Java面試題和答案——終極列表（上）

下面的章節分為上下兩篇，第一篇將要討論物件導向程式設計和它的特點，關於Java和它的功能的常見問題，Java的集合類，垃圾收集器，第二篇主要討論異常處理，Java小應用程式，Swing，JDBC，遠端方法呼叫(RMI)，Servlet和JSP。

開始！

目錄

物件導向程式設計（OOP）

常見的Java問題

Java執行緒

Java集合類

垃圾收集器

物件導向程式設計（OOP）

Java是一個支援併發、基於類和麵向物件的計算機程式語言。下面列出了物件導向軟體開發的優點：

• 程式碼開發模組化，更易維護和修改。
• 程式碼複用。
• 增強程式碼的可靠性和靈活性。
• 增加程式碼的可理解性。

物件導向程式設計有很多重要的特性，比如：封裝，繼承，多型和抽象。下面的章節我們會逐個分析這些特性。

封裝

封裝給物件提供了隱藏內部特性和行為的能力。物件提供一些能被其他物件訪問的方法來改變它內部的資料。在Java當中，有3種修飾符：public，private和protected。每一種修飾符給其他的位於同一個包或者不同包下面物件賦予了不同的訪問許可權。

下面列出了使用封裝的一些好處：

• 通過隱藏物件的屬性來保護物件內部的狀態。
• 提高了程式碼的可用性和可維護性，因為物件的行為可以被單獨的改變或者是擴充套件。
• 禁止物件之間的不良互動提高模組化。

參考這個文件獲取更多關於封裝的細節和示例。

多型

多型是程式語言給不同的底層資料型別做相同的介面展示的一種能力。一個多型型別上的操作可以應用到其他型別的值上面。

繼承

繼承給物件提供了從基類獲取欄位和方法的能力。繼承提供了程式碼的重用行，也可以在不修改類的情況下給現存的類新增新特性。

抽象

抽象是把想法從具體的例項中分離出來的步驟，因此，要根據他們的功能而不是實現細節來建立類。Java支援建立只暴漏介面而不包含方法實現的抽象的類。這種抽象技術的主要目的是把類的行為和實現細節分離開。

抽象和封裝的不同點

抽象和封裝是互補的概念。一方面，抽象關注物件的行為。另一方面，封裝關注物件行為的細節。一般是通過隱藏物件內部狀態資訊做到封裝，因此，封裝可以看成是用來提供抽象的一種策略。

常見的Java問題

1.什麼是Java虛擬機器？為什麼Java被稱作是“平臺無關的程式語言”？

Java虛擬機器是一個可以執行Java位元組碼的虛擬機器程式。Java原始檔被編譯成能被Java虛擬機器執行的位元組碼檔案。

Java被設計成允許應用程式可以執行在任意的平臺，而不需要程式設計師為每一個平臺單獨重寫或者是重新編譯。Java虛擬機器讓這個變為可能，因為它知道底層硬體平臺的指令長度和其他特性。

2.JDK和JRE的區別是什麼？

Java執行時環境(JRE)是將要執行Java程式的Java虛擬機器。它同時也包含了執行applet需要的瀏覽器外掛。Java開發工具包(JDK)是完整的Java軟體開發包，包含了JRE，編譯器和其他的工具(比如：JavaDoc，Java偵錯程式)，可以讓開發者開發、編譯、執行Java應用程式。

3.”static”關鍵字是什麼意思？Java中是否可以覆蓋(override)一個private或者是static的方法？

“static”關鍵字表明一個成員變數或者是成員方法可以在沒有所屬的類的例項變數的情況下被訪問。
Java中static方法不能被覆蓋，因為方法覆蓋是基於執行時動態繫結的，而static方法是編譯時靜態繫結的。static方法跟類的任何例項都不相關，所以概念上不適用。

4.是否可以在static環境中訪問非static變數？

static變數在Java中是屬於類的，它在所有的例項中的值是一樣的。當類被Java虛擬機器載入的時候，會對static變數進行初始化。如果你的程式碼嘗試不用例項來訪問非static的變數，編譯器會報錯，因為這些變數還沒有被建立出來，還沒有跟任何例項關聯上。

5.Java支援的資料型別有哪些？什麼是自動拆裝箱？

Java語言支援的8中基本資料型別是：

• byte
• short
• int
• long
• float
• double
• boolean
• char

自動裝箱是Java編譯器在基本資料型別和對應的物件包裝型別之間做的一個轉化。比如：把int轉化成Integer，double轉化成double，等等。反之就是自動拆箱。

6.Java中的方法覆蓋(Overriding)和方法過載(Overloading)是什麼意思？

Java中的方法過載發生在同一個類裡面兩個或者是多個方法的方法名相同但是引數不同的情況。與此相對，方法覆蓋是說子類重新定義了父類的方法。方法覆蓋必須有相同的方法名，引數列表和返回型別。覆蓋者可能不會限制它所覆蓋的方法的訪問。

7.Java中，什麼是建構函式？什麼是建構函式過載？什麼是複製建構函式？

當新物件被建立的時候，建構函式會被呼叫。每一個類都有建構函式。在程式設計師沒有給類提供建構函式的情況下，Java編譯器會為這個類建立一個預設的建構函式。

Java中建構函式過載和方法過載很相似。可以為一個類建立多個建構函式。每一個建構函式必須有它自己唯一的引數列表。

Java不支援像C++中那樣的複製建構函式，這個不同點是因為如果你不自己寫建構函式的情況下，Java不會建立預設的複製建構函式。

8.Java支援多繼承麼？

不支援，Java不支援多繼承。每個類都只能繼承一個類，但是可以實現多個介面。

9.介面和抽象類的區別是什麼？

Java提供和支援建立抽象類和介面。它們的實現有共同點，不同點在於：

• 介面中所有的方法隱含的都是抽象的。而抽象類則可以同時包含抽象和非抽象的方法。
• 類可以實現很多個介面，但是隻能繼承一個抽象類
• 類如果要實現一個介面，它必須要實現介面宣告的所有方法。但是，類可以不實現抽象類宣告的所有方法，當然，在這種情況下，類也必須得宣告成是抽象的。
• 抽象類可以在不提供介面方法實現的情況下實現介面。
• Java介面中宣告的變數預設都是final的。抽象類可以包含非final的變數。
• Java介面中的成員函式預設是public的。抽象類的成員函式可以是private，protected或者是public。
• 介面是絕對抽象的，不可以被例項化。抽象類也不可以被例項化，但是，如果它包含main方法的話是可以被呼叫的。

也可以參考JDK8中抽象類和介面的區別

10.什麼是值傳遞和引用傳遞？

物件被值傳遞，意味著傳遞了物件的一個副本。因此，就算是改變了物件副本，也不會影響源物件的值。

物件被引用傳遞，意味著傳遞的並不是實際的物件，而是物件的引用。因此，外部對引用物件所做的改變會反映到所有的物件上。

Java執行緒

11.程式和執行緒的區別是什麼？

程式是執行著的應用程式，而執行緒是程式內部的一個執行序列。一個程式可以有多個執行緒。執行緒又叫做輕量級程式。

12.建立執行緒有幾種不同的方式？你喜歡哪一種？為什麼？

有三種方式可以用來建立執行緒：

• 繼承Thread類
• 實現Runnable介面
• 應用程式可以使用Executor框架來建立執行緒池

實現Runnable介面這種方式更受歡迎，因為這不需要繼承Thread類。在應用設計中已經繼承了別的物件的情況下，這需要多繼承（而Java不支援多繼承），只能實現介面。同時，執行緒池也是非常高效的，很容易實現和使用。

13.概括的解釋下執行緒的幾種可用狀態。

執行緒在執行過程中，可以處於下面幾種狀態：

• 就緒(Runnable):執行緒準備執行，不一定立馬就能開始執行。
• 執行中(Running)：程式正在執行執行緒的程式碼。
• 等待中(Waiting):執行緒處於阻塞的狀態，等待外部的處理結束。
• 睡眠中(Sleeping)：執行緒被強制睡眠。
• I/O阻塞(Blocked on I/O)：等待I/O操作完成。
• 同步阻塞(Blocked on Synchronization)：等待獲取鎖。
• 死亡(Dead)：執行緒完成了執行。

14.同步方法和同步程式碼塊的區別是什麼？

在Java語言中，每一個物件有一把鎖。執行緒可以使用synchronized關鍵字來獲取物件上的鎖。synchronized關鍵字可應用在方法級別(粗粒度鎖)或者是程式碼塊級別(細粒度鎖)。

15.在監視器(Monitor)內部，是如何做執行緒同步的？程式應該做哪種級別的同步？

監視器和鎖在Java虛擬機器中是一塊使用的。監視器監視一塊同步程式碼塊，確保一次只有一個執行緒執行同步程式碼塊。每一個監視器都和一個物件引用相關聯。執行緒在獲取鎖之前不允許執行同步程式碼。

16.什麼是死鎖(deadlock)？

兩個程式都在等待對方執行完畢才能繼續往下執行的時候就發生了死鎖。結果就是兩個程式都陷入了無限的等待中。

17.如何確保N個執行緒可以訪問N個資源同時又不導致死鎖？

使用多執行緒的時候，一種非常簡單的避免死鎖的方式就是：指定獲取鎖的順序，並強制執行緒按照指定的順序獲取鎖。因此，如果所有的執行緒都是以同樣的順序加鎖和釋放鎖，就不會出現死鎖了。

Java集合類

18.Java集合類框架的基本介面有哪些？

Java集合類提供了一套設計良好的支援對一組物件進行操作的介面和類。Java集合類裡面最基本的介面有：

• Collection：代表一組物件，每一個物件都是它的子元素。
• Set：不包含重複元素的Collection。
• List：有順序的collection，並且可以包含重複元素。
• Map：可以把鍵(key)對映到值(value)的物件，鍵不能重複。

19.為什麼集合類沒有實現Cloneable和Serializable介面？

集合類介面指定了一組叫做元素的物件。集合類介面的每一種具體的實現類都可以選擇以它自己的方式對元素進行儲存和排序。有的集合類允許重複的鍵，有些不允許。

20.什麼是迭代器(Iterator)？

Iterator介面提供了很多對集合元素進行迭代的方法。每一個集合類都包含了可以返回迭代器例項的
迭代方法。迭代器可以在迭代的過程中刪除底層集合的元素。

克隆(cloning)或者是序列化(serialization)的語義和含義是跟具體的實現相關的。因此，應該由集合類的具體實現來決定如何被克隆或者是序列化。

21.Iterator和ListIterator的區別是什麼？

下面列出了他們的區別：

• Iterator可用來遍歷Set和List集合，但是ListIterator只能用來遍歷List。
• Iterator對集合只能是前向遍歷，ListIterator既可以前向也可以後向。
• ListIterator實現了Iterator介面，幷包含其他的功能，比如：增加元素，替換元素，獲取前一個和後一個元素的索引，等等。

22.快速失敗(fail-fast)和安全失敗(fail-safe)的區別是什麼？

Iterator的安全失敗是基於對底層集合做拷貝，因此，它不受源集合上修改的影響。java.util包下面的所有的集合類都是快速失敗的，而java.util.concurrent包下面的所有的類都是安全失敗的。快速失敗的迭代器會丟擲ConcurrentModificationException異常，而安全失敗的迭代器永遠不會丟擲這樣的異常。

23.Java中的HashMap的工作原理是什麼？

Java中的HashMap是以鍵值對(key-value)的形式儲存元素的。HashMap需要一個hash函式，它使用hashCode()和equals()方法來向集合/從集合新增和檢索元素。當呼叫put()方法的時候，HashMap會計算key的hash值，然後把鍵值對儲存在集合中合適的索引上。如果key已經存在了，value會被更新成新值。HashMap的一些重要的特性是它的容量(capacity)，負載因子(load factor)和擴容極限(threshold resizing)。

24.hashCode()和equals()方法的重要性體現在什麼地方？

Java中的HashMap使用hashCode()和equals()方法來確定鍵值對的索引，當根據鍵獲取值的時候也會用到這兩個方法。如果沒有正確的實現這兩個方法，兩個不同的鍵可能會有相同的hash值，因此，可能會被集合認為是相等的。而且，這兩個方法也用來發現重複元素。所以這兩個方法的實現對HashMap的精確性和正確性是至關重要的。

25.HashMap和Hashtable有什麼區別？

• HashMap和Hashtable都實現了Map介面，因此很多特性非常相似。但是，他們有以下不同點：
• HashMap允許鍵和值是null，而Hashtable不允許鍵或者值是null。
• Hashtable是同步的，而HashMap不是。因此，HashMap更適合於單執行緒環境，而Hashtable適合於多執行緒環境。
• HashMap提供了可供應用迭代的鍵的集合，因此，HashMap是快速失敗的。另一方面，Hashtable提供了對鍵的列舉(Enumeration)。
  • 一般認為Hashtable是一個遺留的類。

26.陣列(Array)和列表(ArrayList)有什麼區別？什麼時候應該使用Array而不是ArrayList？

下面列出了Array和ArrayList的不同點：

• Array可以包含基本型別和物件型別，ArrayList只能包含物件型別。
• Array大小是固定的，ArrayList的大小是動態變化的。
• ArrayList提供了更多的方法和特性，比如：addAll()，removeAll()，iterator()等等。
• 對於基本型別資料，集合使用自動裝箱來減少編碼工作量。但是，當處理固定大小的基本資料型別的時候，這種方式相對比較慢。

27.ArrayList和LinkedList有什麼區別？

ArrayList和LinkedList都實現了List介面，他們有以下的不同點：

• ArrayList是基於索引的資料介面，它的底層是陣列。它可以以O(1)時間複雜度對元素進行隨機訪問。與此對應，LinkedList是以元素列表的形式儲存它的資料，每一個元素都和它的前一個和後一個元素連結在一起，在這種情況下，查詢某個元素的時間複雜度是O(n)。

• 相對於ArrayList，LinkedList的插入，新增，刪除操作速度更快，因為當元素被新增到集合任意位置的時候，不需要像陣列那樣重新計算大小或者是更新索引。

• LinkedList比ArrayList更佔記憶體，因為LinkedList為每一個節點儲存了兩個引用，一個指向前一個元素，一個指向下一個元素。

也可以參考ArrayList vs. LinkedList。

28.Comparable和Comparator介面是幹什麼的？列出它們的區別。

Java提供了只包含一個compareTo()方法的Comparable介面。這個方法可以個給兩個物件排序。具體來說，它返回負數，0，正數來表明輸入物件小於，等於，大於已經存在的物件。

Java提供了包含compare()和equals()兩個方法的Comparator介面。compare()方法用來給兩個輸入引數排序，返回負數，0，正數表明第一個引數是小於，等於，大於第二個引數。equals()方法需要一個物件作為引數，它用來決定輸入引數是否和comparator相等。只有當輸入引數也是一個comparator並且輸入引數和當前comparator的排序結果是相同的時候，這個方法才返回true。

29.什麼是Java優先順序佇列(Priority Queue)？

PriorityQueue是一個基於優先順序堆的無界佇列，它的元素是按照自然順序(natural order)排序的。在建立的時候，我們可以給它提供一個負責給元素排序的比較器。PriorityQueue不允許null值，因為他們沒有自然順序，或者說他們沒有任何的相關聯的比較器。最後，PriorityQueue不是執行緒安全的，入隊和出隊的時間複雜度是O(log(n))。

30.你瞭解大O符號(big-O notation)麼？你能給出不同資料結構的例子麼？

大O符號描述了當資料結構裡面的元素增加的時候，演算法的規模或者是效能在最壞的場景下有多麼好。
大O符號也可用來描述其他的行為，比如：記憶體消耗。因為集合類實際上是資料結構，我們一般使用大O符號基於時間，記憶體和效能來選擇最好的實現。大O符號可以對大量資料的效能給出一個很好的說明。

31.如何權衡是使用無序的陣列還是有序的陣列？

有序陣列最大的好處在於查詢的時間複雜度是O(log n)，而無序陣列是O(n)。有序陣列的缺點是插入操作的時間複雜度是O(n)，因為值大的元素需要往後移動來給新元素騰位置。相反，無序陣列的插入時間複雜度是常量O(1)。

32.Java集合類框架的最佳實踐有哪些？

• 根據應用的需要正確選擇要使用的集合的型別對效能非常重要，比如：假如元素的大小是固定的，而且能事先知道，我們就應該用Array而不是ArrayList。
• 有些集合類允許指定初始容量。因此，如果我們能估計出儲存的元素的數目，我們可以設定初始容量來避免重新計算hash值或者是擴容。
• 為了型別安全，可讀性和健壯性的原因總是要使用泛型。同時，使用泛型還可以避免執行時的ClassCastException。
• 使用JDK提供的不變類(immutable class)作為Map的鍵可以避免為我們自己的類實現hashCode()和equals()方法。
• 程式設計的時候介面優於實現。
• 底層的集合實際上是空的情況下，返回長度是0的集合或者是陣列，不要返回null。

33.Enumeration介面和Iterator介面的區別有哪些？

Enumeration速度是Iterator的2倍，同時佔用更少的記憶體。但是，Iterator遠遠比Enumeration安全，因為其他執行緒不能夠修改正在被iterator遍歷的集合裡面的物件。同時，Iterator允許呼叫者刪除底層集合裡面的元素，這對Enumeration來說是不可能的。

34.HashSet和TreeSet有什麼區別？

HashSet是由一個hash表來實現的，因此，它的元素是無序的。add()，remove()，contains()方法的時間複雜度是O(1)。

另一方面，TreeSet是由一個樹形的結構來實現的，它裡面的元素是有序的。因此，add()，remove()，contains()方法的時間複雜度是O(logn)。

垃圾收集器(Garbage Collectors)

35.Java中垃圾回收有什麼目的？什麼時候進行垃圾回收？

垃圾回收的目的是識別並且丟棄應用不再使用的物件來釋放和重用資源。

36.System.gc()和Runtime.gc()會做什麼事情？

這兩個方法用來提示JVM要進行垃圾回收。但是，立即開始還是延遲進行垃圾回收是取決於JVM的。

37.finalize()方法什麼時候被呼叫？解構函式(finalization)的目的是什麼？

在釋放物件佔用的記憶體之前，垃圾收集器會呼叫物件的finalize()方法。一般建議在該方法中釋放物件持有的資源。

38.如果物件的引用被置為null，垃圾收集器是否會立即釋放物件佔用的記憶體？

不會，在下一個垃圾回收週期中，這個物件將是可被回收的。

39.Java堆的結構是什麼樣子的？什麼是堆中的永久代(Perm Gen space)?

JVM的堆是執行時資料區，所有類的例項和陣列都是在堆上分配記憶體。它在JVM啟動的時候被建立。物件所佔的堆記憶體是由自動記憶體管理系統也就是垃圾收集器回收。

堆記憶體是由存活和死亡的物件組成的。存活的物件是應用可以訪問的，不會被垃圾回收。死亡的物件是應用不可訪問尚且還沒有被垃圾收集器回收掉的物件。一直到垃圾收集器把這些物件回收掉之前，他們會一直佔據堆記憶體空間。

40.序列(serial)收集器和吞吐量(throughput)收集器的區別是什麼？

吞吐量收集器使用並行版本的新生代垃圾收集器，它用於中等規模和大規模資料的應用程式。而序列收集器對大多數的小應用(在現代處理器上需要大概100M左右的記憶體)就足夠了。

41.在Java中，物件什麼時候可以被垃圾回收？

當物件對當前使用這個物件的應用程式變得不可觸及的時候，這個物件就可以被回收了。

42.JVM的永久代中會發生垃圾回收麼？

垃圾回收不會發生在永久代，如果永久代滿了或者是超過了臨界值，會觸發完全垃圾回收(Full GC)。如果你仔細檢視垃圾收集器的輸出資訊，就會發現永久代也是被回收的。這就是為什麼正確的永久代大小對避免Full GC是非常重要的原因。請參考下Java8：從永久代到後設資料區
(譯者注：Java8中已經移除了永久代，新加了一個叫做後設資料區的native記憶體區)

原文連結： javacodegeeks 翻譯： ImportNew.com - miracle1919
譯文連結： http://www.importnew.com/10980.html