Java工程师面试题总结及参考答案(一)

1、 JVM结构原理、GC工作机制详解
转载于：https://blog.csdn.net/tonytfjing/article/details/44278233

一、JVM结构

根据《java虚拟机规范》规定，JVM的基本结构一般如下图所示：

从左图可知，JVM主要包括四个部分：

1.类加载器（ClassLoader）:在JVM启动时或者在类运行时将需要的class加载到JVM中。（右图表示了从java源文件到JVM的整个过程，可配合理解。 关于类的加载机制，可以参考http://blog.csdn.net/tonytfjing/article/details/47212291）

2.执行引擎：负责执行class文件中包含的字节码指令（执行引擎的工作机制，这里也不细说了，这里主要介绍JVM结构）；

3.内存区（也叫运行时数据区）：是在JVM运行的时候操作所分配的内存区。运行时内存区主要可以划分为5个区域，如图：

方法区(Method Area)：用于存储类结构信息的地方，包括常量池、静态变量、构造函数等。虽然JVM规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分， 但它却有个别名non-heap（非堆），所以大家不要搞混淆了。方法区还包含一个运行时常量池。

java堆(Heap)：存储java实例或者对象的地方。这块是GC的主要区域（后面解释）。从存储的内容我们可以很容易知道，方法区和堆是被所有java线程共享的。

java栈(Stack)：java栈总是和线程关联在一起，每当创建一个线程时，JVM就会为这个线程创建一个对应的java栈。在这个java栈中又会包含多个栈帧，每运行一个方法就创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作栈、方法返回值等。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应一个栈帧在java栈中入栈到出栈的过程。所以java栈是现成私有的。

程序计数器(PC Register)：用于保存当前线程执行的内存地址。由于JVM程序是多线程执行的（线程轮流切换），所以为了保证线程切换回来后，还能恢复到原先状态，就需要一个独立的计数器，记录之前中断的地方，可见程序计数器也是线程私有的。

本地方法栈(Native Method Stack)：和java栈的作用差不多，只不过是为JVM使用到的native方法服务的。

4.本地方法接口：主要是调用C或C++实现的本地方法及返回结果。
二、内存分配

我觉得了解垃圾回收之前，得先了解JVM是怎么分配内存的，然后识别哪些内存是垃圾需要回收，最后才是用什么方式回收。

Java的内存分配原理与C/C++不同，C/C++每次申请内存时都要malloc进行系统调用，而系统调用发生在内核空间，每次都要中断进行切换，这需要一定的开销，而Java虚拟机是先一次性分配一块较大的空间，然后每次new时都在该空间上进行分配和释放，减少了系统调用的次数，节省了一定的开销，这有点类似于内存池的概念；二是有了这块空间过后，如何进行分配和回收就跟GC机制有关了。

java一般内存申请有两种：静态内存和动态内存。很容易理解，编译时就能够确定的内存就是静态内存，即内存是固定的，系统一次性分配，比如int类型变量；动态内存分配就是在程序执行时才知道要分配的存储空间大小，比如java对象的内存空间。根据上面我们知道，java栈、程序计数器、本地方法栈都是线程私有的，线程生就生，线程灭就灭，栈中的栈帧随着方法的结束也会撤销，内存自然就跟着回收了。所以这几个区域的内存分配与回收是确定的，我们不需要管的。但是java堆和方法区则不一样，我们只有在程序运行期间才知道会创建哪些对象，所以这部分内存的分配和回收都是动态的。一般我们所说的垃圾回收也是针对的这一部分。

总之Stack的内存管理是顺序分配的，而且定长，不存在内存回收问题；而Heap 则是为java对象的实例随机分配内存，不定长度，所以存在内存分配和回收的问题；

三、垃圾检测、回收算法

垃圾收集器一般必须完成两件事：检测出垃圾；回收垃圾。怎么检测出垃圾？一般有以下几种方法：

引用计数法：给一个对象添加引用计数器，每当有个地方引用它，计数器就加1；引用失效就减1。

好了，问题来了，如果我有两个对象A和B，互相引用，除此之外，没有其他任何对象引用它们，实际上这两个对象已经无法访问，即是我们说的垃圾对象。但是互相引用，计数不为0，导致无法回收，所以还有另一种方法：

可达性分析算法：以根集对象为起始点进行搜索，如果有对象不可达的话，即是垃圾对象。这里的根集一般包括java栈中引用的对象、方法区常良池中引用的对象

本地方法中引用的对象等。
答：说到GC，记住两点：1、GC是负责回收所有无任何引用对象的内存空间。 注意:垃圾回收回收的是无任何引用的对象占据的内存空间而不是对象本身，2、GC回收机制的两种算法，a、引用计数法 b、可达性分析算法

2、Java对象的生命周期

在Java中，对象的生命周期包括以下几个阶段：

1.  创建阶段(Created)
   

2.  应用阶段(In Use)
   

3.  不可见阶段(Invisible)
   

4.  不可达阶段(Unreachable)
   

5.  收集阶段(Collected)
   

6.  终结阶段(Finalized)
   

7.  对象空间重分配阶段(De-allocated)
   

1.创建阶段(Created)
在创建阶段系统通过下面的几个步骤来完成对象的创建过程

l 为对象分配存储空间
l 开始构造对象
l 从超类到子类对static成员进行初始化
l 超类成员变量按顺序初始化，递归调用超类的构造方法
l 子类成员变量按顺序初始化，子类构造方法调用
一旦对象被创建，并被分派给某些变量赋值，这个对象的状态就切换到了应用阶段

2.应用阶段(In Use)
对象至少被一个强引用持有着。

3.不可见阶段(Invisible)
当一个对象处于不可见阶段时，说明程序本身不再持有该对象的任何强引用，虽然该这些引用仍然是存在着的。

简单说就是程序的执行已经超出了该对象的作用域了。

4.不可达阶段(Unreachable)
对象处于不可达阶段是指该对象不再被任何强引用所持有。

与“不可见阶段”相比，“不可见阶段”是指程序不再持有该对象的任何强引用，这种情况下，该对象仍可能被JVM等系统下的某些已装载的静态变量或线程或JNI等强引用持有着，这些特殊的强引用被称为”GC root”。存在着这些GC root会导致对象的内存泄露情况，无法被回收。

5.收集阶段(Collected)
当垃圾回收器发现该对象已经处于“不可达阶段”并且垃圾回收器已经对该对象的内存空间重新分配做好准备时，则对象进入了“收集阶段”。如果该对象已经重写了finalize()方法，则会去执行该方法的终端操作。

这里要特别说明一下：不要重载finazlie()方法！原因有两点：

l 会影响JVM的对象分配与回收速度
在分配该对象时，JVM需要在垃圾回收器上注册该对象，以便在回收时能够执行该重载方法；在该方法的执行时需要消耗CPU时间且在执行完该方法后才会重新执行回收操作，即至少需要垃圾回收器对该对象执行两次GC。

l 可能造成该对象的再次“复活”
在finalize()方法中，如果有其它的强引用再次持有该对象，则会导致对象的状态由“收集阶段”又重新变为“应用阶段”。这个已经破坏了Java对象的生命周期进程，且“复活”的对象不利用后续的代码管理。

6.终结阶段
当对象执行完finalize()方法后仍然处于不可达状态时，则该对象进入终结阶段。在该阶段是等待垃圾回收器对该对象空间进行回收。

7.对象空间重新分配阶段
垃圾回收器对该对象的所占用的内存空间进行回收或者再分配了，则该对象彻底消失了，称之为“对象空间重新分配阶段”。

3、Map或者HashMap的存储原理

1. HashMap的数据结构
   数据结构中有数组和链表来实现对数据的存储，但这两者基本上是两个极端。

   数组
   数组存储区间是连续的，占用内存严重，故空间复杂的很大。但数组的二分查找时间复杂度小，为O(1)；数组的特点是：寻址容易，插入和删除困难；

链表
链表存储区间离散，占用内存比较宽松，故空间复杂度很小，但时间复杂度很大，达O（N）。链表的特点是：寻址困难，插入和删除容易。

哈希表
那么我们能不能综合两者的特性，做出一种寻址容易，插入删除也容易的数据结构？答案是肯定的，这就是我们要提起的哈希表。哈希表（(Hash table）既满足了数据的查找方便，同时不占用太多的内容空间，使用也十分方便。

4、Java Object类中有哪些方法？

1.所有方法:

1. getClass()
2. hashCode()
3. equals()
4. toString()
5. clone()
6. wait()…
7. notify()
8. notifyAll()
9. finalize()
10. 各个方bai法作用:
    方法摘要
    protected Object clone() 创建并返du回此对象zhi的一个副本。
    boolean equals(Object obj) 指示某个dao其他对象是否与此对象“相等”。
    protected void finalize() 当垃圾回收器确定不存在对该对象的更多引用时，由对象的垃圾回收器调用此方法。
    Class getClass() 返回一个对象的运行时类。
    int hashCode() 返回该对象的哈希码值。
    void notify() 唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。
    void notifyAll() 唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。
    String toString() 返回该对象的字符串表示。
    void wait() 导致当前的线程等待，直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法。
    void wait(long timeout) 导致当前的线程等待，直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法，或者超过指定的时间量。
    void wait(long timeout, int nanos) 导致当前的线程等待，直到其他线程调用此对象的 notify()

5、HTTP协议，GET和POST 的区别

(1).所谓安全的意味着该操作用于获取信息而非修改信息。换句话说，GET 请求一般不应产生副作用。就是说，它仅仅是获取资源信息，就像数据库查询一样，不会修改，增加数据，不会影响资源的状态。

* 注意：这里安全的含义仅仅是指是非修改信息。

(2).幂等的意味着对同一URL的多个请求应该返回同样的结果。这里我再解释一下幂等这个概念：

幂等（idempotent、idempotence）是一个数学或计算机学概念，常见于抽象代数中。
　　幂等有一下几种定义：
　　对于单目运算，如果一个运算对于在范围内的所有的一个数多次进行该运算所得的结果和进行一次该运算所得的结果是一样的，那么我们就称该运算是幂等的。比如绝对值运算就是一个例子，在实数集中，有abs(a)=abs(abs(a))。
　　对于双目运算，则要求当参与运算的两个值是等值的情况下，如果满足运算结果与参与运算的两个值相等，则称该运算幂等，如求两个数的最大值的函数，有在在实数集中幂等，即max(x,x) = x。
看完上述解释后，应该可以理解GET幂等的含义了。

但在实际应用中，以上2条规定并没有这么严格。引用别人文章的例子：比如，新闻站点的头版不断更新。虽然第二次请求会返回不同的一批新闻，该操作仍然被认为是安全的和幂等的，因为它总是返回当前的新闻。从根本上说，如果目标是当用户打开一个链接时，他可以确信从自身的角度来看没有改变资源即可。

2.根据HTTP规范，POST表示可能修改变服务器上的资源的请求。继续引用上面的例子：还是新闻以网站为例，读者对新闻发表自己的评论应该通过POST实现，因为在评论提交后站点的资源已经不同了，或者说资源被修改了。

上面大概说了一下HTTP规范中GET和POST的一些原理性的问题。但在实际的做的时候，很多人却没有按照HTTP规范去做，导致这个问题的原因有很多，比如说：

1.很多人贪方便，更新资源时用了GET，因为用POST必须要到FORM（表单），这样会麻烦一点。

2.对资源的增，删，改，查操作，其实都可以通过GET/POST完成，不需要用到PUT和DELETE。

3.另外一个是，早期的Web MVC框架设计者们并没有有意识地将URL当作抽象的资源来看待和设计，所以导致一个比较严重的问题是传统的Web MVC框架基本上都只支持GET和POST两种HTTP方法，而不支持PUT和DELETE方法。

* 简单解释一下MVC：MVC本来是存在于Desktop程序中的，M是指数据模型，V是指用户界面，C则是控制器。使用MVC的目的是将M和V的实现代码分离，从而使同一个程序可以使用不同的表现形式。

以上3点典型地描述了老一套的风格（没有严格遵守HTTP规范），随着架构的发展，现在出现REST(Representational State Transfer)，一套支持HTTP规范的新风格，这里不多说了，可以参考《RESTful Web Services》。

说完原理性的问题，我们再从表面现像上面看看GET和POST的区别：

1.GET请求的数据会附在URL之后（就是把数据放置在HTTP协议头中），以?分割URL和传输数据，参数之间以&相连，如：login.action?name=hyddd&password=idontknow&verify=%E4%BD%A0%E5%A5%BD。如果数据是英文字母/数字，原样发送，如果是空格，转换为+，如果是中文/其他字符，则直接把字符串用BASE64加密，得出如：%E4%BD%A0%E5%A5%BD，其中％XX中的XX为该符号以16进制表示的ASCII。

POST把提交的数据则放置在是HTTP包的包体中。

2.“GET方式提交的数据最多只能是1024字节，理论上POST没有限制，可传较大量的数据，IIS4中最大为80KB，IIS5中为100KB”？？！

以上这句是我从其他文章转过来的，其实这样说是错误的，不准确的：

(1).首先是"GET方式提交的数据最多只能是1024字节"，因为GET是通过URL提交数据，那么GET可提交的数据量就跟URL的长度有直接关系了。而实际上，URL不存在参数上限的问题，HTTP协议规范没有对URL长度进行限制。这个限制是特定的浏览器及服务器对它的限制。IE对URL长度的限制是2083字节(2K+35)。对于其他浏览器，如Netscape、FireFox等，理论上没有长度限制，其限制取决于操作系统的支持。

注意这是限制是整个URL长度，而不仅仅是你的参数值数据长度。[见参考资料5]

(2).理论上讲，POST是没有大小限制的，HTTP协议规范也没有进行大小限制，说“POST数据量存在80K/100K的大小限制”是不准确的，POST数据是没有限制的，起限制作用的是服务器的处理程序的处理能力。

对于ASP程序，Request对象处理每个表单域时存在100K的数据长度限制。但如果使用Request.BinaryRead则没有这个限制。

由这个延伸出去，对于IIS 6.0，微软出于安全考虑，加大了限制。我们还需要注意：

1).IIS 6.0默认ASP POST数据量最大为200KB，每个表单域限制是100KB。
　　　　 2).IIS 6.0默认上传文件的最大大小是4MB。
　　　　 3).IIS 6.0默认最大请求头是16KB。
　　IIS 6.0之前没有这些限制。[见参考资料5]

所以上面的80K，100K可能只是默认值而已(注：关于IIS4和IIS5的参数，我还没有确认)，但肯定是可以自己设置的。由于每个版本的IIS对这些参数的默认值都不一样，具体请参考相关的IIS配置文档。

3.在ASP中，服务端获取GET请求参数用Request.QueryString，获取POST请求参数用Request.Form。在JSP中，用request.getParameter(“XXXX”)来获取，虽然jsp中也有request.getQueryString()方法，但使用起来比较麻烦，比如：传一个test.jsp?name=hyddd&password=hyddd，用request.getQueryString()得到的是：name=hyddd&password=hyddd。在PHP中，可以用${}_{G}ET和$_POST分别获取GET和POST中的数据，而${}_{R}EQUEST则可以获取GET和POST两种请求中的数据。值得注意的是，JSP中使用request和PHP中使用$_REQUEST都会有隐患，这个下次再写个文章总结。

4.POST的安全性要比GET的安全性高。注意：这里所说的安全性和上面GET提到的“安全”不是同个概念。上面“安全”的含义仅仅是不作数据修改，而这里安全的含义是真正的Security的含义，比如：通过GET提交数据，用户名和密码将明文出现在URL上，因为(1)登录页面有可能被浏览器缓存，(2)其他人查看浏览器的历史纪录，那么别人就可以拿到你的账号和密码了，除此之外，使用GET提交数据还可能会造成Cross-site request forgery攻击。

总结一下，Get是向服务器发索取数据的一种请求，而Post是向服务器提交数据的一种请求，在FORM（表单）中，Method默认为"GET"，实质上，GET和POST只是发送机制不同，并不是一个取一个发！