《互联网大厂Java面试大揭秘：核心知识与复杂场景问答》

伟大的攻城狮
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面试官：请简要介绍一下Java核心知识中的面向对象三大特性。

王铁牛：嗯，这个我知道，是封装、继承和多态。封装就是把数据和操作数据的方法封装在一起；继承就是子类继承父类的属性和方法；多态就是同一个方法可以根据对象的不同类型而表现出不同的行为。

面试官：不错，回答得很准确。那在多线程中，如何确保线程安全？

王铁牛：可以使用synchronized关键字来同步代码块或方法，也可以使用Lock接口来实现锁机制。

面试官：很好。接下来问你关于JVM的问题，JVM的内存结构分为哪几个部分？

王铁牛：这个嘛……好像是有堆、栈、方法区，还有本地方法栈和程序计数器。

第一轮结束。

面试官：谈谈你对线程池的理解，以及它的优点。

王铁牛：线程池就是预先创建一定数量的线程，当有任务来的时候就从线程池里拿线程去执行任务。优点就是可以提高线程的复用性，减少线程创建和销毁的开销。

面试官：那在使用线程池时，如何合理设置线程池的参数？

王铁牛：嗯……这个得根据具体情况吧，比如任务的类型、数量啥的。

面试官：说说HashMap的底层实现原理。

王铁牛：它是基于数组和链表实现的，当哈希冲突时会将新元素添加到链表中。

第二轮结束。

面试官：讲讲Spring框架中IoC和AOP的概念。

王铁牛：IoC就是控制反转，把对象的创建和依赖注入交给Spring容器；AOP就是面向切面编程，在不修改原有代码的基础上增强功能。

面试官：那Spring Boot有哪些优势？

王铁牛：它很容易上手，能快速搭建项目，还集成了很多常用的功能。

面试官：MyBatis的缓存机制了解吗？

王铁牛：好像有一级缓存和二级缓存，一级缓存是会话级别的，二级缓存是namespace级别的。

第三轮结束。

面试结束，面试官表示会让王铁牛回家等通知。

答案：

  1. 面向对象三大特性：
    • 封装：将数据和操作数据的方法封装在一起，对外提供统一的接口，隐藏内部实现细节。这样可以提高数据的安全性和程序的可维护性。例如，在一个类中，将成员变量设为私有，通过公有的getter和setter方法来访问和修改成员变量。
    • 继承：子类继承父类的属性和方法，实现代码的复用。子类可以扩展父类的功能，同时避免重复编写相同的代码。比如，定义一个父类“动物”，子类“猫”和“狗”可以继承“动物”的属性（如颜色、体重等）和方法（如进食方法）。
    • 多态：同一个方法可以根据对象的不同类型而表现出不同的行为。多态有两种表现形式：编译时多态（方法重载）和运行时多态（方法重写）。方法重载是指在同一个类中定义多个同名但参数列表不同的方法；方法重写是指子类重新实现父类中已有的方法。例如，定义一个父类“图形”，有一个计算面积的方法，子类“圆形”和“矩形”重写这个方法，根据各自的形状计算面积，当调用这个计算面积的方法时，根据对象是“圆形”还是“矩形”表现出不同的行为。
  2. 多线程确保线程安全的方法：
    • synchronized关键字：
      • 同步代码块：格式为synchronized(对象)，括号里的对象称为锁对象。当一个线程进入同步代码块时，会先获取锁对象，如果锁对象被其他线程占用，该线程会等待，直到锁被释放。例如：
public class SynchronizedExample {
    private Object lock = new Object();
    public void method() {
        synchronized(lock) {
            // 同步代码
        }
    }
}

 - **同步方法**：在方法声明前加上`synchronized`关键字，该方法就成为同步方法。同步方法的锁对象是当前对象（this）。例如：

public class SynchronizedMethodExample {
    public synchronized void method() {
        // 同步代码
    }
}
  • Lock接口：
    • ReentrantLock：可重入锁，它提供了比synchronized更灵活的锁控制。例如：
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class LockExample {
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    public void method() {
        lock.lock();
        try {
            // 同步代码
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}
  1. JVM内存结构：
    • 堆：是JVM中最大的一块内存区域，用于存放对象实例。所有对象的创建都在堆中进行。堆可以分为新生代、老年代和永久代（Java 8后为元空间）。新生代又分为Eden区和两个Survivor区。当对象在Eden区创建后，如果经过一次Minor GC（新生代垃圾回收）后仍然存活，会被移动到Survivor区。如果在Survivor区经过多次GC后仍然存活，会被移动到老年代。
    • 栈：每个线程都有自己独立的栈空间，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而创建，方法执行结束后销毁。
    • 方法区：存储类信息、常量、静态变量等。在Java 8之前，方法区也被称为永久代，它是一块固定大小的内存区域，容易出现内存溢出问题。Java 8后，方法区被元空间取代，元空间使用的是本地内存，大小不受限制。
    • 本地方法栈：与栈类似，用于执行本地方法（用C或C++实现的方法）。
    • 程序计数器：记录当前线程正在执行的字节码指令的地址，是线程私有的，也是JVM中唯一不会出现OutOfMemoryError的内存区域。
  2. 线程池：
    • 理解：预先创建一定数量的线程，当有任务到来时，从线程池中获取线程去执行任务，任务执行完毕后线程不会销毁，而是放回线程池供下次使用。这样可以提高线程的复用性，减少线程创建和销毁的开销，提高系统的性能和响应速度。
    • 优点：
      • 提高性能：避免频繁创建和销毁线程带来的开销，线程可以复用，执行任务更快。
      • 便于管理：可以统一管理线程的创建、销毁和复用，方便对线程资源进行控制。
      • 提高稳定性：线程池中的线程数量可以根据系统负载进行调整，避免因线程过多导致系统资源耗尽或因线程过少导致任务积压。
  3. 合理设置线程池参数：
    • corePoolSize：核心线程数，当提交的任务数小于corePoolSize时，线程池会创建新线程来执行任务。
    • maximumPoolSize：最大线程数，当提交的任务数大于corePoolSize且任务队列已满时，会创建新线程来执行任务，直到线程数达到maximumPoolSize。
    • keepAliveTime：线程池中的线程在空闲时的存活时间，当线程空闲时间超过keepAliveTime时，线程会被销毁，除非线程数小于corePoolSize。
    • unit：keepAliveTime的时间单位。
    • BlockingQueue：任务队列，用于存放提交的任务。常用的任务队列有ArrayBlockingQueue（有界队列）、LinkedBlockingQueue（无界队列）等。当任务队列已满且线程数达到maximumPoolSize时，会根据拒绝策略来处理新提交的任务。
  4. HashMap底层实现原理：
    • 基于数组和链表：HashMap内部有一个数组，当插入一个键值对时，会通过计算键的哈希值，然后将键值对存储在数组的相应位置。如果哈希值相同，就会将新的键值对添加到链表中，形成链表结构。在Java 8后，如果链表长度超过8且数组长度大于64，链表会转换为红黑树，以提高查询效率。
    • 哈希算法：通过对键的哈希码进行扰动函数处理，使哈希值更加均匀地分布在数组中，减少哈希冲突的发生。例如：
static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null)? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
  1. Spring框架中IoC和AOP的概念：
    • IoC（控制反转）：把对象的创建和依赖注入交给Spring容器。传统方式下，对象之间的依赖关系由对象自身负责创建和维护；而在IoC模式下，对象只需要声明依赖，由Spring容器来创建和注入这些依赖对象。这样可以降低对象之间的耦合度，提高代码的可维护性和可测试性。例如，一个类需要依赖另一个类来完成某项功能，在IoC中，只需要在类中声明依赖，Spring容器会自动创建并注入这个依赖对象。
    • AOP（面向切面编程）：在不修改原有代码的基础上增强功能。它将横切关注点（如日志记录、事务管理等）与业务逻辑分离，通过动态代理等技术，在程序运行时将横切关注点织入到业务逻辑中。比如，在方法执行前后添加日志记录，或者在业务逻辑中加入事务管理功能，都可以通过AOP来实现，而不需要在每个业务方法中重复编写这些代码。
  2. Spring Boot的优势：
    • 容易上手：提供了自动配置功能，能够根据项目引入的依赖自动配置相关的组件和属性，大大简化了项目的搭建过程。例如，引入Spring Data JPA依赖后，Spring Boot会自动配置好数据库连接、JPA相关的配置等，开发者只需要编写少量的代码就可以实现数据库的访问。
    • 快速搭建项目：基于Spring框架构建，继承了Spring的优秀特性，同时提供了更简洁的项目结构和开发方式。可以使用Spring Initializr快速生成一个Spring Boot项目的基本框架，包含了项目所需的基本依赖和配置文件。
    • 集成常用功能：内置了Tomcat等服务器，不需要再手动配置服务器环境。同时集成了各种常用的功能模块，如安全模块、数据访问模块、消息队列模块等，可以方便地在项目中使用这些功能，而不需要自己去集成和配置。
  3. MyBatis的缓存机制：
    • 一级缓存：是会话级别的缓存，作用域是同一个SqlSession。在同一个SqlSession中，执行相同的查询语句时，会先从一级缓存中查找，如果有则直接返回结果，不会再去数据库查询。例如：
SqlSession session = sqlSessionFactory.openSession();
User user1 = session.selectOne("selectUser", 1);
User user2 = session.selectOne("selectUser", 1);
// user1和user2会从一级缓存中获取相同的结果
  • 二级缓存：是namespace级别的缓存，作用域是同一个Mapper的namespace。当多个SqlSession执行相同的查询语句时，如果开启了二级缓存，会先从二级缓存中查找。二级缓存需要在MyBatis的配置文件中进行配置，并且Mapper对应的Java接口需要实现Cache接口。例如：
<cache eviction="FIFO" flushInterval="60000" size="512" readOnly="true"/>
  • 一级缓存的生命周期是SqlSession，当SqlSession关闭时，一级缓存会被清空；二级缓存的生命周期更长，直到应用程序结束或手动清空缓存。
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