java开发面试题（提高篇）

一、API扩展

（1） synchronized关键字底层锁升级是怎样实现的

java中，锁是一种用于线程同步的机制，为了提高性能，就那些锁升级操作。
1.偏向锁：当一个线程获取锁时，会在对象头部记录该线程的ID，并标记为偏向锁，此后再次执行相同线程请求锁的操作，就可以直接获得锁
2.轻量级锁（自旋锁）：多个线程竞争同一个锁时，偏向锁就会升级为轻量级锁。轻量级锁使用CAS（比较-交换） 操作来实现
将对象头部的标记字段修改为指向线程私有的锁记录。如果CAS操作成功，表示当前线程获取了锁。
3.重量级锁：当多个线程竞争同一个锁并且轻量级锁获取失败，会升级为重量级锁，依赖于操作系统的底层同步机制。会导致线程阻塞和切换，且性能开销较大，重量级锁会让未获取到锁的线程进入阻塞状态。一旦锁被释放，操作系统会唤醒其中一个等待的线程，以此来解决竞争问题

（2）volatile关键字是什么

1. 可见性：保证了变量的可见性，当修改此变量的值时，其他线程可以立即看到修改后的值，不会使用缓存中的旧值。
2. 禁止指令重排序：指令重排序是编译器和处理器为了提高执行效率而进行的操作，可能会导致多线程程序出现问题。
3. 不保证原子性：如果一个操作涉及到多个步骤，且需要保证原子性的话，还需要使用其他的同步手段：synchronized关键字等

（3）IO和NIO的区别

1.阻塞与非阻塞：
IO是阻塞的，也称为同步模型。如果没有数据可读或无法立即写入，线程会被阻塞；相反，NIO是非阻塞（异步）
2.缓冲：
IO使用字节流和字符流，通常用缓冲流提供缓冲功能，NIO的Channel和Buffer提供内置缓冲功能。
3.数据处理方式：
IO是以流为基础的，每次读取一个或多个字节或字符。NIO是以缓冲区（Buffer）为基础的，可以一次读取或写入过个数据。
4.选择器：
NIO中的selector提供多路复用的功能，一个线程处理多个Channel的IO操作。这种机制允许同时监听多个输入流，只有在有数据可读或可写时才会被唤醒。

（4） HashMap的put操作流程是怎么样的

1.计算键的哈希值：通过hashCode()方法计算，键对象转换为整数计算出来哈希值，将键映射到哈希表的索引位置
2.映射哈希值到数组索引位置，进行与操作（hash& (length -1)）
3.检查数组位置是否已经存在元素：为空表示没有冲突，直接将值放入
4.冲突处理：如果该位置已经存在元素，需要进行冲突处理。HashMap才用拉链法来解决冲突，找到相同的健泽更新对应的值。
5.动态扩容：插入键值对后，判断是否需要扩容，当前元素数量大于等于负载因子乘以容量，则需要扩容。

（5）说说你对ThreadLocal的理解

ThreadLocal是一个Java中的线程局部变量。主要是用来为每个线程提供一个独立的变量副本，每个线程都可以独立地操作自己的副本互不干扰。

1. 线程隔离：都有独立的副本，线程之间的变量不会相互冲突，可以避免数据竞争和线程安全问题。
2. 解决共享资源问题：多个线程需要访问同一个变量时，可以使用ThreadLocal来解决，无需使用锁或者同步机制。
3. 垃圾回收：使用ThreadLocalMap来存储每个线程的变量副本，键是ThreadLocal实例本身，值是该线程的变量副本。线程结束后，线程本地变量会自动被回收，不会造成内存泄漏。

二、JVM技术

（1）JVM的构成

1.类加载子系统：负责将类读到内存，校验类的合法性、对类进行初始化
2.运行时数据区：方法区、堆区、栈区、计数器，负责存储类信息、对象信息、执行逻辑
3.执行引擎：负责从指定地址对应的内存中读取数据然后解释执行以及垃圾回收
4.本地库接口：负责实现java语言与其他编程语言的协同

（2）JVM堆的构成和分配内存的过程

主要用于创建JAVA对象，由年轻代和老年代构成，年轻代又分Eden 伊甸园区和两个幸存者区

1.编译器通过逃逸分析确定对象是栈还是堆上分配
2.如果是堆上分配，首先检测是否可在TLAB（线程本地分配缓冲区）上直接分配
3.如果TLAB上无法直接分配则在Eden加锁区进行分配
4.如果Eden区无法存储对象，则执行Yong GC
5.如果Yong GC之后 还不足以存储对象，则直接分配在老年代

（3） 内存中方法和变量存在位置

方法区：实例方法和静态方法，静态变量（都是属于类属性）
堆：实例变量（属于对象属性）
栈：局部变量（属于方法内部变量），调用方法时会获取到栈中进行执行

（4）什么是内存泄露以及导致的原因

程序运行时，动态分配的内存空间，在使用完毕后未得到释放，结果一直占用着内存单元，这个现象称为内存泄露
原因：

1. 大量使用静态变量
2. IO或连接资源没及时关闭
3. 内部类的使用方式存在问题
4. ThreadLocal应用不当，没有remove操作
5. 缓存应用不当（尽量不要使用强引用–>对象类型定义的变量）

（5）四大引用类型的GC回收特点是什么

按照内存中的生命力强弱分出了四大引用类型，按强到弱分别是强引用、软引用（SoftReference）、弱引用（WeakReference）、虚引用

1. 强引用
   即使内存溢出也不会销毁

Object o1=new Object();//这里的o1就是强引用

2. 软引用
   内存不足时会被销毁

SoftReference<Object> sr=new SoftReference<Object>(new Object());//sr为软引用​
sr.get();//获取引用的对象

3. 弱引用
   在GC触发时被销毁

WeakReference<Object> sr=new WeakReference<Object>(new Object());//sr为弱引用

4. 虚引用
   相当于没有被引用，主要是用来记录被销毁的对象，当这个虚引用的对象被销毁时，此引用会存储到引用队列

ReferenceQueue<Object> referenceQueue=new ReferenceQueue<Object>();​
PhantomReference<Object> sr=​
new PhantomReference<Object>(new Object(),referenceQueue);//sr为虚引用

三、redis

（1）redis是什么

redis是一个使用C语言编写的高性能内存数据库，用键值对结构存储数据，一般用来做缓存、消息队列、分布式锁、同事支持事务、持久化等

（2）基础数据类型有哪些

1. String 字符串
2. list 列表
3. hash 字典
4. set 集合
5. zset 有序列表

（3）什么是缓存穿透及解决方案

当访问一个缓存和数据库都不存在的key时，请求会直接打在数据库上，这时缓存就像被穿透了一样，起不到作用，加入有一些恶意的请求故意查询不存在的key，请求量很大，会对数据库造成很大的压力。
解决方案：

1. 接口校验。 在最外层先做一层校验，用户鉴权，数据合法性校验等
2. 缓存空值。当访问缓存和数据库都没有查询到值时，可以将空值写进缓存，但是设置较短的过期时间
3. 布隆过滤器。存储可能访问的所有key，不存在的key直接被过滤，可把所有可能存在的key放在一个大的Bitmap中，查询时通过该bitmap过滤

（4）什么是缓存雪崩及解决方案

缓存服务器重启或者大量缓存集中在某一个时间段失效，造成瞬时数据库请求量大，导致系统崩溃
解决方案：

1. 打散过期时间：不同的key设置不同的过期时间
2. 做二级缓存：一级失效时，二级做兜底
3. 加互斥锁：缓存失效后，通过加锁或者队列来控制写缓存的线程数量，减少压力
4. 热点数据不过期。