Java 核心技术面试笔记（一）

以面试题为切入点，有效提升 Java 内功

• 应聘初级、中级 Java 工程师，通常只要求扎实的 Java 和计算机科学基础，掌握主流开源
  框架的使用。
• Java 高级工程师或者技术专家，则往往全面考察 Java IO/NIO、并发、虚拟机等，不仅仅是了解，更要求对底层源代码层面的掌握，并对分布式、安全、性能等领域能力有进一步的要求。
• 有些面试者确实是认真努力工作，但坦白说表现出的能力水平却不足以通过面试，通常是两方面原因：
  • 知其然不知其所以然”。
    • 做了多年技术，开发了很多业务应用，但似乎并未思考过种种技术选择背后的逻辑。
    • 团队所从事的是公司核心产品，工作于基础技术领域，我们不需要那些“差不多”或“还行”的代码，而是需要达到一定水准的高质量设计与实现。
  • 知识碎片化，不成系统。
    • 在面试中，面试者似乎无法完整、清晰地描述自己所开发的系统，或者使用的相关技术。
    • 平时可能埋头苦干，或者过于死磕某个实现细节，并没有抬头审视这些技术。
    • 比如，有的面试者，有一些并发编程经验，但对基本的并发类库掌握却并不扎实，似乎觉得在用的时候进行“面向搜索引擎的编程”就足够了。

  • 一道类加载的问题，一个类，在类加载之后，如果对类的内容进行修改，如何在不重新启动虚拟机的情况下，加载已经变化过的类。
  • 你可以创建个新的 class loader，然后用 loadClass 加载，再 newInstance；原来加载的classloader 是不能重新加载的，这算是一个典型的容器思路。

谈谈对 Java 平台的理解

典型回答

• Java 本身是一种面向对象的语言，最显著的特性有两个方面，一是所谓的“书写一次，到
  处运行”（Write once, run anywhere），能够非常容易地获得跨平台能力；另外就是垃圾收集（GC, Garbage Collection），Java 通过垃圾收集器（Garbage Collector）回收分配内存，大部分情况下，程序员不需要自己操心内存的分配和回收。
• 我们日常会接触到 JRE（Java Runtime Environment）或者 JDK（Java Development Kit）。JRE，也就是 Java 运行环境，包含了 JVM 和 Java 类库，以及一些模块等。而 JDK 可以看作是 JRE 的一个超集，提供了更多工具，比如编译器、各种诊断工具等。
• 我们开发的 Java 的源代码，首先通过 Javac 编译成为字节码（bytecode），然后，在运行时，通过 Java 虚拟机（JVM）内嵌的解释器将字节码转换成为最终的机器码。
• 但是常见的 JVM，比如我们大多数情况使用的 Oracle JDK 提供的 Hotspot JVM，都提供了 JIT（Just-In-Time）编译器，也就是通常所说的动态编译器，JIT 能够在运行时将热点代码编译成机器码，这种情况下部分热点代码就属于编译执行，而不是解释执行了。

考点分析

• 题目本身是非常开放的，往往考察的是多个方面，比如，基础知识理解是否很清楚；是否掌握 Java 平台主要模块和运行原理等。
• 对于这类笼统的问题，需要尽量表现出自己的思维深入并系统化，Java 知识理解得也比较全面，一定要避免让面试官觉得你是个“知其然不知其所以然”的人。

知识扩展

• 对于 Java 平台的理解，可以从很多方面简明扼要地谈一下。
  • 例如：Java 语言特性，包括泛型、Lambda 等语言特性；基础类库，包括集合、IO/NIO、网络、并发、安全等基础类库。
  • 对于我们日常工作应用较多的类库，面试前可以系统化总结一下，有助于临场发挥。
  • 或者谈谈 JVM 的一些基础概念和机制。
    • 比如 Java 的类加载机制，常用版本 JDK（如 JDK 8）内嵌的 Class-Loader，例如 Bootstrap、 Application 和 Extension Class-loader；
    • 类加载大致过程：加载、验证、链接、初始化；自定义 Class-Loader 等。
  • 还有垃圾收集的基本原理，最常见的垃圾收集器，如 SerialGC、Parallel GC、 CMS、 G1 等，对于适用于什么样的工作负载最好也心里有数。
  • 当然还有 JDK 包含哪些工具或者 Java 领域内其他工具等，如编译器、运行时环境、安全工具、诊断和监控工具等。这些基本工具是日常工作效率的保证，对于我们工作在其他语言平台上，同样有所帮助，很多都是触类旁通的。
• 众所周知，我们通常把 Java 分为编译期和运行时。
  • 这里说的 Java 的编译和 C/C++ 是有着不同的意义的，Javac 的编译，编译 Java 源码生成“.class”文件里面实际是字节码，而不是可以直接执行的机器码。
  • Java 通过字节码和 Java 虚拟机（JVM）这种跨平台的抽象，屏蔽了操作系统和硬件的细节，这也是实现“一次编译，到处执行”的基础。
  • 在运行时，JVM 会通过类加载器（Class-Loader）加载字节码，解释或者编译执行。
  • 主流 Java 版本中，如 JDK 8 实际是解释和编译混合的一种模式，即所谓的混合模式（-Xmixed）。
    • 通常运行在 server 模式的 JVM，会进行上万次调用以收集足够的信息进行高效的编译，client 模式这个门限是 1500 次。
    • Oracle Hotspot JVM 内置了两个不同的 JIT compiler，C1 对应前面说的 client 模式，适用于对于启动速度敏感的应用，比如普通 Java 桌面应用；C2 对应 server 模式，它的优化是为长时间运行的服务器端应用设计的。默认是采用所谓的分层编译（TieredCompilation）。
• Java 虚拟机启动时，可以指定不同的参数对运行模式进行选择。
  • 比如，指定“-Xint”，就是告诉 JVM 只进行解释执行，不对代码进行编译，这种模式抛弃了 JIT 可能带来的性能优势。毕竟解释器（interpreter）是逐条读入，逐条解释运行的。
  • 与其相对应的，还有一个“-Xcomp”参数，这是告诉 JVM 关闭解释器，不要进行解释执行，或者叫作最大优化级别。
  • “-Xcomp”会导致 JVM 启动变慢非常多，同时有些 JIT 编译器优化方式，比如分支预测，如果不进行 profiling，往往并不能进行有效优化。
• 除了我们日常最常见的 Java 使用模式，其实还有一种新的编译方式，即所谓的 AOT（Ahead-of-Time Compilation），直接将字节码编译成机器代码，这样就避免了 JIT 预热等各方面的开销，比如 Oracle JDK 9 就引入了实验性的 AOT 特性，并且增加了新的 jaotc 工具。
• JVM 作为一个强大的平台，不仅仅只有 Java 语言可以运行在 JVM 上，本质上合规的字节码都可以运行，Java 语言自身也为此提供了便利，我们可以看到类似 Clojure、Scala、Groovy、JRuby、Jython 等大量 JVM 语言，活跃在不同的场景。