6 道 BATJ 必考的 Java 面试题

题目一
请对比 Exception 和 Error,另外,运行时异常与一般异常有什么区别?
考点分析:
分析 Exception 和 Error 的区别,是从概念角度考察了 Java 处理机制。总的来说,还处于理解的层面,面试者只要阐述清楚就好了。
我们在日常编程中,如何处理好异常是比较考验功底的,我觉得需要掌握两个方面。
第一,理解 Throwable、Exception、Error 的设计和分类。 比如,掌握那些应用最为广泛的子类,以及如何自定义异常等。
很多面试官会进一步追问一些细节,比如,你了解哪些 Error、Exception 或者 RuntimeException?我画了一个简单的类图,并列出来典型例子,可以给你作为参考,至少做到基本心里有数。
第二,理解 Java 语言中操作 Throwable 的元素和实践。 掌握最基本的语法是必须的,如 try-catch-finally 块,throw、throws 关键字等。与此同时,也要懂得如何处理典型场景。
典型回答:
Exception 和 Error 都是继承了 Throwable 类,在 Java 中只有 Throwable 类的实例才可以被抛出(throw)或者捕获(catch),它是异常处理机制的基本组成类型。
Exception 和 Error 体现了 Java 平台设计者对不同异常情况的分类。Exception 是程序正常运行中,可以预料的意外情况,可能并且应该被捕获,进行相应处理。
Error 是指在正常情况下,不大可能出现的情况,绝大部分的 Error 都会导致程序(比如 JVM 自身)处于非正常的、不可恢复状态。既然是非正常情况,所以不便于也不需要捕获,常见的比如 OutOfMemoryError 之类,都是 Error 的子类。
Exception 又分为可检查(checked)异常和不检查(unchecked)异常,可检查异常在源代码里必须显式地进行捕获处理,这是编译期检查的一部分。前面我介绍的不可查的 Error,是 Throwable 不是 Exception。
不检查异常就是所谓的运行时异常,类似 NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException 之类,通常是可以编码避免的逻辑错误,具体根据需要来判断是否需要捕获,并不会在编译期强制要求。
题目二
谈谈 Java 反射机制,动态代理是基于什么原理?
考点分析:
这个题目给我的第一印象是稍微有点诱导的嫌疑,可能会下意识地以为动态代理就是利用反射机制实现的,这么说也不算错但稍微有些不全面。功能才是目的,实现的方法有很多。
总的来说,这道题目考察的是 Java 语言的另外一种基础机制: 反射,它就像是一种魔法,引入运行时自省能力,赋予了 Java 语言令人意外的活力,通过运行时操作元数据或对象,Java 可以灵活地操作运行时才能确定的信息。 而动态代理,则是延伸出来的一种广泛应用于产品开发中的技术,很多繁琐的重复编程,都可以被动态代理机制优雅地解决。
从考察知识点的角度,这道题涉及的知识点比较庞杂,所以面试官能够扩展或者深挖的内容非常多,比如:
  • 考察你对反射机制的了解和掌握程度。
  • 动态代理解决了什么问题,在你业务系统中的应用场景是什么?
  • JDK 动态代理在设计和实现上与 cglib 等方式有什么不同,进而如何取舍?
典型回答
反射机制是 Java 语言提供的一种基础功能,赋予程序在运行时自省(introspect,官方用语)的能力。通过反射我们可以直接操作类或者对象,比如获取某个对象的类定义,获取类声明的属性和方法,调用方法或者构造对象,甚至可以运行时修改类定义。
动态代理是一种方便运行时动态构建代理、动态处理代理方法调用的机制,很多场景都是利用类似机制做到的,比如用来包装 RPC 调用、面向切面的编程(AOP)。
实现动态代理的方式很多,比如 JDK 自身提供的动态代理,就是主要利用了上面提到的反射机制。还有其他的实现方式,比如利用传说中更高性能的字节码操作机制,类似 ASM、cglib(基于 ASM)、Javassist 等。
题目三
Java 提供了哪些 IO 方式? NIO 如何实现多路复用?
考点分析
在实际面试中,从传统 IO 到 NIO、NIO 2,其中有很多地方可以扩展开来,考察点涉及方方面面,比如:
  • 基础 API 功能与设计, InputStream/OutputStream 和 Reader/Writer 的关系和区别。
  • NIO、NIO 2 的基本组成。
  • 给定场景,分别用不同模型实现,分析 BIO、NIO 等模式的设计和实现原理。
  • NIO 提供的高性能数据操作方式是基于什么原理,如何使用?
  • 或者,从开发者的角度来看,你觉得 NIO 自身实现存在哪些问题?有什么改进的想法吗?
典型回答
Java IO 方式有很多种,基于不同的 IO 抽象模型和交互方式,可以进行简单区分。
首先,传统的 java.io 包,它基于流模型实现,提供了我们最熟知的一些 IO 功能,比如 File 抽象、输入输出流等。交互方式是同步、阻塞的方式,也就是说,在读取输入流或者写入输出流时,在读、写动作完成之前,线程会一直阻塞在那里,它们之间的调用是可靠的线性顺序。
java.io 包的好处是代码比较简单、直观,缺点则是 IO 效率和扩展性存在局限性,容易成为应用性能的瓶颈。
很多时候,人们也把 java.net 下面提供的部分网络 API,比如 Socket、ServerSocket、HttpURLConnection 也归类到同步阻塞 IO 类库,因为网络通信同样是 IO 行为。
第二,在 Java 1.4 中引入了 NIO 框架(java.nio 包),提供了 Channel、Selector、Buffer 等新的抽象,可以构建多路复用的、同步非阻塞 IO 程序,同时提供了更接近操作系统底层的高性能数据操作方式。
第三,在 Java 7 中,NIO 有了进一步的改进,也就是 NIO 2,引入了异步非阻塞 IO 方式,也有很多人叫它 AIO(Asynchronous IO)。异步 IO 操作基于事件和回调机制,可以简单理解为,应用操作直接返回,而不会阻塞在那里,当后台处理完成,操作系统会通知相应线程进行后续工作。
题目四
如何保证容器是线程安全的?ConcurrentHashMap 如何实现高效地线程安全?
典型回答:
Java 提供了不同层面的线程安全支持。在传统集合框架内部,除了 Hashtable 等同步容器,还提供了所谓的同步包装器(Synchronized Wrapper),我们可以调用 Collections 工具类提供的包装方法,来获取一个同步的包装容器(如 Collections.synchronizedMap),但是它们都是利用非常粗粒度的同步方式,在高并发情况下,性能比较低下。另外,更加普遍的选择是利用并发包提供的线程安全容器类,它提供了:
  • 各种并发容器,比如 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList。
  • 各种线程安全队列(Queue/Deque),如 ArrayBlockingQueue、SynchronousQueue。
  • 各种有序容器的线程安全版本等。
具体保证线程安全的方式,包括有从简单的 synchronize 方式,到基于更加精细化的,比如基于分离锁实现的 ConcurrentHashMap 等并发实现等。具体选择要看开发的场景需求,总体来说,并发包内提供的容器通用场景,远优于早期的简单同步实现。
题目五
谈谈接口和抽象类有什么区别?
考点分析:
这是个非常高频的 Java 面向对象基础问题,看起来非常简单的问题,如果面试官稍微深入一些,你会发现很多有意思的地方,可以从不同角度全面地考察你对基本机制的理解和掌握。
比如:
  • 对于 Java 的基本元素的语法是否理解准确。 能否定义出语法基本正确的接口、抽象类或者相关继承实现,涉及重载(Overload)、重写(Override)更是有各种不同的题目。
  • 在软件设计开发中妥善地使用接口和抽象类。 你至少知道典型应用场景,掌握基础类库重要接口的使用;掌握设计方法,能够在 review 代码的时候看出明显的不利于未来维护的设计。
  • 掌握 Java 语言特性演进。 现在非常多的框架已经是基于 Java 8,并逐渐支持更新版本,掌握相关语法,理解设计目的是很有必要的。
典型回答:
1.继承抽象类的子类们的本质都是相似的,它们体现的是一种 “is-a” 的关系,就像动物中的猫和狗;而对于接口的继承更多的是一种行为的相似,是一种 “like-a” 的关系,比如飞机和鸟,它们都具有飞的行为,却并不需要在本质上相似。
2.抽象类可以拥有任意范围的成员数据,既可以是抽象,也可以是非抽象;但是接口,所有的方法必须是抽象的,所有的成员变量必须是 public static final的,某种程度上来说,接口是对抽象类的一种抽象。
3.一个类只能继承一个抽象类,但却可以实现多个接口。
题目六
synchronized 和 ReentrantLock 有什么区别?有人说 synchronized 最慢,这话靠谱吗?
考点分析:
题目是考察并发编程的常见基础题,下面给出的典型回答算是一个相对全面的总结。
对于并发编程,不同公司或者面试官面试风格也不一样,有个别大厂喜欢一直追问你相关机制的扩展或者底层,有的喜欢从实用角度出发,所以你在准备并发编程方面需要一定的耐心。
个人认为,锁作为并发的基础工具之一,你至少需要掌握:
  • 理解什么是线程安全。
  • synchronized、ReentrantLock 等机制的基本使用与案例。
更进一步,你还需要:
  • 掌握 synchronized、ReentrantLock 底层实现;理解锁膨胀、降级;理解偏斜锁、自旋锁、轻量级锁、重量级锁等概念。
  • 掌握并发包中 java.util.concurrent.lock 各种不同实现和案例分析。
典型回答:
synchronized 是 Java 内建的同步机制,所以也有人称其为 Intrinsic Locking,它提供了互斥的语义和可见性,当一个线程已经获取当前锁时,其他试图获取的线程只能等待或者阻塞在那里。
在 Java 5 以前,synchronized 是仅有的同步手段,在代码中, synchronized 可以用来修饰方法,也可以使用在特定的代码块儿上,本质上 synchronized 方法等同于把方法全部语句用 synchronized 块包起来。
ReentrantLock,通常翻译为再入锁,是 Java 5 提供的锁实现,它的语义和 synchronized 基本相同。再入锁通过代码直接调用 lock() 方法获取,代码书写也更加灵活。与此同时,ReentrantLock 提供了很多实用的方法,能够实现很多 synchronized 无法做到的细节控制,比如可以控制 fairness,也就是公平性,或者利用定义条件等。但是,编码中也需要注意,必须要明确调用 unlock() 方法释放,不然就会一直持有该锁。
synchronized 和 ReentrantLock 的性能不能一概而论,早期版本 synchronized 在很多场景下性能相差较大,在后续版本进行了较多改进,在低竞争场景中表现可能优于 ReentrantLock。

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