10个艰难的Java面试题与答案("Java面试难关：10道高难度题目及详细解答")

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ithorizon 7个月前 (10-20) 阅读数 19 #后端开发

Java面试难关：10道高难度题目及详细解答

一、什么是Java中的不变类（Immutable Class）？怎样创建一个不变类？

不变类是指在创建后其状态（成员变量）不能改变的类。创建不变类通常遵循以下原则：

所有成员变量都是final的。

类是final的，防止子类继承。

没有设置成员变量的方法（setter方法）。

通过构造器初始化所有成员变量。

确保没有方法可以修改成员变量的值。

以下是一个不变类的示例：


public final class ImmutableClass {
    private final String name;
    private final int age;
    public ImmutableClass(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
}

二、什么是Java内存模型（JMM）？它解决了哪些问题？

Java内存模型（JMM）是Java虚拟机（JVM）的内存模型，它定义了Java程序中各种变量（线程共享的变量）的访问规则，同时也涉及到线程间的交互操作。

JMM核心解决了以下问题：

可见性：确保一个线程对共享变量的修改能够被其他线程看到。

原子性：确保线程对共享变量的操作是原子的，即不可分割的。

有序性：确保程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

三、什么是Java中的重入锁（ReentrantLock）？它与synchronized关键字有什么区别？

重入锁（ReentrantLock）是Java提供的一种显示锁，它实现了Lock接口。与synchronized关键字相比，ReentrantLock提供了更丰盈的功能，如下：

可中断的锁获取。

尝试非阻塞地获取锁。

拥护公平锁。

拥护多个条件。

以下是一个使用ReentrantLock的示例：


public class ReentrantLockExample {
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    public void method() {
        lock.lock();
        try {
            // critical section
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

synchronized关键字是Java提供的内置锁机制，其优点是单纯易用，缺点是功能相对较少。以下是使用synchronized关键字的示例：


public class SynchronizedExample {
    public synchronized void method() {
        // critical section
    }
}

四、什么是Java中的线程局部变量（ThreadLocal）？怎样使用它来防止线程平安问题？

线程局部变量（ThreadLocal）是Java提供的一种线程级别的变量，每个线程都有自己的变量副本。通过ThreadLocal，可以避免在多线程环境下共享变量引起的线程平安问题。

以下是一个使用ThreadLocal的示例：


public class ThreadLocalExample {
    private static final ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal<>();
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int finalI = i;
            new Thread(() -> {
                threadLocal.set(finalI);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + threadLocal.get());
            }).start();
        }
    }
}

五、什么是Java中的反射（Reflection）？反射有哪些核心用途？

Java中的反射是指程序在运行时能够获取任意一个类的内部信息，并能直接操作任意对象的内部属性及方法。

反射的核心用途包括：

动态创建对象。

动态调用方法。

动态访问字段。

动态修改行为。

以下是一个使用反射的示例：


public class ReflectionExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class clazz = Class.forName("java.util.ArrayList");
        Object instance = clazz.newInstance();
        Method method = clazz.getMethod("add", Object.class);
        method.invoke(instance, "Hello, World!");
        Field field = clazz.getDeclaredField("elementData");
        field.setAccessible(true);
        Object[] elementData = (Object[]) field.get(instance);
        System.out.println(elementData[0]);
    }
}

六、什么是Java中的泛型（Generics）？泛型有哪些优点和缺点？

Java中的泛型是一种类型参数化的机制，允许在编码时指定集合中元素的类型。泛型的核心优点和缺点如下：

优点：
- 类型平安：编译时检查类型，缩减运行时差错。
- 代码复用：编写更通用的代码。
- 更好的文档：泛型方法签名更清楚地描述了参数类型。

缺点：
类型擦除：泛型信息在运行时不可用，或许引起性能损失。

类型边界束缚：某些情况下，泛型类型参数不能用于原始类型。

以下是一个使用泛型的示例：


public class GenericExample {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList<>();
        list.add("Hello");
        list.add("World");
        for (String item : list) {
            System.out.println(item);
        }
    }
}

七、什么是Java中的代理（Proxy）模式？怎样使用Java的动态代理创建代理对象？

代理模式是一种设计模式，用于在不修改原有类的情况下，通过引入代理类来间接访问目标对象。Java提供了动态代理机制，可以在运行时创建代理对象。

以下是一个使用Java动态代理创建代理对象的示例：


public class ProxyExample {
    public interface HelloService {
        void sayHello();
    }
    public static class HelloServiceImpl implements HelloService {
        @Override
        public void sayHello() {
            System.out.println("Hello");
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        HelloService service = new HelloServiceImpl();
        HelloService proxyService = (HelloService) Proxy.newProxyInstance(
                service.getClass().getClassLoader(),
                service.getClass().getInterfaces(),
                (proxy, method, args1) -> {
                    System.out.println("Before method execution");
                    Object result = method.invoke(service, args1);
                    System.out.println("After method execution");
                    return result;
                }
        );
        proxyService.sayHello();
    }
}

八、什么是Java中的装饰者（Decorator）模式？怎样使用装饰者模式来扩大对象的功能？

装饰者模式是一种设计模式，用于在不修改原有对象的情况下，动态地给一个对象添加一些额外的职责。以下是一个使用装饰者模式的示例，用于扩大饮料的功能：


public abstract class Beverage {
    String description = "Unknown Beverage";
    public String getDescription() {
        return description;
    }
    public abstract double cost();
}
public class Coffee extends Beverage {
    public Coffee() {
        description = "Coffee";
    }
    @Override
    public double cost() {
        return 5.0;
    }
}
public abstract class CondimentDecorator extends Beverage {
    public abstract String getDescription();
}
public class Milk extends CondimentDecorator {
    private Beverage beverage;
    public Milk(Beverage beverage) {
        this.beverage = beverage;
    }
    @Override
    public String getDescription() {
        return beverage.getDescription() + ", Milk";
    }
    @Override
    public double cost() {
        return beverage.cost() + 0.5;
    }
}
public class DecoratorExample {
    public static void main(String[] args) {
        Beverage beverage = new Coffee();
        beverage = new Milk(beverage);
        System.out.println(beverage.getDescription() + " $" + beverage.cost());
    }
}

九、什么是Java中的观察者（Observer）模式？怎样使用观察者模式来实现事件监听和响应？

观察者模式是一种设计模式，当一个对象的状态出现变化时，它的所有依靠者（观察者）都会收到通知并自动更新。以下是一个使用观察者模式的示例，用于实现事件监听和响应：


public interface Observer {
    void update();
}
public class EventSource {
    private List observers = new ArrayList<>();
    public void addObserver(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }
    public void removeObserver(Observer observer) {
        observers.remove(observer);
    }
    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update();
        }
    }
}
public class ConcreteObserver implements Observer {
    private EventSource eventSource;
    public ConcreteObserver(EventSource eventSource) {
        this.eventSource = eventSource;
        eventSource.addObserver(this);
    }
    @Override
    public void update() {
        System.out.println("Event occurred");
    }
}
public class ObserverExample {
    public static void main(String[] args) {
        EventSource eventSource = new EventSource();
        ConcreteObserver observer = new ConcreteObserver(eventSource);
        eventSource.notifyObservers();
    }
}

十、什么是Java中的策略（Strategy）模式？怎样使用策略模式来灵活地切换算法？

策略模式是一种设计模式，用于定义一系列算法，将每个算法封装起来，并使它们可以互相替换。以下是一个使用策略模式的示例，用于灵活地切换排序算法：


public interface SortStrategy {
    void sort(int[] array);
}
public class BubbleSortStrategy implements SortStrategy {
    @Override
    public void sort(int[] array) {
        // Bubble sort algorithm
    }
}
public class QuickSortStrategy implements SortStrategy {
    @Override
    public void sort(int[] array) {
        // Quick sort algorithm
    }
}
public class Context {
    private SortStrategy sortStrategy;
    public Context(SortStrategy sortStrategy) {
        this.sortStrategy = sortStrategy;
    }
    public void setSortStrategy(SortStrategy sortStrategy) {
        this.sortStrategy = sortStrategy;
    }
    public void sort(int[] array) {
        sortStrategy.sort(array);
    }
}
public class StrategyExample {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {5, 2, 9, 1, 5, 6};
        Context context = new Context(new BubbleSortStrategy());
        context.sort(array);
        // Now switch to quick sort
        context.setSortStrategy(new QuickSortStrategy());
        context.sort(array);
    }
}