当前位置：首页 > news >正文

Java工程师面试题

news 来源：原创 2024/5/7 8:04:11

1.Java基础

1.1.为什么Java代码可以实现一次编写、到处运行？

JVM（Java虚拟机）是Java跨平台的关键。在程序运行之前，Java源代码（.java）需要经过编译器编译成字节码（.class）。在程序运行时，JVM负责将字节码翻译成特定平台下的机器码并运行，也就是说，只要在不同的平台上安装对应的JVM，就可以运行字节码文件。同一份Java源代码在不同的平台上运行，它不需要做任何的改变，并且只需要编译一次。而编译好的字节码，是通过JVM这个中间的“桥梁”实现跨平台的，JVM是与平台相关的软件，它能将统一的字节码翻译成该平台的机器码。注意事项：编译的结果是生成字节码、不是机器码，字节码不能直接运行，必须通过JVM翻译成机器码才能运行；跨平台的是Java程序、而不是JVM，JVM使用C/C++开发的软件，不同平台下需要安装不同版本的JVM。

1.2.一个Java文件里可有有多个类吗（不含内部类）？

一个java文件里可以有多个类，但最多只能有一个被public修饰的类；如果这个java文件中包含public修饰的类，则这个类的名称必须和java文件名一致。

1.3.说一说你对Java访问权限的了解

Java语言为我们提供了三种访问修饰符，即private、protected、public，在使用这些修饰符修饰目标时，一共可以形成四种访问权限，即private、default、protected、public，注意在不加任何修饰符时为default访问权限。

在修饰成员变量/成员方法时，该成员的四种访问权限的含义如下：

private：该成员可以被该类内部成员访问；
default：该成员可以被该类内部成员访问，也可以被同一包下其他类访问；
protected：该成员可以被该类内部成员访问，也可以被同一包下其它类访问，还可以被它的子类访问；
public：该成员可以被任意包下，任意类的成员进行访问。

在修饰类是，该类只有两种访问权限，对应的访问权限的含义如下：

default：该类可以被同一包下的其他类访问；
public：该类可以被任意包下，任意的类所访问。

1.4.介绍一下Java的数据类型

Java数据类型包括基本数据类型和引用数据类型两大类。

基本数据类型有8个，可以分为4个小类，分别是整数类型（byte/short/int/long）、浮点数（float/double）、字符类型（char）、布尔类型（boolean）。其中，4个整数类型中，int类型最为常用。2个浮点类型中，double最为常用。另外，在这8个基本类型中，除了布尔类型之外的其他7个类型，都可以看做数字类型，它们相互之间可以进行类型转换。

引用类型就是对一个对象的引用，根据引用对象类型的不同，可以将引用类型分为3类，即数组、类、接口类型。引用类型本质上就是通过指针，指向堆中对象所持有的的内存空间，只是Java语言不再沿用指针这个说法而已。

数据类型	字节数	数据范围
byte	1字节（8位）	-2^7~2^7-1
short	2字节（16位）	-2^15~2^15-1
int	4字节（32位）	-2^31~2^31-1
long	8字节（64位）	-2^63~2^63-1
float	4字节（32位）	-3.410^38~3.410^38
double	8字节（64位）	-1.810^308~1.810^308
char	2字节（16位）	\u0000~\uffff
boolean	-	-

1.5.int类型的数据范围是多少？

int类型占4字节（32位），数据范围是-2^31~2^31-1。

1.6.请介绍全局变量（成员变量）和局部变量的区别

成员变量：

成员变量是在类的范围里定义的变量；
成员变量有默认初始值；
未被static修饰的成员变量也叫实例变量，它存储于对象所在的堆内存中，生命周期与对象相同；
被static修饰的成员变量也叫类变量，它存储于方法区中，生命周期与当前类相同。

局部变量：

局部变量是在方法里定义的变量；
局部变量没有默认初始值；
局部变量存储于栈内存中，作用的范围结束，变量空间会自动的释放。

1.7.请介绍一下实例变量的默认值

实例变量若为引用数据类型，其默认值一律为null。若为基本数据类型其默认值如下：

byte:0
short:0
int:0
long:0L
float:0.0F
double:0.0
char:'\u0000'
boolean:false

1.8.为啥要有包装类？

Java语言是面向对象的语言，其设计理念是“一切皆对象”。但8中基本数据类型却出现了例外，它们不具备对象的特性。正是为解决这个问题，Java为每个基本数据类型都定义了一个对应的引用类型，这就是包装类。

1.9.说一说自动装箱、自动拆箱的应用场景

自动装箱、自动拆箱是JDK1.5提供的功能。自动装箱：可以把一个基本数据类型的数据直接赋值给对应的包装类型；自动拆箱：可以把一个包装类型的对象直接赋值给对应的基本类型；通过自动装箱、自动拆箱功能，可以大大简化基本类型变量和包装类对象之间的转换过程。比如，某个方法的参数类型为包装类型，调用时我们所持有的数据却是基本类型的值，则可以不做任何特殊的处理，直接将这个基本类型的值传入给方法即可。

1.10.如何对Integer和Double类型判断相等？

Integer、Double不能直接进行比较，这包括：

不能用==进行直接比较，因为它们是不同的数据类型；
不能转为字符串进行比较，因为转为字符串后，浮点数带小数点，整数值不带，这样它们永远都不相等；
不能使用compareTo方法进行比较，虽然它们都有compareTo方法，但该方法只能对相同类型进行比较。

整数、浮点数的包装类，都继承于Number类型，而Number类型分别定义了将数字转换为byte、short、int、long、float、double的方法。所以，可以将Integer、Double先转为相同的基本数据类型（如：double）,然后使用==进行比较。（Integer.doubleValue()==Double.doubleValue()）

1.11.int和Integer有什么区别，二者在做==运算会得到什么结果？

int是基本数据类型，Integer是int的包装类。二者在做==运算时，Integer会自动拆箱为int类型。然后再进行比较。届时，如果两个int值相等则返回true，否则就返回false。

1.12.说一说你对面向对象的理解

面向对象是一种更优秀的程序设计方法，它的基本思想是使用类、对象、继承、封装、消息等基本概念进行程序设计。他从现实世界中客观存在的事物出发来构造软件系统，并在系统构造中尽可能运用人类的自然思维方式，强调直接以现实世界中的事物为中心来思考，认识问题，并根据这些事物的本质特点，把它们抽象的表示为系统中的类，作为系统的基本构成单元，这使得软件系统的组件可以直接映像到客观世界，并保持客观世界中事物及其相互关系的本来面貌。

1.13.结构化程序设计

结构化程序设计方法主张按功能把软件系统逐步细分，最小的程序单元是函数，每个函数都负责完成一个功能，用以接收一些输入数据，函数对这些输入数据进行处理，处理结束后输出一些数据。两个局限性：设计不够直观，与人类习惯思维不一致；适应性差，可扩展性不强。

1.14.面向对象的三大特征是什么？

封装、继承和多态。其中，封装指的是将对象的实现细节隐藏起来，然后通过一些公用的方法来暴露该对象的功能；继承是面向对象实现软件复用的重要手段，当子类继承父类后，子类作为一种特殊的父类，将直接获得父类的属性和方法；多态指的是子类对象可以直接赋给父类变量，但运行时依然表现出子类的行为特征，这意味着同一个类型的对象在执行同一个方法时，可能表现出多种行为特征。

1.15.封装的目的是什么，为什么要有封装？

封装是面向对象编程语言对客观世界的模拟，在客观世界里，对象的状态信息都被隐藏在对象内部，外界无法直接操作和修改。对一个类或对象实现良好的封装，可以实现以下目的：

隐藏类的实现细节；
让使用者只能通过事先预定的方法来访问数据，从而可以在该方法里加入控制逻辑，限制对成员变量的不合理访问；
可进行数据检查，从而有利于保证对象信息的完整性；
便于修改，提高代码的可维护性。

封装实际上有两个方面的含义：把该隐藏的隐藏起来，把该暴露的暴露出来。

1.16.说一说你对多态的理解

因为子类其实是一种特殊的父类，因此Java允许把一个子类对象直接赋给一个父类引用变量，无须任何类型转换，或者被称为向上转型，向上转型由系统自动完成。当把一个子类对象直接赋给父类引用变量时，例如BaseClass obj = new SubClass();这个obj引用变量的编译时类型是BaseClass，而运行时类型是SubClass，当运行时调用该引用变量的方法时，其方法行为总是表现出子类方法的行为特征，而不是父类方法的行为特征，这就可能出现：相同类型的变量，调用同一个方法时呈现出多种不同的行为特征，这就是多态。

1.17.Java中的多态是怎么实现的？

多态的实现离不开继承，在程序设计时，我们可以将参数的类型定义为父类型，在调用程序时，则可以根据实际情况，传入该父类的某个子类的实例，这样就实现了多态。对于父类，可以有三种形式，即普通的类、抽象类、接口。对于子类型，则要根据它自身的特征，重写父类的某些方法，或实现抽象类/接口的某些抽象方法。

1.18.Java为什么是单继承，为什么不能多继承？

首先，Java是单继承，指的是Java中一个类只能有一个直接的父类。Java不能多继承，则是说Java中一个类不能直接继承多个父类。其次，Java在设计时借鉴了C++的语法，而C++是支持多继承的。Java语言之所以摒弃了多继承的这项特征，是因为多继承容易产生混淆。比如，两个父类中包含相同的方法时，子类在调用该方法或重写该方法时就会迷惑。准确的说，Java是可以实现“多继承”的。因为尽管一个类只能有一个直接父类，但是却可以有任意多个简洁的父类。这样的设计方式，避免了多继承时所产生的的混淆。

1.19.说一说重写与重载的区别

重载发生在同一个类中，若多个方法之间方法名相同、参数列表不同，则它们构成重载的关系。重载与方法的返回值以及访问修饰符无关，即重载的方法不能根据返回类型进行区分。

重写发生在父类子类中，若子类方法想要和父类方法构成重写关系，则它的方法名、参数列表必须与父类方法相同。另外，返回值要小于等于父类方法，抛出的异常要小于等于父类方法，访问修饰符则要大于等于父类方法。还有，若父类方法的访问修饰符为private，则子类不能对其重写。

1.20.构造方法能不能重写？

不能。因为构造方法需要和类保持同名，而重写的要求是子类方法要和父类方法保持同名。如果允许重写构造方法的话，那么子类中将会存在与类名不同的构造方法，这与构造方法的要求是矛盾的。

1.21.介绍一下Object类中的方法

Object类提供了如下几个常用方法：

Class<?>getClass()：返回该对象的运行时类。
boolean equals(Object obj):判断指定对象与该对象是否相等。
int hashCode()：返回该对象的hashCode值。在默认情况下，Object类的hashCode()方法根据该对象的地址来计算。但很多类都重写了Object类的hashCode()方法，不再根据地址来计算其hashCode()方法值。
String toString()：返回该对象的字符串表示，当程序使用System.out.println()方法输出一个对象，或者把某个对象和字符串进行连接运算时，系统会自动调用该对象的toString()方法返回该对象的字符串表示。Object类的toString()方法返回运行时类名@十六进制hashCode值格式的字符串，但很多类都重写了Object类的toString()方法，用于返回可以表述该对象信息的字符串。

另外，Object类还提供了wait()、notify()、notifyAll()这几个方法，通过这几个方法可以控制线程的暂停和运行。Object类还提供了一个clone()方法，该方法用于帮助其他对象来实现‘自我克隆’，所谓“自我克隆”就是得到一个当前对象的副本，而且二者之间完全隔离。由于该方法使用了protected修饰，因此它只能被子类重写或调用。

1.22.说一说hashCode()和equals的关系

hashCode()用于获取哈希码（散列码），equals()用于比较两个对象是否相等，它们应遵循如下规定：

如果两个对象相等，则它们必须有相同的哈希码。
如果两个对象有相同的哈希码，则它们未必相等。

在Java中，Set接口代表是无序的、元素不可重复的集合，HashSet则是Set接口的典型实现。HashSet避免重复存储，通过获取对象的哈希码，以及调用对象的equals()方法来解决。

1.23.为什么要重写hashCode()和equals()?

Object类提供的equals()方法默认使用==来进行比较的，也就是说只有两个对象是同一个对象时，才能返回相等的结果。而实际的业务中，我们通常的需求是，若两个不同的对象它们的内容是相同的，就认为它们相等。鉴于这种情况，Object类中equals()方法的默认实现是没有使用价值的，所以通常都要重写。由于hashCode()和equals()具有联动关系，所以equals()方法重写时，通常也将hashCode()进行重写，使用这两个方法始终满足相关的约定。

1.24.==和equals()有什么区别？

==运算符：

作用于基本数据类型时，是比较两个数值是否相等；
作用于引用数据类型时，是比较两个对象的内存地址是否相同，即判断它们是否为同一个对象；

equals()方法：

没有重写时，Object默认以==来实现，即比较两个对象的内存地址是否形同；
进行重写后，一般会按照对象的内容来进行比较，若两个对象内容相同则认为对象相等，否则认为对象不等。

1.25.String类有哪些方法？

String类是Java最常用的API，它包含了大量处理字符串的方法，比较常用的有：

char charAt(int index):返回指定索引处的字符；
String substring（int beginIndex，int endIndex）：从此字符串中截取出一部分子字符串；
String[] split(String regex)：以指定的规则将此字符串分割成数组；
String trim()：删除字符串前导和后置的空格；
int indexOf(String str):返回子串在此字符串首次出现的索引；
int lastIndexOf(String str):返回子串在此字符串最后出现的索引；
boolean startWith(String prefix)：判断此字符串是否以指定的前缀开头；
boolean endsWith(String suffix)：判断此字符串是否以指定的后缀结尾；
String toUpperCase()：将此字符串中所有的字符大写；
String toLowerCase():将此字符串所有的字符小写；
String replaceFirst(String regex,String replacement)：用指定字符串替换第一个匹配的子串；
String replaceAll(String regex,String replacement):用指定字符串替换所有的匹配的子串。

String类由final修饰，多以不能被继承。

1.26.说一说String和StringBuffer有什么区别？

String类是不可变类，即一旦一个String对象被创建以后，包含在这个对象中的字符序列是不可改变的，直至这个对象被销毁。

StringBuffer对象则代表一个字符序列可变的字符串，当一个StringBuffer被创建以后，通过StringBuffer提供的append()、insert()、reverse()、setCharAt()、setLength()等方法可以改变这个字符串对象的字符序列。一旦通过StringBuffer生成了最终想要的字符串，就可以调用它的toString()方法将其转换为一个String对象。

1.27.说一说StringBuffer和StringBuilder有什么区别

StringBuffer、StringBuilder都代表可变的字符串对象，它们有共同的父类AbstractStringBuilder，并且两个类的构造方法和成员方法也基本相同。不同的是，StringBuffer是线程安全的，而StringBuilder是非线程安全的，所以StringBuilder性能略高。线程安全（加锁、解锁操作）效率低，非线程安全（无加锁、解锁）易产生并发问题，性能高。

1.28.使用字符串时，new和“”推荐使用哪种方式？

先看看“hello”和new String（“hello”）的区别：

当Java程序直接使用“hello”的字符串直接量时，JVM将会使用常量池来管理这个字符串；
当使用new String("hello")时，JVM会先使用常量池来管理“hello”直接量，再调用String类的构造器来创建一个新的String对象被保存在堆内存中。

显然，采用new的方式会多创建一个对象出来，会占用更多的内存，所以一般建议使用直接量的方式创建字符串。

1.29.说一说你对字符串拼接的理解

拼接字符串有很多种方式，其中最常用的有4种，下面列举了这4种方式各自适合的场景。

+运算符：如果拼接的都是字符串直接量，则适合使用+运算符实现拼接；
StringBuilder：如果拼接的字符串中包含变量，并不要求线程安全，则适合使用StringBuilder；
StringBuffer：如果拼接的字符串中包含变量，并且要求线程安全，则适合使用StringBuffer；
String类的concat方法：如果知识对两个字符串进行拼接，并且包含变量，则适合使用concat方法。

1.30.两个字符串相加的底层是如何实现的？

如果拼接的都是字符串直接量，则在编译时编译器会将其直接优化为一个完整的字符串，和你直接写一个完整的字符串是一样的。如果拼接的字符串中包含变量，则在编译时编译器采用StringBuilder对其进行优化，即自动创建StringBuilder实例并调用其append()方法，将这些字符串拼接在一起。

1.31.String a = "abc";，说一下这个过程会创建什么，放在哪里？

JVM会使用常量池来管理字符串直接量，在执行这句话时，JVM会先检查常量池是否已经有“abc”，若没有则将“abc”存入常量池，否则就复用常量池中已有的“abc”，将其引用赋值给变量a。

1.32.new String("abc")是去了哪里，仅仅是在堆里面吗？

在执行这句话时，JVM会先使用常量池来管理字符串直接量，即将“abc”存入常量池。然后再创建一个新的String对象，这个对象会被保存在堆内存中。并且，堆中对象的数据会指向常量池中的直接量。

1.33.接口和抽象类有什么区别？

从设计目的上来说，二者有如下的区别：

接口体现的是一种规范。对于接口的实现而言，接口规定了实现者必须向外提供哪些服务；对于接口的调用者而言，接口规定了调用者可以调用哪些服务，以及如何调用这些服务。当在一个程序中使用接口时，接口是多个模块间的耦合标准；当在多个应用程序之间使用接口时，接口是多个程序之间的通信标准。

抽象类体现的是一种模板式设计。抽象类作为多个子类的抽象父类，可以被当成系统实现过程中的中间产品，这个中间产品已经实现了系统的部分功能，但这个产品依然不能当成最终产品，必须有更进一步的完善，这种完善可能有几种不同的方式。

从使用方式上来说，二者有如下的区别：

接口里只能包含抽象方法、静态方法、默认方法和私有方法，不能为普通方法提供方法实现；抽象类则完全可以包含普通方法。
接口里只能定义静态常量，不能定义普通成员变量；抽象类里则既可以定义普通成员变量，也可以定义静态常量。
接口里不包含构造器；抽象类里可以包含构造器，抽象类的构造器并不是用于创建对象，而是让子类调用这些构造器来完成属于抽象类的初始化操作。
接口里不能包含初始化块；但抽象类则完全可以包含初始化块。
一个类最多只能有一个直接父类，包括抽象类；但一个类可以直接实现多个接口，通过实现多个接口可以弥补Java单继承的不足。

共同特征：

接口和抽象类都不能被实例化，它们都位于继承树的顶端，用于被其他类实现和继承。
接口和抽象类都可以包含抽象方法，实现接口或继承抽象类的普通子类都必须实现这些抽象方法。

1.34.接口中可以有构造函数吗？

由于接口定义的是一种规范，因此接口里不能包含构造器和初始化块定义。接口里可有包含成员变量（只能是静态常量）、方法（只能是抽象实例方法、类方法、默认方法或私有方法）、内部类（包括内部接口、枚举）定义。

1.35.谈谈你对面向接口编程的理解

接口体现的是一种规范和实现分类的设计哲学，充分利用接口可以极好的降低程序各模块之间的耦合，从而提高系统的可扩展性和可维护性。基于这种原则，很多软件架构设计理论都倡导“面向接口”编程，而不是面向实现类编程，希望通过面向接口编程来降低程序的耦合。

1.36.遇到过异常吗，如何处理？

在Java中，可以按照如下三个步骤处理异常：

捕获异常，将业务代码包裹在try块内部，当业务代码中发生任何异常时，系统都会为此异常创建一个异常对象。创建异常对象之后，JVM会在try块之后寻找可以处理它的catch块，并将异常对象交给这个catch块处理。
处理异常，在catch块中处理异常时，应该先记录日志，便于以后追溯这个异常。然后根据异常的类型、结合当前的业务情况，进行相应的处理。比如，给变量赋予一个默认值、直接返回空值、向外抛出一个新的业务异常交给调用者处理，等等。
回收资源，如果业务代码打开了某个资源，比如数据库连接、网络连接、磁盘文件等，则需要在这段业务代码执行完毕后关闭这项资源。并且，无论是否发生异常，都要尝试关闭这项资源。将关闭资源的代码写在finally块内，可以满足这种需求，即无论是否发生异常，finally块内的代码总会被执行。

1.37.说一说Java的异常机制

关于异常处理：在Java中，处理异常的语句由try、catch、finally三部分组成。其中，try块用于包裹业务代码，catch块用于捕获并处理某个类型的异常，finally块则用于回收资源。当业务代码发生异常时，系统会创建一个异常对象，然后由JVM寻找可以处理这个异常的catch块，并将异常对象交给这个catch块处理，若业务代码打开了某项资源，则可以在finally块中关闭这项资源，因为无论是否发生异常，finally块一定会执行。
关于抛出异常：当程序出现错误时，系统会自动抛出异常。除此以外，Java也允许程序主动抛出异常。当业务代码中，判断某项错误的条件成立时，可以使用throw关键字向外抛出异常。在这种情况下，如果当前方法不知道该如何处理这个异常，可以在方法签名上通过throws关键字声明抛出异常，则该异常将交给JVM处理。
关于异常跟踪栈：程序运行时，经常会发生一系列方法调用，从而形成方法调用栈。异常机制会导致异常在这些方法之间传播，而异常传播的顺序与方法的调用相反。异常从发生异常的方法向外传播，首先传给该方法的调用者，再传给上层调用者，以此类推。最终会传到main方法，若依然没有得到处理，则JVM会终止程序，并打印异常跟踪栈的信息。

1.38.请介绍Java的异常接口

Throwable是异常的顶层父类，代表所有的非正常情况。它有两个直接子类，分别是Error、Exception。

Error是错误，一般是指与虚拟机相关的问题，如系统崩溃、虚拟机错误、动态链接失败等，这种错误无法恢复或不可能捕获，将导致应用程序中断。

Exception是异常，它被分为两大类，分别是Checked异常和Runtime异常。所有的RuntimeException类及其子类的实例被称为Runtime异常；不是RuntimeException类及其子类的异常实例则被称为Checked异常。

1.39.finally是无条件执行的吗？

不管try块中的代码是否出现异常，也不管哪一个catch块被执行，甚至在try块或catch块中执行了return语句，finally块总会被执行。

注意事项：如果在try块或catch块中使用 System.exit(1); 来退出虚拟机，则finally块将失去执行的机会。但是我们在实际的开发中，重来都不会这样做，所以尽管存在这种导致finally块无法执行的可能，也只是一种可能而已。

1.40.在finally中return会发生什么？

在通常情况下，不要在finally块使用return、throw等导致方法终止的语句，一旦在finally块使用了return、throw语句，将会导致try块、catch块中的return、throw语句失效。

1.41.说一说你对static关键字的理解

在Java类里只能包含成员变量、方法、构造器、初始化块、内部类（包括接口、枚举）5种成员，而static可以修饰成员变量、方法、初始化块、内部类（包括接口、枚举），以static修饰的成员就是类成员。类成员属于整个类，而不属于单个对象。

对static关键字而言，有一条非常重要的规则：类成员（包括成员变量、方法、初始化块、内部类和内部枚举）不能访问实例成员（包括成员变量、方法、初始化块、内部类和内部枚举）。因为类成员是属于类的，类成员的作用域比成员的作用域更大，完全可能出现类成员已经初始化完成，但实例成员还不曾初始化的情况，如果允许类成员访问实例成员将会引起大量错误。

1.42.static修饰的类能不能被继承？

static修饰的类可以被继承。

1.43.static和final有什么区别？

static关键字可以修饰成员变量、成员方法、初始化块、内部类，被static修饰的成员是类的成员，它属于类、不属于单个对象。以下是static修饰这4种成员时表现出的特征：

类变量：被static修饰的成员变量叫类变量（静态变量）。类变量属于类，它随类的信息存储在方法区，并不随对象存储在堆中，类变量可以通过类名来访问，也可以通过对象名来访问，但建议通过类名来访问它。
类方法：被static修饰的成员方法叫类方法（静态方法）。类方法属于类，可以通过类名访问，也可以通过对象名访问，建议通过类名访问它。
静态块：被static修饰的初始化块叫静态初始化块。静态块属于类，它在类加载的时候被隐式调用一次，之后便不会被调用了。
静态内部类：被static修饰的内部类叫静态内部类。静态内部类可以包含静态成员，也可以包含非静态成员。静态内部类不能访问外部类的实例成员，只能访问外部类的静态成员。外部类的所有方法、初始化块都能访问其内部定义的静态内部类。

final关键字可以修饰类、方法、变量，以下是final修饰这3种目标时表现出的特征：

final类：final关键字修饰的类不可以被继承。
final方法：final关键字修饰的方法不可以被重写。
final变量：final关键字修饰的变量，一旦获得了初始值，就不可以被修改。

1.44.说一说你对泛型的理解

Java集合有个缺点：把一个对象“丢进”集合里之后，集合就会“忘记”这个对象的数据类型，当再次取出该对象时，该对象的编译类型就变成了Object类型（其运行时类型没变）。

Java集合之所以被设计成这样，是因为集合的设计者不知道我们会用集合来保存什么类型的对象，所以他们把集合设计成能保存任何类型的对象，只要求具有很好的通用性。但这样做带来如下两个问题：

集合对元素类型没有任何限制，这样可能引发一些问题。例如，想创建一个只能保存Dog对象的集合，但程序也可以轻易的将Cat对象“丢”进去，所以可能引发异常。
由于把对象“丢进”集合时，集合丢失了对象的状态信息，只知道它盛装的是Object，因此取出集合元素后通常还需要进行强制类型转换。这种强制类型转换既增加了编程的复杂度，也可能引发ClassCastException异常。

从Java5开始，Java引入了“参数化类型”的概念，允许程序在创建集合时指定集合元素的类型，Java的参数化类型被称为泛型（Generic）。例如List<String>，表明该List只能保存字符串类型的对象。

有了泛型以后，程序再也不能“不小心”地把其他对象“丢进”集合中。而且程序更加简洁，集合自动记住所有集合元素的数据类型，从而无须对集合元素进行强制类型转换。

1.45.介绍一下泛型擦除

在严格的泛型代码里，带泛型声明的类总应该带着类型参数。但为了与老的Java代码保持一致，也允许在使用带泛型声明的类时不指定实际的类型。如果没有为这个泛型类指定实际的类型，此时被称作raw type（原始类型），默认是声明该泛型形参时指定的第一个上限类型。

当把一个具有泛型信息的对象赋给另一个没有泛型信息的变量时，所有在尖括号之间的类型信息都将被扔掉。比如一个 List<String> 类型被转换为List，则该List对集合元素的类型检查变成了泛型参数的上限（即Object）。

上述规则即为泛型擦除，可以通过下面代码进一步理解泛型擦除：

List<String> list1 = ...; List list2 = list1; // list2将元素当做Object处理

1.46.List<?super T>和List<? extends T>有什么区别？

? 是类型通配符，List<?> 可以表示各种泛型List的父类，意思是元素类型未知的List；
List<? super T> 用于设定类型通配符的下限，此处 ? 代表一个未知的类型，但它必须是T的父类型；
List<? extends T> 用于设定类型通配符的上限，此处 ? 代表一个未知的类型，但它必须是T的子类型。

1.47.说一说你对Java反射机制的理解

Java程序中的对象在运行时可以表现为两种类型，即编译时类型和运行时类型。例如 Person p = new Student(); ，这行代码将会生成一个p变量，该变量的编译时类型为Person，运行时类型为Student。

有时，程序在运行时接收到外部传入的一个对象，该对象的编译时类型是Object，但程序又需要调用该对象的运行时类型的方法。这就要求程序需要在运行时发现对象和类的真实信息，而解决这个问题有以下两种做法：

第一种做法是假设在编译时和运行时都完全知道类型的具体信息，在这种情况下，可以先使用instanceof运算符进行判断，再利用强制类型转换将其转换成其运行时类型的变量即可。
第二种做法是编译时根本无法预知该对象和类可能属于哪些类，程序只依靠运行时信息来发现该对象和类的真实信息，这就必须使用反射。

具体来说，通过反射机制，我们可以实现如下的操作：

程序运行时，可以通过反射获得任意一个类的Class对象，并通过这个对象查看这个类的信息；
程序运行时，可以通过反射创建任意一个类的实例，并访问该实例的成员；
程序运行时，可以通过反射机制生成一个类的动态代理类或动态代理对象。

1.48.Java反射在实际项目中有哪些应用场景？

Java的反射机制在实际项目中应用广泛，常见的应用场景有：

使用JDBC时，如果要创建数据库的连接，则需要先通过反射机制加载数据库的驱动程序；
多数框架都支持注解/XML配置，从配置中解析出来的类是字符串，需要利用反射机制实例化；
面向切面编程（AOP）的实现方案，是在程序运行时创建目标对象的代理类，这必须由反射机制来实现。

1.49.说一说Java的四种引用方式

Java对象的四种引用方式分别是强引用、软引用、弱引用、虚引用，具体含义如下：

强引用：这是Java程序中最常见的引用方式，即程序创建一个对象，并把这个对象赋给一个引用变量，程序通过该引用变量来操作实际的对象。当一个对象被一个或一个以上的引用变量所引用时，它处于可达状态，不可能被系统垃圾回收机制回收。
软引用：当一个对象只有软引用时，它有可能被垃圾回收机制回收。对于只有软引用的对象而言，当系统内存空间足够时，它不会被系统回收，程序也可使用该对象。当系统内存空间不足时，系统可能会回收它。软引用通常用于对内存敏感的程序中。
弱引用：弱引用和软引用很像，但弱引用的引用级别更低。对于只有弱引用的对象而言，当系统垃圾回收机制运行时，不管系统内存是否足够，总会回收该对象所占用的内存。当然，并不是说当一个对象只有弱引用时，它就会立即被回收，正如那些失去引用的对象一样，必须等到系统垃圾回收机制运行时才会被回收。
虚引用：虚引用完全类似于没有引用。虚引用对对象本身没有太大影响，对象甚至感觉不到虚引用的存在。如果一个对象只有一个虚引用时，那么它和没有引用的效果大致相同。虚引用主要用于跟踪对象被垃圾回收的状态，虚引用不能单独使用，虚引用必须和引用队列联合使用。

2.集合类

2.1.Java中有哪些容器（集合类）？

Java中的集合类主要由Collection和Map这两个接口派生而出，其中Collection接口又派生出三个子接口，分别是Set、List、Queue。所有的Java集合类，都是Set、List、Queue、Map这四个接口的实现类。这四个接口将集合分成了四大类，其中：

Set代表无序的，元素不可重复的集合；
List代表有序的，元素可以重复的集合；
Queue代表的是先进先出（FIFO）的队列；
Map代表具有映射关系（key-value）的集合。

这些接口拥有众多的实现类，其中最常用的实现类有HashSet、TreeSet、ArrayList、LinkedList、ArrayDeque、HashMap、TreeMap等。

2.2.Java中的容器，线程安全和线程不安全的区别有哪些？

java.util包下的集合类大部分都是线程不安全的，例如我们常用的HashSet、TreeSet、ArrayList、LinkedList、ArrayDeque、HashMap、TreeMap，这些都是线程不安全的集合类，他们的优点是性能好。如果需要使用线程安全的集合类，则可以使用Collections工具类提供的synchronizedXxx()方法，将这些集合类包装秤线程安全的集合类。

java.util包下也有线程安全的集合类，例如Vector、HashTable。这些集合类都是比较古老的API，虽然实现了线程安全，但是性能很差。所以即便是需要使用线程安全的集合类，也建议将线程不安全的集合类包装成线程安全的集合类的方式，而不是直接使用这些古来的API。

2.3.Map接口有哪些实现类？

Map接口有很多实现类，其中比较常用的有HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、ConcurrentHashMap。

对于不需要排序的场景，优先考虑使用HashMap，因为它是性能最好的Map实现。如果需要保证线程安全，则可以使用ConcurrentHashMap。它的性能好于Hashtable，因为它在put时采用分段锁/CAS的加锁机制，而不是像Hashtable那样，无论是put还是get都做同步处理。

对于需要排序的场景，如果需要按插入顺序则可以使用LinkedHashMap，如果需要将key按自然顺序排列甚至是自定义排序排列，则可以选择TreeMap，如果需要保证线程安全，则可以使用Collections工具类将上述实现类包装成线程安全的Map。

2.4.描述一下Map put的过程。

HashMap是最经典的Map实现，下面以它的视角介绍put的过程：

1.首次扩容：

先判断数组是否为空，若数组为空则进行第一次扩容（resize）；

2.计算索引：

通过hash算法，计算键值对在数组中的索引；

3.插入数据：

如果当前位置元素为空，则直接插入数据；
如果当前位置元素非空，且key已存在，则直接覆盖其value；
如果当前位置元素非空，且key不存在，则将数据链到链表末端；
若链表长度达到8，则将链表转换成红黑树，并将数据插入树中；

4.再次扩容：

如果数组中元素个数（size）超过threshold，则再次进行扩容操作。

2.5.如何得到一个线程安全的Map？

使用Collection工具类，将线程不安全的Map包装成线程安全的Map；
使用java.util.concurrent包下的Map，如ConcurrentHashMap；
不建议使用Hashtable，虽然Hashtable是线程安全的，但是性能较差。

2.6.HashMap有什么特点？

HashMap是线程不安全的实现；
HashMap可以使用null作为key或value。

2.7.JDK7和JDK8的HashMap有什么区别？

JDK7中的HashMap，是基于数组+链表来实现的，它的底层维护一个Entry数组。JDK8中的HashMap，是基于数组+链表+红黑树来实现的，它的底层维护一个Node数组。

IDE：包括PIO模式和DMA模式，Ultra DMA 33提供了最大33MB/sec的数据传输率，ATA66、ATA100、ATA133分别提供了66MB/sec，100MB/sec和133MB/sec的最大数据传输率。

SATA（Serial ATA）：Serial ATA1.0(150MB/sec)、2.0（300MB/sec）、最终（600MB/sec）。

SCSI（Small Computer System Interface）：小型计算机系统接口。具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低、以及热插拔等优点。Ultra SCSI：320MB/sec。

SAS（Serial Attached SCSI）：串行连接SCSI，是一种新的SCSI技术。采取直接的点到点的串行传输方式，传输速率起步高达300MB/sec，未来可能会达到600MB/sec甚至更多。

2.8.介绍一下HashMap底层的实现原理

它基于hash算法，通过put方法和get方法存储和获取对象。存储对象时，我们将Key和value传给put方法时，它调用key的hashCode计算hash从而得到bucket位置，进一步存储，HashMap会根据当前bucket的占用情况自动调整容量（超过Load Factor则resize为原来的2倍）。获取对象时，我们将key传给get，它调用hashCode计算hash从而得到bucket位置，并进一步调用equals()方法确定键值对。如果发生碰撞的时候，HashMap通过链表将产生碰撞冲突的元素组织起来。在Java8中，如果一个bucket中碰撞冲突的元素超过某个限制（默认是8），则使用红黑树来替换链表，从而提高速度。

2.9.介绍一下HashMap的扩容机制

数组的初始容量为16，而容量是以2的次方扩充的，一是为了提高性能使用足够大的数组，二是为了能使用位运算代替取模运算（据说提升了5~8倍）
数组是否需要扩充是通过负载因子判断的，如果当前元素个数为数组容量的0.75时，就会扩充数组。这个0.75就是默认的负载因子，可由构造器传入。我们也可以设置大于1的负载因子，这样数组就不会扩充，牺牲性能，节省内存。
为了解决碰撞，数组中的元素是单向链表类型。当链表长度到达一个阈值时（7或8），会将链表转换成红黑树提高性能。而当链表长度缩小到另一个阈值时（6），又会将红黑树转换回单向链表提高性能。
对于第三点补充说明，检查链表长度转换成红黑树之前，还会先检测当前数组是否到达一个阈值（64），如果没有到达这个容量，会放弃转换，失去扩充数组。所以上面也说了链表长度的阈值是7或8，因为会有一次放弃转换的操作。

2.10.HashMap中的循环链表是如何产生的？

在多线程的情况下，当重新调整HashMap大小的时候，就会存在条件竞争，因为如果两个线程都发现HashMap需要重新调整大小了，它们会同时试着调整大小。在调整大小的过程中，存储在链表中的元素的次序会反过来，因为移动到新的bucket位置的时候，HashMap并不会将元素放在链表的尾部，而是放在头部，这是为了避免尾部遍历。如果条件竞争发生了，那么就会产生死循环了。

2.11.HashMap为什么用红黑树而不用B树？

B/B+树多用于外存上时，B/B+也被成为一个磁盘友好的数据结构。HashMap本来是数组+链表的形式，链表由于其查找慢的特点，所以需要被查找效率更高的树结构来替换。如果用B/B+树的话，在数据量不是很多的情况下，数据都会“挤在”一个结点里面，这个时候遍历效率就退化成了链表。

2.12.HashMap为什么线程不安全？

HashMap在并发执行put操作时，可能会导致形成循环链表，从而引起死循环。

2.13.HashMap如何实现线程安全？

直接使用Hashtable类
直接使用ConcurrentHashMap
使用Collections将HashMap包装成线程安全的Map

2.14.HashMap是如何解决哈希冲突的？

为了解决碰撞，数组中的元素是单向链表类型。当链表长度到达一个阈值时，会将链表转换成红黑树提高性能。而当链表长度缩小到另一个阈值时，又会将红黑树转换回单向链表提高性能。

2.15.说一说HashMap和Hashtable的区别

Hashtable是一个线程安全的Map实现，但HashMap是线程不安全的实现，所以HashMap比Hashtable的性能高一点。
Hashtable不允许使用null作为key和value，如果视图把null值放进Hashtable中，将会引发空指针异常，但HashMap可以使用null作为key或value。

2.16.HashMap与ConcurrentHashMap有什么区别？

HashMap是非线程安全的，这意味着不应该在多线程中对这些Map进行修改操作，否则会产生数据不一致的问题，甚至还会因为并发插入元素而导致链表成环，这样在查找时就会发生死循环，影响到整个应用程序。

Collections工具类可以将一个Map转换成线程安全的实现，，其实也就是通过一个包装类，然后把所有功能都委托给传入的Map，而包装类是基于synchronized关键字来保证线程安全的（Hashtable也是基于synchronized关键字），底层使用的是互斥锁，性能与吞吐量比较低。

ConcurrentHashMap的实现细节远没有这么简单，因此性能也要高上许多。它没有使用一个全局锁来锁住自己，而是采用了减少锁粒度的方法，尽量减少因为竞争锁而导致的阻塞与冲突，而且ConcurrentHashMap的检索操作是不需要锁的。

2.17.介绍一下ConcurrentHashMap是怎么实现的？

JDK1.7：ConcurrentHashMap是由Segment数据结构和HashEntry数组结构构成，采取分段锁来保证安全性。Segment是ReentrantLock重入锁，在ConcurrentHashMap中扮演锁的角色，HashEntry则用于存储键值对数据。一个ConcuHashMap里包含一个Segment数组，一个Segment里包含一个HashEntry数组，Segment的结构和HashMap类似，是一个数组和链表结构。
JDK1.8：摒弃了Segment的概念，而是直接用Node数组+链表+红黑树的数据结构来实现，并发控制使用Synchronized和CAS来操作，整个看起来就像是优化过且线程安全的HashMap，虽然在JDK1.8中还能看到Segment的数据结构，但是已经简化了属性，只是为了兼容旧版本。

2.18.ConcurrentHashMap是怎么分段分组的？

get操作：Segment的get操作实现非常简单和高效，先经过一次再散列，然后使用这个散列值通过散列运算定位到Segment，再通过散列算法定位到元素。get操作的高效之处在于整个get过程都不需要加锁，除非读到空的值才会加锁重读。原因就是将使用的共享变量定义成volatile类型。
put操作：当执行put操作时，会经历两个步骤：判断是否需要扩容；定位到添加元素的位置，将其放入HashEntry数组中。插入过程会进行第一次key的hash来定位Segment的位置，如果该Segment还没有初始化，即通过CAS操作进行赋值，然后进行第二次hash操作，找到相应的HashEntry的位置，这里会利用继承过来的锁的特性，在将数据插入指定的HashEntry位置时（尾插法），会通过继承ReentrantLock的tryLock()方法尝试去获取锁，如果获取成功就直接插入相应的位置，如果已经有线程获取该Segment的锁，那当前线程会以自旋的方式去继续的调用tryLock()方法去获取锁，超过指定次数就挂起，等待唤醒。