《互联网大厂Java面试：核心知识大考验》

伟大的攻城狮
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面试官：第一轮面试开始，先问你几个Java核心知识的问题。在Java中，什么是多态？它有什么作用？

王铁牛：多态就是同一个行为具有多个不同表现形式。它的作用嘛，能提高程序的可扩展性和可维护性，比如一个父类引用可以指向不同的子类对象。

面试官：回答得不错。那说说final关键字在Java中有哪些应用场景？

王铁牛：final可以修饰类，被修饰的类不能被继承；还能修饰方法，方法不能被重写；也能修饰变量，变量一旦赋值就不能再重新赋值。

面试官：很好。再问一个，接口和抽象类有什么区别？

王铁牛：接口里全是抽象方法，不能有具体实现，而且可以多实现；抽象类可以有抽象方法也可以有具体方法，只能单继承。

面试官：第一轮面试结束，整体表现还不错。接下来进入第二轮，关于JUC相关问题。什么是CAS操作？它有什么优缺点？

王铁牛：CAS就是比较并交换，优点是效率高，缺点是会出现ABA问题。

面试官：如何解决ABA问题？

王铁牛：可以加版本号，每次比较的时候不仅比较值，还比较版本号。

面试官：那说说AQS框架，它的原理是什么？

王铁牛：AQS就是一个同步器框架，通过一个FIFO队列来管理等待的线程，利用CLH锁实现。

面试官：第二轮面试也结束了，表现还可以。现在进入第三轮，关于JVM的问题。JVM的内存结构分为哪几个部分？

王铁牛：有堆、栈、方法区、程序计数器、本地方法栈。

面试官：那垃圾回收主要针对哪些区域？

王铁牛：主要针对堆和方法区。

面试官：如何判断一个对象是否可以被回收？

王铁牛：可以通过引用计数法和可达性分析算法。

面试官：三轮面试结束了。你整体对一些基础问题回答得还可以，但对于一些稍微复杂点的问题，回答得不是特别清晰。回家等通知吧。

答案：

  1. 多态：
    • 多态就是同一个行为具有多个不同表现形式。在Java中，多态的实现主要依赖于继承和方法重写。比如有一个父类Animal，它有一个方法叫move()，然后有子类Dog和Cat继承自Animal，并重写了move()方法。当我们创建一个Animal类型的引用，然后让它指向Dog或Cat对象时，调用move()方法，就会根据实际指向的对象类型来执行不同的行为，这就是多态。
    • 多态的作用：
      • 提高程序的可扩展性：当需要增加新的子类时，只需要继承父类并重写相应方法，而不需要修改大量使用父类的代码。
      • 提高程序的可维护性：代码结构更加清晰，不同子类的行为可以通过重写父类方法来实现，便于管理和维护。
  2. final关键字的应用场景：
    • 修饰类：被final修饰的类不能被继承。例如String类就是被final修饰的，所以不能有类继承String类。
    • 修饰方法：被final修饰的方法不能被重写。比如在一些工具类中，有些方法不希望子类去修改它的实现，就可以用final修饰。
    • 修饰变量：被final修饰的变量一旦赋值就不能再重新赋值。如果是基本数据类型，值不能改变；如果是引用类型，引用不能再指向其他对象，但对象内部的属性值是可以改变的。例如final int a = 10; a不能再被赋值；而final List list = new ArrayList<>(); list.add("new value"); 是可以的，因为只是改变了list中元素的值，而list本身的引用没有变。
  3. 接口和抽象类的区别：
    • 接口：
      • 接口里全是抽象方法，不能有具体实现。
      • 一个类可以实现多个接口。例如class MyClass implements Interface1, Interface2 {... }
      • 主要用于实现多行为，比如一个类既可以实现Serializable接口用于对象序列化，又可以实现Comparable接口用于对象比较。
    • 抽象类：
      • 抽象类可以有抽象方法也可以有具体方法。抽象方法没有实现，具体方法有具体的代码实现。
      • 一个类只能继承一个抽象类。例如class MySubClass extends MyAbstractClass {... }
      • 抽象类可以作为一些子类的公共父类，提供一些通用的属性和方法，子类可以在此基础上进行扩展。
  4. CAS操作：
    • CAS即比较并交换（Compare And Swap），它是一种无锁的原子操作。在Java中，它通过Unsafe类来实现。
    • 以AtomicInteger为例，它有一个getAndIncrement()方法，底层就是通过CAS操作实现的。它会先比较当前值和预期值，如果相等，就将值更新为新值，并返回旧值；如果不相等，就重新获取当前值再进行比较，直到成功更新或者达到一定的重试次数。
    • 优点：
      • 效率高：因为是无锁操作，避免了锁竞争带来的开销。
    • 缺点：
      • 会出现ABA问题：比如一个值原来是A，被改成了B，然后又被改回了A，在CAS比较时可能会认为值没有变化，但实际上已经被修改过了。
  5. 解决ABA问题：
    • 可以加版本号。比如在AtomicStampedReference类中，它不仅可以比较值，还可以比较版本号。每次对值进行修改时，版本号也会增加。当进行CAS操作时，会同时比较值和版本号，如果值相同但版本号不同，也不会认为是相等的，从而解决了ABA问题。
  6. AQS框架：
    • AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是一个同步器框架，它是构建锁和同步器的基础框架。
    • 它通过一个FIFO队列来管理等待的线程。当一个线程尝试获取锁失败时，它会被加入到这个队列中。
    • 利用CLH锁实现（Craig, Landin, and Hagersten locks），它是一种基于链表的自旋锁。每个节点代表一个等待线程，当一个节点的前驱节点释放锁时，该节点会尝试获取锁。
  7. JVM的内存结构：
    • 堆：是JVM中最大的一块内存区域，用于存储对象实例。所有的对象实例以及数组都在堆上分配内存。它是垃圾回收的主要区域。
    • 栈：每个线程都有自己独立的栈，用于存储局部变量、方法调用等。栈中的数据是线程私有的，并且随着方法的调用和返回而自动入栈和出栈。
    • 方法区：用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。方法区在JDK 8及以后被称为元空间（MetaSpace），它不再在堆中分配，而是使用本地内存。
    • 程序计数器：是一块较小的内存区域，它记录了当前线程执行的字节码指令的地址。每个线程都有自己独立的程序计数器，它是线程私有的。
    • 本地方法栈：与虚拟机栈类似，用于执行本地方法。它也是线程私有的。
  8. 垃圾回收主要针对区域：
    • 主要针对堆和方法区。在堆中，对象在使用完毕后，如果没有被引用指向，就会成为垃圾对象，等待垃圾回收器进行回收。在方法区中，一些不再使用的类信息等也会被垃圾回收。例如，如果一个类被加载到方法区后，所有对它的引用都被释放，那么这个类所占用的方法区空间就可能被回收。
  9. 判断一个对象是否可以被回收：
    • 引用计数法：给对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加1；当引用失效时，计数器值就减1。当计数器值为0时，就认为这个对象可以被回收。但这种方法不能解决循环引用的问题，比如对象A引用对象B，对象B又引用对象A，此时它们的引用计数器都不为0，但实际上它们都不再被其他有效代码所使用，无法被回收。
    • 可达性分析算法：从一系列称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链。当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时（即从GC Roots到这个对象不可达），则证明此对象是不可用的，可以被回收。GC Roots包括：虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象、方法区中类静态属性引用的对象、方法区中常量引用的对象、本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）引用的对象等。
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