面霸篇:高频 Java 基础问题核心卷一(上篇)

发布于 2022-8-4 15:23
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从面试题作为切入点提升大家的 Java 内功,所谓根基不牢,地动山摇。只有扎实的基础,才是写出写好代码。

拒绝知识碎片化

码哥在 《Redis 系列》的开篇 Redis 为什么这么快中说过:学习一个技术,通常只接触了零散的技术点,没有在脑海里建立一个完整的知识框架和架构体系,没有系统观。这样会很吃力,而且会出现一看好像自己会,过后就忘记,一脸懵逼。

我们需要一个系统观,清晰完整的去学习技术,同时也不能埋头苦干,过于死磕某个细节。

跟着「码哥」一起来提纲挈领,梳理一个相对完整的 Java 开发技术能力图谱,将基础夯实。

万字总结,建议收藏。面试不慌,加薪有望。

 

 ● JVM、JRE、JDK 关系
 ● Java 是解释执行么?
 ● 采用字节码的好处
 ● JDK 1.8 之后有哪些新特性
 ● 构造器是否可以重写
 ● wait() 和 sleep 区别
 ● &和&&的区别
 ● Java 有哪些数据类型?
 ● this 关键字的用法
 ● super 关键字的用法
 ● 成员变量与局部变量的区别有哪些
 ● 动态代理是基于什么原理
 ● int 与 Integer 区别
 ● 面向对象四大特性
 ● 什么是多态机制?
 ● Java 语言是如何实现多态的?
 ● 重载与重写
 ● == 和 equals 的区别是什么
 ● 为什么要有 hashcode
 ● 面向对象的基本原则
 ● Exception
 ● Error
 ● JVM 如何处理异常?
 ● NoClassDefFoundError 和 ClassNotFoundException
 ● Java 常见异常有哪些?
 ● String
 ● StringBuilder
 ● StringBuffer
 ● HashMap 使用 String 作为 key 有什么好处
 ● 接口
 ● 抽象类
 ● 基本数据类型
 ● 对象引用类型
 ● 值传递和引用传递有什么区别?


Java 平台的理解

❝码老湿,你是怎么理解 Java 平台呢?

 ◆ Java 是一种面向对象的语言,有两个明显特性:

 ◆ 跨平台能力:一次编写,到处运行(Write once,run anywhere);
垃圾收集:
Java 通过字节码和 Java 虚拟机(JVM)这种跨平台的抽象,屏蔽了操作系统和硬件的细节,这也是实现「一次编译,到处执行」的基础。

Java 通过垃圾收集器(Garbage Collector)回收分配内存,大部分情况下,程序员不需要自己操心内存的分配和回收。

最常见的垃圾收集器,如 SerialGC、Parallel GC、 CMS、 G1 等,对于适用于什么样的工作负载最好也心里有数。

 

JVM、JRE、JDK 关系

❝码老湿,能说下 JVM、JRE 和 JDK 的关系么?

JVM Java Virtual Machine 是 Java 虚拟机,Java 程序需要运行在虚拟机上,不同的平台有自己的虚拟机,因此 Java 语言可以实现跨平台。

JRE Java Runtime Environment包括 Java 虚拟机和 Java 程序所需的核心类库等。

核心类库主要是 java.lang 包:包含了运行 Java 程序必不可少的系统类,如基本数据类型、基本数学函数、字符串处理、线程、异常处理类等,系统缺省加载这个包

如果想要运行一个开发好的 Java 程序,计算机中只需要安装 JRE 即可。

JDK Java Development Kit是提供给 Java 开发人员使用的,其中包含了 Java 的开发工具,也包括了 JRE。

所以安装了 JDK,就无需再单独安装 JRE 了。其中的开发工具:编译工具(javac.exe),打包工具(jar.exe) 等。

面霸篇:高频 Java 基础问题核心卷一(上篇)-开源基础软件社区Java 是解释执行么?

❝码老湿,Java 是解释执行的么?

这个说法不太准确。

我们开发的 Java 的源代码,首先通过 Javac 编译成为字节码(bytecode),在运行时,通过 Java 虚拟机(JVM)内嵌的解释器将字节码转换成为最终的机器码。

但是常见的 JVM,比如我们大多数情况使用的 Oracle JDK 提供的 Hotspot JVM,都提供了 JIT(Just-In-Time)编译器。

也就是通常说的动态编译器,JIT 能够在运行时将热点代码编译成机器码,这种情况下部分热点代码就属于编译执行,而不是解释执行了。

采用字节码的好处

❝什么是字节码?采用字节码的好处是什么?

字节码:Java 源代码经过虚拟机编译器编译后产生的文件(即扩展为.class 的文件),它不面向任何特定的处理器,只面向虚拟机。

 

采用字节码的好处:

众所周知,我们通常把 Java 分为编译期和运行时。这里说的 Java 的编译和 C/C++ 是有着不同的意义的,Javac 的编译,编译 Java 源码生成“.class”文件里面实际是字节码,而不是可以直接执行的机器码。Java 通过字节码和 Java 虚拟机(JVM)这种跨平台的抽象,屏蔽了操作系统和硬件的细节,这也是实现“一次编译,到处执行”的基础。

 

基础语法
JDK 1.8 之后有哪些新特性
接口默认方法:Java8 允许我们给接口添加一个非抽象的方法实现,只需要使用 default 关键字即可。

Lambda 表达式和函数式接口:Lambda 表达式本质上是一段匿名内部类,也可以是一段可以传递的代码。

Lambda 允许把函数作为一个方法的参数(函数作为参数传递到方法中),使用 Lambda 表达式使代码更加简洁,但是也不要滥用,否则会有可读性等问题,《EffectiveJava》作者 JoshBloch 建议使用 Lambda 表达式最好不要超过 3 行。

StreamAPI:用函数式编程方式在集合类上进行复杂操作的工具,配合 Lambda 表达式可以方便的对集合进行处理。

Java8 中处理集合的关键抽象概念,它可以指定你希望对集合进行的操作,可以执行非常复杂的查找、过滤和映射数据等操作。

使用 StreamAPI 对集合数据进行操作,就类似于使用 SQL 执行的数据库查询。也可以使用 StreamAPI 来并行执行操作。

简而言之,StreamAPI 提供了一种高效且易于使用的处理数据的方式。

方法引用:方法引用提供了非常有用的语法,可以直接引用已有 Java 类或对象(实例)的方法或构造器。

与 lambda 联合使用,方法引用可以使语言的构造更紧凑简洁,减少冗余代码。

日期时间 API:Java8 引入了新的日期时间 API 改进了日期时间的管理。

Optional 类:著名的 NullPointerException 是引起系统失败最常见的原因。

很久以前 GoogleGuava 项目引入了 Optional 作为解决空指针异常的一种方式,不赞成代码被 null 检查的代码污染,期望程序员写整洁的代码。

受 GoogleGuava 的鼓励,Optional 现在是 Java8 库的一部分。

新工具:新的编译工具,如:Nashorn 引擎 jjs、类依赖分析器 jdeps。

 

构造器是否可以重写
Constructor 不能被 override(重写),但是可以 overload(重载),所以你可以看到⼀个类中有多个构造函数的情况。

 

wait() 和 sleep 区别
来源不同:sleep()来自 Thread 类,wait()来自 Object 类。

对于同步锁的影响不同:sleep()不会该表同步锁的行为,如果当前线程持有同步锁,那么 sleep 是不会让线程释放同步锁的。

wait()会释放同步锁,让其他线程进入 synchronized 代码块执行。

使用范围不同:sleep()可以在任何地方使用。wait()只能在同步控制方法或者同步控制块里面使用,否则会抛 IllegalMonitorStateException。

恢复方式不同:两者会暂停当前线程,但是在恢复上不太一样。sleep()在时间到了之后会重新恢复;

wait()则需要其他线程调用同一对象的 notify()/nofityAll()才能重新恢复。

 

&和&&的区别
&运算符有两种用法:

  1. 按位与;
  2. 逻辑与。
    &&运算符是短路与运算。逻辑与跟短路与的差别是非常巨大的,虽然二者都要求运算符左右两端的布尔值都是 true 整个表达式的值才是 true。

&&之所以称为短路运算,是因为如果&&左边的表达式的值是 false,右边的表达式会被直接短路掉,不会进行运算。

注意:逻辑或运算符(|)和短路或运算符(||)的差别也是如此。

 

Java 有哪些数据类型?
Java 语言是强类型语言,对于每一种数据都定义了明确的具体的数据类型,在内存中分配了不同大小的内存空间。

分类

 ◆ 基本数据类型
   ◇ 整数类型(byte,short,int,long)
   ◇ 浮点类型(float,double)
   ◇ 数值型
   ◇ 字符型(char)
   ◇ 布尔型(boolean)
 ◆ 引用数据类型
   ◇ 类(class)
   ◇ 接口(interface)
   ◇ 数组([])

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this 关键字的用法
this 是自身的一个对象,代表对象本身,可以理解为:指向对象本身的一个指针。

this 的用法在 java 中大体可以分为 3 种:

⒈普通的直接引用,this 相当于是指向当前对象本身。

⒉形参与成员名字重名,用 this 来区分:

public Person(String name, int age) {
    this.name = name;
    this.age = age;
}

⒊引用本类的构造函数

class Person{
    private String name;
    private int age;

    public Person() {
    }

    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }
    public Person(String name, int age) {
        this(name);
        this.age = age;
    }
}

super 关键字的用法
super 可以理解为是指向自己超(父)类对象的一个指针,而这个超类指的是离自己最近的一个父类。

super 也有三种用法:

⒈普通的直接引用:与 this 类似,super 相当于是指向当前对象的父类的引用,这样就可以用 super.xxx 来引用父类的成员。
⒉子类中的成员变量或方法与父类中的成员变量或方法同名时,用 super 进行区分

class Person{
    protected String name;

    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }

}

class Student extends Person{
    private String name;

    public Student(String name, String name1) {
        super(name);
        this.name = name1;
    }

    public void getInfo(){
        System.out.println(this.name);      //Child
        System.out.println(super.name);     //Father
    }

}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
       Student s1 = new Student("Father","Child");
       s1.getInfo();

    }
}

⒊引用父类构造函数;


成员变量与局部变量的区别有哪些
变量:在程序执行的过程中,在某个范围内其值可以发生改变的量。从本质上讲,变量其实是内存中的一小块区域。

成员变量:方法外部,类内部定义的变量。

局部变量:类的方法中的变量。

区别如下:

作用域

成员变量:针对整个类有效。局部变量:只在某个范围内有效。(一般指的就是方法,语句体内)

存储位置

成员变量:随着对象的创建而存在,随着对象的消失而消失,存储在堆内存中。

局部变量:在方法被调用,或者语句被执行的时候存在,存储在栈内存中。当方法调用完,或者语句结束后,就自动释放。

生命周期

成员变量:随着对象的创建而存在,随着对象的消失而消失 局部变量:当方法调用完,或者语句结束后,就自动释放。

初始值

成员变量:有默认初始值。

局部变量:没有默认初始值,使用前必须赋值。

 

动态代理是基于什么原理
基于反射实现

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。

❝码老湿,他的使用场景是什么?

AOP 通过(动态)代理机制可以让开发者从这些繁琐事项中抽身出来,大幅度提高了代码的抽象程度和复用度。

包装 RPC 调用:通过代理可以让调用者与实现者之间解耦。比如进行 RPC 调用,框架内部的寻址、序列化、反序列化等,对于调用者往往是没有太大意义的,通过代理,可以提供更加友善的界面。

 

int 与 Integer 区别
Java 是一个近乎纯洁的面向对象编程语言,但是为了编程的方便还是引入了基本数据类型,但是为了能够将这些基本数据类型当成对象操作,Java 为每一个基本数据类型都引入了对应的包装类型(wrapper class),int 的包装类就是 Integer,从 Java 5 开始引入了自动装箱/拆箱机制,使得二者可以相互转换。

Java 为每个原始类型提供了包装类型:

 ◆ 原始类型: boolean,char,byte,short,int,long,float,double。
 ◆ 包装类型:Boolean,Character,Byte,Short,Integer,Long,Float,Double。
int 是我们常说的整形数字,是 Java 的 8 个原始数据类型(Primitive Types,boolean、byte 、short、char、int、float、double、long)之一。Java 语言虽然号称一切都是对象,但原始数据类型是例外。

Integer 是 int 对应的包装类,它有一个 int 类型的字段存储数据,并且提供了基本操作,比如数学运算、int 和字符串之间转换等。在 Java 5 中,引入了自动装箱和自动拆箱功能(boxing/unboxing),Java 可以根据上下文,自动进行转换,极大地简化了相关编程。

❝Integer a= 127 与 Integer b = 127 相等吗

对于对象引用类型:==比较的是对象的内存地址。对于基本数据类型:==比较的是值。

大部分数据操作都是集中在有限的、较小的数值范围,因而,在 Java 5 中新增了静态工厂方法 valueOf,在调用它的时候会利用一个缓存机制,带来了明显的性能改进。按照 Javadoc,这个值默认缓存是 -128 到 127 之间。

如果整型字面量的值在-128 到 127 之间,那么自动装箱时不会 new 新的 Integer 对象,而是直接引用常量池中的 Integer 对象,超过范围 a1==b1 的结果是 false。

public static void main(String[] args) {
    Integer a = new Integer(3);
    Integer b = 3;  // 将3自动装箱成Integer类型
    int c = 3;
    System.out.println(a == b); // false 两个引用没有引用同一对象
    System.out.println(a == c); // true a自动拆箱成int类型再和c比较
    System.out.println(b == c); // true

    Integer a1 = 128;
    Integer b1 = 128;
    System.out.println(a1 == b1); // false

    Integer a2 = 127;
    Integer b2 = 127;
    System.out.println(a2 == b2); // true
}

面向对象

❝面向对象与面向过程的区别是什么?

面向过程

优点:性能比面向对象高,因为类调用时需要实例化,开销比较大,比较消耗资源;比如单片机、嵌入式开发、Linux/Unix 等一般采用面向过程开发,性能是最重要的因素。

缺点:没有面向对象易维护、易复用、易扩展

面向对象

优点:易维护、易复用、易扩展,由于面向对象有封装、继承、多态性的特性,可以设计出低耦合的系统,使系统更加灵活、更加易于维护

缺点:性能比面向过程低

面向过程是具体化的,流程化的,解决一个问题,你需要一步一步的分析,一步一步的实现。

面向对象是模型化的,你只需抽象出一个类,这是一个封闭的盒子,在这里你拥有数据也拥有解决问题的方法。需要什么功能直接使用就可以了,不必去一步一步的实现,至于这个功能是如何实现的,管我们什么事?我们会用就可以了。

面向对象的底层其实还是面向过程,把面向过程抽象成类,然后封装,方便我们使用的就是面向对象了。

面向对象编程因为其具有丰富的特性(封装、抽象、继承、多态),可以实现很多复杂的设计思路,是很多设计原则、设计模式等编码实现的基础。

 

面向对象四大特性

❝码老湿,如何理解面向对象的四大特性?

抽象

抽象是将一类对象的共同特征总结出来构造类的过程,包括数据抽象和行为抽象两方面。抽象只关注对象有哪些属性和行为,并不关注这些行为的细节是什么。

另外,抽象是一个宽泛的设计思想,开发者能不能设计好代码,抽象能力也至关重要。

很多设计原则都体现了抽象这种设计思想,比如基于接口而非实现编程、开闭原则(对扩展开放、对修改关闭)、代码解耦(降低代码的耦合性)等。

在面对复杂系统的时候,人脑能承受的信息复杂程度是有限的,所以我们必须忽略掉一些非关键性的实现细节。

封装

把一个对象的属性私有化,同时提供一些可以被外界访问的属性的方法,如果属性不想被外界访问,我们大可不必提供方法给外界访问。

通过封装,只需要暴露必要的方法给调用者,调用者不必了解背后的业务细节,用错的概率就减少。

继承

使用已存在的类的定义作为基础建立新类的技术,新类的定义可以增加新的数据或新的功能,也可以用父类的功能,但不能选择性地继承父类。

通过使用继承我们能够非常方便地复用以前的代码,需要注意的是,过度使用继承,层级深就会导致代码可读性和可维护性变差。

关于继承如下 3 点请记住:

  1. 子类拥有父类非 private 的属性和方法。
  2. 子类可以拥有自己属性和方法,即子类可以对父类进行扩展。
  3. 子类可以用自己的方式实现父类的方法。(以后介绍)。
    多态

所谓多态就是指程序中定义的引用变量所指向的具体类型和通过该引用变量发出的方法调用在编程时并不确定,而是在程序运行期间才确定。

即一个引用变量到底会指向哪个类的实例对象,该引用变量发出的方法调用到底是哪个类中实现的方法,必须在由程序运行期间才能决定。

在 Java 中有两种形式可以实现多态:继承(多个子类对同一方法的重写)和接口(实现接口并覆盖接口中同一方法)。

多态也是很多设计模式、设计原则、编程技巧的代码实现基础,比如策略模式、基于接口而非实现编程、依赖倒置原则、里式替换原则、利用多态去掉冗长的 if-else 语句等等。

 

什么是多态机制?
所谓多态就是指程序中定义的引用变量所指向的具体类型和通过该引用变量发出的方法调用在编程时并不确定,而是在程序运行期间才确定,即一个引用变量倒底会指向哪个类的实例对象,该引用变量发出的方法调用到底是哪个类中实现的方法,必须在由程序运行期间才能决定。

因为在程序运行时才确定具体的类,这样,不用修改源程序代码,就可以让引用变量绑定到各种不同的类实现上,从而导致该引用调用的具体方法随之改变,即不修改程序代码就可以改变程序运行时所绑定的具体代码,让程序可以选择多个运行状态,这就是多态性。

多态分为编译时多态和运行时多态。

其中编辑时多态是静态的,主要是指方法的重载,它是根据参数列表的不同来区分不同的函数,通过编辑之后会变成两个不同的函数,在运行时谈不上多态。

而运行时多态是动态的,它是通过动态绑定来实现的,也就是我们所说的多态性。

 

Java 语言是如何实现多态的?
Java 实现多态有三个必要条件:继承、重写、向上转型。

继承:在多态中必须存在有继承关系的子类和父类。

重写:子类对父类中某些方法进行重新定义,在调用这些方法时就会调用子类的方法。

向上转型:在多态中需要将子类的引用赋给父类对象,只有这样该引用才能够具备技能调用父类的方法和子类的方法。

只有满足了上述三个条件,我们才能够在同一个继承结构中使用统一的逻辑实现代码处理不同的对象,从而达到执行不同的行为。

 

重载与重写
方法的重载和重写都是实现多态的方式,区别在于前者实现的是编译时的多态性,而后者实现的是运行时的多态性。

重载:发生在同一个类中,方法名相同参数列表不同(参数类型不同、个数不同、顺序不同),与方法返回值和访问修饰符无关,即重载的方法不能根据返回类型进行区分。

重写:发生在父子类中,方法名、参数列表必须相同,返回值小于等于父类,抛出的异常小于等于父类,访问修饰符大于等于父类(里氏代换原则);如果父类方法访问修饰符为 private 则子类中就不是重写。

 

== 和 equals 的区别是什么
== : 它的作用是判断两个对象的地址是不是相等。即,判断两个对象是不是同一个对象。(基本数据类型 == 比较的是值,引用数据类型 == 比较的是内存地址)。

equals() : 它的作用也是判断两个对象是否相等。但它一般有两种使用情况:

 ◆ 类没有覆盖 equals() 方法。则通过 equals() 比较该类的两个对象时,等价于通过“==”比较这两个对象。
 ◆ 类覆盖了 equals() 方法。一般,我们都覆盖 equals() 方法来两个对象的内容相等;若它们的内容相等,则返回 true (即,认为这两个对象相等)。

❝为什么重写 equals 时必须重写 hashCode 方法?

如果两个对象相等,则 hashcode 一定也是相同的

两个对象相等,对两个对象分别调用 equals 方法都返回 true

两个对象有相同的 hashcode 值,它们也不一定是相等的.

因此,equals 方法被覆盖过,则 hashCode 方法也必须被覆盖

 

为什么要有 hashcode
我们以“HashSet 如何检查重复”为例子来说明为什么要有 hashCode:

当你把对象加入 HashSet 时,HashSet 会先计算对象的 hashcode 值来判断对象加入的位置,同时也会与其他已经加入的对象的 hashcode 值作比较,如果没有相符的 hashcode,HashSet 会假设对象没有重复出现。

但是如果发现有相同 hashcode 值的对象,这时会调用 equals()方法来检查 hashcode 相等的对象是否真的相同。

如果两者相同,HashSet 就不会让其加入操作成功。

如果不同的话,就会重新散列到其他位置。这样我们就大大减少了 equals 的次数,相应就大大提高了执行速度。

 

面向对象的基本原则

❝码老湿,什么是 SOLID?

这是面向对象编程的一种设计原则,对于每一种设计原则,我们需要掌握它的设计初衷,能解决哪些编程问题,有哪些应用场景。

 ◆ 单一职责原则 SRP(Single Responsibility Principle) 类的功能要单一,不能包罗万象,跟杂货铺似的。
 ◆ 开放封闭原则 OCP(Open-Close Principle) 一个模块对于拓展是开放的,对于修改是封闭的,想要增加功能热烈欢迎,想要修改,哼,一万个不乐意。
 ◆ 里式替换原则 LSP(the Liskov Substitution Principle LSP) 子类可以替换父类出现在父类能够出现的任何地方。比如你能代表你爸去你姥姥家干活。哈哈~~(其实多态就是一种这个原则的一种实现)。
 ◆ 接口分离原则 ISP(the Interface Segregation Principle ISP) 设计时采用多个与特定客户类有关的接口比采用一个通用的接口要好。就比如一个手机拥有打电话,看视频,玩游戏等功能,把这几个功能拆分成不同的接口,比在一个接口里要好的多。
 ◆ 依赖倒置原则 DIP(the Dependency Inversion Principle DIP) :高层模块(high-level modules)不要依赖低层模块(low-level)。高层模块和低层模块应该通过抽象(abstractions)来互相依赖。除此之外,抽象(abstractions)不要依赖具体实现细节(details),具体实现细节(details)依赖抽象(abstractions)。
   ◇ 抽象不应该依赖于具体实现,具体实现应该依赖于抽象。就是你出国要说你是中国人,而不能说你是哪个村子的。
   ◇ 比如说中国人是抽象的,下面有具体的 xx 省,xx 市,xx 县。你要依赖的抽象是中国人,而不是你是 xx 村的。
   ◇ 所谓高层模块和低层模块的划分,简单来说就是,在调用链上,调用者属于高层,被调用者属于低层。
   ◇ Tomcat 就是高层模块,我们编写的 Web 应用程序代码就是低层模块。Tomcat 和应用程序代码之间并没有直接的依赖关系,两者都依赖同一个「抽象」,也就是    Servlet 规范。
   ◇ Servlet 规范不依赖具体的 Tomcat 容器和应用程序的实现细节,而 Tomcat 容器和应用程序依赖 Servlet 规范。

❝码老湿,接口隔离与单一职责有什么区别?

单一职责侧重点是模块、类、接口的设计思想。

接口隔离原则侧重于接口设计,提供了一种判断接口职责是否单一的标准。

 

 

未完待续

面霸篇:高频 Java 基础问题核心卷一(下篇)

 

文章转载自公众号:码哥字节

 

已于2022-8-4 15:23:09修改
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