硬核原创｜Java 面试题全梳理

Java 基础篇

Java 有哪些特点

• 并发性的：你可以在其中执行许多语句，而不必一次执行它
• 面向对象的：基于类和面向对象的编程语言。
• 独立性的：支持一次编写，到处运行的独立编程语言，即编译后的代码可以在支持 Java 的所有平台上运行。

Java 的特性

Java 的特性有如下这几点

• 简单，Java 会让你的工作变得更加轻松，使你把关注点放在主要业务逻辑上，而不必关心指针、运算符重载、内存回收等与主要业务无关的功能。

• 便携性，Java 是平台无关性的，这意味着在一个平台上编写的任何应用程序都可以轻松移植到另一个平台上。

• 安全性， 编译后会将所有的代码转换为字节码，人类无法读取。它使开发无病毒，无篡改的系统/应用成为可能。

• 动态性，它具有适应不断变化的环境的能力，它能够支持动态内存分配，从而减少了内存浪费，提高了应用程序的性能。

• 分布式，Java 提供的功能有助于创建分布式应用。使用远程方法调用（RMI），程序可以通过网络调用另一个程序的方法并获取输出。您可以通过从互联网上的任何计算机上调用方法来访问文件。这是革命性的一个特点，对于当今的互联网来说太重要了。

• 健壮性，Java 有强大的内存管理功能，在编译和运行时检查代码，它有助于消除错误。

• 高性能，Java 最黑的科技就是字节码编程，Java 代码编译成的字节码可以轻松转换为本地机器代码。通过 JIT 即时编译器来实现高性能。

• 解释性，Java 被编译成字节码，由 Java 运行时环境解释。

• 多线程性，Java支持多个执行线程（也称为轻量级进程），包括一组同步原语。这使得使用线程编程更加容易，Java 通过管程模型来实现线程安全性。

描述一下值传递和引用传递的区别

要想真正理解的话，可以参考这篇文章 ：https://www.zhihu.com/question/31203609

简单理解的话就是

值传递是指在调用函数时将实际参数复制一份到函数中，这样的话如果函数对其传递过来的形式参数进行修改，将不会影响到实际参数

引用传递 是指在调用函数时将对象的地址直接传递到函数中，如果在对形式参数进行修改，将影响到实际参数的值。

== 和 equals 区别是什么

== 是 Java 中一种操作符，它有两种比较方式

• 对于基本数据类型来说， == 判断的是两边的值是否相等

public class DoubleCompareAndEquals {

    Person person1 = new Person(24,"boy");
    Person person2 = new Person(24,"girl");
    int c = 10;

    private void doubleCompare(){

        int a = 10;
        int b = 10;

        System.out.println(a == b);
        System.out.println(a == c);
        System.out.println(person1.getId() == person2.getId());

    }
}

• 对于引用类型来说， == 判断的是两边的引用是否相等，也就是判断两个对象是否指向了同一块内存区域。

private void equals(){

  System.out.println(person1.getName().equals(person2.getName()));
}

equals 是 Java 中所有对象的父类，即 Object 类定义的一个方法。它只能比较对象，它表示的是引用双方的值是否相等。所以记住，并不是说 == 比较的就是引用是否相等，equals 比较的就是值，这需要区分来说的。

equals 用作对象之间的比较具有如下特性

• 自反性：对于任何非空引用 x 来说，x.equals(x) 应该返回 true。
• 对称性：对于任何非空引用 x 和 y 来说，若x.equals（y）为 true，则y.equals（x）也为 true。
• 传递性：对于任何非空引用的值来说，有三个值，x、y 和 z，如果x.equals(y) 返回true，y.equals(z) 返回true，那么x.equals(z) 也应该返回true。
• 一致性：对于任何非空引用 x 和 y 来说，如果 x.equals(y) 相等的话，那么它们必须始终相等。
• 非空性：对于任何非空引用的值 x 来说，x.equals(null) 必须返回 false。

String 中的 equals 是如何重写的

String 代表的是 Java 中的字符串，String 类比较特殊，它整个类都是被 final 修饰的，也就是说，String 不能被任何类继承，任何 修改 String 字符串的方法都是创建了一个新的字符串。

equals 方法是 Object 类定义的方法，Object 是所有类的父类，当然也包括 String，String 重写了 equals 方法，下面我们来看看是怎么重写的

• 首先会判断要比较的两个字符串它们的引用是否相等。如果引用相等的话，直接返回 true ，不相等的话继续下面的判断
• 然后再判断被比较的对象是否是 String 的实例，如果不是的话直接返回 false，如果是的话，再比较两个字符串的长度是否相等，如果长度不想等的话也就没有比较的必要了；长度如果相同，会比较字符串中的每个 字符 是否相等，一旦有一个字符不相等，就会直接返回 false。

下面是它的流程图

这里再提示一下，你可能有疑惑什么时候是

if (this == anObject) {
  return true;
}

这个判断语句如何才能返回 true？因为都是字符串啊，字符串比较的不都是堆空间吗，猛然一看发现好像永远也不会走，但是你忘记了 String.intern() 方法，它表示的概念在不同的 JDK 版本有不同的区分

在 JDK1.7 及以后调用 intern 方法是判断运行时常量池中是否有指定的字符串，如果没有的话，就把字符串添加到常量池中，并返回常量池中的对象。

验证过程如下

private void StringOverrideEquals(){

  String s1 = "aaa";
  String s2 = "aa" + new String("a");
  String s3 = new String("aaa");

  System.out.println(s1.intern().equals(s1));
  System.out.println(s1.intern().equals(s2));
  System.out.println(s3.intern().equals(s1));

}

• 首先 s1.intern.equals(s1) 这个无论如何都返回 true，因为 s1 字符串创建出来就已经在常量池中存在了。

• 然后第二条语句返回 false，因为 s1 返回的是常量池中的对象，而 s2 返回的是堆中的对象

• 第三条语句 s3.intern.equals(s1)，返回 true ，因为 s3 对象虽然在堆中创建了一个对象，但是 s3 中的 “aaa” 返回的是常量池中的对象。

  

为什么重写 equals 方法必须重写 hashcode 方法

equals 方法和 hashCode 都是 Object 中定义的方法，它们经常被一起重写。

equals 方法是用来比较对象大小是否相等的方法，hashcode 方法是用来判断每个对象 hash 值的一种方法。如果只重写 equals 方法而不重写 hashcode 方法，很可能会造成两个不同的对象，它们的 hashcode 也相等，造成冲突。比如

String str1 = "通话";
String str2 = "重地";

它们两个的 hashcode 相等，但是 equals 可不相等。

我们来看一下 hashCode 官方的定义

总结起来就是

• 如果在 Java 运行期间对同一个对象调用 hashCode 方法后，无论调用多少次，都应该返回相同的 hashCode，但是在不同的 Java 程序中，执行 hashCode 方法返回的值可能不一致。
• 如果两个对象的 equals 相等，那么 hashCode 必须相同
• 如果两个对象 equals 不相等，那么 hashCode 也有可能相同，所以需要重写 hashCode 方法，因为你不知道 hashCode 的底层构造（反正我是不知道，有大牛可以传授传授），所以你需要重写 hashCode 方法，来为不同的对象生成不同的 hashCode 值，这样能够提高不同对象的访问速度。
• hashCode 通常是将地址转换为整数来实现的。

String s1 = new String(“abc”) 在内存中创建了几个对象

一个或者两个，String s1 是声明了一个 String 类型的 s1 变量，它不是对象。使用 new 关键字会在堆中创建一个对象，另外一个对象是 abc ，它会在常量池中创建，所以一共创建了两个对象；如果 abc 在常量池中已经存在的话，那么就会创建一个对象。

详细请翻阅笔者的另外一篇文章 一篇与众不同的 String、StringBuffer、StringBuilder 详解

String 为什么是不可变的、jdk 源码中的 String 如何定义的、为什么这么设计。

首先了解一下什么是不可变对象，不可变对象就是一经创建后，其对象的内部状态不能被修改，啥意思呢？也就是说不可变对象需要遵守下面几条原则

• 不可变对象的内部属性都是 final 的
• 不可变对象的内部属性都是 private 的
• 不可变对象不能提供任何可以修改内部状态的方法、setter 方法也不行
• 不可变对象不能被继承和扩展

与其说问 String 为什么是不可变的，不如说如何把 String 设计成不可变的。

String 类是一种对象，它是独立于 Java 基本数据类型而存在的，String 你可以把它理解为字符串的集合，String 被设计为 final 的，表示 String 对象一经创建后，它的值就不能再被修改，任何对 String 值进行修改的方法就是重新创建一个字符串。String 对象创建后会存在于运行时常量池中，运行时常量池是属于方法区的一部分，JDK1.7 后把它移到了堆中。

不可变对象不是真的不可变，可以通过反射来对其内部的属性和值进行修改，不过一般我们不这样做。

static 关键字是干什么用的？谈谈你的理解

static 是 Java 中非常重要的关键字，static 表示的概念是 静态的，在 Java 中，static 主要用来

• 修饰变量，static 修饰的变量称为静态变量、也称为类变量，类变量属于类所有，对于不同的类来说，static 变量只有一份，static 修饰的变量位于方法区中；static 修饰的变量能够直接通过 类名.变量名 来进行访问，不用通过实例化类再进行使用。
• 修饰方法，static 修饰的方法被称为静态方法，静态方法能够直接通过 类名.方法名 来使用，在静态方法内部不能使用非静态属性和方法
• static 可以修饰代码块，主要分为两种，一种直接定义在类中，使用 static{}，这种被称为静态代码块，一种是在类中定义静态内部类，使用 static class xxx 来进行定义。
• static 可以用于静态导包，通过使用 import static xxx  来实现，这种方式一般不推荐使用
• static 可以和单例模式一起使用，通过双重检查锁来实现线程安全的单例模式。

详情请参考这篇文章 一篇 static 还能难得住我？

final 关键字是干什么用的？谈谈你的理解

final 是 Java 中的关键字，它表示的意思是 不可变的，在 Java 中，final 主要用来

• 修饰类，final 修饰的类不能被继承，不能被继承的意思就是不能使用 extends 来继承被 final 修饰的类。
• 修饰变量，final 修饰的变量不能被改写，不能被改写的意思有两种，对于基本数据类型来说，final 修饰的变量，其值不能被改变，final 修饰的对象，对象的引用不能被改变，但是对象内部的属性可以被修改。final 修饰的变量在某种程度上起到了不可变的效果，所以，可以用来保护只读数据，尤其是在并发编程中，因为明确的不能再为 final 变量进行赋值，有利于减少额外的同步开销。
• 修饰方法，final 修饰的方法不能被重写。
• final 修饰符和 Java 程序性能优化没有必然联系

抽象类和接口的区别是什么

抽象类和接口都是 Java 中的关键字，抽象类和接口中都允许进行方法的定义，而不用具体的方法实现。抽象类和接口都允许被继承，它们广泛的应用于 JDK 和框架的源码中，来实现多态和不同的设计模式。

不同点在于

• 抽象级别不同：类、抽象类、接口其实是三种不同的抽象级别，抽象程度依次是 接口 > 抽象类 > 类。在接口中，只允许进行方法的定义，不允许有方法的实现，抽象类中可以进行方法的定义和实现；而类中只允许进行方法的实现，我说的方法的定义是不允许在方法后面出现 {}
• 使用的关键字不同：类使用 class 来表示；抽象类使用 abstract class 来表示；接口使用 interface 来表示
• 变量：接口中定义的变量只能是公共的静态常量，抽象类中的变量是普通变量。

重写和重载的区别

在 Java 中，重写和重载都是对同一方法的不同表现形式，下面我们针对重写和重载做一下简单的区分

• 子父级关系不同，重写是针对子级和父级的不同表现形式，而重载是在同一类中的不同表现形式；
• 概念不同，子类重写父类的方法一般使用 @override 来表示；重写后的方法其方法的声明和参数类型、顺序必须要与父类完全一致；重载是针对同一类中概念，它要求重载的方法必须满足下面任何一个要求：方法参数的顺序，参数的个数，参数的类型任意一个保持不同即可。

byte的取值范围是多少，怎么计算出来的

byte 的取值范围是 -128 -> 127 之间，一共是 256 。一个 byte 类型在计算机中占据一个字节，那么就是 8 bit，所以最大就是 2^7 = 1111 1111。

Java 中用补码来表示二进制数，补码的最高位是符号位，最高位用 0 表示正数，最高位 1 表示负数，正数的补码就是其本身，由于最高位是符号位，所以正数表示的就是 0111 1111 ，也就是 127。最大负数就是 1111 1111，这其中会涉及到两个 0 ，一个 +0 ，一个 -0 ，+0 归为正数，也就是 0 ，-0 归为负数，也就是 -128，所以 byte 的范围就是 -128 – 127。

HashMap 和 HashTable 的区别

相同点

HashMap 和 HashTable 都是基于哈希表实现的，其内部每个元素都是 key-value 键值对，HashMap 和 HashTable 都实现了 Map、Cloneable、Serializable 接口。

不同点

• 父类不同：HashMap 继承了 AbstractMap 类，而 HashTable 继承了 Dictionary 类

• 空值不同：HashMap 允许空的 key 和 value 值，HashTable 不允许空的 key 和 value 值。HashMap 会把 Null key 当做普通的 key 对待。不允许 null key 重复。

• 线程安全性：HashMap 不是线程安全的，如果多个外部操作同时修改 HashMap 的数据结构比如 add 或者是 delete，必须进行同步操作，仅仅对 key 或者 value 的修改不是改变数据结构的操作。可以选择构造线程安全的 Map 比如 Collections.synchronizedMap 或者是 ConcurrentHashMap。而 HashTable 本身就是线程安全的容器。
• 性能方面：虽然 HashMap 和 HashTable 都是基于单链表的，但是 HashMap 进行 put 或者 get? 操作，可以达到常数时间的性能；而 HashTable 的 put 和 get 操作都是加了 synchronized 锁的，所以效率很差。

• 初始容量不同：HashTable 的初始长度是11，之后每次扩充容量变为之前的 2n+1（n为上一次的长度）而 HashMap 的初始长度为16，之后每次扩充变为原来的两倍。创建时，如果给定了容量初始值，那么HashTable 会直接使用你给定的大小，而 HashMap 会将其扩充为2的幂次方大小。

HashMap 和 HashSet 的区别

HashSet 继承于 AbstractSet 接口，实现了 Set、Cloneable,、java.io.Serializable 接口。HashSet 不允许集合中出现重复的值。HashSet 底层其实就是 HashMap，所有对 HashSet 的操作其实就是对 HashMap 的操作。所以 HashSet 也不保证集合的顺序，也不是线程安全的容器。

HashMap 的底层结构

JDK1.7 中，HashMap 采用位桶 + 链表的实现，即使用链表来处理冲突，同一 hash 值的链表都存储在一个数组中。但是当位于一个桶中的元素较多，即 hash 值相等的元素较多时，通过 key 值依次查找的效率较低。

所以，与 JDK 1.7 相比，JDK 1.8 在底层结构方面做了一些改变，当每个桶中元素大于 8 的时候，会转变为红黑树，目的就是优化查询效率。

HashMap 的长度为什么是 2 的幂次方

这道题我想了几天，之前和群里小伙伴们探讨每日一题的时候，问他们为什么 length%hash == (n – 1) & hash，它们说相等的前提是 length 的长度 2 的幂次方，然后我回了一句难道 length 还能不是 2 的幂次方吗？其实是我没有搞懂因果关系，因为 HashMap 的长度是 2 的幂次方，所以使用余数来判断在桶中的下标。如果 length 的长度不是 2 的幂次方，小伙伴们可以举个例子来试试

例如长度为 9 时候，3 & (9-1) = 0，2 & (9-1) = 0 ，都在 0 上，碰撞了；

这样会增大 HashMap 碰撞的几率。

HashMap 多线程操作导致死循环问题

HashMap 不是一个线程安全的容器，在高并发场景下，应该使用 ConcurrentHashMap，在多线程场景下使用 HashMap 会造成死循环问题（基于 JDK1.7），出现问题的位置在 rehash 处，也就是

do {
    Entry<K,V> next = e.next; // <--假设线程一执行到这里就被调度挂起了
    int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
    e.next = newTable[i];
    newTable[i] = e;
    e = next;
} while (e != null);

这是 JDK1.7 的 rehash 代码片段，在并发的场景下会形成环。

JDK1.8 也会造成死循环问题。

HashMap 线程安全的实现有哪些

因为 HashMap 不是一个线程安全的容器，所以并发场景下推荐使用 ConcurrentHashMap ，或者使用线程安全的 HashMap，使用 Collections 包下的线程安全的容器，比如说

Collections.synchronizedMap(new HashMap());

还可以使用 HashTable ，它也是线程安全的容器，基于 key-value 存储，经常用 HashMap 和 HashTable 做比较就是因为 HashTable 的数据结构和 HashMap 相同。

上面效率最高的就是 ConcurrentHashMap。

讲一下 HashMap put 的过程

首先会使用 hash 函数来计算 key，然后执行真正的插入方法

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
  Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
  // 如果table 为null 或者没有为table分配内存，就resize一次
  if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
    n = (tab = resize()).length;
  // 指定hash值节点为空则直接插入，这个(n - 1) & hash才是表中真正的哈希
  if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
    tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
  // 如果不为空
  else {
    Node<K,V> e; K k;
    // 计算表中的这个真正的哈希值与要插入的key.hash相比
    if (p.hash == hash &&
        ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
      e = p;
    // 若不同的话，并且当前节点已经在 TreeNode 上了
    else if (p instanceof TreeNode)
      // 采用红黑树存储方式
      e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
    // key.hash 不同并且也不再 TreeNode 上，在链表上找到 p.next==null
    else {
      for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
        if ((e = p.next) == null) {
          // 在表尾插入
          p.next = newNode(hash, key, value, null);
          // 新增节点后如果节点个数到达阈值，则进入 treeifyBin() 进行再次判断
          if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
            treeifyBin(tab, hash);
          break;
        }
        // 如果找到了同hash、key的节点，那么直接退出循环
        if (e.hash == hash &&
            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
          break;
        // 更新 p 指向下一节点
        p = e;
      }
    }
    // map中含有旧值，返回旧值
    if (e != null) { // existing mapping for key
      V oldValue = e.value;
      if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
        e.value = value;
      afterNodeAccess(e);
      return oldValue;
    }
  }
  // map调整次数 + 1
  ++modCount;
  // 键值对的数量达到阈值，需要扩容
  if (++size > threshold)
    resize();
  afterNodeInsertion(evict);
  return null;
}

HashMap put 方法的核心就是在 putval 方法，它的插入过程如下

• 首先会判断 HashMap 中是否是新构建的，如果是的话会首先进行 resize
• 然后判断需要插入的元素在 HashMap 中是否已经存在（说明出现了碰撞情况），如果不存在，直接生成新的k-v 节点存放，再判断是否需要扩容。
• 如果要插入的元素已经存在的话，说明发生了冲突，这就会转换成链表或者红黑树来解决冲突，首先判断链表中的 hash，key 是否相等，如果相等的话，就用新值替换旧值，如果节点是属于 TreeNode 类型，会直接在红黑树中进行处理，如果 hash ,key 不相等也不属于 TreeNode 类型，会直接转换为链表处理，进行链表遍历，如果链表的 next 节点是 null，判断是否转换为红黑树，如果不转换的话，在遍历过程中找到 key 完全相等的节点，则用新节点替换老节点

ConcurrentHashMap 底层实现

ConcurrentHashMap 是线程安全的 Map，它也是高并发场景下的首选数据结构，ConcurrentHashMap 底层是使用分段锁来实现的。

Integer 缓存池

Integer 缓存池也就是 IntegerCache ，它是 Integer 的静态内部类。

它的默认值用于缓存 -128 – 127 之间的数字，如果有 -128 – 127 之间的数字的话，使用 new Integer 不用创建对象，会直接从缓存池中取，此操作会减少堆中对象的分配，有利于提高程序的运行效率。

例如创建一个 Integer a = 24，其实是调用 Integer 的 valueOf ，可以通过反编译得出这个结论

然后我们看一下 valueOf 方法

如果在指定缓存池范围内的话，会直接返回缓存的值而不用创建新的 Integer 对象。

缓存的大小可以使用 XX:AutoBoxCacheMax 来指定，在 VM 初始化时，java.lang.Integer.IntegerCache.high 属性会设置和保存在 sun.misc.VM 的私有系统属性中。

UTF-8 和 Unicode 的关系

由于每个国家都有自己独有的字符编码，所以Unicode 的发展旨在创建一个新的标准，用来映射当今使用的大多数语言中的字符，这些字符有一些不是必要的，但是对于创建文本来说却是不可或缺的。Unicode 统一了所有字符的编码，是一个 Character Set，也就是字符集，字符集只是给所有的字符一个唯一编号，但是却没有规定如何存储，不同的字符其存储空间不一样，有的需要一个字节就能存储，有的则需要2、3、4个字节。

UTF-8 只是众多能够对文本字符进行解码的一种方式，它是一种变长的方式。UTF-8 代表 8 位一组表示 Unicode 字符的格式，使用 1 – 4 个字节来表示字符。

U+ 0000 ~ U+ 007F: 0XXXXXXX
U+ 0080 ~ U+ 07FF: 110XXXXX 10XXXXXX
U+ 0800 ~ U+ FFFF: 1110XXXX 10XXXXXX 10XXXXXX
U+10000 ~ U+1FFFF: 11110XXX 10XXXXXX 10XXXXXX 10XXXXXX

可以看到，UTF-8 通过开头的标志位位数实现了变长。对于单字节字符，只占用一个字节，实现了向下兼容 ASCII，并且能和 UTF-32 一样，包含 Unicode 中的所有字符，又能有效减少存储传输过程中占用的空间。

项目为 UTF-8 环境，char c = ‘中’，是否合法

可以，因为 Unicode 编码采用 2 个字节的编码，UTF-8 是 Unicode 的一种实现，它使用可变长度的字符集进行编码，char c = ‘中’ 是两个字节，所以能够存储。合法。

public static void main(String[] args) {
  Integer[] integer = new Integer[] { 1, 2, 3, 4 };
  List integetList = Arrays.asList(integer);
  integetList.add(5);
}

Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException

// 这是 java.util.Arrays 的内部类，而不是 java.util.ArrayList 
private static class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements RandomAccess, java.io.Serializable

public void add(int index, E element) {
  throw new UnsupportedOperationException();
}
public E remove(int index) {
  throw new UnsupportedOperationException();
}
public E set(int index, E element) {
  throw new UnsupportedOperationException();
}

public class Person {

    private String talk;

    private String canTalk(){
        return talk;
    }
}

class Animal{

    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Person();
        // private 修饰的方法是Person类独有的，所以Animal类无法访问(动物本来就不能说话)
//        p.canTalk();
    }
}

public class Fruit {

    private String fruitName;

    final String eatingFruit(String name){
        System.out.println("eating " + name);
        return fruitName;
    }
}

class Apple extends Fruit{

      // 不能重写final方法，eatingFruit方法只属于Fruit类，Apple类无法调用
//    String eatingFruit(String name){
//        super.eatingFruit(name);
//    }

    String eatingApple(String name){
        return super.eatingFruit(name);
    }
}

public class SuperClass {

    public static void sayHello(){
        
        System.out.println("由 superClass 说你好");
    }
}

public class SubClass extends SuperClass{

    public static void sayHello(){
        System.out.println("由 SubClass 说你好");
    }

    public static void main(String[] args) {
        SuperClass.sayHello();
        SubClass.sayHello();
    }
}

public class Father {

    void drinkMilk(){
        System.out.println("父亲喜欢喝牛奶");
    }
}

public class Son extends Father{

    @Override
    void drinkMilk() {
        System.out.println("儿子喜欢喝牛奶");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Father son = new Son();
        son.drinkMilk();
    }
}