关于设计模式、Java基础面试题

前言

之前为了准备面试，收集整理了一些面试题。
本篇文章更新时间2023年12月27日。
最新的内容可以看我的原文：https://www.yuque.com/wfzx/ninzck/cbf0cxkrr6s1kniv

设计模式

单例共有几种写法？

细分起来就有9种：懒汉（初始加载资源过多时使用）、饿汉、静态内部类、枚举（防止反序列化创建新对象）、ThreadLocal单例

建造者模式和工厂方法模式的区别是什么？

工厂模式注重创建一个产品，不关心创建细节；
建造者模式也是创建一个产品，同时关注组成的细节。

总结就是一个关注整体、一个关注细节。

简单工厂、工厂方法和抽象工厂之间的区别是什么？

使用场景有一些区别：

• 简单工厂：适用于类关系简单、不复杂 并且 确定之后几乎不扩展的情况。
• 工厂方法：适用于需要根据运行时上下文信息动态选择实现类的时候。
• 抽象工厂方法模式：适用于创建一组相关 或 相互依赖的对象时使用。

桥接模式与适配器模式的区别是什么？

从目的来看，桥接模式关注的是分离，适配器关注的是合并、配合。

适配器模式分为哪几类？每类的应用场景是什么？

类适配器、对象适配器、接口适配器。

装饰器模式与代理模式的区别是什么？

共同点：都是让两个类一起配合工作。

区别：目标、侧重不一样

• 装饰器模式：侧重扩展功能、增加职能；
• 代理模式：侧重对被代理对象的访问控制。

模板设计模式的适用场景是什么？

适用于流程固定但是具体实现有区别的场景。

策略模式的优缺点是什么？

优点：避免多重条件转移语句、算法实现跟使用者分离、避免重复代理。
缺点：必须要知道所有策略类
扩展：可结合工厂模式、享元模式。

责任链模式的优缺点有哪些？

优点：减少对象之间的耦合，灵活指派处理者。
缺点：较长的责任链，可能会影响性能。

访问者模式的适用场景及优缺点有哪些？

适用场景：数据结构 与 数据操作 分离 ;
优点：容易扩展新操作；
缺点：增加新接收比较麻烦。

泛型的上限限定和下限限定是什么？

上限限定：是某个类或其子类；

public static <T extends MyClass> void addToList(List<T> list) {}

下限限定：是某个类或其超类。

public static void addToList(List<? super AbstractMyClass> list) {}

泛型的类型擦除和侨界方法是什么？

类型擦除：编译期间将泛型替换为普通类型，没有指定上、下限定的话就是Object，否则就是指定的边界类。

Java基础

反射的适用场景有哪些？

应用场景：动态加载类和实例化对象、动态代理和AOP、获取注解信息、编写通用的框架和工具类。

反射的优点和缺点

优点：动态灵活；
缺点：1.性能开销：反射涉及动态解析类型和方法的调用，有一定的性能开销；2.安全性问题：绕过访问控制修饰符的限制；3.可读性变差。

静态嵌套类与内部类区别

静态嵌套类不依赖外部类就可以进行实例化；
内部类要进行实例化的话，需要先实例化外部类。

抽象方法不能被static、native、synchronized修饰？

对

当一个线程进入一个对象的 synchronized 方法 A 之后， 其它线程是否可进入此对象的 synchronized 方法 B？

不能。只能进入非synchronized的方法。
对于同一个对象或者class来说。

finally 中的代码一定会执行吗？

不一定，比如虚拟机终止时、try内死循环。

SPI 是什么

提供一套标准接口，让服务提供方（第三方）实现，然后使用合适的方式（比如 Service Loader）发现这个服务实现并调用。

SPI 和 API 有啥区别？

目的不一样：SPI 用于扩展，让第三方实现；API 是对外提供服务，不支持扩展。

序列化和反序列化是什么？

序列化：将对象持久化到磁盘、写到数据库或在网络传输时，需要将对象序列化成二进制流；
反序列化：将二进制流数据还原成对象。

BIO、NIO 和 AIO 的区别？

BIO：同步阻塞IO，知道数据准备就绪、拷贝完成才继续执行；
NIO：同步非阻塞IO，Java中采用IO多路复用模型，避免了CPU资源的浪费。它可以将多个通道（Channel）注册到选择器（Selector），选择器通过select系统调用进行监控，当数据准备好之后让用户线程继续执行。

在linux2.6内核，还支持epoll系统调用，能监控无限多的FD，而且不会随FD增多而降低效率。

AIO：异步IO，基于事件以及回调机制实现，当数据准备好的时候，系统通知用户线程进行后续操作。

什么是语法糖？

为了方便程序而设计的特殊语法。对编程功能没有影响，主要是让代码更加简洁。

什么是检查异常，不受检查异常，运行时异常？并分别举例说明

检查异常（Checked Exceptions）：这类异常是Exception及其子类的成员，它们在编译时被强制要求处理，否则程序无法通过编译。例如，如果程序要访问一个文件，但该文件不存在，就会出现一个IOException，这是一个检查异常。
运行时异常（Runtime Exceptions）：这类异常是RuntimeException类及其子类的成员，它们在程序运行时可能发生，但不强制要求处理。例如，如果程序中出现空指针异常（NullPointerException）或数组越界异常（IndexOutOfBoundsException），这些都是运行时异常。运行时异常通常是由程序的逻辑错误引起的，因此程序应该尽量避免这些错误。
不受检查异常：运行时发生，一般是程序逻辑问题引起的。

finally块一定会执行吗？

JVM停止时不执行；for循环内的break、return不会。

public static void main(String[] args) {
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        try {
            System.out.println("开始try块");
            if(i == 0) {
//                    break;
                return;
            }
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("执行了catch块，异常信息为：" + e.getMessage());
        } finally {
            System.out.println("执行finally块");
        }

    }
}

try、catch、finally语句块的执行顺序

如上。

一个空Object对象的占多大空间？

64位操作系统下，等于对象头的大小，即16字节。关闭指针压缩则是32

对象的组成

对象头+实际数据+对其填充。

对象头组成

1. Mark Word（标记字段）：Mark Word是对象头的核心部分，它用于存储对象的标记信息和运行时状态。Mark Word的具体结构和含义可能会因不同的虚拟机实现而有所差异，但通常包括以下内容：
   1. 对象的哈希码（HashCode）：用于支持对象的哈希操作，如在HashMap中使用。
   2. 锁状态标志（Lock State Flags）：用于支持对象的同步操作，如加锁、解锁等。
   3. GC标记（GC Mark）：用于垃圾回收器标记对象的存活状态。
   4. 偏向锁（Biased Lock）：用于支持对象的偏向锁优化，以提高单线程访问对象的性能。
2. 类型指针（Class Metadata Pointer）：类型指针指向对象所属的类元数据（Class Metadata），包括对象的类型信息、方法表（Virtual Method Table）等。通过类型指针，虚拟机可以确定对象的类型和方法的调用。

拆箱和装箱的过程

Integer数值范围在[-128, 127]的，将从对象池中获取。
Integer a = 1：自动装箱，从对象池中获取对象。
a++;先拆箱，自增之后，装箱

多态实现原理

回顾多态的三个必要条件：

区分实现方式与实现原理，实现方式：继承+重写。

而多态的实现原理是：动态绑定 + 虚拟方法表。

而非私有、非静态和非 final 的方法是动态绑定的；
同一个class的多个实例，共用同一张虚拟方法表。

虚拟方法表在链接阶段&初始化。

集合

ArrayList的优缺点

优点：高效的随机访问；尾插、尾删较快；1.5倍动态扩容；
缺点：动态扩容需要重新分配内存，影响性能；不是线程安全；删除、插入元素可能需要移动元素，会损失一些性能；可能会有一些空间的浪费。

ArrayList和ListList区别

ArrayList：基于数组实现，具有高效的随机访问能力；在插入、删除元素时，可能需要最差的情况下需要

ArrayList初始容量

使用无参构造器创建的ArrayList，默认是一个空数组，没有分配空间，直到调用add()方法，会将初始容量设置为10。

ArrayList扩容机制

每次扩容原来的一半。
以add(T t)为入口，插入元素前先检查容量，如果不够，那就计算要扩容到多少大小，然后检查要扩容的大小是否超过限制，最后使用Arrays.copyOf方法进行数组拷贝。

基层调用System.arraycopy(original, 0, copy, 0, Math.min(original.length, newLength));

    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 每次扩容原来的一半。
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

LinkedList是双向链表还是单向链表

双向链表。这样删除、插入更高效；但是对比单向链表，需要的空间就多一些、实现也更复杂一些。

HashMap jdk1.7和1.8的实现有什么区别

• 数据结构：JDK8引入了红黑树解决链表过长问题，数组类型改为Node。
• 哈希冲突解决方式上：JDK7是采用头插法将元素插入链表，JDK8采用尾查法；
• 扩容机制：JDK7扩容是在put操作中进行，当链表大于8时将重建数组和链表，并重新散列；JDK8的话，扩容是在resize方法进行，当元素数量达到需要调整的阈值时(容量*0.75)，将触发扩容方法，创建更大的数组，将旧元素重新hash分配到新数组。

HashMap 的长度为什么是 2 的幂次方

为了让HashMap存取高效，让数据分配得更均匀，减少哈希碰撞。

HashMap 多线程操作导致死循环问题

JDK7之前，当桶中有多个元素需要进行扩容的时候，多线程同时进行，可能会生产环形链表，导致死循环。

JDK8采用了尾插法避免环形链表。

比较 HashSet、LinkedHashSet 和 TreeSet 三者的异同

• 相同：全部实现Set接口，都不是线程安全的；
• 区别：最大的区别是底层结构不同，
  • HashSet：hash表；
  • LinkedHashSet：链表 + hash表、
  • TreeSet：红黑树。

HashMap底层结构

异同:
JDK8之后，new HashMap()不会创建一个长度为16的数组了。调用put的时候才创建。
JDK8之后，使用Node[]作为数组类型；
JDK8之后，使用数组+链表+红黑树，之前使用的是数组+链表。
下面是数据结构图：
JDK7

JDK8

HashMap什么时候转红黑树？

链表长度大于等于8并且数组长度大于等于64时。

HashMap红黑树为什么6的时候退回链表？

链表更简单、数据量小的时候，链表可能查得更快

ConcurrentHashMap底层结构

JDK7

JDK8
跟HashMap类似，采用CAS + synchronized保证并发安全。

JDK 1.7 和 JDK 1.8 的 ConcurrentHashMap 实现有什么不同？

数据结构不同：JDK7采用分段数组 + 条目数组 + 链表；JDK8采用数组 + 链表 + 红黑树；
并发程度不同：JDK7并发程度由分段数量决定；JDK8对Node加锁，并发读更大。

ConcurrentHashMap 为什么 key 和 value 不能为 null？

从设计上来说：用null的话无法区分是找不到才返回空还是原本就是null；
从源码上来看：需要取hashCode，空的key会抛出空指针异常。

ConcurrentHashMap 能保证复合操作的原子性吗？

不能。但是提供了一些复合操作原子性的方法，如putIfXX、compute等。