20 道 Java 高頻面試題 - 題解

作者丨安琪拉的博客

來源丨安琪拉的博客

這裏是更新的 20 道題題解：

1. 自我介紹一下

   重點介紹自己最滿意的技術，言簡意賅的說最近一段工作經歷和項目，突出項目的貢獻。

 2. 項目中用到的技術棧介紹一下

 3. 項目中做的認爲比較滿意的部分講一講？

提前梳理好，重點介紹自己熟悉和深入研究過的，特別注意，選擇介紹在項目中有真實應用場景的技術，有實際落地的案例是加分項。有的人可能學了很多東西，但是具體一問都沒動手實踐過。

4. 如果這個技術方案讓你重新設計，你怎麼做？

這個需要在平時工作中就想好，不浮在表面，思考要有深度，你是否對自己負責的系統做過完整的梳理，把整個鏈路、模塊之間的關係都摸清楚了。例如面試官可能會問你，你的系統能承受多大的 QPS、一次業務請求在系統中的完整鏈路，某個模塊的實現邏輯，讓你重新設計有沒有可能做到更好。

5. Java 集合類都有哪些？平常用到哪些？

安琪拉畫了如下這張圖，我建議大家有時間看看 java.util 的源碼，可以自己動手畫一畫，印象會更深刻。

上面這個圖梳理一下，爲了方便對照上圖看，圖都放在最後

• Java 中的集合類可以分爲兩大類：一類是實現 [Map 接口]；另一類是實現 [Collection 接口]。

  實現 Collection 接口的分爲 List 和 Set，所以 Java 集合類是由 Map、List、Set 構成。

• Map 提供了鍵（key）值（value）對，定義了映射關係，如 圖 5.1 所示，這個接口定義了 Map 需要的一些基本的方法，例如：size()、get()、put()。

  AbstractMap 是抽象類（接口和抽象類統一用虛線框），實現了一些基礎的操作。類定義如下:

  public abstract class AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>  K 是 key 的泛型，V 是 value 的泛型

  知識點: 經常面試被拿來比較的是 HashMap 和 HashTable。區別是 HashTable 是線程安全的，實現方式是 HashTable 會在一些需要操作 hash 表的地方加鎖，具體方法就是在函數方法聲明上加了’synchronized‘ 關鍵字，例如：put 和 get 方法。

  知識點: WeakHashMap 基於 WeakReference，

• 強引用，例如 Object angela = new Object(), angela 就是強引用，對象只要還被引用，直到內存不足也不會被回收。

• WeakReference，當一個對象被 WeakReference 引用, 而沒有任何其他 strong reference 指向的時候, 如果 GC 運行, 那麼這個對象就會被回收；

• SoftReference 和 WeakReference 一樣, 但被 GC 回收的時候需要多一個條件: 當系統內存不足時纔會回收 SoftReference 引用的對象。

• TreeMap 實現了 SortedMap（實際上實現的是 NavigableMap，NavigableMap 繼承了 SortedMap），底層數據結構是紅黑樹，存放的元素都是按照 key 來排序的，排序規則可以傳入 Comparator 來定義。

• WeakHashMap 有個特點，它裏面的元素隨時可能會變成 null，它是基於 WeakReference 實現，舉個例子：

  WeakHashMap hashMap = new WeakHashMap();
  for (int i = 0; ; i++) {
  //一直往裏面加數據, 內存會爆炸
  hashMap.put(i, new String("angela"));
      
  //每隔一千次判斷一下有沒有對象被回收
  if (i % 10000 == 0) {
   //遍歷一遍
   for (int j = 0; j < i; j++) {
     //
     if (hashMap.get(j) == null) {
       System.out.println("key爲" + j + "的對象已經爲null, GC會回收");
       return;
     }
   }
  }

  打印:

  key爲54808的對象已經爲null, GC會回收

• HashMap 想必大家都知道是面試的重中之重，基本常規面試很容易被問

• List 下有 ArrayList 和 LinkedList，Vector，Stack。

  知識點: ArrayList 和 LinkedList 區別,

  最大的區別: ArrayList 底層是基於數組的數據結構，LinkedList 基於鏈表的數據結構；

• Vector 和 ArrayList 區別是 Vector 是線程安全的。

• Stack 是棧，繼承自 Vector，和 Vector 一樣，基礎數據結構都是數組，Stack 使用數組實現先進後出，基本原理是 push: 向數組尾部追加元素，pop 是讓數組尾部置空，設置元素爲 null。

  想詳細瞭解 Stack，可以參考我寫的這篇: Java 知識體系 - Java 集合棧

• 數組和鏈表區別很明顯，數組隨機訪問速度快，鏈表查找需要從表頭開始找。理解什麼是隨機訪問，就是給定一個隨機的 index(下標)，希望找到元素，數組直接 array[index] 訪問，時間複雜度 0(1), 鏈表是 O(n)，因爲鏈表需要從頭開始找。

• 新增和刪除操作 add 和 remove，LinkedList 比較佔優勢，因爲 ArrayList 要移動數據。

• Set 下有 HashSet、TreeSet。Set 最大的特點是 key 是唯一的，不允許重複。

  HashSet 也是基於 HashMap 實現的，只不過 value 是固定值。

  TreeSet 是基於 TreeMap 實現，當然初始化的時候也可以指定基於自定義的 NavigableMap 實現。存放的元素是基於 key 排序好的。

  所以實際上搞懂 HashMap 和 TreeMap，這二個 Set 基本也清楚了。

6. ArrayList 和 LinkedList 區別？

最大的區別: ArrayList 底層是基於動態數組的數據結構，LinkedList 基於鏈表的數據結構；

• 數組和鏈表區別很明顯，數組隨機訪問速度快，鏈表查找需要從表頭開始找。理解什麼是隨機訪問，就是給定一個隨機的 index(下標)，希望找到元素，數組直接 array[index] 訪問，時間複雜度 0(1), 鏈表是 O(n)。

• 新增和刪除操作 add 和 remove，LinkedList 比較佔優勢，因爲 ArrayList 要移動數據。

7. HashMap 實現的數據結構和擴容過程？

數據結構是數據 + 鏈表

8. ArrayList 和 LinkedList 區別？你平常怎麼選擇？

• 比較多的隨機訪問，比如用下標 index 訪問集合，用 ArrayList；

• 如果有比較多的在集合中間插入和刪除，用 LinkedList，因爲 ArrayList 中間每次插入、刪除需要移動數組元素。

9. 異常類都有哪些？Exception 和 Error 什麼區別？

• Error 是錯誤，對於所有的編譯時期的錯誤以及系統錯誤都是通過 Error 拋出的。這些錯誤表示故障發生於虛擬機自身、或者發生在虛擬機試圖執行應用時，如 Java 虛擬機運行錯誤（Virtual MachineError）、類定義錯誤（NoClassDefFoundError）等。這些錯誤是不可查的，因爲它們在應用程序的控制和處理能力之 外，而且絕大多數是程序運行時不允許出現的狀況。對於設計合理的應用程序來說，即使確實發生了錯誤，本質上也不應該試圖去處理它所引起的異常狀況。在 Java 中，錯誤通過 Error 的子類描述。

• Exception 規定的異常是程序本身可以處理的異常。異常和錯誤的區別是，異常是可以被處理的，而錯誤是沒法處理的。其中 Exception 又有二類：

• Checked Exception

  可檢查的異常，這是編碼時非常常用的，所有 checked exception 都是需要在代碼中處理的。它們的發生是可以預測的，正常的一種情況，可以合理的處理。比如 IOException，或者一些自定義的異常。除了 RuntimeException 及其子類以外，都是 checked exception

• Unchecked Exception

  RuntimeException 及其子類都是 unchecked exception。比如 NPE 空指針異常，除數爲 0 的算數異常 ArithmeticException 等等，這種異常是運行時發生，無法預先捕捉處理的。Error 也是 unchecked exception，也是無法預先處理的。

10. Synchronized 原理，鎖膨脹過程 ？

圖片

11. synchronized 和 Reentrantlock 區別？

大家看下面這段，重在理解

兩者的共同點：

1. ReentrantLock 顯示的獲得、釋放鎖，synchronized 隱式獲得釋放鎖

2. ReentrantLock 可響應中斷、可輪迴，synchronized 是不可以響應中斷的，爲處理鎖的
   不可用性提供了更高的靈活性

3. ReentrantLock 是 API 級別的，synchronized 是 JVM 級別的

二者的不同點：

    1. ReentrantLock 可以實現公平鎖

    2. ReentrantLock 通過 Condition 可以綁定多個條件

    3. 底層實現不一樣， synchronized 是同步阻塞，使用的是悲觀併發策略，lock 是同步非阻塞，採用的是樂觀併發策略

    4. Lock 是一個接口，而 synchronized 是 Java 中的關鍵字，synchronized 是內置的語言實現。

    5. synchronized 在發生異常時，會自動釋放線程佔有的鎖，因此不會導致死鎖現象發生；而 Lock 在發生異常時，如果沒有主動通過 unLock() 去釋放鎖，則很可能造成死鎖現象，因此使用 Lock 時需要在 finally 塊中釋放鎖。

    6. Lock 可以讓等待鎖的線程響應中斷，而 synchronized 卻不行，使用 synchronized 時，等待的線程會一直等待下去，不能夠響應中斷。通過 Lock 可以知道有沒有成功獲取鎖，而 synchronized 卻無法辦到。

    7. Lock 可以提高多個線程進行讀操作的效率，既就是實現讀寫鎖等

    作用：都用來協調多線程對共享資源的訪問

    可重入性質：都是可重入鎖，同一線程可以多次獲得同一個鎖

    鎖性質：都保證了可見性和互斥性

    這道題總結解答出處：synchronized 和 ReentrantLock 區別是什麼？

12. 線程池原理是怎樣的？

13. 分佈式事務一致性怎麼實現？

這個大家可以優先看自己系統的實現。

我先來介紹一下分佈式事務一致性的需求背景，我們經常使用支付工具轉賬，比如以經典的小明給小紅轉賬 100 元爲例，如果是單機系統，我們可以用本機事務輕鬆解決，但是分佈式系統，轉賬可能是跨系統的調用，我們要保證數據的一致性就有些額外工作量了。

現在普遍互聯網分佈式系統都不會維護實習強一致性，而是做**最終一致性**，允許有短暫的不一致。

我這裏只介紹用的很普遍的事務消息，其他的比如二階段提交、本地消息表做數據一致性比對 & 補償都是實現一致性的方式。

事務消息發送步驟如下：

![](https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/SoGf97KLurAqZyRJpw1iaDxjZuFYXZhnyUe5nWa9Hu1tbz0C4rDuvJxjpyxq8UzWVXkkfVSMjbxMia2J0kOQicEcA/640?wx_fmt=png)  

事務消息回查步驟如下：

以上內容參考: RocketMQ 事務消息

1. 在斷網或者是應用重啓的特殊情況下，上述步驟 4 提交的二次確認最終未到達服務端，經過固定時間後服務端將對該消息發起消息回查。

2. 發送方收到消息回查後，需要檢查對應消息的本地事務執行的最終結果。

3. 發送方根據檢查得到的本地事務的最終狀態再次提交二次確認，服務端仍按照步驟 4 對半事務消息進行操作。

4. 發送方將半事務消息 (類似 prepare 消息)，消息內容是將小紅賬號加 100 元，發送至消息隊列 RocketMQ 版服務端。

5. 消息隊列 RocketMQ 版服務端將消息持久化成功之後，向發送方返回 Ack 確認消息已經發送成功，此時消息爲半事務消息。

6. 發送方開始執行本地事務邏輯，講小明賬號扣減 100 塊。

7. 發送方根據本地事務執行結果向服務端提交二次確認（100 塊扣成功則 Commit，100 塊扣失敗則發 Rollback），服務端收到 Commit 狀態則將半事務消息標記爲可投遞，訂閱方最終將收到該消息；服務端收到 Rollback 狀態則刪除半事務消息，訂閱方將不會接受該消息。

8. 消息亂序遇到過嗎？怎麼解決的？

消息重複業務系統冪等解決，消息亂序，如果是業務系統，一般是 MQ 儘量保障同一用戶路由到同一消息分區，但這個只是儘量，一般消息亂序都是由下游消費方來處理，處理方法是消息中增加版本號、occurTime(業務時間發生時間) 來判斷消息的先後順序，然後做對應的業務邏輯，例如，同一業務流水號，從庫裏面的數據的版本號或 occurTime 和新消息的版本號和 occurTime 比較，版本號更大，時間更靠後的爲最新消息，可以做更新操作。  

一般消息中間件都會遇到以下幾個問題：

• 消息重複

• 消息併發

• 消息亂序

• 消息延遲

• 消息積壓

17. ThreadLocal 用過嗎？實現機制？

發現很多博客關於 ThreadLocal 的說明寫錯了，ThreadLocal 不是維護了 key 爲 Thread 對象的 Map，而是 Thread 對象維護了一個 key 爲 ThreadLocal 對象的 Map。

參考之前寫的：一文了解 ThreadLocal 用法

18. wait、sleep 區別？

1、sleep 是線程中的方法，但是 wait 是 Object 中的方法。

2、sleep 方法不會釋放 lock，但是 wait 會釋放，而且會加入到等待隊列中。

3、sleep 方法不依賴於同步器 synchronized，但是 wait 需要依賴 synchronized 關鍵字。

4、sleep 不需要被喚醒（休眠之後退出阻塞），但是 wait 需要（不指定時間需要被別人中斷）。

19. 反射用過嗎？什麼原理？

20. 動態代理瞭解嗎？

21. 單例模式瞭解嗎？實現一個線程安全的單例模式？

單例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最簡單的設計模式之一。這種類型的設計模式屬於創建型模式，它提供了一種創建對象的最佳方式。

這種模式涉及到一個單一的類，該類負責創建自己的對象，同時確保只有單個對象被創建。這個類提供了一種訪問其唯一的對象的方式，可以直接訪問，不需要實例化該類的對象。

**注意：**

實現代碼（只列舉雙重檢查鎖的寫法，其他寫法參考）:

![](https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/SoGf97KLurAqZyRJpw1iaDxjZuFYXZhnyBCVA3NAIgRtxBwlBsnE93v2xbEcJCTzWojCLmJSfy4vCyUIsuhqu1w/640?wx_fmt=png)

• 1、單例類只能有一個實例。

• 2、單例類必須自己創建自己的唯一實例。

• 3、單例類必須給所有其他對象提供這一實例。

23. 無界隊列和有界隊列？

先說概念：

有界隊列

有界隊列：就是有固定大小的隊列。比如設定了固定大小的 LinkedBlockingQueue，又或者大小爲 0，只是在生產者和消費者中做中轉用的 SynchronousQueue。

無界隊列

無界隊列：指的是沒有設置固定大小的隊列。這些隊列的特點是可以直接入列，直到溢出。當然現實使用中，幾乎不會有到這麼大的容量（超過 Integer.MAX_VALUE），所以從使用者的體驗上，就相當於 “無界”。比如沒有設定固定大小的 LinkedBlockingQueue。

無界隊列的特性：所以無界隊列的特點就是可以一直入列，不存在隊列滿負荷的現象。這個特性，在我們自定義線程池的使用中非常容易出錯。而出錯的根本原因是對線程池內部原理的不瞭解。

使用無界隊列創建了一個線程池如下：

ExecutorService executor =  new ThreadPoolExecutor(2, 4, 60L, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>());

這裏的隊列都指線程池使用的阻塞隊列 BlockingQueue 的實現，使用的最多的應該是 LinkedBlockingQueue，注意一般情況下要配置一下隊列大小，設置成有界隊列，否則 JVM 內存會被撐爆！

來一張隊列全體照

1. 常見的有界隊列

• ArrayBlockingQueue: 基於數組實現的阻塞隊列；

• LinkedBlockingQueue: 基於鏈表實現的阻塞隊列，該有界隊列不設置大小時就是 Integer.MAX_VALUE；

• SynchronousQueue: 內部容量爲零，適用於元素數量少的場景，尤其特別適合做交換數據用，內部使用隊列來實現公平性的調度，使用棧來實現非公平的調度，在 Java6 時使用 CAS 代替了原來的鎖邏輯;

上面三個隊列的共性：

• put 和 take 操作都是阻塞的

• offer 和 poll 操作不是阻塞的，offer 操作時，若隊列滿了會返回 false，不會阻塞；poll 操作時，若隊列爲空會返回 null，不會阻塞；

• 並不是在所有場景下，非阻塞都是好的，阻塞代表着不佔用 CPU，在有些場景也是需要阻塞的，put 和 take 操作存在必有其存在的必然性；

ArrayBlockingQueue 與 LinkedBlockingQueue 對比：

• ArrayBlockingQueue 實現簡單，表現穩定，添加和刪除操作使用同一個鎖，通常性能不如後者；

• LinkedBlockingQueue 添加和刪除兩把鎖是分開的，所以競爭會小一些；

2. 常見的無界隊列

• ConcurrentLinkedQueue：無鎖隊列，底層使用 CAS 操作，通常具有較高吞吐量，但是具有讀性能的不確定性，弱一致性——不存在如 ArrayList 等集合類的併發修改異常，通俗的說就是遍歷時修改不會拋異常；

• PriorityBlockingQueue：具有優先級的阻塞隊列；

• DelayedQueue：延時隊列，使用場景

• • 緩存：清掉緩存中超時的緩存數據；

• 任務超時處理；

• 內部實現其實是採用帶時間的優先隊列，可重入鎖，優化阻塞通知的線程元素 leader

• LinkedTransferQueue：簡單的說也是進行線程間數據交換的利器

無界隊列的共性：

• put 操作永遠都不會阻塞，空間限制來源於系統資源的限制；

• 底層都使用 CAS 無鎖編程；

此題題解參數: 

https://www.yuque.com/tiankongyiwusuoyouweihegeiwoanwei/kb/ud3nbr

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來源：https://mp.weixin.qq.com/s/hmDOma_kTTH3xcdpKZuCzQ