保证原子性。例如，i++操作（读取i→加1→写入i）是复合操作，即使i被volatile修饰，多线程下仍可能出现数据不一致（如线程A读取i=5，线程B读取i=5，都加1后写入6，丢失一次递增）。原子性需通过synchronized、Lock或AtomicInteger（CAS操作）保证。单例模式有哪些实现方式？如何保证线程安全？常见实现方式：1.饿汉式：类加载时初始化实例，线程安全（类加载机制保证）。```javapublicclassSingleton{privatestaticfinalSingletonINSTANCE=newSingleton();privateSingleton(){}publicstaticSingletongetInstance(){returnINSTANCE;}}```2.懒汉式（线程不安全）：首次调用时初始化，但多线程下可能创建多个实例。```javapublicclassSingleton{privatestaticSingletonINSTANCE;privateSingleton(){}publicstaticSingletongetInstance(){if(INSTANCE==null){//多线程可能同时进入INSTANCE=newSingleton();}returnINSTANCE;}}```3.懒汉式（线程安全，synchronized方法）：通过同步方法保证线程安全，但性能差（每次调用都加锁）。```javapublicstaticsynchronizedSingletongetInstance(){...}```4.双重检查锁定（DCL，推荐）：减少锁竞争，需volatile修饰实例防止指令重排（避免其他线程获取到未初始化的实例）。```javapublicclassSingleton{privatestaticvolatileSingletonINSTANCE;//volatile防止重排privateSingleton(){}publicstaticSingletongetInstance(){if(INSTANCE==null){//第一次检查（无锁）synchronized(Singleton.class){if(INSTANCE==null){//第二次检查（加锁后）INSTANCE=newSingleton();//非原子操作，可能重排}}}returnINSTANCE;}}```5.静态内部类（推荐）：利用类加载的延迟性，线程安全（JVM保证类初始化的线程安全）。```javapublicclassSingleton{privateSingleton(){}privatestaticclassHolder{staticfinalSingletonINSTANCE=newSingleton();}publicstaticSingletongetInstance(){returnHolder.INSTANCE;}}```6.枚举（最安全）：避免反射攻击和反序列化漏洞，JVM保证单例。```javapublicenumSingleton{INSTANCE;publicvoidmethod(){...}}```推荐使用静态内部类或枚举实现，双重检查锁定需注意volatile的使用，饿汉式可能浪费资源（若实例未使用）。如何实现一个线程池？ThreadPoolExecutor的核心参数有哪些？线程池通过ThreadPoolExecutor类实现，核心参数（构造方法）：corePoolSize：核心线程数（即使空闲也不会销毁，除非设置allowCoreThreadTimeOut为true）。maximumPoolSize：最大线程数（线程池允许的最大线程数）。keepAliveTime：非核心线程的空闲存活时间（超过此时间后销毁）。unit：keepAliveTime的时间单位（如TimeUnit.SECONDS）。workQueue：任务队列（存放待执行的Runnable任务），常用类型：ArrayBlockingQueue（有界队列，需指定容量）；LinkedBlockingQueue（无界队列，可能导致OOM）；SynchronousQueue（同步队列，不存储任务，直接提交给线程）；PriorityBlockingQueue（优先队列，按任务优先级排序）。threadFactory：线程工厂（用于创建线程，可自定义线程名、优先级等）。handler：拒绝策略（任务队列满且线程数达到maximumPoolSize时的处理方式），JDK提供4种：AbortPolicy（默认）：抛出RejectedExecutionException；CallerRunsPolicy：调用者线程执行任务；DiscardPolicy：静默丢弃新任务；DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最旧的任务，尝试提交新任务。线程池工作流程：1.提交任务时，若运行线程数<corePoolSize，创建新核心线程执行任务；2.若核心线程已满，任务加入workQueue；3.若任务队列满且运行线程数<maximumPoolSize，创建非核心线程执行任务；4.若线程数达到maximumPoolSize且任务队列满，触发拒绝策略。equals()和hashCode()的关系？为什么重写equals()时必须重写hashCode()？equals()用于判断两个对象是否“逻辑相等”（默认比较内存地址），hashCode()返回对象的哈希码（用于哈希集合如HashMap、HashSet的桶分配）。关系：若两个对象equals()为true，则它们的hashCode()必须相同；若hashCode()不同，则equals()必为false（逆否命题）。但hashCode()相同，equals()可能为false（哈希冲突）。重写equals()时必须重写hashCode()，否则违反上述约定。例如，自定义类A重写了equals()（按属性判断相等），但未重写hashCode()（默认返回内存地址的哈希码），则将两个逻辑相等的A对象存入HashMap时，可能被分配到不同的桶（hashCode不同），导致containsKey()返回false（因为HashMap先根据hashCode找桶，再遍历链表用equals()比较）。这会破坏哈希集合的正确性。Java反射的作用及应用场景？反射允许程序在运行时获取类的信息（如字段、方法、构造器），并动态调用对象的方法或操作字段。核心类：Class、Field、Method、Constructor。应用场景：框架开发（如Spring的IOC容器通过反射实例化Bean）；注解处理（如JUnit的@Test注解通过反射调用测试方法）；动态代理（如JDK动态代理通过反射提供代理类）；反序列化（如Jackson通过反射设置对象字段）；调试/测试工具（如获取私有字段值）。示例：通过反射调用私有方法：```javaClass<?>clazz=MyClass.class;Objectinstance=clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();Methodmethod=clazz.getDeclaredMethod("privateMethod");method.setAccessible(true);//取消访问检查method.invoke(instance);```注意：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（需额外处理）。IO和NIO的区别是什么？传统IO（BIO，BlockingIO）基于流（InputStream/OutputStream），操作是阻塞的：读取/写入时线程等待数据，无法处理其他任务；每个连接需独立线程（如Tomcat的BIO模式），高并发时线程数爆炸，资源消耗大。NIO（NewIO/Non-bloc