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剖析面试最常见问题之 Java 基础知识

剖析面试最常见问题之Java基础知识

谈谈你对 JVM JDK 和 JRE 的理解(JDK 和 JRE的区别是什么?)。什么是字节码?为什么要采用字节码?

JVM

Java虚拟机(JVM)是运行 Java 字节码的虚拟机。JVM有针对不同系统的特定实现(Windows,Linux,macOS),目的是使用相同的字节码,它们都会给出相同的结果。

什么是字节码?采用字节码的好处是什么?

在 Java 中,JVM可以理解的代码就叫做字节码(即扩展名为 .class 的文件),它不面向任何特定的处理器,只面向虚拟机。Java 语言通过字节码的方式,在一定程度上解决了传统解释型语言执行效率低的问题,同时又保留了解释型语言可移植的特点。所以 Java 程序运行时比较高效,而且,由于字节码并不针对一种特定的机器,因此,Java程序无须重新编译便可在多种不同操作系统的计算机上运行。

Java 程序从源代码到运行一般有下面3步:

Java程序运行过程

Java程序运行过程

我们需要格外注意的是 .class->机器码 这一步。在这一步 JVM 类加载器首先加载字节码文件,然后通过解释器逐行解释执行,这种方式的执行速度会相对比较慢。而且,有些方法和代码块是经常需要被调用的(也就是所谓的热点代码),所以后面引进了 JIT 编译器,而JIT 属于运行时编译。当 JIT 编译器完成第一次编译后,其会将字节码对应的机器码保存下来,下次可以直接使用。而我们知道,机器码的运行效率肯定是高于 Java 解释器的。这也解释了我们为什么经常会说 Java 是编译与解释共存的语言。

HotSpot采用了惰性评估(Lazy Evaluation)的做法,根据二八定律,消耗大部分系统资源的只有那一小部分的代码(热点代码),而这也就是JIT所需要编译的部分。JVM会根据代码每次被执行的情况收集信息并相应地做出一些优化,因此执行的次数越多,它的速度就越快。JDK 9引入了一种新的编译模式AOT(Ahead of Time Compilation),它是直接将字节码编译成机器码,这样就避免了JIT预热等各方面的开销。JDK支持分层编译和AOT协作使用。但是 ,AOT 编译器的编译质量是肯定比不上 JIT 编译器的。

总结:Java虚拟机(JVM)是运行 Java 字节码的虚拟机。JVM有针对不同系统的特定实现(Windows,Linux,macOS),目的是使用相同的字节码,它们都会给出相同的结果。字节码和不同系统的 JVM 实现是 Java 语言“一次编译,随处可以运行”的关键所在。

JDK 和 JRE

JDK是Java Development Kit,它是功能齐全的Java SDK。它拥有JRE所拥有的一切,还有编译器(javac)和工具(如javadoc和jdb)。它能够创建和编译程序。

JRE 是 Java运行时环境。它是运行已编译 Java 程序所需的所有内容的集合,包括 Java虚拟机(JVM),Java类库,java命令和其他的一些基础构件。但是,它不能用于创建新程序。

如果你只是为了运行一下 Java 程序的话,那么你只需要安装 JRE 就可以了。如果你需要进行一些 Java 编程方面的工作,那么你就需要安装JDK了。但是,这不是绝对的。有时,即使您不打算在计算机上进行任何Java开发,仍然需要安装JDK。例如,如果要使用JSP部署Web应用程序,那么从技术上讲,您只是在应用程序服务器中运行Java程序。那你为什么需要JDK呢?因为应用程序服务器会将 JSP 转换为 Java servlet,并且需要使用 JDK 来编译 servlet。

Java和C++的区别?

我知道很多人没学过 C++,但是面试官就是没事喜欢拿咱们 Java 和 C++ 比呀!没办法!!!就算没学过C++,也要记下来!

  • 都是面向对象的语言,都支持封装、继承和多态;
  • Java 不提供指针来直接访问内存,程序内存更加安全;
  • Java 的类是单继承的,C++ 支持多重继承;虽然 Java 的类不可以多继承,但是接口可以多继承;
  • Java 有自动内存管理机制,不需要程序员手动释放无用内存。

重载和重写的区别?构造器 Constructor 是否可被 override?

  • 重载: 发生在同一个类中,方法名必须相同,参数类型不同、个数不同、顺序不同,方法返回值和访问修饰符可以不同,发生在编译时。   
  • 重写: 发生在父子类中,方法名、参数列表必须相同,返回值范围小于等于父类,抛出的异常范围小于等于父类,访问修饰符范围大于等于父类;如果父类方法访问修饰符为 private 则子类就不能重写该方法。

在讲继承的时候我们就知道父类的私有属性和构造方法并不能被继承,所以 Constructor 也就不能被 override(重写),但是可以 overload(重载),所以你可以看到一个类中有多个构造函数的情况。

谈谈Java 面向对象编程三大特性: 封装 继承 多态

封装

封装把一个对象的属性私有化,同时提供一些可以被外界访问的属性的方法,如果属性不想被外界访问,我们大可不必提供方法给外界访问。但是如果一个类没有提供给外界访问的方法,那么这个类也没有什么意义了。

继承

继承是使用已存在的类的定义作为基础建立新类的技术,新类的定义可以增加新的数据或新的功能,也可以用父类的功能,但不能选择性地继承父类。通过使用继承我们能够非常方便地复用以前的代码。

关于继承如下 3 点请记住:

  1. 子类拥有父类对象所有的属性和方法(包括私有属性和私有方法),但是父类中的私有属性和方法子类是无法访问,只是拥有
  2. 子类可以拥有自己属性和方法,即子类可以对父类进行扩展。
  3. 子类可以用自己的方式实现父类的方法。(以后介绍)。

多态

所谓多态就是指程序中定义的引用变量所指向的具体类型和通过该引用变量发出的方法调用在编程时并不确定,而是在程序运行期间才确定,即一个引用变量到底会指向哪个类的实例对象,该引用变量发出的方法调用到底是哪个类中实现的方法,必须在由程序运行期间才能决定。

在Java中有两种形式可以实现多态:继承(多个子类对同一方法的重写)和接口(实现接口并覆盖接口中同一方法)。

String str="abcd"String str1=new String("acbd")一样吗?str和str1相等吗?

这两种不同的创建方法是有差别的。

  • 第一种方式先检查字符串常量池中有没有"abcd",如果字符串常量池中没有,则创建一个,然后str指向字符串常量池中的对象,如果有,则直接将str指向字符串常量池中的"abcd"";

  • 第二种方式是直接在堆内存空间创建一个新的对象。

推荐使用第一种方式创建字符串。

str和str1不相等,因为一个是堆内存中的String对象一个是常量池中的String对象。

String StringBuffer 和 StringBuilder 的区别是什么?String 为什么是不可变的?

可变性
 

简单的来说:String 类中使用 final 关键字修饰字符数组来保存字符串,private final char value[],所以 String 对象是不可变的。而StringBuilder 与 StringBuffer 都继承自 AbstractStringBuilder 类,在 AbstractStringBuilder 中也是使用字符数组保存字符串char[]value 但是没有用 final 关键字修饰,所以这两种对象都是可变的。

StringBuilder 与 StringBuffer 的构造方法都是调用父类构造方法也就是 AbstractStringBuilder 实现的,大家可以自行查阅源码。

AbstractStringBuilder.java

abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
    char[] value;
    int count;
    AbstractStringBuilder() {
    }
    AbstractStringBuilder(int capacity) {
        value = new char[capacity];
    }

线程安全性

String 中的对象是不可变的,也就可以理解为常量,线程安全。AbstractStringBuilder 是 StringBuilder 与 StringBuffer 的公共父类,定义了一些字符串的基本操作,如 expandCapacity、append、insert、indexOf 等公共方法。StringBuffer 对方法加了同步锁或者对调用的方法加了同步锁,所以是线程安全的。StringBuilder 并没有对方法进行加同步锁,所以是非线程安全的。
  
性能

每次对 String 类型进行改变的时候,都会生成一个新的 String 对象,然后将指针指向新的 String 对象。StringBuffer 每次都会对 StringBuffer 对象本身进行操作,而不是生成新的对象并改变对象引用。相同情况下使用 StringBuilder 相比使用 StringBuffer 仅能获得 10%~15% 左右的性能提升,但却要冒多线程不安全的风险。

对于三者使用的总结:

  1. 操作少量的数据: 适用String
  2. 单线程操作字符串缓冲区下操作大量数据: 适用StringBuilder
  3. 多线程操作字符串缓冲区下操作大量数据: 适用StringBuffer

接口和抽象类的区别是什么?抽象类必须要有抽象方法吗?抽象类能使用 final 修饰吗?

接口和抽象类的区别是什么?

  1. 接口的方法默认是 public,所有方法在接口中不能有实现(Java 8 开始接口方法可以有默认实现),而抽象类可以有非抽象的方法。
  2. 接口中的实例变量默认是 final 类型的,而抽象类中则不一定。
  3. 一个类可以实现多个接口,但最多只能实现一个抽象类。
  4. 一个类实现接口的话要实现接口的所有方法,而抽象类不一定。
  5. 接口不能用 new 实例化,但可以声明,但是必须引用一个实现该接口的对象。从设计层面来说,抽象是对类的抽象,是一种模板设计,而接口是对行为的抽象,是一种行为的规范。

备注:在JDK8中,接口也可以定义静态方法,可以直接用接口名调用。实现类和实现是不可以调用的。如果同时实现两个接口,接口中定义了一样的默认方法,则必须重写,不然会报错。

抽象类必须要有抽象方法吗?

抽象类中不一定包含抽象方法,但是包含抽象方法的类一定要被声明为抽象类。

抽象类能使用 final 修饰吗?

抽象类不能用final来修饰。当用final修饰一个类时,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,这明显违背了抽象类存在的意义了。

== 与 equals(重要)

== : 它的作用是判断两个对象的地址是不是相等。即,判断两个对象是不是同一个对象(基本数据类型==比较的是值,引用数据类型==比较的是内存地址)。

equals() : 它的作用也是判断两个对象是否相等。但它一般有两种使用情况:

  • 情况1:类没有覆盖 equals() 方法。则通过 equals() 比较该类的两个对象时,等价于通过“==”比较这两个对象。
  • 情况2:类覆盖了 equals() 方法。一般,我们都覆盖 equals() 方法来两个对象的内容相等;若它们的内容相等,则返回 true (即,认为这两个对象相等)。

举个例子:

public class test1 {
    public static void main(String[] args) {
        String a = new String("ab"); // a 为一个引用
        String b = new String("ab"); // b为另一个引用,对象的内容一样
        String aa = "ab"; // 放在常量池中
        String bb = "ab"; // 从常量池中查找
        if (aa == bb) // true
            System.out.println("aa==bb");
        if (a == b) // false,非同一对象
            System.out.println("a==b");
        if (a.equals(b)) // true
            System.out.println("aEQb");
        if (42 == 42.0) { // true
            System.out.println("true");
        }
    }
}

说明:

  • String 中的 equals 方法是被重写过的,因为 object 的 equals 方法是比较的对象的内存地址,而 String 的 equals 方法比较的是对象的值。
  • 当创建 String 类型的对象时,虚拟机会在常量池中查找有没有已经存在的值和要创建的值相同的对象,如果有就把它赋给当前引用。如果没有就在常量池中重新创建一个 String 对象。

hashCode 与 equals (重要)

面试官可能会问你:“你重写过 hashcode 和 equals 么,为什么重写equals时必须重写hashCode方法?”

hashCode()介绍

hashCode() 的作用是获取哈希码,也称为散列码;它实际上是返回一个int整数。这个哈希码的作用是确定该对象在哈希表中的索引位置。hashCode() 定义在JDK的Object.java中,这就意味着Java中的任何类都包含有hashCode() 函数。

散列表存储的是键值对(key-value),它的特点是:能根据“键”快速的检索出对应的“值”。这其中就利用到了散列码!(可以快速找到所需要的对象)

为什么要有 hashCode

我们先以“HashSet 如何检查重复”为例子来说明为什么要有 hashCode: 当你把对象加入 HashSet 时,HashSet 会先计算对象的 hashcode 值来判断对象加入的位置,同时也会与其他已经加入的对象的 hashcode 值作比较,如果没有相符的hashcode,HashSet会假设对象没有重复出现。但是如果发现有相同 hashcode 值的对象,这时会调用 equals()方法来检查 hashcode 相等的对象是否真的相同。如果两者相同,HashSet 就不会让其加入操作成功。如果不同的话,就会重新散列到其他位置。(摘自我的Java启蒙书《Head first java》第二版)。这样我们就大大减少了 equals 的次数,相应就大大提高了执行速度。

通过我们可以看出:hashCode() 的作用就是获取哈希码,也称为散列码;它实际上是返回一个int整数。这个哈希码的作用是确定该对象在哈希表中的索引位置。hashCode()在散列表中才有用,在其它情况下没用。在散列表中hashCode() 的作用是获取对象的散列码,进而确定该对象在散列表中的位置。

hashCode()与equals()的相关规定

  1. 如果两个对象相等,则hashcode一定也是相同的;
  2. 两个对象相等,对两个对象分别调用equals方法都返回true;
  3. 两个对象有相同的hashcode值,它们也不一定是相等的(不同的对象也可能产生相同的hashcode,概率性问题);
  4. 因此,equals 方法被覆盖过,则 hashCode 方法也必须被覆盖
  5. hashCode() 的默认行为是对堆上的对象产生独特值。如果没有重写 hashCode(),则该 class 的两个对象无论如何都不会相等(即使这两个对象指向相同的数据)

推荐阅读:Java hashCode() 和 equals()的若干问题解答

什么是反射机制?反射机制的应用场景有哪些?

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