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Java 核心技术与框架实战十八问

backend 2025/7/4 16:58:17

1、java基本数据类型以及长度（语言类）

整数类型

用于存储整数数值，以二进制补码形式表示。

类型	长度（字节）	取值范围	默认值
`byte`	1	-128 至 127	0
`short`	2	-32768 至 32767	0
`int`	4	-2^31 至 2^31-1（约 - 21 亿至 21 亿）	0
`long`	8	-2^63 至 2^63-1（约 ±9.2×10^18）	0L

浮点数类型

用于存储带小数的数值，遵循 IEEE 754 标准。

类型	长度（字节）	精度	默认值
`float`	4	单精度（约 6~7 位有效数字）	0.0f
`double`	8	双精度（约 15~17 位有效数字）	0.0d

字符类型

用于存储单个字符，采用 Unicode 编码（16 位无符号）。

类型	长度（字节）	取值范围	默认值
`char`	2	0 至 65535（'\u0000' 至 '\uffff'）	'\u0000'

布尔类型

用于表示逻辑值（真 / 假）。

类型	长度（字节）	取值范围	默认值
`boolean`	1（规范未明确规定，实际取决于 JVM 实现）	`true` 或 `false`	`false`

2、ArrayList存储原理以及长度和扩容规则（语言类）

ArrayList基于动态数组实现的；长度是实际存储的元素个数，通过size（）方法获取；初始默认容量是10（jdk8+）；当数组长度大于容量时触发扩容，扩容为原来的1.5倍。

3、HashMap存储原理以及扩容规则（语言类）

HashMap基于哈希表（数组 + 链表 / 红黑树）实现，JDK 8+ 引入红黑树优化链表过长问题（当链表长度超过 8 且数组长度超过 64 时，链表转换为红黑树（时间复杂度从 O(n) 优化到 O(log n)））；HashMap初始默认容量为16，负载因子为0.75，阈值=初始默认容量*负载因子，当元素数量超过阈值时触发扩容，扩容为原来的两倍。

4、SpringBoot常见的注解 (框架类）

核心注解
@SpringBootApplication
作用：标记主类，等价于 @Configuration + @EnableAutoConfiguration + @ComponentScan@RestController
作用：标记控制器，等价于 @Controller + @ResponseBody，返回 JSON/XML 格式数据@Autowired
作用：自动注入依赖（基于类型）

请求映射注解
@RequestMapping：通用请求映射
@GetMapping：处理 GET 请求（等价于 @RequestMapping(method = RequestMethod.GET)）
@PostMapping：处理 POST 请求
@PutMapping：处理 PUT 请求
@DeleteMapping：处理 DELETE 请求

组件扫描注解
@Component：通用组件标记
@Service：标记业务层组件
@Repository：标记数据访问层组件（自动处理数据访问异常）
@Controller：标记控制器组件

配置注解
@Configuration：标记配置类，等价于 XML 配置文件
@Bean：声明 Bean，相当于 XML 中的 <bean> 标签
@PropertySource：加载外部配置文件（如 .properties）
@Value：注入配置值（如 @Value("${app.name}")）

条件注解
@ConditionalOnClass：当类路径下存在指定类时生效
@ConditionalOnMissingBean：当容器中不存在指定 Bean 时生效
@Profile：根据环境（如 dev、prod）激活配置

测试注解
@SpringBootTest：集成测试注解，启动完整 Spring 应用上下文
@WebMvcTest：仅测试 Web 层组件
@MockBean：模拟 Bean（如 Mock 服务层）

5、ArrayList,HashSet,HashMap是否线程安全，如何线程安全（语言类）

ArrayList：非线程安全。多个线程同时操作（如添加、删除元素）可能导致数据不一致或抛出 ConcurrentModificationException。
HashSet：非线程安全。基于 HashMap 实现，多线程操作会有线程安全问题。
HashMap：非线程安全。多线程下可能出现死循环（JDK 7 及以前）或数据丢失。

线程安全的替代方法：

1.使用同步包装类

List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
Set set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
Map map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());

原理：通过synchronized关键字对所有方法加锁，保证线程安全。
缺点：性能较低，所有操作串行执行。

2.使用并发集合类

import java.util.concurrent.*;List list = new CopyOnWriteArrayList<>();
Set set = new CopyOnWriteArraySet<>(); // 基于CopyOnWriteArrayList
Map map = new ConcurrentHashMap<>();

CopyOnWriteArrayList/Set：
- 读写分离，写操作（如add）时复制数组，读操作无需加锁。
- 适用于读多写少的场景，写操作多时性能较差。
ConcurrentHashMap：
- JDK 7：分段锁（Segment），不同段可并行读写。
- JDK 8：CAS + synchronized，锁粒度更小（锁槽位而非整个表）。
- 推荐使用，性能优于synchronizedMap。

总结：

线程安全：优先使用ConcurrentHashMap和CopyOnWriteArrayList，避免synchronized包装类的性能损耗。

6、多线程的4种创建方式（语言类）

1.继承thread类

public class MyThread extends Thread {@Overridepublic void run() {System.out.println("Thread running");}public static void main(String[] args) {MyThread thread = new MyThread();thread.start(); // 启动新线程}
}

缺点：Java 单继承，继承Thread后无法继承其他类。

2.实现Runnable接口

public class MyRunnable implements Runnable {@Overridepublic void run() {System.out.println("Runnable running");}public static void main(String[] args) {Thread thread = new Thread(new MyRunnable());thread.start();}
}

优点：避免单继承限制，更灵活。

3.实现Callable接口（带返回值）

import java.util.concurrent.*;public class MyCallable implements Callable<String> {@Overridepublic String call() throws Exception {return "Result from Callable";}public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();Future<String> future = executor.submit(new MyCallable());String result = future.get(); // 获取返回值（阻塞）System.out.println(result);executor.shutdown();}
}

特点：
- call()方法可返回结果，通过Future获取。
- 支持抛出异常。

4. 使用线程池（推荐）

import java.util.concurrent.*;public class ThreadPoolExample {public static void main(String[] args) {// 创建固定大小的线程池ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);// 提交任务for (int i = 0; i < 10; i++) {final int taskId = i;executor.submit(() -> {System.out.println("Task " + taskId + " executed by " + Thread.currentThread().getName());});}// 关闭线程池executor.shutdown();}
}

线程池优势：
- 复用线程，减少创建 / 销毁开销。
- 控制最大并发数，避免资源耗尽。
- 提供任务管理机制（如定时任务、拒绝策略）。

常见线程池工厂方法：

Executors.newFixedThreadPool(5);      // 固定大小线程池
Executors.newCachedThreadPool();      // 缓存线程池（按需创建）
Executors.newSingleThreadExecutor();  // 单线程池
Executors.newScheduledThreadPool(5);  // 定时任务线程池

手动创建线程池（推荐）：

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2,                    // 核心线程数5,                    // 最大线程数60,                   // 空闲线程超时时间TimeUnit.SECONDS,new LinkedBlockingQueue<>(10),  // 任务队列Executors.defaultThreadFactory(),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()  // 拒绝策略
);

总结：多线程创建推荐使用线程池（如Executors或手动创建ThreadPoolExecutor），提升性能和可管理性。

7、JVM中的5大组成部分以及每一部分的作用（语言类）

类加载器（ClassLoader）
- 作用：加载 .class 文件到内存，生成对应的 Class 对象。
- 流程：加载 → 验证 → 准备 → 解析 → 初始化。
- 分类：
  - 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：加载 JRE/lib 目录下的核心类（如 java.lang.*）。
  - 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：加载 JRE/lib/ext 目录下的扩展类。
  - 应用类加载器（Application ClassLoader）：加载用户路径（classpath）下的类。
  - 自定义类加载器：继承 ClassLoader 实现特殊加载逻辑。
运行时数据区（Runtime Data Area）
- 方法区（Method Area）：
  存储类信息、常量、静态变量等，是所有线程共享的内存区域。
  JDK 8 后，方法区被元空间（Metaspace）取代，使用本地内存而非堆内存。
- 堆（Heap）：
  所有对象实例和数组分配的内存区域，垃圾回收的主要区域。
  分为新生代（Eden、Survivor）和老年代。
- 虚拟机栈（VM Stack）：
  每个线程私有的内存区域，存储局部变量表、操作数栈、动态链接等。
  每个方法执行时创建一个栈帧，方法结束后栈帧弹出。
- 本地方法栈（Native Method Stack）：
  与虚拟机栈类似，但为本地方法（如 native 修饰的方法）服务。
- 程序计数器（Program Counter Register）：
  记录当前线程执行的字节码行号，线程私有。
执行引擎（Execution Engine）
- 解释器（Interpreter）：逐条解释字节码为机器码执行。
- 即时编译器（JIT Compiler）：将热点代码（频繁执行的代码）编译为本地机器码，提升执行效率。
- 垃圾回收器（Garbage Collector）：回收不再使用的对象，释放内存。
本地方法接口（Native Interface）
- 与本地方法库（如 C/C++ 库）交互的接口，通过 native 关键字调用。
本地方法库（Native Libraries）
- 提供本地方法实现的库，如 java.lang.System 类中的 arraycopy() 方法。

8、常见的垃圾回收器有哪些？（语言类）

新生代回收器
- Serial：单线程，STW（Stop The World），适合小型应用。
- ParNew：Serial 的多线程版本，配合 CMS 使用。
- Parallel Scavenge：多线程，关注吞吐量（运行用户代码时间 / 总时间）。
老年代回收器
- Serial Old：单线程，适合客户端模式。
- Parallel Old：Parallel Scavenge 的老年代版本，多线程。
- CMS（Concurrent Mark Sweep）：
  以获取最短回收停顿时间为目标，分初始标记、并发标记、重新标记、并发清除四个阶段。
  缺点：产生内存碎片，并发阶段占用 CPU 资源。
整堆回收器
- G1（Garbage-First）：
  分代收集，将堆划分为多个 Region，优先回收垃圾最多的区域。
  适合大内存、多 CPU 的服务器。
- ZGC（Z Garbage Collector）：
  超低延迟，支持 TB 级内存，使用染色指针和读屏障技术。
  JDK 11 引入，JDK 15+ 正式支持。
最新回收器
- Shenandoah：与 G1 类似，但并发阶段更多，延迟更低。
- Epsilon：实验性回收器，仅分配内存，不执行垃圾回收（用于性能测试）。

9、什么是双亲委派策略，有何作用（语言类）

双亲委派机制：当类加载器需要加载类时，先委托给父类加载器尝试加载，直到启动类加载器。只有父类无法加载时，才由当前类加载器自己加载。

作用：

避免类重复加载：确保同一个类只被加载一次。
保证安全性：防止恶意替换核心类（如 java.lang.Object）。
若用户自定义一个 java.lang.Object，通过双亲委派机制会优先加载 JDK 中的 Object，避免风险。

10、什么是新生代，老年代，永久存储区？（语言类）

JVM 内存分代模型

新生代（Young Generation）
- 作用：存储新创建的对象。
- 分区：
  - Eden 区：对象初始分配的区域。
  - Survivor 区（S0、S1）：Eden 区满时，存活的对象被复制到 Survivor 区。
- Minor GC：新生代垃圾回收，频繁触发，速度快。
- 对象晋升：多次 GC 后仍存活的对象会被移至老年代。
老年代（Old Generation）
- 作用：存储长期存活的对象（如静态变量、单例对象）。
- Major GC/Full GC：老年代垃圾回收，耗时较长，可能触发 STW。
永久代（Permanent Generation）与元空间（Metaspace）
- 永久代（JDK 7 及以前）：
  存储类元数据、常量池等，属于堆内存的一部分，大小通过 -XX:MaxPermSize 限制。
- 元空间（JDK 8+）：
  取代永久代，使用本地内存（Native Memory）存储类元数据，避免永久代 OOM。
  大小通过 -XX:MetaspaceSize 和 -XX:MaxMetaspaceSize 控制。

11、ThreadLocal 以及底层实现原理（语言类）

作用：为每个使用该变量的线程都提供一个独立的变量副本，每个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其他线程。
底层原理：
1. ThreadLocalMap：每个Thread对象内部都维护一个ThreadLocalMap，其键为ThreadLocal实例（弱引用），值为线程变量副本。
2. 弱引用机制：若外部无强引用指向ThreadLocal，GC 时会回收键，但值仍可能存在（强引用），需手动调用remove()避免内存泄漏。

12、HashMap和Hashtable的区别（语言类）

对比项	HashMap	Hashtable
线程安全	非线程安全	线程安全（所有方法`synchronized`）
null 支持	允许一个`null`键和多个`null`值	不允许`null`键 / 值（抛 NPE）
初始容量	16	11
扩容机制	2 倍	`2*oldCapacity+1`
数据结构	数组 + 链表 + 红黑树（JDK8+）	数组 + 链表
迭代器	`Iterator`（支持 fail-fast）	`Enumeration`（不支持）

13、Spring 的 IOC 和 AOP (框架类)

IOC（控制反转）：
- 将对象的创建和依赖关系管理交给 Spring 容器，而非手动 new 对象。
- 实现方式：依赖注入（DI，如构造器注入、Setter 注入）。
AOP（面向切面编程）：
- 将横切关注点（如日志、事务）与业务逻辑分离，通过动态代理增强代码。
- 核心概念：切面（Aspect）、通知（Advice）、切入点（Pointcut）。

14、添加索引的规则，索引的数据结构（B+树）（数据库类）

索引添加规则：
1. 在WHERE、JOIN、ORDER BY频繁出现的字段上建索引。
2. 选择高区分度字段（如用户 ID，避免性别字段）。
3. 避免冗余索引（如已有复合索引(a,b)，无需单独为a建索引）。
B + 树结构：
- 所有数据存储在叶子节点，非叶子节点仅存索引键和指针。
- 叶子节点通过指针相连，支持范围查询，高度平衡（通常 3-4 层）。

15、mysql 优化（数据库类）

索引优化：
- 为高频查询字段添加复合索引。
- 避免在索引字段上使用函数或表达式（如WHERE YEAR(create_time)=2023）。
查询优化：
- 避免SELECT *，仅查询需要的字段。
- 用JOIN替代子查询，优化分页（如WHERE id >= (SELECT id FROM t LIMIT 100000,1)）。
配置优化：
- 调整innodb_buffer_pool_size（建议物理内存的 50%-75%）。
- 优化innodb_log_file_size（日志文件大小）。

16、explain 关键字分析慢查询（数据库类）

作用：分析 SQL 执行计划，查看索引使用、扫描行数、连接类型等。
关键字段：
- type：访问类型（system>const>ref>range>index>all，all表示全表扫描）。
- rows：预估扫描行数，值越大性能越差。
- Extra：额外信息（如Using filesort、Using temporary表示需优化）。

17、mybatis 的一级缓存和二级缓存 (框架类)

一级缓存：
- 作用域：SqlSession级别，默认开启。
- 生命周期：会话结束时清除，同一会话内重复查询相同 SQL 会复用缓存。
二级缓存：
- 作用域：namespace级别（全局缓存），需手动配置。
- 特点：多个SqlSession共享，可跨会话复用缓存。