Java面试(常考基础知识点)总结

1. 面向对象三大特性相关

1.1 三大特性

封装：对抽象的事物抽象化成一个对象，并对其对象的属性私有化，同时提供一些能被外界访问属性的方法；
继承：子类扩展新的数据域或功能，并复用父类的属性与功能，单继承，多实现；
多态：通过继承（多个⼦类对同⼀⽅法的重写）、也可以通过接⼝（实现接⼝并覆盖接⼝）；

1.2 Java与C++区别

c++支持多继承，并且有指针的概念，由程序员自己管理内存；
Java是单继承，可以用接口实现多继承，Java不提供指针来直接访问内存，程序内存更加安全，并且Java有JVM⾃动内存管理机制，不需要程序员⼿动释放⽆⽤内存。

1.3 多态实现原理

多态的底层实现是动态绑定，即在运行时才把方法调用与方法实现关联起来。

静态绑定与动态绑定：

一种是在编译期确定，被称为静态分派，比如方法的重载；
一种是在运行时确定，被称为动态分派，比如方法的覆盖（重写）和接口的实现。

多态的实现： 虚拟机栈中会存放当前方法调用的栈帧（局部变量表、操作栈、动态连接、返回地址）。多态的实现过程，就是方法调用动态分派的过程，如果子类覆盖了父类的方法，则在多态调用中，动态绑定过程会首先确定实际类型是子类，从而先搜索到子类中的方法。这个过程便是方法覆盖的本质。

1.4 static和final关键字

static：可以修饰属性、方法
- 修饰属性： 类级别属性，所有对象共享一份，随着类的加载而加载（只加载一次），先于对象的创建；可以使用类名直接调用。
- 修饰方法： 随着类的加载而加载；可以使用类名直接调用；静态方法中，只能调用静态的成员，不可用this；
final： 主要⽤在三个地⽅：变量、⽅法、类。
- 修饰变量： 如果是基本数据类型的变量，则其数值一旦在初始化之后便不能更改；如果是引⽤类型的变量，则在对其初始化之后便不能再让其指向另⼀个对象。
- 修饰方法： 把⽅法锁定，以防任何继承类修改它的含义（重写）；类中所有的private⽅法都隐式地指定为final。
- 修饰类： final修饰类时，表明这个类不能被继承。final类中的所有成员⽅法都会被隐式地指定为final⽅法。

注：想要让一个类不能被继承的两种方式：

使用final关键字修饰；
私有化构造器，但对内部类无效；

1.5 抽象类和接口

抽象类： 包含抽象方法的类，即使用abstract修饰的类；抽象类只能被继承，所以不能使用final修饰，抽象类不能被实例化；

接口： 接口是一个抽象类型，是抽象方法的集合，接口支持多继承，接口中定义的方法，默认是public abstract修饰的抽象方法；

相同点：

都不能被实例化；
都可以定义抽象方法，子类/实现类必须覆写这些抽象方法；

不同点：

	抽象类	接口
构造方法	有	没有
普通方法	可以包含	只能是public abstract修饰抽象方法（Java8之后可以）
成员变量	可以定义各种类型	只能是public static final修饰的静态常量
继承	单继承	多继承

使用场景：

抽象类：既想约束子类具有共同的行为（但不在乎其如何实现），又想拥有缺省的方法，又能拥有实例变量；

接口：约束多个实现类具有统一的行为，但是不在乎每个实现类如何具体实现；实现类中各个功能之间可能没有任何联系；

1.6 反射原理以及使用场景

Java反射： 是指在运行状态中，对于任意一个类都能够知道这个类所有的属性和方法；并且都能够调用它的任意一个方法；

反射原理： 反射首先是能够获取到Java中的反射类的字节码，然后将字节码中的方法，变量，构造函数等映射成相应的Method、Filed、Constructor等类。

// 如何得到Class的实例?
YourClassName.class //本质是一份字节码

使用场景：

开发通用框架： 反射最重要的用途就是开发各种通用框架。很多框架（比如 Spring）都是配置化的（比如通过XML文件配置JavaBean、Filter等），为了保证框架的通用性，需要根据配置文件运行时动态加载不同的对象或类，调用不同的方法。
动态代理： 在切面编程（AOP）中，需要拦截特定的方法，通常，会选择动态代理方式。这时，就需要反射技术来实现了。
JDK：spring默认动态代理，需要实现接口；
CGLIB：通过asm框架序列化字节流，可配置，性能差；
自定义注解： 注解本身仅仅是起到标记作用，它需要利用反射机制，根据注解标记去调用注解解释器，执行行为。

2. 数据结构

2.1 ArrayList

底层基于数组实现，支持对元素进行快速随机访问，适合随机查找和遍历，不适合插入和删除（因为从ArrayList的中间位置插入或者删除元素时，需要对数组进行复制和移动，代价比较高）。
默认初始大小为10，当数组容量不够时，会触发扩容机制（扩大到当前的1.5倍），需要将原来数组的数据复制到新的数组中。

2.2 LinkedList：

底层基于双向链表实现，适合数据的动态插入和删除；
内部提供了List接口中没有定义的方法，用于操作表头和表尾元素，可以当作堆栈、队列和双向队列使用。（JDK官方推荐使用基于linkedList的Deque进行堆栈操作）。

ArrayList与LinkedList区别：

都是线程不安全的，ArrayList适用于查找的场景，LinkedList适用于增加、删除多的场景。

怎么实现线程安全？
可以使用Collections.synchronizedList(List list)函数返回一个线程安全的ArrayList集合（比如：CopyOnWriteArrayList）。

2.3 List快速遍历和安全失败

遍历元素的3种方式（以删除元素为例）

// 1. 普通for循环遍历
for(int i=0; i < list.size(); i++) {   if(list.get(i) == 5)        list.remove(i);
}// 2. 迭代遍历
Iterator<Integer> it = list.iterator();
while(it.hasNext()) {    Integer value = it.next();    if(value == 5) {        list.remove(value);    }
}// 3. foreach遍历
for(Integer i:list) {    if(i==3) list.remove(i);
}

遍历过程中的失败处理方式

fail—fast（快速失败）： 当异常产生时，直接抛出异常，程序终止。fail-fast主要是体现在当我们在遍历集合元素的时候，经常会使用迭代器，但在迭代器遍历元素的过程中，如果集合的结构（modCount）被改变的话，就会抛出异常ConcurrentModificationException，防止继续遍历。这就是所谓的快速失败机制。
fail—safe（安全失败）： 采用安全失败机制的集合容器，在遍历时不是直接在集合内容上访问的，而是先复制原有集合内容，在拷贝的集合上进行遍历。由于在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到，所以不会触发ConcurrentModificationException。java.util.concurrent包下的容器都是安全失败，可以在多线程下并发使用，并发修改。

缺点：基于拷贝内容的优点是避免了ConcurrentModificationException，但同样地，迭代器并不能访问到修改后的内容，即：迭代器遍历的是开始遍历那一刻拿到的集合拷贝，在遍历期间原集合发生的修改迭代器是不知道的。

2.4 HashMap

可以看这篇文章，基本涵盖所有常见面试考点

底层数据结构：
- JDK1.7 ： 数组和链表 结合在⼀起使⽤，也就是链表散列。如果相同的话，直接覆盖，不相同就通过拉链法解决冲突。扩容翻转时顺序不一致使用头插法会产生死循环，导致cpu100%
- JDK1.8 ：采用了数组＋链表＋红黑树；当链表⻓度⼤于阈值（默认为 8-泊松分布），数组的⻓度大于 64时，链表将转化为红⿊树，以减少搜索时间。（解决了tomcat臭名昭著的url参数dos攻击问题）
扩容情况：默认的负载因子是0.75，如果数组中已经存储的元素个数大于数组长度的75%，将会引发扩容操作。
put操作流程
哈希函数：通过hash函数（优质因子31循环累加）先拿到key的hashcode，是一个32位的值，然后让hashcode的高16位和低16位进行异或操作。该函数也称为扰动函数，做到尽可能降低hash碰撞，通过尾插法进行插入。
容量为什么始终都是2^N： 先做对数组的⻓度取模运算，得到的余数才能⽤来要存放的位置也就是对应的数组下标。这个数组下标的计算⽅法是“ (n - 1) & hash ”。（n代表数组⻓度）。方便数组的扩容和增删改时的取模。

2.5 ConcurrentHashMap

可以通过ConcurrentHashMap和Hashtable来实现线程安全；Hashtable 是原始API类，通过synchronize同步修饰，效率低下；ConcurrentHashMap通过分段锁实现，效率较比Hashtable要好。
ConcurrentHashMap的底层实现：

JDK1.7的ConcurrentHashMap 底层采⽤分段的数组+链表实现；采用 分段锁（Sagment）对整个桶数组进⾏了分割分段(Segment默认16个)，每⼀把锁只锁容器其中⼀部分数据，多线程访问容器⾥不同数据段的数据，就不会存在锁竞争，提⾼并发访问率
JDK1.8的 ConcurrentHashMap采⽤的数据结构跟HashMap1.8的结构⼀样，数组+链表/红⿊树；摒弃了Segment的概念，⽽是直接⽤ Node 数组+链表+红⿊树的数据结构来实现，通过并发控制synchronized和CAS来操作保证线程的安全。

2.6 序列化和反序列化

序列化的意思就是将对象的状态转化成字节流，以后可以通过这些值再生成相同状态的对象。对象序列化是对象持久化的一种实现方法，它是将对象的属性和方法转化为一种序列化的形式用于存储和传输。反序列化就是根据这些保存的信息重建对象的过程。
序列化： 将java对象转化为字节序列的过程。
反序列化： 将字节序列转化为java对象的过程。
优点：

实现了数据的持久化，通过序列化可以把数据永久地保存到硬盘上（通常存放在文件里）Redis的RDB
利用序列化实现远程通信，即在网络上传送对象的字节序列。Google的protoBuf。
反序列化失败的场景： 序列化ID：serialVersionUID不一致的时候，导致反序列化失败。

2.7 String

String使用数组存储内容，数组使用final修饰，因此String定义的字符串的值也是不可变的。
StringBuffer对方法加了同步锁，线程安全，效率略低于StringBuilder。

3. Java异常体系

在这里插入图片描述

Throwable是Java语言中所有错误或异常的超类。下一层分为Error 和Exception。

3.1 Error

是指java运行时系统的内部错误和资源耗尽错误。应用程序不会抛出该类对象。如果出现了这样的错误，除了告知用户，剩下的就是尽力使程序安全的终止。

3.2 Exception

包含：RuntimeException、CheckedException。

编程错误
- 语法错误（也称编译错误）是在编译过程中出现的错误，由编译器检查发现语法错误。
- 逻辑错误指程序的执行结果与预期不符，可以通过调试定位并发现错误的原因。
- 运行错误是引起程序非正常终端的错误，需要通过异常处理的方式处理运行错误。
**RuntimeException：**运行时异常，程序应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生。如NullPointerException、ClassCastException ；
**CheckedException：**受检异常，程序使用trycatch进行捕捉处理；如IOException、SQLException、NotFoundException；