2019-09-04

10个难回答的Java面试题

1.为什么等待和通知是在 Object 类而不是 Thread 中声明的？

１.wait和notify不仅仅是普通方法或同步工具，更重要的是它们是Java中两个线程之间的通信机制。对语言设计者而言，如果不能通过Java关键字（例如synchronized）实现此通信机制，同时又要确保这个机制对每个对象可用，那么Object类则是正确的声明位置。记住同步和等待、通知是两个不同的领域，不要把它们看成是相同的或相关的。同步是提供互斥并确保Java类的线程安全，而wait和notify是两个线程之间的通信机制。

２.每个对象都可上锁，这是在Object类而不是Thread类中声明wait和notify的另一个原因。

３.在Java中为了进入代码的临界区，线程需要锁定并等待锁定，他们不知道哪些线程持有锁，而只是知道锁被某个线程持有，并且他们应该等待取得锁，而不是去了解哪个线程在同步块内，并请求它们释放锁定。

４.Java是基于监视器的思想，在Java中，所有对象都有一个监视器。

线程在监视器上等待，为执行等待，我们需要2个参数：

一个线程
一个监视器（任何对象）

在Java设计中，线程不能被指定，它总是运行当前代码的线程。但是，我们可以指定监视器（这是我们称之为等待的对象）。这是一个很好的设计，因为如果我们可以让任何其他线程在所需的监视器上等待，这将导致“入侵”，导致在设计并发程序时会遇到困难。请记住，在Java中，所有在另一个线程的执行中侵入的操作都被弃用了（例如stop方法）。

2.为什么Java中不支持多重继承？

假设有一个类A中有方法a(),而类B、类C派生自类A并且也有a()方法,有一个类D多个继承派生自类B、类C，那么引用a（）方法时，编译器不知道是哪个a（）方法.
多重继承确实使设计复杂化并在转换、构造函数链接等过程中产生问题。假设你需要多重继承的情况并不多，简单起见，明智的决定是省略它。此外，Java 可以通过使用接口支持单继承来避免这种歧义。由于接口只有方法声明而且没有提供任何实现，因此只有一个特定方法的实现，因此不会有任何歧义

3.为什么Java不支持运算符重载？

1)简单性和清晰性。清晰性是Java设计者的目标之一。设计者不是只想复制语言，而是希望拥有一种清晰，真正面向对象的语言。添加运算符重载比没有它肯定会使设计更复杂，并且它可能导致更复杂的编译器, 或减慢 JVM，因为它需要做额外的工作来识别运算符的实际含义，并减少优化的机会, 以保证 Java 中运算符的行为。

2)避免编程错误。Java 不允许用户定义的运算符重载，因为如果允许程序员进行运算符重载，将为同一运算符赋予多种含义，这将使任何开发人员的学习曲线变得陡峭，事情变得更加混乱。据观察，当语言支持运算符重载时，编程错误会增加，从而增加了开发和交付时间。由于 Java 和 JVM 已经承担了大多数开发人员的责任，如在通过提供垃圾收集器进行内存管理时，因为这个功能增加污染代码的机会, 成为编程错误之源, 因此没有多大意义。

3)JVM复杂性。从JVM的角度来看，支持运算符重载使问题变得更加困难。通过更直观，更干净的方式使用方法重载也能实现同样的事情，因此不支持 Java 中的运算符重载是有意义的。与相对简单的 JVM 相比，复杂的 JVM 可能导致 JVM 更慢，并为保证在 Java 中运算符行为的确定性从而减少了优化代码的机会。

4)让开发工具处理更容易。这是在 Java 中不支持运算符重载的另一个好处。省略运算符重载使语言更容易处理，这反过来又更容易开发处理语言的工具，例如 IDE 或重构工具。Java 中的重构工具远胜于C++。

4.为什么 String 在 Java 中是不可变的？

在java中考虑到各种因素，需要综合到内存，数据结构以及安全的方面的考虑
1)想象字符串池没有使字符串不可变，它根本不可能，因为在字符串池的情况下，一个字符串对象/文字，例如 “Test” 已被许多参考变量引用，因此如果其中任何一个更改了值，其他参数将自动受到影响

2)字符串已被广泛用作许多 Java 类的参数，例如，为了打开网络连接，你可以将主机名和端口号作为字符串传递，你可以将数据库 URL 作为字符串传递, 以打开数据库连接，你可以通过将文件名作为参数传递给 File I/O 类来打开 Java 中的任何文件。如果 String 不是不可变的，这将导致严重的安全威胁，我的意思是有人可以访问他有权授权的任何文件，然后可以故意或意外地更改文件名并获得对该文件的访问权限。由于不变性，你无需担心这种威胁。这个原因也说明了，为什么 String 在 Java 中是最终的，通过使 java.lang.String final，Java设计者确保没有人覆盖 String 类的任何行为。

3)由于 String 是不可变的，它可以安全地共享许多线程，这对于多线程编程非常重要. 并且避免了 Java 中的同步问题，不变性也使得String 实例在 Java 中是线程安全的，这意味着你不需要从外部同步 String 操作。关于 String 的另一个要点是由截取字符串 SubString 引起的内存泄漏，这不是与线程相关的问题，但也是需要注意的。

4)为什么 String 在 Java 中是不可变的另一个原因是允许 String 缓存其哈希码，Java 中的不可变 String 缓存其哈希码，并且不会在每次调用 String 的 hashcode 方法时重新计算，这使得它在 Java 中的 HashMap 中使用的 HashMap 键非常快。简而言之，因为 String 是不可变的，所以没有人可以在创建后更改其内容，这保证了 String 的 hashCode 在多次调用时是相同的。

5)String 不可变的绝对最重要的原因是它被类加载机制使用，因此具有深刻和基本的安全考虑。如果 String 是可变的，加载“java.io.Writer” 的请求可能已被更改为加载 “mil.vogoon.DiskErasingWriter”. 安全性和字符串池是使字符串不可变的主要原因。顺便说一句，上面的理由很好回答另一个Java面试问题: “为什么String在Java中是最终的”。要想是不可变的，你必须是最终的，这样你的子类不会破坏不变性

5.为什么 char 数组比 Java 中的 String 更适合存储密码？

1)由于字符串在 Java 中是不可变的，如果你将密码存储为纯文本，它将在内存中可用，直到垃圾收集器清除它. 并且为了可重用性，会存在 String 在字符串池中, 它很可能会保留在内存中持续很长时间，从而构成安全威胁。

由于任何有权访问内存转储的人都可以以明文形式找到密码，这是另一个原因，你应该始终使用加密密码而不是纯文本。由于字符串是不可变的，所以不能更改字符串的内容，因为任何更改都会产生新的字符串，而如果你使用char[]，你就可以将所有元素设置为空白或零。因此，在字符数组中存储密码可以明显降低窃取密码的安全风险。

2)Java 本身建议使用 JPasswordField 的 getPassword() 方法，该方法返回一个 char[] 和不推荐使用的getTex() 方法，该方法以明文形式返回密码，由于安全原因。应遵循 Java 团队的建议, 坚持标准而不是反对它。

3)使用 String 时，总是存在在日志文件或控制台中打印纯文本的风险，但如果使用 Array，则不会打印数组的内容而是打印其内存位置。虽然不是一个真正的原因，但仍然有道理。

6.如何使用双重检查锁定在 Java 中创建线程安全的单例？

1) 枚举单例易于书写

这是迄今为止最大的优势,如果你在Java 5之前一直在编写单例, 你知道, 即使双检查锁定, 你仍可以有多个实例。虽然这个问题通过 Java 内存模型的改进已经解决了, 从 Java 5 开始的 volatile 类型变量提供了保证, 但是对于许多初学者来说, 编写起来仍然很棘手。与同步双检查锁定相比,枚举单例实在是太简单了。如果你不相信, 那就比较一下下面的传统双检查锁定单例和枚举单例的代码:

在 Java 中使用枚举的单例

这是我们通常声明枚举的单例的方式,它可能包含实例变量和实例方法,但为了简单起见,我没有使用任何实例方法,只是要注意,如果你使用的实例方法且该方法能改变对象的状态的话, 则需要确保该方法的线程安全。默认情况下,创建枚举实例是线程安全的,但 Enum 上的任何其他方法是否线程安全都是程序员的责任。

/**
* 使用 Java 枚举的单例模式示例
*/
public enum EasySingleton{
    INSTANCE;
}

你可以通过EasySingleton.INSTANCE来处理它,这比在单例上调用getInstance()方法容易得多。

具有双检查锁定的单例示例

下面的代码是单例模式中双重检查锁定的示例,此处的 getInstance() 方法检查两次,以查看 INSTANCE 是否为空,这就是为什么它被称为双检查锁定模式,请记住,双检查锁定是代理之前Java 5,但Java5内存模型中易失变量的干扰,它应该工作完美。

/**
* 单例模式示例,双重锁定检查
*/
public class DoubleCheckedLockingSingleton{
     private volatile DoubleCheckedLockingSingleton INSTANCE;

     private DoubleCheckedLockingSingleton(){}

     public DoubleCheckedLockingSingleton getInstance(){
         if(INSTANCE == null){
            synchronized(DoubleCheckedLockingSingleton.class){
                //double checking Singleton instance
                if(INSTANCE == null){
                    INSTANCE = new DoubleCheckedLockingSingleton();
                }
            }
         }
         return INSTANCE;
     }
}

你可以调用DoubleCheckedLockingSingleton.getInstance() 来获取此单例类的访问权限。

现在,只需查看创建延迟加载的线程安全的 Singleton 所需的代码量。使用枚举单例模式, 你可以在一行中具有该模式, 因为创建枚举实例是线程安全的, 并且由 JVM 进行。

人们可能会争辩说,有更好的方法来编写 Singleton 而不是双检查锁定方法, 但每种方法都有自己的优点和缺点, 就像我最喜欢在类加载时创建的静态字段 Singleton, 如下面所示, 但请记住, 这不是一个延迟加载单例:

单例模式用静态工厂方法

在 Java 中影响 Singleton 模式的方法之一,因为 Singleton 实例是静态的,并且最后一个变量在类首次加载到内存时初始化,因此实例的创建本质上是线程安全的。

/**
* 单例模式示例与静态工厂方法
*/
public class Singleton{
    //initailzed during class loading
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    //to prevent creating another instance of Singleton
    private Singleton(){}

    public static Singleton getSingleton(){
        return INSTANCE;
    }
}

你可以调用 Singleton.getSingleton() 来获取此类的访问权限。

2) 枚举单例自行处理序列化

传统单例的另一个问题是,一旦实现可序列化接口,它们就不再是 Singleton, 因为 readObject() 方法总是返回一个新实例, 就像 Java 中的构造函数一样。通过使用 readResolve() 方法, 通过在以下示例中替换 Singeton 来避免这种情况:

//readResolve to prevent another instance of Singleton
private Object readResolve(){
    return INSTANCE;
}

如果 Singleton 类保持内部状态, 这将变得更加复杂, 因为你需要标记为 transient(不被序列化),但使用枚举单例, 序列化由 JVM 进行。

3) 创建枚举实例是线程安全的

如第 1 点所述,因为 Enum 实例的创建在默认情况下是线程安全的, 你无需担心是否要做双重检查锁定。

总之, 在保证序列化和线程安全的情况下,使用两行代码枚举单例模式是在 Java 5 以后的世界中创建 Singleton 的最佳方式。

7. 编写 Java 程序时, 如何在 Java 中创建死锁并修复它？

什么是死锁？
当两个或多个线程在等待彼此释放所需的资源(锁定)并陷入无限等待即是死锁。它仅在多任务或多线程的情况下发生。

如何检测 Java 中的死锁？
如果一个嵌套的同步块，或从一个同步的方法调用其他同步方法, 或试图在不同的对象上获取锁, 就很容易造成死锁。
另一种方法是在运行应用程序时实际锁定时找到它, 尝试采取线程转储,在 Linux 中,你可以通过kill -3命令执行此操作, 这将打印应用程序日志文件中所有线程的状态, 并且你可以看到哪个线程被锁定在哪个线程对象上。可以使用 fastthread.io 网站等工具分析该线程转储, 这些工具允许你上载线程转储并对其进行分析。

编写一个将导致死锁的Java程序？

/**
 * Java 程序通过强制循环等待来创建死锁。
 *
 *
 */
public class DeadLockDemo {

    /*
     * 此方法请求两个锁,第一个字符串,然后整数
     */
     public void method1() {
        synchronized (String.class) {
            System.out.println("Aquired lock on String.class object");

            synchronized (Integer.class) {
                System.out.println("Aquired lock on Integer.class object");
            }
        }
    }


    /*
     * 此方法也请求相同的两个锁,但完全
     * 相反的顺序,即首先整数,然后字符串。
     * 如果一个线程持有字符串锁,则这会产生潜在的死锁
     * 和其他持有整数锁,他们等待对方,永远。
     */
     public void method2() {
        synchronized (Integer.class) {
            System.out.println("Aquired lock on Integer.class object");

            synchronized (String.class) {
                System.out.println("Aquired lock on String.class object");
            }
        }
    }
}

如果 method1() 和 method2() 都由两个或多个线程调用,则存在死锁的可能性, 因为如果线程 1 在执行 method1() 时在 Sting 对象上获取锁, 线程 2 在执行 method2() 时在 Integer 对象上获取锁, 等待彼此释放 Integer 和 String 上的锁以继续进行一步, 但这永远不会发生。

如何避免Java中的死锁？
仔细查看上面的代码,那么发现死锁的真正原因不是多个线程, 而是它们请求锁的方式, 如果提供有序访问, 则问题将得到解决。
通过避免循环等待，而避免死锁, 而不需要抢占, 这是需要死锁的四个条件之一。

public class DeadLockFixed {

    /**
     * 两种方法现在都以相同的顺序请求锁,首先采用整数,然后是 String。
     * 你也可以做反向,例如,第一个字符串,然后整数,
     * 只要两种方法都请求锁定,两者都能解决问题
     * 顺序一致。
     */
    public void method1() {
        synchronized (Integer.class) {
            System.out.println("Aquired lock on Integer.class object");

            synchronized (String.class) {
                System.out.println("Aquired lock on String.class object");
            }
        }
    }

    public void method2() {
        synchronized (Integer.class) {
            System.out.println("Aquired lock on Integer.class object");

            synchronized (String.class) {
                System.out.println("Aquired lock on String.class object");
            }
        }
    }
}

现在没有任何死锁,因为两种方法都按相同的顺序访问 Integer 和 String 类文本上的锁。因此,如果线程 A 在 Integer 对象上获取锁, 则线程 B 不会继续, 直到线程 A 释放 Integer 锁, 即使线程 B 持有 String 锁, 线程 A 也不会被阻止, 因为现在线程 B 不会期望线程 A 释放 Integer 锁以继续。

8. 如果Serializable类包含一个不可序列化的成员，会发生什么？你是如何解决的？

什么是 Java 序列化
序列化是把对象改成可以存到磁盘或通过网络发送到其他运行中的 Java 虚拟机的二进制格式的过程, 并可以通过反序列化恢复对象状态. Java 序列化API给开发人员提供了一个标准机制, 通过 java.io.Serializable 和 java.io.Externalizable 接口, ObjectInputStream 及ObjectOutputStream 处理对象序列化. Java 程序员可自由选择基于类结构的标准序列化或是他们自定义的二进制格式, 通常认为后者才是最佳实践, 因为序列化的二进制文件格式成为类输出 API的一部分, 可能破坏 Java 中私有和包可见的属性的封装.

如何序列化
Java 类只需要实现 java.io.Serializable 接口, JVM 就会把 Object 对象按默认格式序列化.
通过实现添加接口来更改类的结构时, 添加或删除任何字段可能会破坏默认序列化, 这可以通过自定义二进制格式使不兼容的可能性最小化, 但仍需要大量的努力来确保向后兼容性

可序列化的方法有多少？如果没有方法,那么可序列化接口的用途是什么？
可序列化 Serializalbe 接口存在于java.io包中,构成了 Java 序列化机制的核心。它没有任何方法, 在 Java 中也称为标记接口。当类实现 java.io.Serializable 接口时, 它将在 Java 中变得可序列化, 并指示编译器使用 Java 序列化机制序列化此对象。

什么是 serialVersionUID ？如果你不定义这个, 会发生什么？
serialVersionUID 是一个 private static final long 型 ID, 当它被印在对象上时, 它通常是对象的哈希码,可以使用 serialver 这个 JDK 工具来查看序列化对象的 serialVersionUID。SerialVerionUID 用于对象的版本控制。也可以在类文件中指定 serialVersionUID。不指定 serialVersionUID的后果是,当你添加或修改类中的任何字段时, 则已序列化类将无法恢复, 因为为新类和旧序列化对象生成的 serialVersionUID 将有所不同。Java 序列化过程依赖于正确的序列化对象恢复状态的,并在序列化对象序列版本不匹配的情况下引发 java.io.InvalidClassException 无效类异常.

序列化时,你希望某些成员不要序列化？你如何实现它？
若不希望任何字段是对象的状态的一部分, 然后声明它静态或瞬态根据你的需要, 这样就不会是在 Java 序列化过程中被包含在内。

如果类中的一个成员未实现可序列化接口, 会发生什么情况？
在运行时将引发不可序列化异常 NotSerializableException

如果类是可序列化的, 但其超类不是, 则反序列化后从超级类继承的实例变量的状态如何？
Java 序列化过程仅在对象层次都是可序列化结构中继续, 即实现 Java 中的可序列化接口, 并且从超级类继承的实例变量的值将通过调用构造函数初始化, 在反序列化过程中不可序列化的超级类。一旦构造函数链接将启动, 就不可能停止, 因此, 即使层次结构中较高的类实现可序列化接口, 也将执行构造函数。

是否可以自定义序列化过程, 或者是否可以覆盖 Java 中的默认序列化过程？
可以,对于序列化一个对象需调用 ObjectOutputStream.writeObject(saveThisObject), 并用 ObjectInputStream.readObject() 读取对象, 但 Java 虚拟机为你提供的还有一件事, 是定义这两个方法。如果在类中定义这两种方法, 则 JVM 将调用这两种方法, 而不是应用默认序列化机制。你可以在此处通过执行任何类型的预处理或后处理任务来自定义对象序列化和反序列化的行为。

假设新类的超级类实现可序列化接口, 如何避免新类被序列化？
为了避免 Java 序列化,需要在类中实现 writeObject() 和 readObject() 方法, 并且需要从该方法引发不序列化异常NotSerializableException。

在 Java 中的序列化和反序列化过程中使用哪些方法？
readObject() 的用法、writeObject()、readExternal() 和 writeExternal()。Java 序列化由java.io.ObjectOutputStream类完成。该类是一个筛选器流, 它封装在较低级别的字节流中, 以处理序列化机制。要通过序列化机制存储任何对象, 我们调用 ObjectOutputStream.writeObject(savethisobject), 并反序列化该对象, 我们称之为 ObjectInputStream.readObject()方法。调用以 writeObject() 方法在 java 中触发序列化过程。关于 readObject() 方法, 需要注意的一点很重要一点是, 它用于从持久性读取字节, 并从这些字节创建对象, 并返回一个对象, 该对象需要类型强制转换为正确的类型。

假设有一个类,它序列化并存储在持久性中, 然后修改了该类以添加新字段。如果对已序列化的对象进行反序列化, 会发生什么情况？
这取决于类是否具有其自己的 serialVersionUID。正如我们从上面的问题知道, 如果我们不提供 serialVersionUID, 则 Java 编译器将生成它, 通常它等于对象的哈希代码。通过添加任何新字段, 有可能为该类新版本生成的新 serialVersionUID 与已序列化的对象不同, 在这种情况下, Java 序列化 API 将引发 java.io.InvalidClassException, 因此建议在代码中拥有自己的 serialVersionUID, 并确保在单个类中始终保持不变。

9. 为什么Java中 wait 方法需要在 synchronized 的方法中调用？

用 Java 中的 synchronized 方法或 synchronized 块调用 Java 中的 wait()，notify() 或 notifyAll() 方法来避免：

1) Java 会抛出 IllegalMonitorStateException，如果我们不调用来自同步上下文的wait()，notify()或者notifyAll()方法。

2) Javac 中 wait 和 notify 方法之间的任何潜在竞争条件。

10.你能用Java覆盖静态方法吗？如果我在子类中创建相同的方法是编译时错误？

你不能覆盖Java中的静态方法，因为方法覆盖基于运行时的动态绑定，静态方法在编译时使用静态绑定进行绑定。虽然可以在子类中声明一个具有相同名称和方法签名的方法，看起来可以在Java中覆盖静态方法，但实际上这是方法隐藏。Java不会在运行时解析方法调用，并且根据用于调用静态方法的 Object 类型，将调用相应的方法。这意味着如果你使用父类的类型来调用静态方法，那么原始静态将从父类中调用，另一方面如果你使用子类的类型来调用静态方法，则会调用来自子类的方法。简而言之，你无法在Java中覆盖静态方法。如果你使用像Eclipse或Netbeans这样的Java IDE，它们将显示警告静态方法应该使用类名而不是使用对象来调用，因为静态方法不能在Java中重写。

/**
 *
 * Java program which demonstrate that we can not override static method in Java.
 * Had Static method can be overridden, with Super class type and sub class object
 * static method from sub class would be called in our example, which is not the case.
 */
public class CanWeOverrideStaticMethod {

    public static void main(String args[]) {

        Screen scrn = new ColorScreen();

        //if we can  override static , this should call method from Child class
        scrn.show(); //IDE will show warning, static method should be called from classname

    }

}

class Screen{
    /*
     * public static method which can not be overridden in Java
     */
    public static void show(){
        System.out.printf("Static method from parent class");
    }
}

class ColorScreen extends Screen{
    /*
     * static method of same name and method signature as existed in super
     * class, this is not method overriding instead this is called
     * method hiding in Java
     */
    public static void show(){
        System.err.println("Overridden static method in Child Class in Java");
    }
}

输出:

Static method from parent class

此输出确认你无法覆盖Java中的静态方法，并且静态方法基于类型信息而不是基于Object进行绑定。如果要覆盖静态mehtod，则会调用子类或 ColorScreen 中的方法。这一切都在讨论中我们可以覆盖Java中的静态方法。我们已经确认没有，我们不能覆盖静态方法，我们只能在Java中隐藏静态方法。创建具有相同名称和mehtod签名的静态方法称为Java隐藏方法。IDE将显示警告：”静态方法应该使用类名而不是使用对象来调用”, 因为静态方法不能在Java中重写。

赏

纯属好玩