Java 2022（Java基础篇）最新面试题和答案
Java基础
Java8种基本数据类型
| 类型 | 数据类型和占用字节 |
|---|---|
| 整数型 | 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） |
| 字符类型 | char（3字节） |
| 布尔型 | boolean（1字节） |
ArrayList和LinkedList的区别
- ArrayList 是用数组来实现的，LinkedList 是基于链表实现的。
- 数组和链表的最大区别就是数组是可以随机访问，而链表只能从头开始遍历。
- 改查 ArrayList 的效率高
- 增删在尾部时并且数据量大时 ArrayList 效率高，在其他地方LinkedList效率高。
数组因为在物理内存上的连续性，当要增删元素时，会导致后续元素都要移动一位,所以效率比较低，而链表则可以轻松的断开和下一个元素的连接，直接插入新元素或者移除旧元素效率较高,但增删在尾部的时候，不需要移动后续元素，所以 ArrayList 比较快。
单向链表和双向链表的区别
单向链表
组成：链接方向是单向的，链表的遍历要从头部开始顺序读取；结点构成，head指针指向第一个成为表头结点，终止于最后一个指向NULL的指针。
优点：单向链表增加删除节点简单，遍历时候不会死循环。
缺点：只能从头到尾遍历。只能找到后继，无法找到前驱，也就是只能前进。
双向链表
组成：双向链表是包含两个指针的，pre指向前一个节点，next指向后一个节点，但是第一个节点head的pre指向null，最后一个节点的tail指向null。
优点：可进可退，能找到前驱和后继。
缺点：占用内存较大，需要多分配一个前驱指针，遍历复杂。
双向循环链表
组成：双向循环链表和双向链表的不同在于，第一个节点的pre指向最后一个节点，最后一个节点的next指向第一个节点，也形成一个循环，LinkedList就是双向循环列表组成的。
优点：从循环链表中的任何一个结点出发都能找到任何其他结点。
HashMap
底层实现
JDK 1.7
存储结构：数组+链表
插入方式：头插法
扩容方式：先扩容，再添加
扰动函数:要进行4次位运算 + 5次异或运算
JDK 1.8
存储结构：数组+链表+红黑树
插入方法：尾插法
扩容方式：先添加，再扩容
扰动函数：进行1次位运算 + 1次异或运算
引入红黑树原因
为了解决hash碰撞后，链表过长引起的查询效率问题。
红黑树转化条件
数组的长度大于64，链表长度大于8才会从链表转换为红黑树。
当数组长度小于64时，数组+链表比红黑树占用空间较小，而且红黑树自平衡比较耗时，hash碰撞严重时不如先扩容来解决冲突。
线程安全问题
- JDK1.7：因为采用头插法，所以当并发执行扩容操作时环形链表的情况。
- JDK1.8：采用尾插法解决了1.7的环形链表问题，但是当并发执行put操作时会发生数据丢失等情况。
负载因子
- 负载因子:0.75
- 扩容机制：0.75 * 16=12，当容量达到了12的时就会执行扩容操作。
- 原因：根据泊松分布，当负载因子为0.75时，空间利用率比较高，hash碰撞的频率较少，属于时间和空间平衡的最佳大小。
put操作顺序
1.先判断数组是否为空，为空则调用resize()进行扩容,直接插入到对应的数组中。
2.不为空则根据当前key来计算数据的索引值判断当前key是否存在，如果存在，则覆盖value值。
3.不存在则判断是否是红黑树，是红黑树结构则直接插入。
4.不是红黑树的话，遍历链表准备插入，若链表长度小于8且数组长度小于64时，直接插入链表，数组的长度大于64，链表长度大于8的时候，则将链表转为红黑树，转成功之后，再插入。
5.判断++size是否大于threshold,大于则进行一次resize();
ConcurrentHashMap
底层实现
1.7
存储结构： Segment数组 + HashEntry数组 + 链表
线程安全实现：Segment继承了ReentrantLock，用来做分段锁，理论上如果有 n 个 Segment，那么最多可以同时支持 n 个线程的并发访问，从而大大提高了并发访问的效率。
分段锁：ConcurrentHashMap由多个Segment组成(Segment下包含很多Node)，每个Segment都有一把锁来实现线程安全，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问。
1.8
存储结构： Node数组 + 链表/红黑树
线程安全实现：取消了分段锁的概念，采用synchronized关键字和CAS来保证其线程安全，CAS失败自旋保证成功，再失败就synchronized保证。
synchronized：只锁定当前链表或者红黑树的首节点。
CAS(compare and swap):CAS 操作包含三个操作数—内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。如果内存位置的值与预期原值相匹配，那么会自动将该位置值更新为新值。否则，不做任何操作。
并发多线程相关
synchronized关键字
作用
synchronized关键字用来来防止线程干扰和内存一致性错误，解决了多线程之间资源的一致性。
用法
- 修饰实例方法 锁是当前实例对象
- 修饰静态方法 锁是当前类的Class对象
- 修饰代码块 锁是synchonized括号里配置的对象
底层原理
对象中内置一个Monitor监视器
Monitor 可以理解为一个同步工具或一种同步机制，通常被描述为一个对象。每一个 Java 对象就有一把看不见的锁，称为内部锁或者 Monitor 锁。
对象在内存中由三个部分组成
分别为：对象头，实例数据和对其填充(非必须)构成。
Mark Word：存在于对象头中，存储对象的hashcode、锁信息、分代年龄和GC标志等信息,锁升级的过程就是基于修改Mark Word来实现的。
如何实现同步
同步方法:是隐式的，无须通过字节码指令来控制，通过ACC_SYNCHRONIZED访问标志判断一个方法是否声明为同步方法。
同步代码块:通过monitorenter和monitorexit两条指令来实现同步，关联到一个monitor对象，进入时设置Owner为当前线程，进入计数器+1、退出计数器-1。
锁升级过程
过程：无锁状态->偏向锁状态(1次CAS)->轻量级锁状(多次CAS)->重量级锁状态
锁升级的过程是不可逆的,锁升级是为了将众多细粒度锁转换为较少的粗粒度的锁的过程，以削减系统开销，降低锁带来的性能消耗。
volatile关键字
特性
volatile是Java提供的轻量级的同步机制
- 保证可见性(JMM模型和MESI协议)
- 不保证原子性
- 禁止指令重排(基于内存屏障实现)
MESI协议
一种缓存一致性协议，主要来解决多核CPU访问内存比较慢和缓存不一致等问题。
| 状态 | 描述 |
|---|---|
| M(Modified) | 数据被修改了，和内存中的数据不一致，数据只存在于本Cache中 |
| E(Exclusive) | 数据和内存中的数据一致，数据只存在于本Cache中。 |
| S(Shared) | 数据和内存中的数据一致，数据存在于很多Cache中。 |
| I(Invalid) | 缓存行中的内容时无效。 |
JMM内存模型
1.所有的变量都存储在主内存中，每个线程都有一个私有的工作内存来存储共享变量的副本，并且每个线程只能访问自己的工作内存，无法访问其他线程的工作内存，也不能直接读写主内存中的变量。
2.不同线程之间无法直接访问对方工作内存中的变量，线程间变量值传递均需要在主内存来完成。
多线程并发编程中三个特性
- 可见性
是指当多个线程访问同一个共享变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看到修改后的值。 - 原子性
原子性指的一个操作或一组操作要么全部执行，要么全部不执行。 - 有序性
有序性是指程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。
总线风暴
由于volatile基于MESI缓存一致性协议需要不断的从主内存嗅探和CAS不断循环无效交互导致总线带宽达到峰值。
AtomicInteger
基于volatile + CAS + Native 来实现的线程安全的int包装类
Lock
介绍
Lock锁也叫做同步锁，实现类为ReentrantLock。
Lock和synchronized的区别
-
synchronized是关键字，作用于JVM层面的，Lock是API层面的锁。
-
synchronized不需要手动释放锁，在线程结束或者异常时会自动释放锁。ReentrantLock必须手动去释放锁，遇到异常，释放不正确会导致死锁，一般在finally{}中释放。
-
synchronized为非公平锁，ReentrantLock可以通过参数来设置是否为公平锁，是否公平取决于线程是否按照先后顺序获取锁。
-
synchronized不可中断，ReentrantLock可以中断。
-
ReentrantLock提供的Condition（条件）可以指定唤醒哪些线程，而synchronized只能随机唤醒一个或者全部唤醒。
-
ReentrantLock比synchronized更灵活。
ThreadLocal
介绍
ThreadLocal类存储每个线程的私有数据，即线程的局部变量副本,每个线程维护自己的一份数据，从而达到线程隔离的效果。
内存泄露问题
ThreadLocalMap的生命周期与 Thread 一致，同时ThreadLocalMap 中的 Entry的 key 对 ThreadLocal 是弱引用，但是Entry中的value是被Entry强引用的，如果不手动的清除掉 ThreadLocalMap中Entry对象，在垃圾回收时，key会被回收掉，但是value会被回收，这样不管是否使用弱引用都有内存泄露的可能。所以一般在使用完后需要手动调用remove()方法清除掉。
应用场景
- 全局存储用户信息,方便获取。
- 代替参数的显示传递。
- 解决线程安全问题，达到线程隔离的效果。
线程
创建线程有哪几种方式
- 继承Thread类。
- 实现Runnable接口。
- 使用Callable和Future创建。
- 创建ThreadPool，从线程池中获取。
线程有哪几种状态
- New(新建)，新创建的线程进过初始化，进入Runnable(就绪)状态；
- Runnable(就绪)，等待线程调度，调度后进入Running(运行)状态；
- Running(运行)，线程正常运行，期间可能会因为某些情况进入Blocked(堵塞)
状态(同步锁；调用了sleep()和join()方法进入Sleeping状态；执行wait()
方法进入Waiting状态，等待其他线程notify通知唤醒)； - Blocked(堵塞)，线程暂停运行，解除堵塞后进入Runnable(就绪)状态
重新等待调度； - Dead(死亡)：线程完成了它的任务正常结束或因异常导致终止；
线程池
线程池的优点
- 降低资源消耗。
- 提高响应速度。
- 提高线程的可管理性。
- 避免大量的线程间因互相抢占系统资源导致的阻塞现象。
线程池的核心参数
- corePoolSize 核心线程数
- maximumPoolSize 线程池最大线程数
- keepAliveTime 空闲线程存活时间
- unit 空闲线程存活时间单位
- workQueue 工作队列
- threadFactory 线程工厂
- handler 拒绝策略
- AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常（默认）
- DiscardPolicy:丢弃任务，但是不抛出异常。
- DiscardOldestPolicy:丢弃队列最前面的任务，然后重新提交被拒绝的任务。
- CallerRunsPolicy:由调用线程处理该任务。
创建线程池有哪几种方式
Executors
- newCachedThreadPool：创建一个可缓存线程池。
- newFixedThreadPool ： 创建一个定长线程池。
- newScheduledThreadPool ：创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
- newSingleThreadExecutor ：创建一个单线程的线程池。
- newWorkStealingPool：创建了一个新的具有抢占式操作的线程池,每个线程都有一个任务队列存放任务。
ThreadPoolExecutor
- 根据核心参数定制你需要的线程池
如何设置核心线程数
- CPU密集型：核心线程数 = CPU核数 + 1
- IO密集型：核心线程数 = CPU核数 * 2
具体可以参考：Java线程池实现原理及其在美团业务中的实践