Java 超神五杀之路-纲要整理及粗糙面试答案

本文是借鉴其他博客整理，列举Java常用的知识纲要以及附加一些简单面试理解，让你在Java之路持续超神

面试答案有时间都会持续更新刷新。

目录

 

一、基础篇

面向对象

Java基础知识

阅读源代码

Java并发编程

并发包

二、底层篇

JVM

类加载机制

编译与反编译

三、 进阶篇

Java底层知识

设计模式

网络编程知识

框架知识

Spring Cloud

应用服务器知识

工具

四、 高级篇

新技术

http/2

http/3

性能优化

线上问题分析

编译原理知识

操作系统知识

数据库知识

数据结构与算法知识

大数据知识

网络安全知识

五、架构篇

分布式

微服务

高并发

监控

负载均衡

DNS

CDN

六、 扩展篇

云计算

搜索引擎

权限管理

区块链

人工智能

IoT

量子计算

AR & VR

其他语言

六、 推荐书籍

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一、基础篇

面向对象

什么是面向对象？

1. 面向对象，简称OOP，是一种常用编程思想 
2. 对象：对事物的具象化，同时还能表示抽象的规则，事件等
3. 状态和行为：对象具有状态，一个对象用数据值来描述他的对象；对象有操作，用于改变对象的状态，对象及其操作就是对象的行为

面向对象的四大基本特征和五大基本原则

1. 抽象：忽略次要，关注当前目标有关部分，包含数据抽象和过程抽象；数据抽象--->对象属性，过程抽象--->对象行为
2. 封装：封装就是把过程和数据包围起来，设置权限，对其访问只能通过特定渠道；eg：set，get
3. 继承：对象的一个新类可以从现有的类中派生,这个过程称为类继承.新类继承了原始类的特性,新类称为原始类的派生类(子类),原始类称为新类的基类(父类).派生类可以从它的父类哪里继承方法和实例变量,并且类可以修改或增加新的方法使之更适合特殊的需要
4. 多态：多态同一个行为具有多个不同表现形式或形态的能力。是指一个类实例（对象）的相同方法在不同情形有不同表现形式。

• 单一职责原则：一个类应该有且只有一个去改变它的理由，这意味着一个类应该只有一项工作。
• 开放封闭原则：对象或实体应该对拓展开放，对修改封闭
• 里氏替换原则：在对象 x 为类型 T 时 q(x) 成立，那么当 S 是 T 的子类时，对象 y 为类型 S 时 q(y) 也应成立。（即对父类的调用同样适用于子类）
• 依赖倒置原则：高层次的模块不应该依赖于低层次的模块，他们都应该依赖于抽象。具体实现应该依赖于抽象，而不是抽象依赖于实现。
• 接口隔离原则：不应强迫客户端实现一个它用不上的接口，或是说客户端不应该被迫依赖它们不使用的方法，使用多个专门的接口比使用单个接口要好的多！

平台无关性

• Java在计算机操作系统上提供了一个Java运行环境，JRE；JRE由Java虚拟机、类库和一些核心文件组件，只要有JRE运行环境即可实现跨平台

JVM还支持哪些语言（Kotlin、Groovy、JRuby、Jython、Scala）

• Java，kotlin，Scala，Clojure，Groovy，Jython，JRuby，Ceylon，Eta，Haxe

值传递、引用传递

• 值传递：在方法的调用过程中，实参把它的实际值传递给形参，此传递过程就是将实参的值复制一份传递到函数中，这样如果在函数中对该值（形参的值）进行了操作将不会影响实参的值。
• 引用传递：将对象的地址值传递过去，函数接收的是原始值的首地址值。在方法的执行过程中，形参和实参的内容相同，指向同一块内存地址，也就是说操作的其实都是源数据，所以方法的执行将会影响到实际对象。

• public class Example {
  	String str = new String("hello");
  	char[] ch = {'a', 'b'};
  	public static void main(String[] args) {
  		Example ex = new Example();
  		ex.change(ex.str, ex.ch);
  		System.out.println(ex.str + " and");
  		System.out.println(ex.ch);
  	}
  	
  	public void change(String str, char[] ch) {
  		str = "ok";
  		ch[0] = 'c';
  	}
  }
  
  输出结果：
  hello and
  cb
  
  分析：String为不可变类且为值传递; ch[]数组为应用传递，直接修改值
  结论：
  1、基本数据类型传值，对形参的修改不会影响实参；
  2、引用类型传引用，形参和实参指向同一个内存地址（同一个对象），所以对参数的修改会影响到实际的对象。
  3、String, Integer, Double等immutable的类型特殊处理，可以理解为传值，最后的操作不会修改实参对象。

为什么说Java中只有值传递

• 简单说：Java中的传递，是值传递，而这个值，实际上是对象的引用。具体：https://www.hollischuang.com/archives/2275

什么是多态、方法重写与重载

• 方法的重写(Overriding)和重载(Overloading)是java多态性的不同表现，重写是父类与子类之间多态性的一种表现，重载可以理解成多态的具体表现形式。

Java的继承与实现

• 继承：如果多个类的某个部分的功能相同，那么可以抽象出一个类出来，把他们的相同部分都放到父类里，让他们都继承这个类。
• 实现：如果多个类处理的目标是一样的，但是处理的方法方式不同，那么就定义一个接口，也就是一个标准，让他们的实现这个接口，各自实现自己具体的处理方法来处理那个目标

Java基础知识

基本数据类型

1. 整型 byte（1字节） short （2个字节） int（4个字节） long （8个字节）
2. 浮点型 float（4个字节） double（8个字节）
3. 逻辑性 boolean（八分之一个字节）
4. 字符型 char（2个字节，一个字符能存储下一个中文汉字）

基本数据类型转化：小可转大，大转小会失去精度

• byte->short , char->int->long
• float->double
• int ->float
• long->double

自动拆装箱

• Integer total = 99 //自动装箱; int totalPrim = total //自动拆箱
• 装箱操作会创建对象，频繁的装箱操作会消耗许多内存，影响性能
• equals(Object o) 因为原equals方法中的参数类型是封装类型，所传入的参数类型（a）是原始数据类型，所以会自动对其装箱，反之，会对其进行拆箱
• 当两种不同类型用==比较时，包装器类的需要拆箱， 当同种类型用==比较时，会自动拆箱或者装箱

Integer的缓存机制

• Integer num1 = 100; Integer num2 = 100;  sysout:(num1 = num2) is true ;
  
  Integer num1 = 128; Integer num2 = 128;  sysout:(num1 = num2) is false ; 
  
  
  Integer 的缓存区间是 -128 ~ 127，再次范围内不会产生新的对象，直接返回缓存中的对象
  注意：Integer的缓存数据是不会被垃圾回收的

 

String字符串的不可变性

• 申明一个字符串：String s = “abcd”; 其中s存储了一个字符串对象的引用
• 将一个字符串变量赋值给另一个字符串变量: String s2 = s;其中s2存储了和s一样的引用。因此他们是指向同一个字符串对象
• 合并多个字符串: s = s.concat(“ef”);现在s存储的是新创建的对象的引用。
• 总结：一但一个字符串在堆内存创建，它是不能被改变的，我们应该注意所有的关于String类的方法不是改变一个字符串本身，而是重新返回一个新的字符串。如果我们需要一个频繁的改变一个字符串对象，我们可以使用StringBuffer或者StringBuilder，否则将会浪费大量时间进行垃圾回收，因为每次创建一个新的字符串。

JDK 6和JDK 7中substring的原理及区别、

replaceFirst、replaceAll、replace区别、

String对“+”的重载、字符串拼接的几种方式和区别

String.valueOf和Integer.toString的区别、

switch对String的支持

字符串池、常量池（运行时常量池、Class常量池）、intern

熟悉Java中各种关键字

transient、instanceof、volatile、synchronized、final、static、const 原理及用法。

集合类

常用集合类的使用、ArrayList和LinkedList和Vector的区别 、SynchronizedList和Vector的区别、HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap区别、

Set和List区别？Set如何保证元素不重复？

Java 8中stream相关用法、apache集合处理工具类的使用、不同版本的JDK中HashMap的实现的区别以及原因

Collection和Collections区别

Arrays.asList获得的List使用时需要注意什么

Enumeration和Iterator区别

fail-fast 和 fail-safe

CopyOnWriteArrayList、ConcurrentSkipListMap

枚举

枚举的用法、枚举的实现、枚举与单例、Enum类

Java枚举如何比较

switch对枚举的支持

枚举的序列化如何实现

枚举的线程安全性问题

IO

字符流、字节流、输入流、输出流、

同步、异步、阻塞、非阻塞、Linux 5种IO模型

BIO、NIO和AIO的区别、三种IO的用法与原理、netty

Java反射与javassist

反射与工厂模式、 反射有什么作用

Class类

java.lang.reflect.*

动态代理

静态代理、动态代理

动态代理和反射的关系

动态代理的几种实现方式

AOP

序列化

什么是序列化与反序列化、为什么序列化、序列化底层原理、序列化与单例模式、protobuf、为什么说序列化并不安全

注解

元注解、自定义注解、Java中常用注解使用、注解与反射的结合

Spring常用注解

JMS

什么是Java消息服务、JMS消息传送模型

JMX

java.lang.management.*、 javax.management.*

泛型

泛型与继承、类型擦除、泛型中K T V E ？ object等的含义、泛型各种用法

限定通配符和非限定通配符、上下界限定符extends 和 super

List和原始类型List之间的区别?

 

List和List之间的区别是什么?

 

单元测试

junit、mock、mockito、内存数据库（h2）

正则表达式

java.lang.util.regex.*

常用的Java工具库

commons.lang, commons.*... guava-libraries netty

API&SPI

API、API和SPI的关系和区别

如何定义SPI、SPI的实现原理

异常

异常类型、正确处理异常、自定义异常

Error和Exception

异常链、try-with-resources

finally和return的执行顺序

时间处理

时区、冬令时和夏令时、时间戳、Java中时间API

格林威治时间、CET,UTC,GMT,CST几种常见时间的含义和关系

SimpleDateFormat的线程安全性问题

Java 8中的时间处理

如何在东八区的计算机上获取美国时间

编码方式

Unicode、有了Unicode为啥还需要UTF-8

GBK、GB2312、GB18030之间的区别

UTF8、UTF16、UTF32区别

URL编解码、Big Endian和Little Endian

如何解决乱码问题

语法糖

Java中语法糖原理、解语法糖

语法糖：switch 支持 String 与枚举、泛型、自动装箱与拆箱、方法变长参数、枚举、内部类、条件编译、 断言、数值字面量、for-each、try-with-resource、Lambda表达式、

阅读源代码

String、Integer、Long、Enum、BigDecimal、ThreadLocal、ClassLoader & URLClassLoader、ArrayList & LinkedList、 HashMap & LinkedHashMap & TreeMap & CouncurrentHashMap、HashSet & LinkedHashSet & TreeSet

Java并发编程

并发与并行

什么是并发

什么是并行

并发与并行的区别

线程

线程的实现、线程的状态、优先级、线程调度、创建线程的多种方式、守护线程

线程与进程的区别

线程池

自己设计线程池、submit() 和 execute()、线程池原理

为什么不允许使用Executors创建线程池

线程安全

死锁、死锁如何排查、线程安全和内存模型的关系

锁

CAS、乐观锁与悲观锁、数据库相关锁机制、分布式锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁、monitor、

锁优化、锁消除、锁粗化、自旋锁、可重入锁、阻塞锁、死锁

死锁

死锁的原因

死锁的解决办法

synchronized

synchronized是如何实现的？

synchronized和lock之间关系、不使用synchronized如何实现一个线程安全的单例

synchronized和原子性、可见性和有序性之间的关系

volatile

happens-before、内存屏障、编译器指令重排和CPU指令重

volatile的实现原理

volatile和原子性、可见性和有序性之间的关系

有了symchronized为什么还需要volatile

sleep 和 wait

wait 和 notify

notify 和 notifyAll

ThreadLocal

写一个死锁的程序

写代码来解决生产者消费者问题

并发包

阅读源代码，并学会使用

Thread、Runnable、Callable、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Atomic*、Semaphore、CountDownLatch、、ConcurrentHashMap、Executors

二、底层篇

JVM

JVM内存结构

class文件格式、运行时数据区：堆、栈、方法区、直接内存、运行时常量池、

堆和栈区别

Java中的对象一定在堆上分配吗？

Java内存模型

计算机内存模型、缓存一致性、MESI协议

可见性、原子性、顺序性、happens-before、

内存屏障、synchronized、volatile、final、锁

垃圾回收

GC算法：标记清除、引用计数、复制、标记压缩、分代回收、增量式回收

GC参数、对象存活的判定、垃圾收集器（CMS、G1、ZGC、Epsilon）

JVM参数及调优

-Xmx、-Xmn、-Xms、Xss、-XX:SurvivorRatio、

-XX:PermSize、-XX:MaxPermSize、-XX:MaxTenuringThreshold

Java对象模型

oop-klass、对象头

HotSpot

即时编译器、编译优化

虚拟机性能监控与故障处理工具

jps, jstack, jmap、jstat, jconsole, jinfo, jhat, javap, btrace、TProfiler

Arthas

类加载机制

classLoader、类加载过程、双亲委派（破坏双亲委派）、模块化（jboss modules、osgi、jigsaw）

编译与反编译

什么是编译（前端编译、后端编译）、什么是反编译

JIT、JIT优化（逃逸分析、栈上分配、标量替换、锁优化）

编译工具：javac

反编译工具：javap 、jad 、CRF

三、 进阶篇

Java底层知识

字节码、class文件格式

CPU缓存，L1，L2，L3和伪共享

尾递归

位运算

用位运算实现加、减、乘、除、取余

设计模式

设计模式的六大原则：

开闭原则（Open Close Principle）、里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）、依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）

接口隔离原则（Interface Segregation Principle）、迪米特法则（最少知道原则）（Demeter Principle）、合成复用原则（Composite Reuse Principle）

了解23种设计模式

创建型模式：单例模式、抽象工厂模式、建造者模式、工厂模式、原型模式。

结构型模式：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。

行为型模式：模版方法模式、命令模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式（Interpreter模式）、状态模式、策略模式、职责链模式(责任链模式)、访问者模式。

会使用常用设计模式

单例的七种写法：懒汉——线程不安全、懒汉——线程安全、饿汉、饿汉——变种、静态内部类、枚举、双重校验锁

工厂模式、适配器模式、策略模式、模板方法模式、观察者模式、外观模式、代理模式等必会

不用synchronized和lock，实现线程安全的单例模式

实现AOP

实现IOC

nio和reactor设计模式

网络编程知识

tcp、udp、http、https等常用协议

三次握手与四次关闭、流量控制和拥塞控制、OSI七层模型、tcp粘包与拆包

http/1.0 http/1.1 http/2之间的区别

http中 get和post区别

常见的web请求返回的状态码

404、302、301、500分别代表什么

http/3

Java RMI，Socket，HttpClient

cookie 与 session

cookie被禁用，如何实现session

用Java写一个简单的静态文件的HTTP服务器

了解nginx和apache服务器的特性并搭建一个对应的服务器

用Java实现FTP、SMTP协议

进程间通讯的方式

什么是CDN？如果实现？

DNS？

什么是DNS 、记录类型:A记录、CNAME记录、AAAA记录等

域名解析、根域名服务器

DNS污染、DNS劫持、公共DNS：114 DNS、Google DNS、OpenDNS

反向代理

正向代理、反向代理

反向代理服务器

框架知识

Servlet

生命周期

线程安全问题

filter和listener

web.xml中常用配置及作用

Hibernate

什么是OR Mapping

Hibernate的缓存机制

Hibernate的懒加载

Hibernate/Ibatis/MyBatis之间的区别

Spring

Bean的初始化

AOP原理

实现Spring的IOC

spring四种依赖注入方式

Spring MVC

什么是MVC

Spring mvc与Struts mvc的区别

Spring Boot

Spring Boot 2.0、起步依赖、自动配置、

Spring Boot的starter原理，自己实现一个starter

Spring Security

Spring Cloud

服务发现与注册：Eureka、Zookeeper、Consul

负载均衡：Feign、Spring Cloud Loadbalance

服务配置：Spring Cloud Config

服务限流与熔断：Hystrix

服务链路追踪：Dapper

服务网关、安全、消息

应用服务器知识

JBoss

tomcat

jetty

Weblogic

工具

git & svn

maven & gradle

Intellij IDEA

常用插件：Maven Helper 、FindBugs-IDEA、阿里巴巴代码规约检测、GsonFormat

Lombok plugin、.ignore、Mybatis plugin

四、 高级篇

新技术

Java 8

lambda表达式、Stream API、时间API

Java 9

Jigsaw、Jshell、Reactive Streams

Java 10

局部变量类型推断、G1的并行Full GC、ThreadLocal握手机制

Java 11

ZGC、Epsilon、增强var、

Spring 5

响应式编程

Spring Boot 2.0

http/2

http/3

性能优化

使用单例、使用Future模式、使用线程池、选择就绪、减少上下文切换、减少锁粒度、数据压缩、结果缓存

线上问题分析

dump获取

线程Dump、内存Dump、gc情况

dump分析

分析死锁、分析内存泄露

dump分析及获取工具

jstack、jstat、jmap、jhat、Arthas

自己编写各种outofmemory，stackoverflow程序

HeapOutOfMemory、 Young OutOfMemory、MethodArea OutOfMemory、ConstantPool OutOfMemory、DirectMemory OutOfMemory、Stack OutOfMemory Stack OverFlow

Arthas

jvm相关、class/classloader相关、monitor/watch/trace相关、

options、管道、后台异步任务

文档：https://alibaba.github.io/arthas/advanced-use.html

常见问题解决思路

内存溢出、线程死锁、类加载冲突

使用工具尝试解决以下问题，并写下总结

当一个Java程序响应很慢时如何查找问题、

当一个Java程序频繁FullGC时如何解决问题、

如何查看垃圾回收日志、

当一个Java应用发生OutOfMemory时该如何解决、

如何判断是否出现死锁、

如何判断是否存在内存泄露

使用Arthas快速排查Spring Boot应用404/401问题

使用Arthas排查线上应用日志打满问题

利用Arthas排查Spring Boot应用NoSuchMethodError

编译原理知识

编译与反编译

Java代码的编译与反编译

Java的反编译工具

javap 、jad 、CRF

即时编译器

词法分析，语法分析（LL算法，递归下降算法，LR算法），语义分析，运行时环境，中间代码，代码生成，代码优化

操作系统知识

Linux的常用命令

进程间通信

进程同步

生产者消费者问题、哲学家就餐问题、读者写者问题

缓冲区溢出

分段和分页

虚拟内存与主存

虚拟内存管理

换页算法

数据库知识

MySql 执行引擎

MySQL 执行计划

如何查看执行计划，如何根据执行计划进行SQL优化

索引

Hash索引、B树索引（B+树、和B树、R树）

普通索引、唯一索引

覆盖索引、最左前缀原则、索引下推

SQL优化

数据库事务和隔离级别

事务的隔离级别、事务能不能实现锁的功能

数据库锁

行锁、表锁、使用数据库锁实现乐观锁、

连接

内连接，左连接，右连接

数据库主备搭建

binlog

redolog

内存数据库

h2

分库分表

读写分离

常用的nosql数据库

redis、memcached

分别使用数据库锁、NoSql实现分布式锁

性能调优

数据库连接池

数据结构与算法知识

简单的数据结构

栈、队列、链表、数组、哈希表、

栈和队列的相同和不同之处

栈通常采用的两种存储结构

树

二叉树、字典树、平衡树、排序树、B树、B+树、R树、多路树、红黑树

堆

大根堆、小根堆

图

有向图、无向图、拓扑

排序算法

稳定的排序：冒泡排序、插入排序、鸡尾酒排序、桶排序、计数排序、归并排序、原地归并排序、二叉排序树排序、鸽巢排序、基数排序、侏儒排序、图书馆排序、块排序

不稳定的排序：选择排序、希尔排序、Clover排序算法、梳排序、堆排序、平滑排序、快速排序、内省排序、耐心排序

各种排序算法和时间复杂度

深度优先和广度优先搜索

全排列、贪心算法、KMP算法、hash算法

海量数据处理

分治，hash映射，堆排序，双层桶划分，Bloom Filter，bitmap，数据库索引，mapreduce等。

两个栈实现队列，和两个队列实现栈

大数据知识

Zookeeper

基本概念、常见用法

Solr，Lucene，ElasticSearch

在linux上部署solr，solrcloud，，新增、删除、查询索引

Storm，流式计算，了解Spark，S4

在linux上部署storm，用zookeeper做协调，运行storm hello world，local和remote模式运行调试storm topology。

Hadoop，离线计算

HDFS、MapReduce

分布式日志收集flume，kafka，logstash

数据挖掘，mahout

网络安全知识

XSS

XSS的防御

CSRF

注入攻击

SQL注入、XML注入、CRLF注入

文件上传漏洞

加密与解密

对称加密、非对称加密、哈希算法、加盐哈希算法

MD5，SHA1、DES、AES、RSA、DSA

彩虹表

DDOS攻击

DOS攻击、DDOS攻击

memcached为什么可以导致DDos攻击、什么是反射型DDoS

如何通过Hash碰撞进行DOS攻击

SSL、TLS，HTTPS

用openssl签一个证书部署到apache或nginx

五、架构篇

分布式

数据一致性、服务治理、服务降级

分布式事务

2PC、3PC、CAP、BASE、 可靠消息最终一致性、最大努力通知、TCC

Dubbo

服务注册、服务发现，服务治理

http://dubbo.apache.org/zh-cn/

分布式数据库

怎样打造一个分布式数据库、什么时候需要分布式数据库、mycat、otter、HBase

分布式文件系统

mfs、fastdfs

分布式缓存

缓存一致性、缓存命中率、缓存冗余

限流降级

Hystrix、Sentinal

算法

共识算法、Raft协议、Paxos 算法与 Raft 算法、拜占庭问题与算法

2PC、3PC

微服务

SOA、康威定律

ServiceMesh

sidecar

Docker & Kubernets

Spring Boot

Spring Cloud

高并发

分库分表

CDN技术

消息队列

ActiveMQ

监控

监控什么

CPU、内存、磁盘I/O、网络I/O等

监控手段

进程监控、语义监控、机器资源监控、数据波动

监控数据采集

日志、埋点

Dapper

负载均衡

tomcat负载均衡、Nginx负载均衡

四层负载均衡、七层负载均衡

DNS

DNS原理、DNS的设计

CDN

数据一致性

六、 扩展篇

云计算

IaaS、SaaS、PaaS、虚拟化技术、openstack、Serverlsess

搜索引擎

Solr、Lucene、Nutch、Elasticsearch

权限管理

Shiro

区块链

哈希算法、Merkle树、公钥密码算法、共识算法、Raft协议、Paxos 算法与 Raft 算法、拜占庭问题与算法、消息认证码与数字签名

比特币

挖矿、共识机制、闪电网络、侧链、热点问题、分叉

以太坊

超级账本

人工智能

数学基础、机器学习、人工神经网络、深度学习、应用场景。

常用框架

TensorFlow、DeepLearning4J

IoT

量子计算

AR & VR

其他语言

Groovy、Python、Go、NodeJs、Swift、Rust

六、 推荐书籍

《深入理解Java虚拟机》
《Effective Java》
《深入分析Java Web技术内幕》
《大型网站技术架构》
《代码整洁之道》
《架构整洁之道》
《Head First设计模式》
《maven实战》
《区块链原理、设计与应用》
《Java并发编程实战》
《鸟哥的Linux私房菜》
《从Paxos到Zookeeper》
《架构即未来》

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