2022最新Java高级程序员&架构师面试题及答案

1. Java如何开启线程？怎么保证线程安全？

答：线程与进程的区别：进程是操作系统进行资源分配的最小单元。线程是操作系统进行任务分配的最小单元，线程隶属于进程。

如何开启线程？1. 继承Thread类，重写run方法。2. 实现Runable接口，实现run方法。3. 实现Callable接口，实现call方法。通过FutureTask创建一个线程，获取到线程执行的返回值。4. 通过线程池来开启线程。

怎么保证线程安全？核心思想就是加锁：1. JVM提供的锁，也就是Synchronized关键字。 2. JDK提供的各种锁Lock.

2. Volatile和Synchronized有什么区别？Volatile能不能保证线程安全？DCL(Double Check Lock)单例为什么要加Volatile

答：1. Synchronize关键字，用来加锁，Volatile只是保持亦是的线程可见性。通常适用于一个线程写，多个线程读的场景。
2. Volatile关键字不能保证线程安全，只能保证线程可见性，不能保证原子性。
3.Volatile防止指令重排，在DCL中，防上高并发情况下，指令重排造成的线程安全问题。

3.Java线程锁机制是怎么样的？偏向锁、轻量级锁、重量级锁有什么区别？锁机制是如何升级的？

答：1.Java的锁就是在对象的Markword中记录一个锁状态，无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁对应不同的锁状态。
2. Java的锁机制就是根据资源竟争的激烈程度不断进行锁升级的过程。

4.谈谈你对AQS的理解。AQS如何实现可重入锁？

答：1. AQS是一个Java线程同步的框架，是JDK中很多锁工具的核心实现框架。
2. 在AQS中，维护了一个信号量state和一个线程组成的双向链表队列，其中，这个线程队列就是用来给线程排队的，而state就像是一个红绿灯，用来控制线程排队或才放行的，在不同的场景下，有不同的意义。
3.在可重入锁这个场景下，state就用来表示加锁的次数，0表示无锁，每加一次锁state就加1，释放锁state就减1.

5.有A、B、C三个线程，如何保证三个线程同时执行？如何在并发情况下保证三个线程依次执行？如何保证三个线程有序交错进行？

答：CountDownLatch，CylicBarrier，Semaphore

public class ThreadSafeDemo {
    public int count = 0;
    public void add(){
        count++;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
        int size = 3;

        ThreadSafeDemo threadSafeDemo = new ThreadSafeDemo();
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
        for(int i=0;i{
                try{
                    countDownLatch.await();
                    System.out.println(System.currentTimeMillis());
                    Thread.sleep(100);
                }catch (Exception ex){
                    ex.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }

        Thread.sleep(5000);
        countDownLatch.countDown();
    }
}

public class OldThread2 {
    static volatile int tickts = 1;
    public static void main(String[] args){
        Thread t1 = new Thread(()->{
            while (true){
                if(tickts==1){
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                        for(int i=0;i<10;i++){
                            System.out.println("a"+i);
                        }
                    }catch (InterruptedException ie){
                        ie.printStackTrace();
                    }
                    tickts=2;
                    return;
                }
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(()->{
            while (true){
                if(tickts==2){
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                        for(int i=0;i<10;i++){
                            System.out.println("b"+i);
                        }
                    }catch (InterruptedException ie){
                        ie.printStackTrace();
                    }
                    tickts=3;
                    return;
                }
            }
        });

        Thread t3 = new Thread(()->{
            while (true){
                if(tickts==3){
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                        for(int i=0;i<10;i++){
                            System.out.println("c"+i);
                        }
                    }catch (InterruptedException ie){
                        ie.printStackTrace();
                    }
                    tickts=1;
                    return;
                }
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

public class OldThread {
    private static Semaphore s1 = new Semaphore(1);
    private static Semaphore s2 = new Semaphore(1);
    private static Semaphore s3 = new Semaphore(1);

    public static void main(String[] args){
        try {
            s1.acquire();
            s2.acquire();
        }catch (InterruptedException ex){
            ex.printStackTrace();
        }

        new Thread(()->{
            while (true){
                try {
                    s1.acquire();
                }catch (InterruptedException iex){
                    iex.printStackTrace();
                }
                try {
                    Thread.sleep(500);
                }catch (InterruptedException ex2){
                    ex2.printStackTrace();
                }
                System.out.println("A");
                s2.release();
            }
        }).start();

        new Thread(()->{
            while (true){
                try {
                    s2.acquire();
                }catch (InterruptedException iex){
                    iex.printStackTrace();
                }
                try {
                    Thread.sleep(500);
                }catch (InterruptedException ex2){
                    ex2.printStackTrace();
                }
                System.out.println("B");
                s3.release();
            }
        }).start();

        new Thread(()->{
            while (true){
                try {
                    s3.acquire();
                }catch (InterruptedException iex){
                    iex.printStackTrace();
                }
                try {
                    Thread.sleep(500);
                }catch (InterruptedException ex2){
                    ex2.printStackTrace();
                }
                System.out.println("C");
                s1.release();
            }
        }).start();
    }
}

6. 如何对一个字符串快速进行排序？
答：Fork/Join框架

public class MargeTest {
    private static int MAX = 100;

    private static int inits[] = new int[MAX];

    //随机队列初始化
    static {
        Random r = new Random();
        for(int index = 0; index taskResult = pool.submit(task);
        try {
            int[] ints = taskResult.get();
            System.out.println(Arrays.toString(ints));
        }catch (InterruptedException ex){
            ex.printStackTrace();
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("耗时："+(endTime-beginTime));
    }

    static class MyTask extends RecursiveTask{
        private int source[];

        public MyTask(int source[]){
            this.source = source;
        }

        @Override
        protected int[] compute() {
            int sourcelen = source.length;
            if(sourcelen>2){
                int midIndex = sourcelen/2;
                MyTask task1 = new MyTask(Arrays.copyOf(source,midIndex));
                task1.fork();
                MyTask task2 = new MyTask(Arrays.copyOfRange(source,midIndex,sourcelen));
                task2.fork();

                int result1[] = task1.join();
                int result2[] = task2.join();
                int mer[] = joinInts(result1,result2);
                return mer;
            }else{
                if(sourcelen==1 || source[0]

7. TCP和UDP有什么区别？TCP为什么是三次握手，而不是两次？

答：TCP Transfer Control Protocol 是一种面向连接的，可靠的，传输层通信协议。
特点：好比打电话，面向连接的，点对点的通信，高可靠的，效率比较低，占用的系统资源比较多。
UDP User Datagram Protocol 是一种无连接的，不可靠的，传输层通信协议。
特点：好比广播，不需要连接，发送方不管接收方有没有准备好，直接发消息；可以进行广播发送。传输不可靠，有可能丢失消息；效率比较高，协议比较简单，占用的系统资源比较少。

TCP建立连接三次握手，断开连接四次挥手。如果是两次握手，可能造成连接资源浪费的情况。

8. Java有哪几种IO模型？有什么区别？

答：

BIO 同步阻塞IO。可靠性差，吞吐量低，适用于连接比较少且比较固定的场景。JDK1.4之前唯一的选择。编程模型最简单。

NIO 同步非阻塞IO。可靠性比较好，吞吐量比较高，适用于连接比较多，并且连接比较短（轻操作），例如聊天室，编程模型最复杂。

AIO 异步非阻塞IO。可靠性是最好的，吞吐量也是非常高的，适用于连接比较多，并且连接比较长（重操作）。例如相册服务器。视频流点播等，JDK1.7版本之后提供的。编程模型比较简单，需要操作系统来支持。

同步、异步【针对请求】和阻塞、非阻塞【针对客户端】

在一个网络请求中，客户端会发一个请求到服务端。
1. 客户端发了请求后，就一直等着服务端响应。客户端： 阻塞。 请求：同步
2. 客户端发了请求后，就去干别的事情了，时不时过来检查服务端是否给出了相应。客户端：非阻塞。请求：同步。
3. 换成异步请求。 客户端发了请求后，就坐在椅子上，等着服务端返回响应。客户端：阻塞。 请求：异步。
4. 客户端发了请求后，就去干别的事情了。等到服务端给出响应后，再过来处理业务逻辑。 客户端： 非阻塞。请求：异步。

9.Java NIO的几个核心组件是什么？分别有什么作用？

答：buffer, channel, selector，如下图：

Channel类似于流，每个channel对应一个buffer缓冲区。 channel会注册到selector。selector会根据channel上发生的读写事件，将请求交给某个空闲的线程处理。selector就必然对应一个或者多个线程。buffer和channel都是可读可写的。

10. select，poll和epoll有什么区别？

答：他们是NIO中多路复用的三种实现机制，是由Linux操作系统提供的。
用户空间和内核空间：操作系统为了保护系统安全，将内核划分为两个部分，一个是用户空间，一个是内核空间。用户空间不能直接访问底层的硬件设备，必须通过内核空间。
文件描述符 File Description（FD）：是一个抽象的概念，形式上是一个整数，实际上是一个索引值。指向内核中为每个进程维护进程所打开的文件的记录表。当程序打开一个文件或者创建一个文件时，内核就会向进程返回一个FD。Unix，Linux
select机制：会维护一个FD的结合fd_set。将fd_set从用户空间复制到内核空间，激活socket。x64 2048 fd_set是一个数组结构
poll机制：和select机制是差不多的，把fd_set结构进行了优化，FD集合的大小就突破了操作系统的限制。pollfd结构来代替fd_set，通过链表实现的。
epoll机制：event poll，epoll中不再扫描所有的FD，只将用户关心的FD的事件存放到内核的一个事件表当中。这样可以减少用户空间与内核空间之间需要copy的数据。
简单总结：（操作方式） 底层实现 最大连接数 IO效率
select： 遍历 数组 受限于内核 一般
poll 遍历 链表 无上限 一般
epoll 事件回调 红黑树 无上限 高

11. Java的NIO当中是用的那种机制？

可以查看DefaultSelectorProvider源码，在windows下，WindowsSelectorProvider。而Linux下，根据Liunx的内核版本，2.6版本以上，就是EPollSelectorProvider，否则就是默认的PollSelectorProvider
select 1984年出现，poll 1997年出现 epoll 2002年出现

12. 描述下HTTP和HTTPS的区别

答：HTTP是互联网上应用最为广泛的一种网络通信协议。基于TCP，可以使用浏览器工作更为高效，减少网络传输。
HTTPS是HTTP的加强版，可以认为是HTTP+SSL（Secure Socket Layer）。在HTTP的基础上增加了一系列的安全机制。一方面保证数据传输安全，另一方面对访问者增加了验证机制。是目前现行架构下，最为安全的解决方案。
主要区别：
1. HTTP的连接是简单无状态的。HTTPS的数据传输是经过证书加密的，安全性更高。
2. HTTP是免费的，而HTTPS需要申请证书，而证书通常是需要收费的。并且费用一般不低。
3. 他们的传输协议不同，他们使用的端口也是不一样的，HTTP默认是80端口，而HTTPS默认是443端口。
HTTPS的缺点：
1. HTTPS的握手协议比较费时，所以会影响服务的响应速度以及吞吐量。
2. HTTPS也并不是完全安全的，他的证书体系其实并不是完全安全的。并且HTTPS在面对DDOS这样的攻击时，几乎起不到任何作用。
3. 证书需要费钱，并且功能越强大的证书费用越高。

13.说一说JVM的内存模型。

14.JAVA类加载的全过程是怎样的？什么是双亲委派机制？有什么作用？一个对象从加载到JVM，再到被GC清除，都经历了什么过程？

答：Java的类加载机制： AppClassLoader->ExtClassLoader->BootstrapClassLoader
每种类加载器都有他自已的加载目录。
Java中的类加载器：AppClassLoader，ExtClassLoader->URLClassLoader->SecureClassLoader->ClassLoader
每个类加载器对它加载过的类都有一个缓存，
双亲委派：向上委托查找，向下委托加载。作用：保护JAVA底层的类不会被应用程序覆盖。

类加载过程：加载-》连接-》初始化。
加载：通过双亲委派机制把Java的字节码数据加载到JVM内存中，并映射成JVM认可的数据结构。
连接：分为三个小阶段：1.验证：检查加载到的字节信息是否符合JVM规范。2.准备：创建类和接口的静态变量并赋初始值，半初始化状态。3.解析：把符号引用转为直接引用。

1.用户创建一个对象，JVM首先要到方法区去找对象的类型信息，然后创建对象。
2.JVM要实例化一个对象，首先要在堆当中先创建一个对象。-》半初始化状态
3.对象首先会分配在堆内存中的Edon区，然后经过一个Minor GC，对象如果存活，就会进入S区。在后续的每次GC中，如果对象一直存活，就会在S区来分COPY，每移动一次，年龄加1.-》多大年龄才会移入老年代？年龄最大15，超过一定年龄后，对象转入老年代。
4.当方法执行结束后，栈中的指针会先移除。
5.堆中的对象，经过FULL GC，就会被标记为垃圾，然后被GC线程清理掉。