猿輔導Java后臺開發面試題及參考答案

?int 與 Integer 的區別是什么？若創建數量龐大的數字時使用 Integer，會對重復數字創建新對象嗎？

int 是 Java 中的基本數據類型，直接存儲數值，占用 4 個字節，默認值為 0，不需要通過 new 關鍵字創建，也不具備對象的特性，不能調用方法。而 Integer 是 int 的包裝類，屬于引用數據類型，存儲的是對象的引用（地址），默認值為 null，需要通過 new 關鍵字或自動裝箱創建，具備對象的特性，可以調用諸如 intValue()、compareTo() 等方法。

從使用場景來看，int 適用于簡單的數值運算、局部變量等場景，因為它在內存占用和訪問效率上更有優勢；Integer 則適用于需要對象特性的場景，比如作為集合（如 ArrayList<Integer>）的元素、泛型參數、反射調用等，因為集合和泛型不能直接使用基本數據類型。

關于創建數量龐大的數字時 Integer 是否對重復數字創建新對象，這涉及到 Integer 的緩存機制。Java 為了提高性能和減少內存占用，在 Integer 類中實現了一個緩存機制（IntegerCache），默認緩存了從 -128 到 127 之間的整數對象。當使用自動裝箱（如 Integer i = 100）或 valueOf() 方法創建這個范圍內的 Integer 對象時，會直接從緩存中獲取已存在的對象，而不會創建新對象；當數值超出這個范圍時，會創建新的 Integer 對象。例如：

Integer a = 100;
Integer b = 100;
System.out.println(a == b); // 輸出 true，因為從緩存獲取Integer c = 200;
Integer d = 200;
System.out.println(c == d); // 輸出 false，因為創建了新對象

不過，這個緩存范圍的上限（127）可以通過 JVM 參數?-XX:AutoBoxCacheMax=<size>?進行調整，但下限（-128）是固定的。

面試關鍵點：基本數據類型與包裝類的本質區別、自動裝箱/拆箱的原理、Integer 緩存機制的范圍和應用場景。

記憶法：可以通過“基值引對，緩存區間”來記憶，“基值”指 int 是基本數據類型存儲數值，“引對”指 Integer 是引用類型存儲對象引用，“緩存區間”則記住 -128 到 127 這個核心范圍。

String、StringBuilder、StringBuffer 的區別是什么？為什么阿里巴巴編程規約中不建議在 for 循環體里寫str += "a"這種代碼？

String、StringBuilder、StringBuffer 都是 Java 中用于處理字符串的類，但它們在可變性、線程安全性和性能上有顯著區別。

String 是不可變的（immutable），其底層是一個被 final 修飾的 char 數組（JDK 9 及以上改為 byte 數組），這意味著一旦創建 String 對象，其內容就無法修改。每次對 String 進行拼接、截取等操作時，都會創建新的 String 對象，原對象不會改變。這種特性使得 String 適合存儲不常修改的字符串，但頻繁修改時會產生大量無用對象，影響性能和內存。

StringBuilder 是可變的（mutable），底層也是一個 char 數組（或 byte 數組），但沒有被 final 修飾，其內部提供了 append()、insert() 等方法直接修改數組內容，不會創建新對象。它不具備線程安全特性，多個線程同時操作時可能出現數據不一致的問題，但由于避免了同步開銷，執行效率較高，適合單線程環境下頻繁修改字符串的場景。

StringBuffer 同樣是可變的，功能與 StringBuilder 基本一致，但它的所有方法都被 synchronized 修飾，具備線程安全特性。不過，同步機制會帶來額外的性能開銷，因此效率低于 StringBuilder，適合多線程環境下需要修改字符串的場景。

阿里巴巴編程規約不建議在 for 循環體里寫?str += "a"?這種代碼，核心原因與 String 的不可變性有關。在循環中使用?+=?拼接字符串時，每次拼接都會創建一個新的 String 對象，循環次數越多，產生的無用對象就越多，不僅會占用大量內存，還會增加垃圾回收的負擔，嚴重影響程序性能。例如，一個循環 1000 次的拼接操作，會創建 1000 個左右的 String 對象。

而如果使用 StringBuilder，通過 append() 方法進行拼接，整個過程只會創建一個 StringBuilder 對象，所有修改都在該對象內部完成，能顯著提升性能。示例如下：

// 不推薦的寫法
String str = "";
for (int i = 0; i < 1000; i++) {str += "a"; // 每次都會創建新的String對象
}// 推薦的寫法
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {sb.append("a"); // 僅在一個對象上操作
}
String result = sb.toString();

面試關鍵點：三者的可變性、線程安全性對比；String 不可變性的底層原因；循環中字符串拼接的性能問題及優化方案。

記憶法：可以用“String 不變，Build 快不安全，Buffer 慢但安全，循環拼接用 Build”來記憶，既區分了三者的核心特性，也記住了循環中的最佳實踐。

Java 的 4 個訪問修飾符（public、protected、default、private）的作用是什么？類可以使用哪些訪問修飾符？為什么？

Java 中的 4 個訪問修飾符用于控制類、方法、字段等成員的訪問權限，從權限由大到小依次為 public、protected、default（缺省，即不寫修飾符）、private，具體作用如下：

public：具有最大的訪問權限，被其修飾的成員可以在任何地方被訪問，無論是否在同一個類、同一個包或不同包中。例如，一個 public 修飾的類，其所有 public 成員在項目的任何類中都可直接訪問。

protected：被修飾的成員可以在本類、同一個包中的其他類，以及不同包中的子類中訪問。需要注意的是，不同包中的非子類無法訪問 protected 成員。例如，類 A 有一個 protected 方法，包外的類 B 繼承了 A，則 B 可以訪問 A 的該方法，但包外的非子類 C 不能訪問。

default（缺省）：當成員沒有顯式指定訪問修飾符時，默認使用該權限。被修飾的成員只能在本類和同一個包中的其他類中訪問，不同包中的類（包括子類）都無法訪問。

private：具有最小的訪問權限，被修飾的成員只能在當前類內部被訪問，同一個包中的其他類、不同包的類（包括子類）都無法直接訪問。通常用于封裝類的私有字段，通過 public 的 getter/setter 方法間接訪問，以保證數據的安全性。

關于類可以使用的訪問修飾符，只有 public 和 default 兩種。這是因為類的訪問修飾符需要考慮類的可見范圍：

  • public 修飾的類可以被項目中所有的類訪問，適合作為對外提供功能的接口或公共類。
  • default 修飾的類（即缺省）只能被同一個包中的類訪問，適合作為包內部的輔助類，對外隱藏實現細節。

而 protected 和 private 不能用于修飾類，原因如下：protected 的設計初衷是允許子類訪問父類的成員，若用于修飾類，在不同包中只有子類可訪問，但類的繼承關系并不能限制類本身的可見性，邏輯上不成立；private 修飾的類只能在自身內部被訪問，而類本身需要被其他類引用才能發揮作用，private 會導致類無法被外部使用，失去了存在的意義。

面試關鍵點：4 個訪問修飾符的權限范圍對比；類與類成員在訪問修飾符使用上的區別及原因；訪問修飾符在封裝和代碼安全性中的作用。

記憶法：可以通過“公全保包子，缺省同包友，私有僅自身；類修飾，公缺省，保護私有不可用”來記憶，前半句描述 4 個修飾符的權限范圍，后半句明確類的可用修飾符及原因。

Object 類中包含哪些常用方法？

Object 類是 Java 中所有類的根類，任何類都直接或間接繼承自 Object 類，因此它包含的方法是所有 Java 對象都具備的基礎功能，常用方法如下：

getClass()：返回當前對象的運行時類（Class 對象）。該方法是 final 修飾的，無法被重寫。通過它可以獲取對象的類信息，如類名、父類、實現的接口等，常用于反射機制。例如：obj.getClass().getName()?可獲取對象所屬類的全限定名。

hashCode()：返回對象的哈希碼值（int 類型）。哈希碼通常用于哈希表（如 HashMap、HashSet）中，作為對象的存儲索引，提高查找效率。默認實現是根據對象的內存地址計算的，但子類可以重寫該方法，通常與 equals() 方法一起重寫，以保證“相等的對象必須有相等的哈希碼”。

equals(Object obj)：判斷當前對象與參數 obj 是否“相等”。默認實現是?return (this == obj)，即比較兩個對象的內存地址（引用是否相同）。但實際業務中，通常需要重寫該方法來定義對象的邏輯相等（如兩個對象的屬性值相同則認為相等），重寫時需遵循自反性、對稱性、傳遞性等規則。

clone()：創建并返回當前對象的一個副本（克隆對象）。該方法是 protected 修飾的，子類若要使用需重寫并改為 public 修飾，且類需實現 Cloneable 接口（否則會拋出 CloneNotSupportedException）。克隆分為淺克隆和深克隆，默認是淺克隆（僅復制對象本身及基本類型字段，引用類型字段仍指向原對象）。

toString()：返回對象的字符串表示形式。默認實現是?getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode())，即類名@哈希碼的十六進制形式。實際開發中通常重寫該方法，返回對象的關鍵屬性信息，方便日志打印和調試。

notify()：喚醒在此對象的監視器上等待的單個線程。若有多個線程等待，隨機選擇一個喚醒，該線程需重新獲取對象的鎖才能繼續執行。

notifyAll()：喚醒在此對象的監視器上等待的所有線程，這些線程會競爭獲取對象的鎖，最終只有一個線程能獲得鎖并繼續執行，其他線程繼續等待。

wait()：使當前線程進入等待狀態，釋放對象的鎖，并在其他線程調用該對象的 notify() 或 notifyAll() 方法時被喚醒，或等待指定時間后自動喚醒。該方法有三個重載版本：wait()（無限期等待）、wait(long timeout)（等待指定毫秒數）、wait(long timeout, int nanos)（更精確的等待時間）。

finalize()：當垃圾回收器確定對象不再被引用時，會調用該方法進行資源清理。但該方法的執行時間不確定，且 Java 9 及以上已標記為過時（deprecated），不推薦使用，通常用 try-with-resources 或顯式的 close() 方法替代。

面試關鍵點：各方法的功能和使用場景；hashCode() 與 equals() 的關系；clone() 的克隆機制；wait() 與 notify()/notifyAll() 在多線程通信中的作用。

記憶法：可以用“類信 getClass，哈希 equals 辨，克隆 clone 制副本，toString 顯信息，notify 喚醒 wait 眠，finalize 回收前”來記憶，每句對應一個核心方法的功能，便于快速聯想。

Object 類中的 equals () 和 hashCode () 默認實現是什么？重寫 equals () 但不重寫 hashCode () 會有什么問題？

Object 類中 equals() 方法的默認實現是比較兩個對象的引用是否相同，即判斷兩個對象是否指向同一塊內存地址，其源碼大致為：public boolean equals(Object obj) { return (this == obj); }。這里的?==?對于基本數據類型是比較值，對于引用數據類型就是比較內存地址。

hashCode() 方法的默認實現是根據對象的內存地址計算出一個整數哈希碼值，源碼通常通過本地方法（native method）實現，如?public native int hashCode();。這意味著不同內存地址的對象，其默認哈希碼一般不同；同一對象（內存地址不變）的哈希碼始終相同。

在 Java 中，hashCode() 和 equals() 存在一個重要的約定：如果兩個對象通過 equals() 方法判斷為相等（返回 true），那么它們的 hashCode() 方法必須返回相同的哈希碼；反之，兩個對象的 hashCode() 返回相同的哈希碼，它們的 equals() 不一定返回 true（哈希沖突允許存在）。

若重寫了 equals() 但沒有重寫 hashCode()，會違反上述約定，引發一系列問題，尤其是在使用哈希表（如 HashMap、HashSet、HashTable 等）時：

當兩個對象通過重寫的 equals() 方法判斷為相等時，由于未重寫 hashCode()，它們的默認哈希碼可能不同（因為內存地址不同）。在 HashMap 中，對象的存儲位置由 hashCode() 計算的哈希值決定，這會導致兩個相等的對象被存入不同的桶中。此時，當使用 containsKey() 或 contains() 等方法查找對象時，可能無法找到預期的對象，因為哈希表會先根據 hashCode() 定位桶，再在桶內通過 equals() 比較，而兩個相等的對象可能在不同的桶中，導致查找失敗。

例如：

class Person {private String name;public Person(String name) {this.name = name;}// 重寫equals()，認為name相同則對象相等@Overridepublic boolean equals(Object obj) {if (this == obj) return true;if (obj == null || getClass() != obj.getClass()) return false;Person person = (Person) obj;return name.equals(person.name);}// 未重寫hashCode()
}public class Test {public static void main(String[] args) {Person p1 = new Person("Alice");Person p2 = new Person("Alice");System.out.println(p1.equals(p2)); // 輸出true，認為相等HashMap<Person, Integer> map = new HashMap<>();map.put(p1, 1);System.out.println(map.get(p2)); // 輸出null，因為p1和p2哈希碼不同，get(p2)找不到}
}

上述代碼中，p1 和 p2 通過 equals() 判斷為相等，但由于未重寫 hashCode()，它們的哈希碼不同，導致 p2 無法從 HashMap 中獲取到 p1 存入的值，違背了哈希表的設計邏輯。

面試關鍵點：equals() 和 hashCode() 的默認實現邏輯；兩者的約定關系；未同時重寫時在哈希表中的問題；重寫時的最佳實踐（如基于相同字段計算哈希碼）。

記憶法：可以用“默認 equals 比地址，hashCode 隨地址；重寫 equals 必重寫 hashCode，否則哈希表找不著”來記憶，突出兩者的關聯和不同步重寫的后果。

final 關鍵字和 finally 關鍵字的區別是什么？

final 和 finally 是 Java 中功能完全不同的關鍵字，主要區別體現在作用、使用場景和語法上。

final 關鍵字用于限制程序元素的可變性，可修飾類、方法和變量，分別產生不同的約束：修飾類時，該類不能被繼承（如 String 類被 final 修飾，無法創建其子類）；修飾方法時，該方法不能被子類重寫（可防止方法實現被篡改）；修飾變量時，變量一旦被賦值就不能再修改（對于基本類型，值不可變；對于引用類型，引用地址不可變，但對象內容可修改）。例如：

// final修飾類，不可繼承
final class FinalClass {}// final修飾方法，不可重寫
class Parent {final void finalMethod() {}
}
class Child extends Parent {// 編譯錯誤，無法重寫final方法// void finalMethod() {}
}// final修飾變量，不可修改
class Test {final int num = 10;void changeNum() {// 編譯錯誤，無法修改final變量// num = 20;}
}

finally 關鍵字僅用于異常處理機制，與 try 語句塊配合使用，用于定義無論是否發生異常都必須執行的代碼塊。通常用于釋放資源（如關閉文件流、數據庫連接等），確保資源不會因異常而泄漏。例如：

FileInputStream fis = null;
try {fis = new FileInputStream("file.txt");// 讀取文件操作
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
} finally {// 無論是否發生異常，都關閉流if (fis != null) {try {fis.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

需要注意，finally 唯一不執行的情況是在 try 或 catch 塊中調用了 System.exit(0)（終止虛擬機），此時程序直接退出，finally 塊不會執行。

面試關鍵點：final 對類、方法、變量的不同約束；finally 在異常處理中的作用及執行時機；兩者在語法和功能上的本質區別。

記憶法：可通過“final 定不可變，類不繼、法不重、量不改；finally 保執行，資源釋放離不了”來記憶，清晰區分兩者的核心特性。

Java 的異常體系結構是怎樣的？項目中如何使用異常？受檢異常和非受檢異常的區別是什么？（舉例：運行時異常如 NullPointerException，非運行時異常如 IOException）

Java 的異常體系以 Throwable 為根類，所有異常和錯誤都直接或間接繼承自該類，體系結構可分為兩大分支：

一是 Error，代表程序無法處理的嚴重錯誤，通常由 JVM 拋出，如 OutOfMemoryError（內存溢出）、StackOverflowError（棧溢出）等。這類錯誤發生時，程序一般會終止，開發者無需捕獲或處理，因為通常無法通過代碼修復。

二是 Exception，代表程序可以處理的異常，是開發者需要關注的核心。Exception 又分為兩類：受檢異常（Checked Exception）和非受檢異常（Unchecked Exception）。

受檢異常是指除 RuntimeException 及其子類之外的 Exception 子類（如 IOException、SQLException 等）。編譯器會強制要求開發者處理這類異常，要么通過 try-catch 塊捕獲，要么在方法上用 throws 聲明拋出，否則編譯不通過。例如，讀取文件時可能拋出的 IOException 就是受檢異常，必須顯式處理。

非受檢異常即 RuntimeException 及其子類（如 NullPointerException、IndexOutOfBoundsException、IllegalArgumentException 等）。這類異常通常由程序邏輯錯誤導致，編譯器不強制要求處理，開發者可根據需要選擇捕獲或拋出。例如，調用 null 對象的方法會拋出 NullPointerException，屬于非受檢異常。

項目中使用異常需遵循以下原則：避免濫用異常（不應用異常控制正常流程）；具體明確（捕獲特定異常而非籠統的 Exception）；不吞異常（避免空的 catch 塊，至少記錄日志）；傳遞有意義的信息（異常信息應清晰描述錯誤原因）；資源釋放放在 finally 或使用 try-with-resources。例如：

// 合理使用異常示例
public String readFile(String path) throws IOException { // 聲明受檢異常try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(path))) { // try-with-resources自動釋放資源return br.readLine();} catch (FileNotFoundException e) { // 捕獲特定異常log.error("文件未找到: {}", path, e); // 記錄日志throw new RuntimeException("讀取文件失敗: 文件不存在", e); // 包裝異常并拋出}
}

受檢異常和非受檢異常的核心區別：受檢異常在編譯期檢查，必須顯式處理；非受檢異常在運行期發生，編譯期不強制處理。前者通常與外部資源交互相關（如 IO、數據庫操作），后者多與程序邏輯錯誤相關（如空指針、數組越界）。

面試關鍵點：異常體系的層級結構；Error 與 Exception 的區別；受檢與非受檢異常的判斷標準及處理差異；項目中異常處理的最佳實踐。

記憶法：可通過“Throwable 為根，Error 嚴重 Exception 可處理；受檢編譯必處理，非受運行邏輯錯”來記憶，快速梳理體系和核心區別。

什么是 Java 反射機制？框架中哪些地方用到了反射？

Java 反射機制是指程序在運行時可以動態獲取類的信息（如類名、父類、接口、方法、字段等），并能動態調用類的方法、訪問或修改字段的能力。這種動態性打破了編譯期的類型約束，允許程序在運行時操作未知類型的對象。

反射的實現依賴于 Java 提供的 java.lang.reflect 包，核心類包括：Class（代表類的字節碼對象，是反射的入口）、Method（代表類的方法）、Field（代表類的字段）、Constructor（代表類的構造方法）等。通過這些類，可完成反射的核心操作：獲取 Class 對象（如 Class.forName("com.example.User")、user.getClass()、User.class）；獲取類的成員（如 getMethods() 獲取所有公共方法、getDeclaredFields() 獲取所有字段）；調用方法（如 method.invoke(obj, args)）；訪問或修改字段（如 field.set(obj, value)）。

例如，通過反射創建對象并調用方法：

class User {private String name;public User(String name) {this.name = name;}public void sayHello() {System.out.println("Hello, " + name);}
}public class ReflectionDemo {public static void main(String[] args) throws Exception {// 獲取Class對象Class<?> userClass = Class.forName("User");// 獲取構造方法并創建對象Constructor<?> constructor = userClass.getConstructor(String.class);Object user = constructor.newInstance("Alice");// 獲取方法并調用Method sayHelloMethod = userClass.getMethod("sayHello");sayHelloMethod.invoke(user); // 輸出：Hello, Alice}
}

反射在眾多框架中被廣泛使用，是框架實現靈活性和動態性的核心技術：

Spring 框架的 IOC（控制反轉）容器通過反射創建對象：當 Spring 啟動時，解析配置文件或注解（如 @Component），獲取類的全限定名，通過 Class.forName() 加載類，再用反射調用構造方法創建對象，存入容器中管理。

MyBatis 框架的 SQL 映射：MyBatis 解析 Mapper 接口和 XML 配置后，通過反射動態生成接口的代理對象；在結果集映射時，使用反射將數據庫字段值設置到 Java 對象的對應字段中。

JUnit 測試框架：如 @Test 注解，JUnit 運行時通過反射掃描類中帶有 @Test 的方法，并動態調用這些方法執行測試。

注解處理器：許多框架（如 Lombok、Spring Boot）通過反射解析類、方法上的注解（如 @Data、@Controller），根據注解信息生成代碼或執行特定邏輯。

面試關鍵點：反射的定義和核心類；反射的基本操作（獲取 Class 對象、調用方法等）；反射在主流框架中的具體應用；反射的優缺點（靈活性高但性能略低、破壞封裝性）。

記憶法：可通過“反射運行時，探類獲信息，調方法改屬性，框架動態靠它起”來記憶，概括反射的核心能力和應用場景。

什么是 Java 泛型？泛型擦除是什么意思？List<int> list = new ArrayList()這種寫法有什么問題？

Java 泛型是 JDK 5 引入的特性，允許在定義類、接口、方法時指定類型參數（即參數化類型），使代碼能操作多種數據類型而無需重復編寫，同時在編譯期提供類型安全檢查，避免運行時的 ClassCastException。

泛型的核心作用是“參數化類型”，例如定義泛型類：

// 泛型類，T為類型參數
class Box<T> {private T value;public T getValue() { return value; }public void setValue(T value) { this.value = value; }
}// 使用時指定具體類型
Box<String> stringBox = new Box<>();
stringBox.setValue("Hello");
String str = stringBox.getValue(); // 無需強制轉換，編譯期檢查類型

泛型擦除是指 Java 泛型僅在編譯期有效，編譯后字節碼中會移除泛型的類型參數信息，替換為原始類型（即泛型類定義時的上限類型，若無上限則為 Object）。例如，編譯后的 Box<String> 和 Box<Integer> 都會被擦除為 Box（原始類型），這是因為 Java 為了兼容泛型引入前的代碼而采用的“偽泛型”實現。

泛型擦除會導致一些現象：運行時無法獲取泛型的具體類型（如 list.getClass() == ArrayList.class，無論泛型參數是什么）；泛型數組創建受限（如 new T[] 不允許，需強制轉換）；靜態方法中不能使用類的泛型參數（因為靜態成員屬于類，而泛型參數與實例相關）。

List<int> list = new ArrayList()?這種寫法存在兩個問題：

一是泛型參數不支持基本數據類型。Java 泛型的類型參數必須是引用類型（如 Integer、String），而 int 是基本數據類型，無法作為泛型參數。這是因為泛型擦除后會使用 Object 或上限類型存儲數據，而基本數據類型不繼承自 Object，無法直接存儲，需通過包裝類（如 Integer）實現。正確寫法應為?List<Integer> list = new ArrayList<>()。

二是未使用菱形語法（Diamond Operator），雖然在 JDK 7 及以上允許右側省略泛型參數（即?new ArrayList<>()），但左側聲明了泛型而右側未明確時，仍能編譯通過（兼容舊代碼），但可能失去部分類型安全檢查。更規范的寫法是兩側保持一致，即?List<Integer> list = new ArrayList<>()。

面試關鍵點：泛型的定義和作用；泛型擦除的概念及影響；泛型對基本數據類型的限制；泛型在集合、方法中的應用。

記憶法：可通過“泛型參數化，編譯保安全；擦除去類型，基本不用包裝換”來記憶，涵蓋泛型的核心特性和常見問題。

什么是 Java 注解？注解有哪些常見用途？

Java 注解（Annotation）是 JDK 5 引入的一種特殊標記，用于為代碼（類、方法、字段等）提供元數據（描述數據的數據）。注解本身不直接影響代碼的執行邏輯，但可通過工具（編譯器、框架等）在編譯期或運行時解析這些元數據，從而實現特定功能。

注解的定義與接口類似，需使用 @interface 關鍵字，可包含成員變量（以方法形式聲明），并可通過元注解（修飾注解的注解）指定其保留策略、適用目標等。常見的元注解包括：

  • @Retention：指定注解的保留階段，有 SOURCE（僅編譯期保留，如 @Override）、CLASS（編譯期保留到字節碼，默認）、RUNTIME（保留到運行時，可通過反射獲取，如 @Controller）。
  • @Target：指定注解可修飾的元素（如 TYPE 用于類、METHOD 用于方法、FIELD 用于字段等）。
  • @Inherited：允許子類繼承父類的注解。
  • @Documented：注解會被包含在 Javadoc 文檔中。

例如，定義一個簡單的注解：

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface Log {String value() default "操作日志"; // 注解成員，默認值為"操作日志"
}

注解的常見用途包括：

  1. 編譯期檢查與提示：編譯器可通過注解檢測代碼錯誤或提供提示。例如 @Override 用于標記方法重寫父類方法，若方法簽名與父類不一致，編譯器會報錯；@Deprecated 標記過時的類或方法，使用時編譯器會警告。

  2. 框架配置與依賴注入：主流框架（如 Spring、Spring Boot）大量使用注解簡化配置。例如 @Controller 標記控制器類，@Service 標記服務類，Spring 會自動掃描并管理這些類的實例；@Autowired 實現依賴注入，自動裝配所需對象。

  3. 生成文檔與代碼：通過注解可生成 Javadoc 文檔（如 @param、@return 描述方法參數和返回值），或通過工具（如 Lombok）根據注解生成代碼（如 @Data 自動生成 getter、setter、toString 等方法）。

  4. 測試框架標記：測試框架（如 JUnit）用注解標記測試方法。例如 JUnit 的 @Test 標記測試方法，框架運行時會自動執行這些方法；@BeforeEach 標記測試前的初始化方法。

  5. 運行時動態處理：通過反射在運行時解析注解，執行特定邏輯。例如自定義 @Log 注解，結合 AOP 實現方法調用日志的自動記錄，無需手動編寫日志代碼。

面試關鍵點：注解的定義和元注解的作用；注解的保留策略；注解在編譯期和運行時的應用場景；常見內置注解和框架注解的示例。

記憶法：可通過“注解是標簽，元數據來帶；編譯查錯誤，框架配依賴，文檔代碼生，測試運行改”來記憶，涵蓋注解的本質和主要用途。

對面向對象的理解是什么？（圍繞封裝、繼承、多態等核心特性說明）

面向對象是一種以“對象”為核心的編程范式，通過抽象現實世界中的實體及其關系，將數據和操作數據的方法封裝在一起，強調“做什么”而非“怎么做”，核心特性包括封裝、繼承和多態，它們相互配合實現代碼的復用、擴展和維護性。

封裝是面向對象的基礎，指將對象的屬性（數據）和方法（操作）捆綁在一起，隱藏內部實現細節，僅通過公共接口與外部交互。通過訪問修飾符（private、protected、public等）控制屬性和方法的可見性，例如將類的字段設為private，僅允許通過public的getter/setter方法訪問或修改，確保數據的安全性和一致性。例如：

class Person {private String name; // 私有字段，外部無法直接訪問private int age;// 公共方法，提供訪問接口public String getName() { return name; }public void setName(String name) {if (name != null && !name.isEmpty()) { // 加入校驗邏輯this.name = name;}}
}

繼承是指子類通過extends關鍵字繼承父類的屬性和方法，實現代碼復用，同時子類可新增特性或重寫父類方法以適應自身需求。繼承體現“is-a”關系（如“學生是一種人”），但需避免過度繼承導致的耦合性過高。例如：

class Animal {void eat() { System.out.println("動物進食"); }
}
class Dog extends Animal {@Override // 重寫父類方法void eat() { System.out.println("狗吃骨頭"); }void bark() { System.out.println("狗叫"); } // 新增方法
}

多態是指同一行為（方法調用）在不同對象上有不同實現，通過“父類引用指向子類對象”實現。多態允許程序在運行時根據實際對象類型動態調用對應方法，提高代碼的靈活性和擴展性。多態的實現依賴于繼承（或接口實現）和方法重寫，例如：

Animal animal = new Dog(); // 父類引用指向子類對象
animal.eat(); // 運行時調用Dog的eat()，輸出“狗吃骨頭”

此外，面向對象還包括抽象（通過抽象類和接口定義規范，不關注具體實現）、組合（“has-a”關系，如“汽車有發動機”，比繼承更靈活）等思想。這些特性共同作用，使代碼更貼近現實邏輯、易于維護和擴展，是大型軟件開發的主流范式。

面試關鍵點：封裝的實現方式及意義；繼承的優缺點和適用場景；多態的實現原理（動態綁定）及實際價值；抽象與組合在面向對象中的作用。

記憶法：可通過“封裝藏細節，繼承復用加擴展，多態同調異實現，抽象定規范”來記憶，概括核心特性的本質和關系。

什么是 Java 的單例模式？常見的單例模式實現方式有哪些？

Java的單例模式是一種創建型設計模式，確保一個類在整個應用中只有一個實例，并提供一個全局訪問點，避免頻繁創建對象導致的資源浪費（如配置類、工具類、線程池等場景）。單例模式的核心是限制類的實例化次數，通常通過私有構造方法防止外部創建對象，再提供靜態方法返回唯一實例。

常見的單例模式實現方式及特點如下：

  1. 餓漢式：類加載時就創建實例，天然線程安全，但可能提前占用資源。

public class Singleton {// 類加載時初始化實例private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();// 私有構造方法，防止外部實例化private Singleton() {}// 全局訪問點public static Singleton getInstance() {return INSTANCE;}
}

  1. 懶漢式（線程不安全）：延遲初始化，第一次調用時創建實例，但多線程環境下可能創建多個實例，僅適用于單線程。

public class Singleton {private static Singleton instance;private Singleton() {}// 線程不安全，多線程同時調用可能創建多個實例public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}
}

  1. 懶漢式（線程安全，同步方法）：通過synchronized修飾getInstance()方法保證線程安全，但每次調用都加鎖，性能較差。

public static synchronized Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;
}

  1. 雙重檢查鎖（DCL）：優化同步效率，僅在實例未創建時加鎖，且使用volatile防止指令重排序導致的半初始化問題，兼顧懶加載和線程安全。

public class Singleton {// volatile防止指令重排序private static volatile Singleton instance;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) { // 第一次檢查，避免頻繁加鎖synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) { // 第二次檢查，防止多線程同時通過第一次檢查instance = new Singleton();}}}return instance;}
}

  1. 靜態內部類：利用類加載機制實現懶加載和線程安全（靜態內部類僅在被調用時加載），性能優，是推薦的實現方式。

public class Singleton {private Singleton() {}// 靜態內部類，僅在getInstance()調用時加載private static class SingletonHolder {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();}public static Singleton getInstance() {return SingletonHolder.INSTANCE;}
}

  1. 枚舉：天然防止反射和序列化破壞單例（枚舉的構造方法由JVM控制，無法通過反射實例化），實現簡單且絕對安全。

public enum Singleton {INSTANCE; // 唯一實例// 枚舉中可定義方法public void doSomething() {}
}

面試關鍵點：各實現方式的線程安全性、懶加載特性、性能差異；防止反射和序列化破壞單例的方法；不同場景下的選擇（如簡單場景用餓漢式，需懶加載用靜態內部類或DCL，安全性優先用枚舉）。

記憶法：可通過“餓漢加載早安全，懶漢懶加載需同步，雙重檢查鎖效率高，靜態內部類推薦，枚舉防破壞最佳”來記憶，快速區分各實現的核心特點。

Java 中的 BIO、NIO、AIO 分別是什么？它們的區別和應用場景是什么？

Java中的BIO、NIO、AIO是三種IO模型，分別對應阻塞IO、非阻塞IO、異步IO，核心區別在于處理IO操作時的阻塞特性和線程使用方式，適用于不同的并發場景。

BIO（Blocking IO，阻塞IO）是Java最早的IO模型，基于流（InputStream/OutputStream）操作，特點是“同步阻塞”：當線程執行read()或write()操作時，若數據未準備好（如網絡數據未到達），線程會被阻塞，直到操作完成才繼續執行。每個連接需要一個獨立線程處理，若并發量大，會創建大量線程，導致CPU和內存資源耗盡，性能低下。例如傳統的Socket編程：

// BIO示例：一個線程處理一個連接
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
while (true) {Socket socket = serverSocket.accept(); // 阻塞，等待連接new Thread(() -> {try (InputStream in = socket.getInputStream()) {byte[] buffer = new byte[1024];in.read(buffer); // 阻塞，等待數據} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}).start();
}

NIO（Non-blocking IO，非阻塞IO）是JDK 1.4引入的IO模型，基于通道（Channel）和緩沖區（Buffer），核心是“同步非阻塞”：通過Selector（多路復用器）管理多個通道，一個線程可處理多個連接。當通道上的IO操作未就緒時，線程不會阻塞，可處理其他通道；當操作就緒時，Selector通知線程處理。NIO避免了大量線程創建，適合高并發場景，核心組件包括：

  • Channel：雙向通道（如SocketChannel、ServerSocketChannel），可讀寫數據。
  • Buffer：數據容器（如ByteBuffer），通道的數據需通過緩沖區傳輸。
  • Selector：監聽通道的事件（如連接就緒、讀就緒、寫就緒），實現多路復用。

// NIO核心流程示意
Selector selector = Selector.open();
ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
serverChannel.configureBlocking(false); // 設置非阻塞
serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); // 注冊接受連接事件while (true) {selector.select(); // 阻塞，等待事件就緒（可設置超時）Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();for (SelectionKey key : keys) {if (key.isAcceptable()) {// 處理新連接} else if (key.isReadable()) {// 處理讀操作}keys.remove(key);}
}

AIO（Asynchronous IO，異步IO）是JDK 1.7引入的IO模型，基于“異步非阻塞”：線程發起IO操作后立即返回，無需等待操作完成；當IO操作完成（或失敗）時，系統通過回調函數通知線程處理結果，全程不阻塞線程。AIO更適合IO密集型場景，尤其是對響應時間要求不高的大文件操作。

三者的核心區別：

  • 阻塞性：BIO是阻塞的，NIO在Selector.select()時可能阻塞但可設置超時，AIO全程非阻塞。
  • 線程效率：BIO一個連接一個線程，效率低；NIO一個線程處理多個連接，效率高；AIO依賴回調，線程利用率最高。
  • 編程復雜度：BIO簡單直接，NIO需理解Selector和通道，AIO基于Future和回調，復雜度最高。

應用場景：BIO適用于連接數少、數據傳輸快的場景（如簡單的內部服務）；NIO適用于高并發、數據傳輸頻繁的場景（如Netty框架、即時通訊）；AIO適用于IO操作耗時較長、并發量高的場景（如大文件上傳下載、分布式存儲）。

面試關鍵點：三種IO模型的阻塞特性；NIO的核心組件（Channel、Buffer、Selector）及工作原理；AIO與NIO的本質區別；不同模型的適用場景及性能對比。

記憶法：可通過“BIO阻塞單連接一線程，NIO非阻塞Selector管多線，AIO異步等回調不阻塞”來記憶，概括三者的核心差異和工作方式。

啟動兩個 Java 進程，它們的 JVM 是共享的嗎？

啟動兩個Java進程時，它們的JVM是完全獨立的，不存在共享關系。這是由操作系統的進程隔離特性和JVM的運行機制共同決定的。

從進程本質來看，每個Java程序的啟動都會觸發操作系統創建一個獨立的進程（通過java命令），而每個進程對應一個獨立的JVM實例。操作系統會為每個進程分配獨立的內存空間（虛擬地址空間），進程之間的內存無法直接訪問，確保了進程的隔離性。JVM作為進程內的運行時環境，其所有組成部分（如堆、方法區、虛擬機棧、本地方法棧、程序計數器等內存區域）都屬于所屬進程的私有內存，兩個Java進程的JVM內存區域完全隔離，彼此無法共享數據。例如，一個進程中修改的靜態變量，在另一個進程中不會受到任何影響。

從JVM的運行機制來看，每個JVM實例有自己獨立的類加載器體系（如 Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader、Application ClassLoader），即使加載同一個類（如java.lang.String），在兩個JVM中也會生成不同的Class對象（盡管字節碼相同，但內存地址不同）。此外，每個JVM有自己的線程管理系統、垃圾回收器、即時編譯器（JIT）等組件，這些組件的運行狀態和數據也完全獨立，不會相互干擾。

舉例來說，同時啟動兩個Java程序（如兩個Spring Boot應用），它們會在操作系統中顯示為兩個獨立的進程（可通過任務管理器或ps命令查看），各自占用獨立的CPU和內存資源。當一個進程崩潰或被終止時，另一個進程不受影響，這也印證了JVM的獨立性。

需要注意的是，若兩個Java進程需要通信，不能直接通過內存共享，必須通過進程間通信（IPC）機制，如Socket網絡通信、共享文件、消息隊列（如RabbitMQ）等。

面試關鍵點：Java進程與JVM的一一對應關系；進程隔離對JVM內存和組件的影響；跨進程通信的必要性及方式。

記憶法：可通過“一進程一JVM，內存組件各獨立，互不相干需通信”來記憶，明確兩個Java進程的JVM無共享關系。

C++ 的模板和 Java 的泛型有什么區別？

C++的模板和Java的泛型都用于實現代碼復用（編寫與類型無關的通用代碼），但兩者在實現機制、類型處理、功能范圍等方面有本質區別，核心差異源于C++的“編譯期實例化”和Java的“泛型擦除”機制。

  1. 實現機制不同：C++模板是“編譯期多態”，編譯器會為每個模板參數的具體類型生成獨立的代碼（模板實例化）。例如，template <class T> class Box在使用Box<int>和Box<string>時，編譯器會分別生成針對int和string的Box類代碼，兩者是完全不同的類型。而Java泛型采用“類型擦除”機制，編譯后泛型的類型參數會被擦除（替換為上限類型，無上限則為Object），例如Box<Integer>和Box<String>編譯后都會被擦除為Box（原始類型），字節碼中不保留泛型參數信息，僅在編譯期進行類型檢查。

  2. 類型支持不同：C++模板支持所有類型（基本類型、自定義類型、指針等），無需包裝。例如template <class T> T add(T a, T b)可直接用于add(1, 2)（int類型）。而Java泛型不支持基本數據類型，必須使用對應的包裝類（如int需用Integer），因為類型擦除后會用Object存儲數據，而基本類型不繼承自Object。因此List<int>是非法的，必須寫成List<Integer>。

  3. 類型檢查時機不同：C++模板的類型檢查在實例化階段（編譯期），針對具體類型檢查方法是否兼容。例如Box<int>調用append("str")會在編譯期報錯，因為int類型不支持字符串操作。Java泛型的類型檢查在編譯期（基于泛型參數），但運行時由于類型擦除，無法獲取泛型參數信息（如list.getClass() == ArrayList.class，與泛型參數無關），可能出現運行時類型轉換錯誤（需顯式強制轉換）。

  4. 靈活性與功能范圍不同：C++模板支持“模板元編程”，可在編譯期執行計算（如編譯期求階乘），甚至生成代碼，功能更強大但復雜度高。Java泛型受類型擦除限制，無法在運行時獲取泛型參數類型，不支持模板特化（為特定類型提供不同實現）等高級特性，功能相對簡單但更安全。

  5. 繼承關系不同：C++中模板實例化的不同類型之間無繼承關系，Box<int>和Box<string>是完全獨立的類，無法相互賦值。Java中Box<Integer>和Box<String>擦除后都是Box，但編譯器會阻止Box<Integer> = Box<String>的賦值（泛型安全性檢查）。

面試關鍵點：實現機制（實例化vs擦除）的核心差異；對基本類型的支持；類型檢查的時機和方式；功能范圍的差異（如模板元編程）。

記憶法：可通過“C++模板編譯實例化，類型全支持，元編程強；Java泛型擦除，基本用包裝，運行無類型”來記憶，清晰區分兩者的核心區別。

C++ 和 Java 的內存模型有什么區別？（可從內存分區、垃圾回收（引用計數與可達性分析）、垃圾回收器、對象生命周期等方面說明）

C++ 和 Java 的內存模型在設計理念和實現機制上存在顯著差異，主要體現在內存分區、垃圾回收、對象生命周期等方面，這些差異源于 C++ 對性能和靈活性的追求，以及 Java 對安全性和開發效率的側重。

從內存分區來看，C++ 的內存分區主要包括：棧（存儲局部變量、函數參數等，由編譯器自動分配和釋放）、堆（動態分配的內存，需手動管理，如?new?分配、delete?釋放）、全局/靜態存儲區（存儲全局變量和靜態變量，程序啟動時分配，結束時釋放）、常量存儲區（存儲字符串常量等，只讀）。而 Java 的內存模型基于 JVM 定義，主要包括：方法區（存儲類信息、常量、靜態變量等，JDK 8 后改為元空間，使用本地內存）、堆（存儲對象實例，是垃圾回收的主要區域）、虛擬機棧（存儲方法調用的棧幀，包含局部變量表、操作數棧等）、本地方法棧（類似虛擬機棧，用于本地方法調用）、程序計數器（記錄當前線程執行的字節碼地址）。兩者的核心區別是 Java 內存分區由 JVM 嚴格管理，而 C++ 內存分區更依賴操作系統和編譯器，開發者對內存的直接控制更強。

在垃圾回收方面，C++ 沒有內置的自動垃圾回收機制，內存管理完全由開發者負責：通過?new?分配的堆內存必須手動用?delete?釋放，否則會導致內存泄漏；部分場景下（如智能指針?shared_ptr）會使用引用計數算法（記錄對象被引用的次數，為 0 時自動釋放），但這屬于庫實現而非語言原生特性，且無法解決循環引用問題（如兩個對象相互引用，引用計數始終不為 0，導致內存泄漏）。Java 則內置自動垃圾回收機制，核心是通過可達性分析算法判斷對象是否存活：以 GC Roots（如虛擬機棧中的引用、靜態變量等）為起點，遍歷對象引用鏈，不可達的對象被標記為可回收。這種方式能解決循環引用問題，且無需開發者手動干預，降低了內存管理錯誤的風險。

垃圾回收器的支持也不同：C++ 沒有語言級別的垃圾回收器，所有內存釋放依賴手動操作或第三方庫；Java 則提供了多種垃圾回收器，針對不同場景優化，如 SerialGC（單線程回收，適合單CPU環境）、ParallelGC（多線程回收，注重吞吐量）、CMS（并發標記清除，注重響應時間）、G1（區域化分代式，平衡吞吐量和響應時間）、ZGC/Shenandoah（低延遲回收器，適合大堆場景）等，開發者可根據應用需求選擇。

對象生命周期方面，C++ 對象的生命周期完全由開發者控制：棧上的對象隨作用域結束自動銷毀；堆上的對象需顯式調用?delete，否則會一直存在（直到程序結束），可能導致內存泄漏。Java 對象的生命周期由 JVM 管理：對象在堆上創建，當被判定為不可達時，由垃圾回收器自動回收，開發者無需關心釋放時機，但需注意避免內存泄漏（如長期持有無用對象的引用，導致對象無法被回收）。

面試關鍵點：內存分區的具體差異；垃圾回收機制（引用計數 vs 可達性分析）的優缺點；垃圾回收器的有無及種類；對象生命周期管理的責任主體。

記憶法：可通過“C++ 手動管內存，分區依賴系統，回收靠手動或計數；Java 自動管內存，JVM 分區，可達性分析加多種回收器”來記憶，概括核心區別。

代碼題：如何將 IPv4 地址轉換為 int32 類型？

IPv4 地址由 4 個 0-255 的整數（ octet，八位組）組成，格式為?x1.x2.x3.x4（如?192.168.1.1）。轉換為 int32 類型（32 位整數）的核心思路是：將每個八位組轉換為 8 位二進制數，按順序拼接成 32 位二進制數，再轉換為十進制整數（網絡字節序通常為大端序，即高位字節在前）。

實現步驟包括：

  1. 驗證輸入合法性：IPv4 地址必須由 4 個八位組組成，每個組的值在 0-255 之間，否則拋出異常。
  2. 拆分地址：按?.?分割字符串，得到 4 個字符串元素。
  3. 轉換為整數：將每個字符串元素轉換為整數，檢查是否在 0-255 范圍內。
  4. 拼接為 32 位整數：將第一個八位組左移 24 位，第二個左移 16 位，第三個左移 8 位，第四個不位移，然后通過按位或（|）拼接。

代碼示例如下：

public class IPv4ToInt32 {public static int ipv4ToInt32(String ipAddress) {// 驗證輸入不為空if (ipAddress == null || ipAddress.isEmpty()) {throw new IllegalArgumentException("IPv4地址不能為空");}// 按"."拆分String[] octets = ipAddress.split("\\.");// 檢查是否有4個八位組if (octets.length != 4) {throw new IllegalArgumentException("無效的IPv4地址格式");}int result = 0;for (int i = 0; i < 4; i++) {try {// 轉換為整數int octet = Integer.parseInt(octets[i]);// 檢查范圍if (octet < 0 || octet > 255) {throw new IllegalArgumentException("八位組值超出范圍（0-255）");}// 左移并拼接（大端序）result |= (octet << (24 - i * 8));} catch (NumberFormatException e) {throw new IllegalArgumentException("八位組不是有效整數", e);}}return result;}public static void main(String[] args) {// 測試案例System.out.println(ipv4ToInt32("0.0.0.0")); // 輸出 0System.out.println(ipv4ToInt32("255.255.255.255")); // 輸出 -1（32位全1的補碼表示）System.out.println(ipv4ToInt32("192.168.1.1")); // 輸出 3232235777}
}

關鍵說明：

  • 拆分時需用?\\.（轉義），因為?.?在正則中是通配符。
  • 左移計算：第一個八位組（x1）是最高位，左移 24 位；x2 左移 16 位；x3 左移 8 位；x4 不左移，確保 32 位的正確拼接。
  • 異常處理：覆蓋輸入為空、格式錯誤、數值越界、非整數等情況，保證健壯性。
  • 對于?255.255.255.255，32 位全為 1，在 Java 中 int 是有符號的，因此表示為 -1（補碼規則）。

面試關鍵點：輸入驗證的全面性；位運算的正確應用（左移和按位或）；對有符號整數的理解（如全 1 表示 -1）。

記憶法：可通過“四分驗范圍，左移拼 32，大端高位前”來記憶，概括轉換的核心步驟。

介紹 Java 中常用的集合類有哪些？

Java 中的集合類位于?java.util?包下，用于存儲和操作多個對象，主要分為 Collection 和 Map 兩大體系，Collection 存儲單列元素，Map 存儲鍵值對（雙列元素），常用類及其特點如下：

Collection 接口下的主要分支包括 List、Set、Queue：

List 接口：存儲有序、可重復的元素，允許通過索引訪問，常用實現類有：

  • ArrayList：底層基于動態數組實現，支持隨機訪問（get/set 操作效率高，時間復雜度 O(1)），但插入/刪除元素（尤其是中間位置）需移動元素，效率較低（O(n)）；初始容量為 10，擴容時通常變為原來的 1.5 倍，適合查詢頻繁、增刪少的場景。
  • LinkedList：底層基于雙向鏈表實現，不支持隨機訪問（查詢需遍歷，O(n)），但插入/刪除元素（已知位置時）僅需修改指針，效率高（O(1)）；還實現了 Deque 接口，可作為雙端隊列使用，適合增刪頻繁（尤其是首尾）、查詢少的場景。
  • Vector：與 ArrayList 類似（動態數組），但方法被 synchronized 修飾，是線程安全的；擴容時默認變為原來的 2 倍，效率較低，已被 ConcurrentHashMap 等更高效的線程安全集合替代，不推薦在新代碼中使用。

Set 接口：存儲無序、不可重復的元素（基于 equals() 和 hashCode() 判斷唯一性），常用實現類有：

  • HashSet：底層基于 HashMap 實現（將元素作為 HashMap 的 key，value 為固定對象），無序，查詢、添加、刪除效率高（平均 O(1)），適合無需排序的去重場景。
  • LinkedHashSet：繼承自 HashSet，底層通過 LinkedHashMap 實現，保留元素的插入順序（通過鏈表維護），性能略低于 HashSet，適合需要保持插入順序的去重場景。
  • TreeSet：底層基于紅黑樹（一種自平衡二叉搜索樹）實現，元素會按自然順序或自定義比較器（Comparator）排序，查詢、添加、刪除效率為 O(log n)，適合需要排序的場景。

Queue 接口：用于存儲待處理的元素，遵循先進先出（FIFO）原則，常用實現類有：

  • LinkedList：實現了 Queue 接口，可作為普通隊列（add/offer 入隊，remove/poll 出隊）或雙端隊列（Deque）使用。
  • PriorityQueue：底層基于二叉堆實現，元素按自然順序或自定義比較器排序，出隊時總是返回最小（或最大）元素，是一種優先級隊列，不遵循 FIFO。
  • ArrayBlockingQueue：基于數組的有界阻塞隊列，多線程環境下可用于生產者-消費者模型，支持阻塞等待。

Map 接口：存儲鍵值對（key-value），key 不可重復（通過 equals() 和 hashCode() 判斷），value 可重復，常用實現類有：

  • HashMap：底層基于數組+鏈表/紅黑樹實現（JDK 8 后，當鏈表長度超過 8 且數組容量≥64 時，鏈表轉為紅黑樹），key 無序，查詢、添加、刪除效率高（平均 O(1)）；key 和 value 都可為 null，是非線程安全的，適合單線程下的鍵值對存儲。
  • LinkedHashMap：繼承自 HashMap，通過鏈表維護 key 的插入順序或訪問順序（可設置為 LRU 緩存），性能略低于 HashMap，適合需要保持鍵順序的場景。
  • TreeMap：底層基于紅黑樹實現，key 按自然順序或自定義比較器排序，查詢、添加、刪除效率為 O(log n)；key 不能為 null，適合需要按鍵排序的場景。
  • Hashtable：與 HashMap 類似，但方法被 synchronized 修飾，是線程安全的；key 和 value 都不能為 null，效率較低，已被 ConcurrentHashMap 替代。
  • ConcurrentHashMap：線程安全的 HashMap 實現，JDK 7 基于分段鎖，JDK 8 基于 CAS + synchronized，并發性能優于 Hashtable，適合多線程環境。

面試關鍵點：各集合類的底層實現（數組、鏈表、紅黑樹、哈希表等）；性能特點（時間復雜度）；線程安全性；適用場景的選擇。

記憶法：可通過“List 有序可重復（Array 查快，Linked 增刪快），Set 無序去重（Hash 快，Linked 保序，Tree 排序），Map 鍵值對（Hash 快，Linked 保序，Tree 排序，Concurrent 線程安全）”來記憶，快速梳理核心類的特點。

ArrayList 和 LinkedList 的底層實現是什么？它們的使用場景有什么區別？在處理大數據時該如何選擇？

ArrayList 和 LinkedList 是 Java 中 List 接口的兩種主要實現，底層實現機制不同，導致它們在性能和適用場景上有顯著差異。

ArrayList 的底層實現是動態數組（可自動擴容的數組）。它維護一個?elementData?數組存儲元素，初始容量默認為 10（可通過構造方法指定）。當元素數量超過當前容量時，會觸發擴容：創建一個新數組（通常為原容量的 1.5 倍，計算方式為?oldCapacity + (oldCapacity >> 1)），并將原數組元素復制到新數組中。這種結構使得 ArrayList 支持隨機訪問（通過索引直接定位元素），因此?get(int index)?和?set(int index, E element)?操作效率極高，時間復雜度為 O(1)。但插入（add(int index, E element)）和刪除（remove(int index)）元素時，需要移動目標位置后的所有元素（復制操作），時間復雜度為 O(n)，且元素越多，效率越低；此外，擴容時的數組復制也會帶來額外性能開銷。

LinkedList 的底層實現是雙向鏈表（每個節點包含前驅指針?prev、后繼指針?next?和數據?item）。鏈表節點在內存中不連續存儲，通過指針關聯。這種結構使得 LinkedList 不支持隨機訪問，get(int index)?操作需要從鏈表頭或尾（根據索引位置選擇更近的一端）遍歷到目標節點，時間復雜度為 O(n)。但插入和刪除元素時，只需修改目標節點前后的指針（無需移動其他元素），若已知節點位置（如通過迭代器定位），時間復雜度可降至 O(1)；此外，LinkedList 無需擴容，內存占用隨元素數量動態變化（每個節點額外存儲兩個指針，內存 overhead 略高）。

兩者的使用場景區別主要基于操作類型：

  • ArrayList 適合“查詢頻繁、增刪少”的場景，尤其是需要通過索引隨機訪問元素的情況（如存儲用戶列表，頻繁根據索引查詢用戶信息）。
  • LinkedList 適合“增刪頻繁（尤其是中間位置或首尾）、查詢少”的場景，或需要作為隊列/雙端隊列使用的情況（如實現消息隊列，頻繁在首尾添加/移除消息）。

處理大數據時的選擇需綜合考慮具體操作：

  • 若大數據場景以隨機訪問（如按索引查詢）為主，即使數據量大，ArrayList 仍是更好的選擇，因為 O(1) 的查詢效率在大數據量下優勢明顯，且數組的連續內存布局有利于 CPU 緩存（局部性原理），進一步提升性能；但需注意初始容量設置（如預估數據量并在構造時指定，減少擴容次數）。
  • 若大數據場景以頻繁插入/刪除為主（尤其是中間位置），LinkedList 更合適，因為其增刪操作的時間復雜度不受數據量影響（僅與操作位置相關）；但需注意，若需要頻繁查詢定位元素位置，LinkedList 的 O(n) 查詢會成為瓶頸，此時可能需要結合哈希表等結構優化。

此外，內存占用也是考量因素：ArrayList 的數組可能存在未使用的容量（擴容預留），導致內存浪費；LinkedList 的每個節點額外占用兩個指針的內存，總內存消耗可能更高（尤其數據量極大時）。

面試關鍵點：底層數據結構（動態數組 vs 雙向鏈表）；核心操作的時間復雜度；適用場景的判斷依據；大數據場景下的選擇邏輯（結合操作類型和內存）。

記憶法：可通過“ArrayList 數組查快增刪慢，LinkedList 鏈表查慢增刪快；大數據查多選前者，增刪多選后者”來記憶，概括核心差異和選擇原則。

ArrayList 是線程安全的嗎？為什么？

ArrayList 不是線程安全的。這是因為 ArrayList 的內部方法（如?add()、remove()、get()?等）沒有任何同步機制（如?synchronized?修飾或 CAS 操作），在多線程并發修改或讀寫時，可能導致數據不一致、索引越界甚至程序崩潰。

具體來說，多線程環境下使用 ArrayList 可能出現以下問題：

  1. 數據覆蓋：當多個線程同時執行?add()?操作時，可能導致元素被覆蓋。add()?方法的核心邏輯是先檢查容量，再將元素放入?elementData[size++]。若兩個線程同時讀取到相同的?size?值，會將元素寫入同一個位置，后寫入的元素會覆蓋先寫入的元素，導致數據丟失。

  2. 數組越界（IndexOutOfBoundsException）：擴容過程中可能出現此問題。當線程 A 執行?add()?時發現需要擴容，開始復制元素到新數組；此時線程 B 也執行?add()，讀取到的仍是舊數組的容量，若舊數組已被線程 A 標記為擴容，線程 B 可能在舊數組中執行?elementData[size++]，而舊數組的容量已不足，導致越界異常。

  3. 迭代器 fail-fast（快速失敗）：當一個線程在迭代 ArrayList 時，另一個線程修改了 ArrayList 的結構（如添加、刪除元素），迭代器會檢測到?modCount（修改次數計數器）的變化，拋出?ConcurrentModificationException。這是 ArrayList 的一種保護機制，但并非解決線程安全的方案。

示例代碼（多線程下的問題）：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class ArrayListThreadSafety {public static void main(String[] args) {List<Integer> list = new ArrayList<>();// 多個線程同時添加元素Runnable task = () -> {for (int i = 0; i < 1000; i++) {list.add(i);}};Thread t1 = new Thread(task);Thread t2 = new Thread(task);t1.start();t2.start();try {t1.join();t2.join();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}// 預期大小為2000，實際可能小于2000（數據丟失）System.out.println("實際大小：" + list.size());}
}

上述代碼中，兩個線程各添加 1000 個元素，預期結果為 2000，但實際結果往往小于 2000，體現了 ArrayList 的線程不安全。

若需要線程安全的 List 實現，可選擇：

  • Vector：方法被?synchronized?修飾，線程安全，但性能較低（全表鎖）。
  • Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())：通過包裝器模式，為 ArrayList 的方法添加同步鎖，性能略高于 Vector。
  • CopyOnWriteArrayList（JUC 包）：寫入時復制新數組，讀取無鎖，適合讀多寫少的場景，性能優異。

面試關鍵點：ArrayList 線程不安全的具體表現（數據覆蓋、越界、快速失敗）；底層原因（無同步機制）；線程安全的替代方案及適用場景。

記憶法：可通過“ArrayList 無同步，多線程用出問題，數據丟、會越界，安全用 Vector 或同步包裝，讀多寫少 CopyOnWrite”來記憶，明確其線程安全性及解決方案。

HashSet 的底層實現原理是什么？它是線程安全的嗎？

HashSet 的底層是通過 HashMap 實現的，其核心是利用 HashMap 中 key 的唯一性來保證 HashSet 中元素的不可重復特性。具體來說，HashSet 內部維護了一個 HashMap 實例，當向 HashSet 中添加元素時，實際上是將該元素作為 key 存入底層的 HashMap 中，而 value 則是一個固定的靜態對象（通常是?new Object()，稱為“ PRESENT ”）。由于 HashMap 的 key 不允許重復（重復時會覆蓋 value），因此 HashSet 自然實現了元素的去重功能。

HashSet 的核心方法（如?add()、contains()、remove()）均通過調用底層 HashMap 的對應方法實現：

  • add(E e)?方法：調用?map.put(e, PRESENT)，若返回 null 表示添加成功（元素不存在），若返回 PRESENT 表示元素已存在（添加失敗）。
  • contains(Object o)?方法：調用?map.containsKey(o)，判斷元素是否存在。
  • remove(Object o)?方法：調用?map.remove(o)，移除對應的 key 并返回是否成功。

例如，HashSet 的?add?方法簡化源碼如下：

public class HashSet<E> {private transient HashMap<E, Object> map;private static final Object PRESENT = new Object();public boolean add(E e) {return map.put(e, PRESENT) == null;}
}

關于線程安全性，HashSet 不是線程安全的。因為其底層依賴的 HashMap 本身是非線程安全的，在多線程環境下，若同時對 HashSet 進行添加、刪除等操作，可能導致數據不一致（如元素丟失、重復）或拋出?ConcurrentModificationException（快速失敗機制）。例如，兩個線程同時添加元素時，可能因底層 HashMap 的?put?操作無同步保護，導致相同元素被重復插入，或鏈表/紅黑樹結構被破壞。

若需要線程安全的 Set 實現，可選擇：

  • Collections.synchronizedSet(new HashSet<>())：通過同步包裝器為所有方法添加同步鎖，保證線程安全，但性能較低。
  • CopyOnWriteArraySet：基于?CopyOnWriteArrayList?實現，寫入時復制新數組，讀取無鎖，適合讀多寫少的場景，并發性能優異。

面試關鍵點：HashSet 基于 HashMap 的實現細節（key 存儲元素，固定 value）；線程不安全的原因（依賴非線程安全的 HashMap）；線程安全的替代方案及適用場景。

記憶法：可通過“HashSet 底層靠 HashMap，元素作 key 去重，線程不安全需包裝”來記憶，概括核心實現和安全性特點。

HashMap 的底層數據結構是什么？為什么要用紅黑樹而不是其他樹？

HashMap 的底層數據結構在 JDK 8 及之后為“數組 + 鏈表 + 紅黑樹”的組合結構，JDK 7 及之前則是“數組 + 鏈表”。這種演進是為了優化哈希沖突時的查詢性能。

具體來說，HashMap 以數組（稱為“哈希桶”）作為主體，數組的每個元素是一個鏈表或紅黑樹的頭節點。當添加元素時，先通過 key 的哈希值計算數組索引（hash & (n-1)，n 為數組容量），將元素放入對應索引的位置：

  • 若該位置為空，直接存儲元素（作為鏈表頭節點）。
  • 若該位置已有元素（哈希沖突），則將新元素加入鏈表尾部。
  • 當鏈表長度超過閾值（默認 8）且數組容量不小于 64 時，鏈表會轉換為紅黑樹，以優化查詢效率。

選擇紅黑樹而非其他樹（如 AVL 樹、完全二叉樹、B 樹等）的原因主要有以下幾點：

  1. 平衡性能與維護成本的平衡：紅黑樹是一種自平衡二叉搜索樹，通過一系列規則（如節點顏色為紅或黑、根節點為黑、葉子節點為黑、紅節點的子節點為黑、任意節點到葉子節點的黑節點數相同）保證樹的高度近似平衡（最大高度為 2log(n+1)）。相比 AVL 樹（要求左右子樹高度差不超過 1），紅黑樹的平衡條件更寬松，插入和刪除時的旋轉操作更少，維護成本更低，適合 HashMap 中頻繁插入、刪除元素的場景。

  2. 查詢效率穩定：紅黑樹的查詢、插入、刪除時間復雜度均為 O(log n)，遠優于鏈表的 O(n)。當哈希沖突導致鏈表過長時，轉為紅黑樹能顯著提升查詢性能。而完全二叉樹不保證平衡性，極端情況下可能退化為鏈表；B 樹多用于磁盤存儲（如數據庫索引），節點可存儲多個元素，不適合 HashMap 內存中的節點結構。

  3. 內存占用合理：紅黑樹每個節點僅需額外存儲一個顏色標記（紅或黑），內存開銷較小。相比之下，AVL 樹需要存儲平衡因子（整數），內存占用更高，對于 HashMap 這種可能包含大量節點的數據結構，紅黑樹更具優勢。

  4. 適配哈希沖突的特性：哈希沖突導致的鏈表長度通常不會特別長（根據泊松分布，鏈表長度達到 8 的概率極低），紅黑樹在這種中等規模的節點數量下，性能表現穩定，既能避免鏈表的低效，又無需像更復雜的樹結構那樣付出過高的維護成本。

面試關鍵點：HashMap 數據結構的演進（數組+鏈表到數組+鏈表+紅黑樹）；紅黑樹的平衡特性與性能優勢；與其他樹結構的對比（尤其是 AVL 樹）。

記憶法：可通過“HashMap 結構數組鏈，長鏈轉紅黑樹；紅黑樹平衡易維護，log n 效率穩，勝 AVL 少旋轉”來記憶，概括數據結構及紅黑樹的優勢。

HashMap 中插入一個元素的過程是怎樣的？

HashMap 插入元素（put(K key, V value)）的過程涉及哈希計算、索引定位、沖突處理、結構轉換（鏈表轉紅黑樹）和擴容等步驟，具體如下：

  1. 計算 key 的哈希值：首先調用 key 的?hashCode()?方法獲取原始哈希值，再通過 HashMap 內部的?hash()?方法進行擾動處理（對原始哈希值進行高位運算，如?(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)），目的是將高位哈希值融入低位，減少哈希沖突（尤其在數組容量較小時，保證高位信息也能影響索引計算）。

  2. 計算數組索引：根據擾動后的哈希值和當前數組容量（n），通過?(n - 1) & hash?計算元素在數組中的索引位置（等價于?hash % n，但位運算效率更高）。數組容量始終為 2 的冪次方，確保?n - 1?的二進制全為 1，使索引分布更均勻。

  3. 檢查目標位置是否為空：

    • 若數組對應索引位置為空（即?table[index] == null），直接創建新節點（Node）并放入該位置，插入完成。
    • 若不為空，說明發生哈希沖突，需進一步處理。

  4. 處理哈希沖突：

    • 首先判斷該位置的頭節點是否與待插入 key 相同（判斷標準：hash 值相等?且?(key == 頭節點 key 或 key.equals(頭節點 key))）。若相同，直接替換該節點的 value，插入完成。
    • 若頭節點不同，判斷該位置的結構是鏈表還是紅黑樹：
      • 若是紅黑樹（TreeNode），調用紅黑樹的插入方法（putTreeVal），按紅黑樹規則插入新節點，若存在相同 key 則替換 value。
      • 若是鏈表（Node），遍歷鏈表尋找與待插入 key 相同的節點：
        • 若找到，替換其 value。
        • 若未找到，在鏈表尾部插入新節點（JDK 8 后為尾插法，避免 JDK 7 頭插法的循環鏈表問題）。

  5. 鏈表轉紅黑樹檢查：插入新節點后，若鏈表長度超過閾值（默認 8），則調用?treeifyBin?方法嘗試將鏈表轉為紅黑樹。但轉樹前會先檢查數組容量，若容量小于 64（MIN_TREEIFY_CAPACITY），則先進行擴容（而非轉樹），因為小容量下擴容更能有效分散元素；若容量≥64，則將鏈表轉為紅黑樹。

  6. 擴容檢查：插入完成后，判斷當前元素數量（size）是否超過閾值（capacity * loadFactor，默認容量 16 * 負載因子 0.75 = 12）。若超過，觸發擴容：

    • 新容量為原容量的 2 倍（保證仍是 2 的冪次方）。
    • 創建新數組，將原數組中的元素重新計算索引后遷移到新數組（紅黑樹可能拆分為鏈表或保持樹結構）。
    • 替換原數組為新數組，完成擴容。

示例流程簡化代碼（核心邏輯）：

public V put(K key, V value) {return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)n = (tab = resize()).length; // 初始化數組if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)tab[i] = newNode(hash, key, value, null); // 位置為空，直接插入else {Node<K,V> e; K k;if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))e = p; // 頭節點相同，標記待替換else if (p instanceof TreeNode)e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); // 紅黑樹插入else {for (int binCount = 0; ; ++binCount) {if ((e = p.next) == null) {p.next = newNode(hash, key, value, null); // 鏈表尾部插入if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // 鏈表長度達標treeifyBin(tab, hash); // 嘗試轉紅黑樹break;}if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))break; // 找到相同key，退出循環p = e;}}if (e != null) { // 存在相同key，替換valueV oldValue = e.value;if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)e.value = value;afterNodeAccess(e);return oldValue;}}++modCount;if (++size > threshold)resize(); // 擴容afterNodeInsertion(evict);return null;
}

面試關鍵點：哈希值計算與索引定位的細節；哈希沖突的處理方式（鏈表 vs 紅黑樹）；鏈表轉紅黑樹的條件；擴容的觸發機制與過程。

記憶法：可通過“哈希擾動算索引，空位直接插，沖突查鏈樹；同 key 則替換，異 key 尾插入；鏈長超 8 且容量夠，轉紅黑樹；size 超閾值就擴容”來記憶，概括插入的核心步驟。

若向 HashMap 中兩次 put 同一個 key 的元素，最終會有幾個元素？HashMap 是如何比較 key 的？（需結合 == 和 equals () 的區別說明）

向 HashMap 中兩次 put 同一個 key 的元素，最終只會保留一個元素（key 唯一），第二次 put 的 value 會覆蓋第一次的 value。這是因為 HashMap 的 key 具有唯一性，重復 put 同一 key 時，會執行“替換”邏輯而非“新增”。

HashMap 比較兩個 key 是否相同的邏輯是“兩步校驗”，需同時滿足以下兩個條件：

  1. 兩個 key 的哈希值（通過?hashCode()?計算并經擾動處理后）必須相等。
  2. 兩個 key 要么是同一個對象（==?比較為 true），要么通過?equals()?方法比較為 true。

具體來說，當插入新 key 時，HashMap 會先計算新 key 與已有 key 的哈希值：若哈希值不同，直接判定為不同 key；若哈希值相同，再通過?==?比較引用地址（是否為內存中同一個對象），若?==?為 true 則判定為相同 key；若?==?為 false，則調用?equals()?方法比較，若返回 true 則判定為相同 key，否則為不同 key。

這里需要明確?==?和?equals()?的區別：

  • ==：對于基本數據類型，比較的是值；對于引用數據類型，比較的是內存地址（是否指向同一個對象）。
  • equals()：是 Object 類的方法，默認實現為?return (this == obj)（即比較引用地址），但很多類（如 String、Integer 等）會重寫?equals()?方法，使其比較對象的邏輯內容（如 String 的?equals()?比較字符序列是否相同）。

例如：

HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put(new String("a"), 1);
map.put(new String("a"), 2); // 兩次put的key是不同對象（new了兩次）System.out.println(map.size()); // 輸出1，因為兩個key的hash值相同且equals為true
System.out.println(map.get("a")); // 輸出2，第二次的value覆蓋了第一次

上述代碼中，兩個?new String("a")?是不同對象（==?為 false），但它們的哈希值相同（"a".hashCode()?相同），且?equals()?比較為 true（內容相同），因此被判定為同一 key，第二次 put 會覆蓋 value。

反之，若兩個 key 的?hashCode()?不同，即使?equals()?為 true，也會被判定為不同 key（如重寫?equals()?但未重寫?hashCode()?的類），這會違反 HashMap 的設計約定，導致相同邏輯的 key 被重復存儲。

面試關鍵點：重復 put 同一 key 的結果（覆蓋 value）；key 比較的兩步校驗（哈希值 +?==/equals()）；==?與?equals()?的本質區別；重寫?equals()?必須重寫?hashCode()?的原因。

記憶法：可通過“同 key 兩次 put，最終留一個，value 被覆蓋；比較 key 先看 hash，再看 == 或 equals，二者缺一不可”來記憶，概括核心邏輯和比較規則。

HashMap 中鏈表轉紅黑樹的兩個條件是什么？為什么要設置這樣的數據條件？

HashMap 中鏈表轉為紅黑樹需要同時滿足兩個條件：

  1. 鏈表的長度超過閾值?TREEIFY_THRESHOLD（默認值為 8）。
  2. 數組的容量不小于?MIN_TREEIFY_CAPACITY（默認值為 64）。

只有同時滿足這兩個條件，鏈表才會轉換為紅黑樹；若鏈表長度達標但數組容量不足 64，則不會轉樹，而是觸發擴容（數組容量翻倍），通過重新計算索引分散元素，縮短鏈表長度。

設置這兩個條件的原因與哈希沖突的特性、性能平衡及工程實踐密切相關：

  1. 鏈表長度閾值（8）的設計依據：HashMap 作者通過泊松分布計算得出，在理想哈希函數和隨機哈希值的情況下，鏈表長度為 8 的概率極低（約為 0.00000006），這意味著鏈表長度達到 8 通常是哈希沖突較嚴重的異常情況（如 key 的哈希函數設計不合理，導致哈希值分布不均）。此時鏈表的查詢效率已降至 O(n)，轉為紅黑樹（O(log n)）能顯著提升查詢性能，平衡哈希沖突帶來的性能損失。同時，閾值設為 8 而非更小（如 4），是為了避免頻繁在鏈表和紅黑樹之間轉換（樹轉鏈表的閾值為 6，存在緩沖區間），減少結構轉換的額外開銷。

  2. 數組容量閾值（64）的設計目的：當數組容量較小時（如 16），鏈表過長更可能是因為數組容量不足導致的哈希碰撞集中（而非哈希函數問題）。此時，通過擴容（將容量翻倍至 32、64 等）能更高效地分散元素——擴容后索引重新計算（hash & (newCap - 1)），原鏈表中的元素會被分散到不同的新索引位置，自然縮短鏈表長度。相比之下，在小容量數組中轉紅黑樹的收益有限（樹結構本身有額外內存開銷），且后續擴容時樹的拆分也會增加復雜度。因此，設置容量閾值 64，確保只有當數組容量足夠大（哈希表已具備一定規模），且鏈表仍過長時，才進行轉樹操作，兼顧性能和資源消耗。

此外，紅黑樹轉鏈表的閾值為 6（UNTREEIFY_THRESHOLD），與轉樹閾值 8 形成緩沖區間，避免鏈表長度在 8 附近波動時（如頻繁插入刪除）導致樹與鏈表的頻繁轉換，進一步優化性能。

面試關鍵點：鏈表轉紅黑樹的兩個條件（長度 8 + 容量 64）；泊松分布對閾值 8 的影響；容量閾值 64 的設計初衷（優先擴容而非轉樹）；緩沖區間（8→6）的作用。

記憶法：可通過“鏈長超 8 且容量夠 64，鏈表轉紅黑樹；小容量先擴容，大概率碰 8 才轉樹，緩沖區間防抖動”來記憶，概括條件及設計原因。

HashMap 的擴容機制是怎樣的？擴容過程中的頭插法和尾插法有什么區別？

HashMap 的擴容機制是指當元素數量超過閾值時，通過擴大數組容量來減少哈希沖突、優化性能的過程，核心目的是分散密集的元素，避免鏈表或紅黑樹過長導致查詢效率下降。

擴容的觸發條件是：當 HashMap 中元素數量（size）超過閾值（threshold = 容量 × 負載因子，默認容量 16 × 0.75 = 12）時，觸發擴容。若數組未初始化（第一次插入元素），也會觸發擴容（初始化為默認容量 16）。

擴容的具體過程如下：

  1. 計算新容量：新容量為原容量的 2 倍（保證始終是 2 的冪次方，如 16→32、32→64 等），這是為了通過?(n-1) & hash?計算索引時，利用高位哈希值，使元素分布更均勻。
  2. 計算新閾值：新閾值為新容量 × 負載因子（默認 0.75）。
  3. 創建新數組：按新容量創建一個更大的數組（newTab）。
  4. 遷移元素：將原數組（oldTab）中的元素重新計算索引后遷移到新數組，具體分為三種情況：
    • 若原位置是單個節點（非鏈表/紅黑樹），直接計算新索引并放入新數組。
    • 若原位置是紅黑樹（TreeNode），則拆分紅黑樹：根據新索引規則，將樹節點分為兩個子樹，若子樹長度≤6，則轉為鏈表，否則保持紅黑樹。
    • 若原位置是鏈表（Node），則遍歷鏈表，將節點按新索引規則分為兩個子鏈表（低位鏈表和高位鏈表），分別放入新數組的對應位置。
  5. 替換引用：將新數組賦值給 HashMap 的 table 變量，更新容量和閾值，完成擴容。

擴容過程中的頭插法和尾插法是 JDK 7 與 JDK 8 中遷移鏈表元素時的不同實現方式，核心區別如下：

頭插法（JDK 7 及之前）：遷移鏈表時，將原鏈表的節點按“頭插”方式放入新數組的對應位置，即新節點插入到新鏈表的頭部。這種方式會導致鏈表反轉（原鏈表順序與新鏈表順序相反）。在多線程環境下，若同時擴容，可能因鏈表反轉形成循環鏈表，導致查詢時陷入死循環（如線程 A 遷移到一半，線程 B 插入節點，修改指針形成環）。

尾插法（JDK 8 及之后）：遷移鏈表時，保持原鏈表的順序，將節點按“尾插”方式放入新數組的對應位置，即新節點插入到新鏈表的尾部。這種方式不會改變鏈表順序，避免了多線程擴容時的循環鏈表問題（但 HashMap 仍非線程安全，只是解決了該特定問題）。

示例（鏈表遷移對比）：

  • 原鏈表：A → B → C（索引 i）
  • 頭插法遷移后（新索引 j）：C → B → A（順序反轉）
  • 尾插法遷移后（新索引 j）：A → B → C（順序不變）

面試關鍵點：擴容的觸發條件與容量計算；元素遷移的三種場景（單節點、鏈表、紅黑樹）；頭插法與尾插法的區別（順序、線程安全隱患）；JDK 版本差異對擴容的影響。

記憶法：可通過“容量超閾值則擴容，新容原 2 倍，遷移元素分三類；頭插反轉易成環，尾插保序更安全”來記憶，概括擴容機制及兩種插入方式的核心差異。

若向 HashMap 中存入 1 億個數據，會一次性 rehash 完成嗎？什么是漸進式 rehash？其實現原理是什么？

向 HashMap 中存入 1 億個數據時，會觸發多次擴容，且每次擴容都會一次性完成 rehash（重新計算所有元素的索引并遷移），不會分階段進行。這是因為 HashMap 是單線程設計，擴容過程是阻塞式的：一旦觸發擴容，當前線程會暫停其他操作，直到所有元素遷移完成，才能繼續處理后續請求。對于 1 億個數據，單次擴容的 rehash 操作會消耗大量 CPU 和時間，可能導致程序長時間卡頓，甚至影響服務可用性。

漸進式 rehash 并非 HashMap 的特性，而是 ConcurrentHashMap（JDK 7）為解決大規模數據擴容時的性能問題而設計的機制，目的是避免一次性 rehash 帶來的長時間阻塞，實現“邊服務邊遷移”。

漸進式 rehash 的核心原理是將數據遷移過程分散到多次操作中，而非一次性完成，具體實現如下：

  1. 雙數組共存：觸發擴容時，ConcurrentHashMap 會創建一個新數組（新容量為原容量的 2 倍），但不立即遷移所有數據，而是同時保留舊數組和新數組（通過?sizeCtl?標記擴容狀態）。
  2. 分步遷移：每次執行?put、get、remove?等操作時，會順帶遷移一部分數據（如遷移舊數組中一個段的元素）。遷移時，先鎖定該段，將元素重新計算索引后放入新數組，完成后標記該段已遷移。
  3. 讀寫兼容：查詢操作時，會先檢查新數組，若未找到則查詢舊數組；插入操作時，直接插入新數組（確保新數據只進入新數組）；刪除操作時，若元素在舊數組中，遷移后再刪除。
  4. 完成遷移：當舊數組中的所有元素都遷移到新數組后，用新數組替換舊數組，釋放舊數組內存，擴容完成。

這種機制將一次性大量遷移的開銷分散到多次操作中，避免了單線程阻塞，保證了高并發場景下的服務可用性。例如，存入 1 億個數據時，ConcurrentHashMap 會在多次?put?操作中逐步完成遷移，而非一次性阻塞處理。

需要注意的是，JDK 8 中的 ConcurrentHashMap 摒棄了分段鎖，采用 CAS + synchronized 實現同步，其擴容機制雖仍有優化，但不再是嚴格意義上的漸進式 rehash，而是通過多線程協助遷移（每個線程負責一部分桶）來提高效率。

面試關鍵點：HashMap 一次性 rehash 的特性及問題；漸進式 rehash 的設計目的（避免阻塞）；ConcurrentHashMap 漸進式 rehash 的核心實現（雙數組、分步遷移、讀寫兼容）；JDK 版本差異對 rehash 機制的影響。

記憶法：可通過“HashMap 存億級，一次性 rehash 阻塞；漸進式 rehash 屬并發，雙數組分步遷，邊服務邊完成”來記憶，明確兩種 rehash 機制的差異。

HashMap 是線程安全的嗎？如何保證 HashMap 的線程安全？

HashMap 不是線程安全的。其底層實現（數組 + 鏈表 + 紅黑樹）和方法（如?put、remove?等）均未提供同步機制，在多線程環境下并發讀寫或修改時，可能出現數據不一致、異常甚至程序崩潰，具體表現為：

  1. 數據覆蓋：多線程同時執行?put?操作時，可能因同時計算出相同索引且均判斷該位置為空，導致后插入的元素覆蓋先插入的元素，造成數據丟失。
  2. 鏈表循環：JDK 7 及之前使用頭插法擴容，多線程并發擴容時，可能因鏈表反轉形成循環鏈表，導致后續查詢操作陷入死循環。
  3. 快速失敗（ConcurrentModificationException）：一個線程迭代 HashMap 時，另一個線程修改其結構（如添加/刪除元素），迭代器會檢測到?modCount?變化并拋出異常。
  4. 尺寸不準確：多線程并發修改時，size?字段的更新可能丟失（如兩個線程同時執行?size++，最終結果可能比實際少 1）。

保證 HashMap 線程安全的常用方式有以下三種，各有特點：

  1. 使用?Collections.synchronizedMap(new HashMap<>())：通過包裝器模式，為 HashMap 的所有方法添加同步鎖（synchronized?塊，鎖對象為包裝器本身），使每個方法執行時都需獲取鎖，從而保證線程安全。優點是實現簡單，適用于并發量低的場景；缺點是全表鎖導致并發性能差（多線程無法同時操作），且迭代時仍需手動同步（否則可能拋出?ConcurrentModificationException）。

  2. 使用 HashTable：HashTable 是早期的線程安全哈希表實現，其所有方法都被?synchronized?修飾（鎖對象為 this），本質是全表鎖。優點是無需額外處理，直接使用；缺點是與?synchronizedMap?類似，并發性能低，且不允許?null?作為 key 或 value，功能受限，已逐漸被 ConcurrentHashMap 替代。

  3. 使用 ConcurrentHashMap（推薦）：JUC 包提供的高效線程安全哈希表，針對并發場景優化：

    • JDK 7 采用分段鎖（Segment），將數組分為多個段，每個段獨立加鎖，多線程可同時操作不同段，并發性能大幅提升。
    • JDK 8 摒棄分段鎖，采用 CAS 操作 +?synchronized?關鍵字（只鎖定鏈表頭或紅黑樹節點），進一步減少鎖競爭，性能更優。
      優點是并發性能高（支持多線程同時讀寫），允許?null?作為 value（key 仍不允許），支持原子操作（如?putIfAbsent）；缺點是實現復雜，內存占用略高，適用于高并發場景。

示例（使用 ConcurrentHashMap）：

import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;public class SafeHashMap {public static void main(String[] args) {Map<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();// 多線程并發操作Runnable task = () -> {for (int i = 0; i < 1000; i++) {map.put(Thread.currentThread().getName() + i, i);}};new Thread(task).start();new Thread(task).start();}
}

面試關鍵點：HashMap 線程不安全的具體表現；三種線程安全方案的實現原理與優缺點；ConcurrentHashMap 的并發優化機制（分段鎖 vs CAS + synchronized）；不同并發場景下的方案選擇。

記憶法：可通過“HashMap 線程不安全，并發操作出問題；同步包裝全表鎖，HashTable 老性能低；ConcurrentHashMap 最推薦，分段或 CAS 高并發”來記憶，概括安全性問題及解決方案。

HashTable、SynchronizedMap 和 ConcurrentHashMap 的區別是什么？HashTable 如何保證線程安全？ConcurrentHashMap 如何實現線程安全？

HashTable、SynchronizedMap 和 ConcurrentHashMap 都是線程安全的哈希表實現，但在同步機制、性能、功能支持等方面有顯著區別，具體如下：

三者的核心區別：

  1. 同步機制與性能：

    • HashTable：所有方法（如?put、get）均被?synchronized?修飾，本質是“全表鎖”（鎖對象為當前 HashTable 實例）。任何時刻只有一個線程能操作整個哈希表，并發性能極低。
    • SynchronizedMap：通過?Collections.synchronizedMap()?包裝普通 Map 生成，內部使用同步塊（鎖對象為包裝器或指定的鎖對象），同樣是“全表鎖”。與 HashTable 相比，靈活性略高（可指定鎖對象），但并發性能相同（仍為單線程獨占）。
    • ConcurrentHashMap：JDK 7 采用“分段鎖”（將數組分為多個 Segment，每個 Segment 獨立加鎖），多線程可同時操作不同 Segment，并發性能大幅提升；JDK 8 摒棄分段鎖，采用“CAS 操作 + synchronized”（只鎖定鏈表頭或紅黑樹節點），進一步減少鎖競爭，性能更優，支持更高并發。

  2. 功能限制：

    • HashTable：不允許?null?作為 key 或 value（會拋出?NullPointerException）。
    • SynchronizedMap：允許?null（取決于底層 Map，如包裝 HashMap 時允許?null）。
    • ConcurrentHashMap：允許?null?作為 value，但不允許?null?作為 key（避免?null?引發的歧義，如?get(null)?無法區分 key 不存在還是 value 為?null）。

  3. 迭代安全性：

    • HashTable 和 SynchronizedMap：迭代時若結構被修改（如添加/刪除元素），可能拋出?ConcurrentModificationException（快速失敗），需手動同步迭代過程。
    • ConcurrentHashMap：迭代器是“弱一致性”的，不會拋出?ConcurrentModificationException，迭代時能看到已提交的修改，但可能看不到迭代過程中的新修改。

  4. 原子操作支持：

    • HashTable 和 SynchronizedMap：不支持原子操作（如?putIfAbsent），需手動加鎖實現。
    • ConcurrentHashMap：內置多種原子操作（如?putIfAbsent、remove、replace?等），無需額外同步。

HashTable 保證線程安全的方式：HashTable 的所有公開方法（如?put、get、remove?等）都被?synchronized?關鍵字修飾，例如：

public synchronized V put(K key, V value) {// 實現邏輯
}

這意味著任何線程調用這些方法時，都必須先獲取 HashTable 實例的鎖，同一時間只有一個線程能執行這些方法，從而保證了操作的原子性和可見性。但這種全表鎖的設計導致并發性能極差，多線程環境下效率低下。

ConcurrentHashMap 實現線程安全的方式因 JDK 版本而異：

  • JDK 7：基于“分段鎖（Segment）”實現。Segment 繼承自?ReentrantLock，每個 Segment 管理數組中的一部分桶。當操作某個桶時，只需鎖定對應的 Segment，其他 Segment 可被其他線程訪問。例如?put?操作時，先計算 key 所在的 Segment，獲取該 Segment 的鎖，完成操作后釋放鎖。這種方式允許多線程同時操作不同 Segment，大幅提升并發性能。
  • JDK 8：摒棄分段鎖，采用“CAS 操作 + synchronized”實現。數組中的每個桶（鏈表頭或紅黑樹節點）作為鎖對象：
    • 對于?put?操作，若桶為空，通過 CAS 直接插入節點；若桶非空，對桶的頭節點加?synchronized?鎖，再執行插入、替換等操作。
    • 對于?get?操作，無需加鎖（依賴?volatile?保證可見性），直接讀取。
      這種方式鎖粒度更細（從 Segment 縮小到單個桶），鎖競爭進一步減少，性能優于分段鎖，同時支持多線程協助擴容（每個線程負責一部分桶的遷移）。

面試關鍵點：三者在同步機制和性能上的核心差異；HashTable 的全表鎖實現；ConcurrentHashMap 在 JDK 7 和 JDK 8 中的線程安全機制；功能限制（如 null 支持）和迭代特性的區別。

記憶法：可通過“HashTable 全表鎖，性能低禁 null；SynchronizedMap 同鎖表，略靈活；ConcurrentHashMap 分段或 CAS，高并發支持原子操”來記憶，概括三者的核心區別。

HashMap 和 LinkedHashMap 的區別是什么？

HashMap 和 LinkedHashMap 都是 Java 中常用的哈希表實現，LinkedHashMap 繼承自 HashMap，在其基礎上增加了對元素順序的維護，兩者的核心區別體現在底層結構、迭代順序、性能和適用場景上。

  1. 底層結構不同：HashMap 的底層是“數組 + 鏈表 + 紅黑樹”，僅通過哈希值和索引管理元素，不維護元素的順序關系。LinkedHashMap 在 HashMap 結構的基礎上，額外維護了一個雙向鏈表（稱為“訪問鏈”），每個節點除了存儲 key、value、哈希值和 next 指針（用于哈希桶）外，還包含?before?和?after?指針，用于鏈接前一個和后一個節點，從而記錄元素的插入順序或訪問順序。

  2. 迭代順序不同：HashMap 的迭代順序是不確定的（與插入順序無關，取決于哈希值和擴容情況），每次迭代可能得到不同的順序。LinkedHashMap 的迭代順序是確定的，有兩種模式：

    • 插入順序（默認）：迭代順序與元素的插入順序一致，即先插入的元素先被迭代到。
    • 訪問順序（通過構造方法?LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, boolean accessOrder)?設置?accessOrder = true?啟用）：每次調用?get?或?put?方法訪問元素時，該元素會被移到雙向鏈表的尾部，迭代順序為“最近最少訪問（LRU）”順序，適用于實現緩存。

示例（迭代順序對比）：

// HashMap 迭代順序不確定
Map<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
hashMap.put("a", 1);
hashMap.put("b", 2);
hashMap.put("c", 3);
hashMap.forEach((k, v) -> System.out.print(k)); // 可能輸出 "bca" 等任意順序// LinkedHashMap 插入順序
Map<String, Integer> linkedHashMap1 = new LinkedHashMap<>();
linkedHashMap1.put("a", 1);
linkedHashMap1.put("b", 2);
linkedHashMap1.put("c", 3);
linkedHashMap1.forEach((k, v) -> System.out.print(k)); // 輸出 "abc"（與插入順序一致）// LinkedHashMap 訪問順序
Map<String, Integer> linkedHashMap2 = new LinkedHashMap<>(16, 0.75f, true);
linkedHashMap2.put("a", 1);
linkedHashMap2.put("b", 2);
linkedHashMap2.get("a"); // 訪問 "a"，移到尾部
linkedHashMap2.forEach((k, v) -> System.out.print(k)); // 輸出 "ba"（"a" 被訪問后移到尾部）

  1. 性能差異：LinkedHashMap 由于需要維護雙向鏈表，插入、刪除元素時需額外更新?before?和?after?指針，性能略低于 HashMap（尤其是數據量較大時）。查詢操作的性能兩者相近（均依賴哈希值定位，時間復雜度 O(1) 或 O(log n)），但 LinkedHashMap 的迭代操作效率更高（直接遍歷雙向鏈表，無需遍歷整個哈希桶數組）。

  2. 適用場景不同：HashMap 適用于無需關注元素順序、追求插入和查詢高效的場景（如存儲鍵值對配置、快速查找數據）。LinkedHashMap 適用于需要保持元素順序的場景：

    • 插入順序：如日志記錄（按時間順序存儲）、需要按插入順序遍歷的場景。
    • 訪問順序：如實現 LRU（最近最少使用）緩存（通過重寫?removeEldestEntry?方法，當元素數量超過閾值時，自動移除最久未訪問的元素）。

  3. 其他細節：兩者的初始容量、負載因子、擴容機制、哈希沖突處理方式（鏈表轉紅黑樹）完全一致，因為 LinkedHashMap 復用了 HashMap 的核心邏輯，僅在元素插入、訪問、刪除時額外維護雙向鏈表。

面試關鍵點：底層結構的差異（雙向鏈表的存在）；迭代順序的確定性（插入順序 vs 訪問順序）；性能對比（LinkedHashMap 的額外開銷）；LRU 緩存的實現（LinkedHashMap 的訪問順序模式）。

記憶法：可通過“HashMap 無序快，LinkedHashMap 有序（插入/訪問）稍慢；鏈表維護順序，適用需序或緩存”來記憶，概括兩者的核心區別和適用場景。

CopyOnWriteArrayList 和 ConcurrentLinkedQueue 的底層實現是什么？

CopyOnWriteArrayList 和 ConcurrentLinkedQueue 都是 Java 并發包（java.util.concurrent）中線程安全的集合類，分別針對 List 和 Queue 場景設計，底層實現各有特點，核心是通過無鎖或輕量級同步機制保證高并發性能。

CopyOnWriteArrayList 的底層實現基于“寫時復制（Copy-On-Write）”的動態數組。它維護一個 volatile 修飾的數組（array），確保讀操作的可見性。核心思想是：讀操作無需加鎖，直接訪問當前數組；寫操作（如 add、set、remove 等）時，不直接修改原數組，而是創建一個新數組，將原數組元素復制到新數組后再執行修改，最后用新數組替換原數組（通過 volatile 保證其他線程可見）。具體實現如下：

  • 讀操作（get）：直接返回?array[index]，無鎖，性能極高。
  • 寫操作（add）：先獲取獨占鎖（ReentrantLock），防止多線程同時寫操作導致的數組不一致；然后復制原數組到新數組（新容量 = 原容量 + 1）；在新數組中添加元素；最后將?array?引用指向新數組；釋放鎖。
  • 迭代器：基于創建時的數組快照進行迭代，不反映后續修改，因此不會拋出 ConcurrentModificationException，是“弱一致性”迭代器。

簡化代碼示例（add 方法核心邏輯）：

public class CopyOnWriteArrayList<E> {private transient volatile Object[] array;private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();public boolean add(E e) {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock(); // 加鎖，保證寫操作原子性try {Object[] elements = getArray();int len = elements.length;Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); // 復制原數組newElements[len] = e; // 添加新元素setArray(newElements); // 替換原數組return true;} finally {lock.unlock(); // 釋放鎖}}
}

ConcurrentLinkedQueue 的底層實現是基于單向鏈表的無鎖隊列，采用“CAS（Compare-And-Swap）”操作保證線程安全，適用于高并發的生產者-消費者場景。其核心結構包括：

  • 頭節點（head）和尾節點（tail），均為 volatile 修飾，確保可見性。
  • 每個節點（Node）包含元素（item）和 next 指針（指向后繼節點），next 用 volatile 修飾。

核心操作（入隊 offer 和出隊 poll）均通過 CAS 實現，無需加鎖：

  • 入隊（offer）：從尾節點開始，通過 CAS 將新節點設置為當前尾節點的 next，若成功則嘗試更新尾節點（允許尾節點滯后，減少 CAS 操作）。
  • 出隊（poll）：從頭節點開始，通過 CAS 將頭節點的 item 設為 null（標記刪除），若成功則更新頭節點為下一個節點。

CAS 操作依賴 Unsafe 類的 native 方法，通過硬件級別的原子操作保證多線程下的原子性，避免了鎖競爭帶來的性能開銷。由于無鎖設計，多個線程可同時進行入隊和出隊操作，并發性能優異，但迭代器同樣是弱一致性（可能看不到最新修改）。

面試關鍵點：CopyOnWriteArrayList 的寫時復制機制（讀無鎖、寫加鎖復制）；ConcurrentLinkedQueue 的無鎖 CAS 實現；兩者的弱一致性迭代器特性；適用場景（CopyOnWriteArrayList 適合讀多寫少，ConcurrentLinkedQueue 適合高并發隊列操作）。

記憶法：可通過“CopyOnWrite 寫復制，讀快寫慢加鎖；ConcurrentLinkedQueue 無鎖 CAS，高并發隊列頂呱呱”來記憶，概括兩者的核心實現和特點。

什么是線程安全？Java 中有哪幾種方式可以保證線程安全？

線程安全是指在多線程環境下，無論操作系統如何調度線程，多個線程對共享資源的并發操作都能保證結果的正確性（與單線程執行結果一致），不會出現數據不一致、邏輯錯誤或異常。線程安全的核心是解決共享資源的競爭問題，確保操作的原子性、可見性和有序性。

Java 中保證線程安全的方式主要有以下幾種，各有適用場景：

  1. 使用 synchronized 關鍵字：synchronized 是 Java 內置的同步機制，可修飾方法或代碼塊，通過獲取對象的監視器鎖（monitor）保證同一時間只有一個線程執行同步代碼，實現操作的原子性。同時，synchronized 能保證可見性（釋放鎖時將修改刷新到主內存，獲取鎖時從主內存加載最新值）和有序性（禁止指令重排序）。例如：

// 修飾方法
public synchronized void increment() {count++;
}// 修飾代碼塊
public void update() {synchronized (this) {// 同步操作}
}

優點是使用簡單，無需手動釋放鎖；缺點是鎖粒度較粗（可能導致并發性能低），無法中斷等待鎖的線程。

  1. 使用 volatile 關鍵字：volatile 用于修飾變量，保證變量的可見性（一個線程修改后，其他線程能立即看到最新值）和有序性（禁止指令重排序），但不保證原子性。適用于變量被多個線程讀取、但只有一個線程修改的場景（如狀態標記）：

private volatile boolean isRunning = true;public void stop() {isRunning = false; // 線程 A 修改
}public void run() {while (isRunning) { // 線程 B 能立即看到修改// 執行任務}
}

  1. 使用 JUC 中的鎖（如 ReentrantLock）：ReentrantLock 是可重入鎖，提供比 synchronized 更靈活的功能，如可中斷鎖、超時獲取鎖、公平鎖/非公平鎖選擇、條件變量（Condition）等。通過?lock()?獲取鎖，unlock()?釋放鎖（需在 finally 中執行）：

private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();public void operation() {lock.lock();try {// 同步操作} finally {lock.unlock();}
}

優點是鎖粒度可控，功能豐富，適合復雜同步場景；缺點是需手動釋放鎖，易因遺漏導致死鎖。

  1. 使用原子類（如 AtomicInteger）：原子類基于 CAS 操作實現，提供線程安全的原子操作（如自增、賦值等），無需加鎖，性能優于鎖機制。常用類有 AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference 等：

private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);public void increment() {count.incrementAndGet(); // 原子自增，等價于 count++
}

適用于簡單的計數器、狀態標記等場景，不適合復雜的復合操作。

  1. 使用線程安全的集合：如 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList、ConcurrentLinkedQueue 等，內部通過鎖分段、CAS、寫時復制等機制保證線程安全，無需手動同步，適合高并發場景。

  2. 使用 ThreadLocal：ThreadLocal 為每個線程提供獨立的變量副本，避免共享資源競爭，本質是“以空間換時間”。適用于變量需線程隔離的場景（如數據庫連接、Session 管理）：

private ThreadLocal<Connection> connectionThreadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> {return DriverManager.getConnection(url, user, password);
});// 線程獲取自己的連接
Connection conn = connectionThreadLocal.get();

  1. 不可變對象：若對象創建后狀態不可修改（如 String、Integer），則天然線程安全，因為無需擔心被修改。可通過 final 關鍵字修飾類、字段，且不提供 setter 方法實現。

面試關鍵點：線程安全的核心定義（原子性、可見性、有序性）；各種線程安全方式的實現原理（synchronized 監視器鎖、volatile 內存語義、CAS 操作等）；不同方式的適用場景及優缺點對比。

記憶法：可通過“同步鎖（synchronized/ReentrantLock）保原子，volatile 保可見有序，原子類 CAS 高性能，線程安全集合免手動，ThreadLocal 隔離變量，不可變對象天然安”來記憶，概括主要方式及核心作用。

進程和線程的區別是什么？

進程和線程是操作系統中調度和資源管理的基本單位，兩者既有聯系又有本質區別，核心差異體現在資源占用、調度方式、通信機制等方面。

從定義來看，進程是程序的一次執行過程，是操作系統進行資源分配和調度的獨立單位；線程是進程的一個執行單元，是操作系統進行任務調度的基本單位，一個進程可以包含多個線程，線程共享進程的資源。

具體區別如下：

  1. 資源占用：進程擁有獨立的資源空間，包括內存（代碼段、數據段、堆）、文件描述符、IO 設備等，進程間的資源不共享，切換時需保存和恢復整個進程的資源狀態，開銷較大。線程不擁有獨立資源，共享所屬進程的內存、文件描述符等資源，僅擁有獨立的棧空間、程序計數器和寄存器，資源占用少，切換時只需保存線程私有數據，開銷遠小于進程。

  2. 調度粒度：操作系統調度的基本單位是線程，而非進程。同一進程內的線程切換由進程內的線程調度器管理，無需切換地址空間，速度更快；不同進程間的切換需要操作系統介入，涉及地址空間切換，速度較慢。因此，線程的調度效率遠高于進程。

  3. 生命周期：進程的生命周期包括創建、就緒、運行、阻塞、終止，創建和終止的開銷大（需分配和釋放資源）。線程的生命周期與進程類似，但創建和終止僅需初始化或釋放私有數據，開銷小。一個進程終止時，其所有線程會被強制終止；而線程終止不會影響同進程的其他線程。

  4. 通信機制：進程間通信（IPC）需通過操作系統提供的機制，如管道、消息隊列、共享內存、信號量、Socket 等，由于資源隔離，通信復雜且效率低。線程間通信簡單，可直接通過共享進程內的變量（如全局變量、堆內存）實現，也可使用線程同步機制（如鎖、信號量）協調訪問，通信效率高。

  5. 獨立性：進程是獨立的執行單位，一個進程崩潰通常不會影響其他進程（操作系統隔離）。線程依賴于進程，同一進程內的線程共享資源，一個線程崩潰可能導致整個進程崩潰（如內存訪問錯誤），獨立性低。

  6. 并發性：多進程和多線程都能實現并發，但線程的并發粒度更細。在多核 CPU 上，多線程可真正并行執行（同一進程的線程分配到不同核心）；多進程也可并行，但資源開銷更大。

舉例來說，打開一個瀏覽器是一個進程，瀏覽器中的每個標簽頁可視為一個線程：標簽頁共享瀏覽器的網絡連接、緩存等資源，切換標簽頁（線程切換）快速，一個標簽頁崩潰可能導致瀏覽器整體崩潰；而同時打開瀏覽器和文本編輯器則是兩個獨立進程，資源不共享，一個崩潰不影響另一個。

面試關鍵點：資源占用的獨立性（進程獨立 vs 線程共享）；調度粒度和開銷（線程更輕量）；通信機制的復雜度；獨立性和故障影響范圍；并發性的實現差異。

記憶法：可通過“進程資源獨，線程共享父；進程調度重，線程切換輕；進程通信難，線程共享簡；進程獨立強，線程同存亡”來記憶，概括核心區別。

操作系統中線程的狀態有哪些？各狀態之間如何轉換？Java 中線程的狀態有哪些？各狀態之間如何轉換？

操作系統和 Java 中的線程狀態定義及轉換邏輯不同，前者是操作系統內核級的狀態描述，后者是 Java 語言層面基于內核狀態的抽象，具體如下：

操作系統中線程的狀態：
操作系統內核通常將線程狀態分為以下幾種：

  1. 就緒（Ready）：線程已獲取除 CPU 外的所有資源，等待操作系統調度分配 CPU 時間片。
  2. 運行（Running）：線程正在 CPU 上執行，占用 CPU 資源。
  3. 阻塞（Blocked）：線程因等待某種資源（如 I/O 完成、鎖釋放、信號量）而暫停執行，不占用 CPU。阻塞可細分為：
    • I/O 阻塞：等待 I/O 操作完成（如磁盤讀寫、網絡請求）。
    • 鎖阻塞：等待其他線程釋放鎖。
    • 信號量阻塞：等待信號量觸發。
  4. 終止（Terminated）：線程執行完成或被強制終止，生命周期結束。

狀態轉換：

  • 就緒 → 運行：操作系統調度器從就緒隊列中選擇線程，分配 CPU 時間片。
  • 運行 → 就緒：時間片用完或被更高優先級線程搶占，線程回到就緒隊列。
  • 運行 → 阻塞：線程執行過程中請求資源（如 I/O、鎖），資源未就緒時進入阻塞狀態。
  • 阻塞 → 就緒：等待的資源就緒（如 I/O 完成、鎖釋放），線程從阻塞隊列進入就緒隊列，等待調度。
  • 運行 → 終止：線程執行完 run 方法或被中斷（如調用 stop()）。

Java 中線程的狀態：
Java 中線程狀態定義在?Thread.State?枚舉中，共 6 種，是對操作系統狀態的更高層次抽象：

  1. NEW（新建）：線程對象已創建，但未調用?start()?方法，尚未啟動。
  2. RUNNABLE（可運行）：線程已啟動，包含兩種情況：
    • 正在 CPU 上執行（對應操作系統的運行狀態）。
    • 等待 CPU 調度（對應操作系統的就緒狀態）。
  3. BLOCKED（阻塞）：線程等待獲取 synchronized 監視器鎖（如嘗試進入 synchronized 方法/塊，而鎖被其他線程持有）。
  4. WAITING（等待）：線程無限期等待其他線程的特定操作（如?Object.wait()、Thread.join()、LockSupport.park()），需被其他線程喚醒（如?Object.notify()）。
  5. TIMED_WAITING（超時等待）：線程等待指定時間（如?Thread.sleep(long)、Object.wait(long)、Thread.join(long)），時間到后自動喚醒或被提前喚醒。
  6. TERMINATED（終止）：線程執行完成（run 方法結束）或被異常終止。

狀態轉換：

  • NEW → RUNNABLE：調用?start()?方法，線程啟動，進入可運行狀態。
  • RUNNABLE → BLOCKED：線程嘗試獲取 synchronized 鎖，若鎖被占用，則進入阻塞狀態；獲取鎖后從 BLOCKED → RUNNABLE。
  • RUNNABLE → WAITING：執行?Object.wait()（無參）、Thread.join()（無參）等，進入等待狀態；被其他線程調用?notify()/notifyAll()?或 join 的線程終止，從 WAITING → RUNNABLE。
  • RUNNABLE → TIMED_WAITING：執行?Thread.sleep(1000)、Object.wait(1000)?等帶超時的方法，進入超時等待；時間到或被提前喚醒，從 TIMED_WAITING → RUNNABLE。
  • RUNNABLE → TERMINATED：線程執行完 run 方法或被強制終止（如?stop()，已廢棄）。

核心區別：操作系統的“阻塞”包含所有資源等待，而 Java 的 BLOCKED 僅特指等待 synchronized 鎖；Java 的 RUNNABLE 合并了操作系統的就緒和運行狀態，更簡潔。

面試關鍵點：操作系統線程狀態的四態模型及轉換；Java 線程的 6 種狀態（尤其是 BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING 的區別）；狀態轉換的觸發條件（如方法調用、鎖競爭）。

記憶法：操作系統線程狀態可記為“就緒等 CPU，運行占 CPU，阻塞等資源，終止已結束”；Java 線程狀態可記為“NEW 未啟動，RUNNABLE 可運行，BLOCKED 等鎖，WAITING 等通知，TIMED_WAITING 限時等，TERMINATED 已終止”。

一個線程在等待獲取 synchronized 鎖時，該線程處于什么狀態？

一個線程在等待獲取 synchronized 鎖時，處于 BLOCKED（阻塞）狀態。這是 Java 線程狀態中對“等待監視器鎖”場景的明確定義，區別于其他等待狀態（如 WAITING 或 TIMED_WAITING）。

具體來說，當線程 A 嘗試進入一個 synchronized 方法或代碼塊時，若該鎖已被線程 B 持有，線程 A 無法立即獲取鎖，會被放入該鎖的“阻塞隊列”中，此時線程 A 的狀態從 RUNNABLE 轉換為 BLOCKED。直到線程 B 釋放鎖（退出 synchronized 方法/塊），操作系統會從阻塞隊列中喚醒一個線程（通常是隨機的），使其重新嘗試獲取鎖，成功后狀態從 BLOCKED 轉換為 RUNNABLE。

需要明確 BLOCKED 狀態與其他等待狀態的區別：

  • BLOCKED 僅針對 synchronized 鎖的等待，是“被動等待”（等待其他線程釋放鎖）。
  • WAITING 狀態是線程主動調用無參的?Object.wait()、Thread.join()?等方法后進入的狀態，需等待其他線程主動喚醒（如?notify()），等待的是“通知”而非“鎖”。
  • TIMED_WAITING 狀態是線程調用帶超時參數的方法（如?Thread.sleep(1000)、Object.wait(1000)）后進入的狀態，等待時間到后自動喚醒，或被提前喚醒，等待的是“時間”或“通知”。

示例代碼（展示 BLOCKED 狀態）：

public class BlockedStateDemo {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Object lock = new Object();// 線程1持有鎖Thread t1 = new Thread(() -> {synchronized (lock) {try {Thread.sleep(5000); // 持有鎖5秒} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});// 線程2嘗試獲取鎖，會進入BLOCKED狀態Thread t2 = new Thread(() -> {synchronized (lock) { // 嘗試獲取鎖System.out.println("線程2獲取到鎖");}});t1.start();Thread.sleep(1000); // 確保t1先獲取鎖t2.start();Thread.sleep(1000);// 此時t2處于BLOCKED狀態System.out.println("t2狀態：" + t2.getState()); // 輸出 BLOCKED}
}

上述代碼中，t1 先獲取鎖并持有 5 秒，t2 啟動后嘗試獲取同一把鎖，因鎖被占用而進入 BLOCKED 狀態，直到 t1 釋放鎖后，t2 才能獲取鎖并繼續執行。

面試關鍵點：BLOCKED 狀態的定義（等待 synchronized 鎖）；與 WAITING、TIMED_WAITING 狀態的區別；觸發 BLOCKED 狀態的場景（競爭 synchronized 鎖）。

記憶法：可通過“等 synchronized 鎖，狀態是 BLOCKED；等通知是 WAITING，限時等是 TIMED_WAITING”來記憶，明確不同等待場景對應的線程狀態。

調用線程的 start () 方法后再調用一次會發生什么？

調用線程的?start()?方法后再調用一次會拋出?IllegalThreadStateException?異常。這是由線程的生命周期規則決定的，start()?方法的核心作用是啟動線程，使其從?NEW?狀態進入?RUNNABLE?狀態，而一個線程只能被啟動一次。

線程的生命周期中，start()?方法的執行邏輯包含對線程狀態的嚴格檢查。當線程對象被創建時，初始狀態為?NEW（尚未調用?start()）。第一次調用?start()?時，JVM 會檢查狀態是否為?NEW，若是則啟動線程（調用底層?start0()?native 方法，由操作系統創建實際的線程實體），并將狀態從?NEW?轉換為?RUNNABLE。一旦線程狀態脫離?NEW（無論后續是?RUNNABLE、BLOCKED、TERMINATED?等），再次調用?start()?時，JVM 會檢測到狀態非?NEW，直接拋出?IllegalThreadStateException，阻止重復啟動。

從底層實現看，Thread?類的?start()?方法源碼（簡化）如下：

public synchronized void start() {if (threadStatus != 0) // threadStatus 為 0 表示 NEW 狀態throw new IllegalThreadStateException();// 加入線程組等操作start0(); //  native 方法，啟動線程
}

其中?threadStatus?是線程的狀態標識，初始值為 0（NEW?狀態），start()?方法通過?synchronized?保證線程安全，且僅允許?threadStatus?為 0 時執行?start0()。

需要注意，線程執行完畢后狀態變為?TERMINATED，此時即使再次調用?start()，同樣會因狀態非?NEW?而拋出異常。若需重復執行相同任務，需重新創建線程對象（處于?NEW?狀態）并調用?start()。

示例代碼驗證：

public class RepeatStartDemo {public static void main(String[] args) {Thread thread = new Thread(() -> {System.out.println("線程執行");});thread.start(); // 第一次啟動，正常執行try {Thread.sleep(1000); // 等待線程執行完畢} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}try {thread.start(); // 第二次啟動，拋出異常} catch (IllegalThreadStateException e) {System.out.println("異常：" + e.getMessage()); // 輸出異常信息}}
}

上述代碼中，線程第一次啟動后執行完畢（狀態為?TERMINATED），第二次調用?start()?會觸發?IllegalThreadStateException。

面試關鍵點：線程生命周期中?start()?方法的狀態檢查機制；IllegalThreadStateException?的觸發條件；線程只能啟動一次的底層原因（threadStatus?標識和?start0()?native 方法的調用限制）。

記憶法：可通過“線程啟動靠 start，一次啟動終生效；狀態脫離 NEW 后，再調用就拋異常”來記憶，明確?start()?方法的調用限制和異常原因。

從操作系統層面看，兩個線程可以訪問同一個數據嗎？如果一個線程崩潰了，會影響整個進程的運行嗎？

從操作系統層面看，兩個線程可以訪問同一個數據。因為線程是進程的執行單元，同一進程內的所有線程共享該進程的地址空間（包括代碼段、數據段、堆內存等），這意味著線程間無需額外機制即可直接訪問進程的共享資源（如全局變量、堆上的對象等）。例如，進程中的兩個線程可同時讀寫堆內存中的同一個數組，或訪問全局變量。這種共享特性是線程高效通信的基礎，但也帶來了線程安全問題（如數據競爭），需通過同步機制（如鎖、信號量）保證操作的原子性。

一個線程崩潰是否影響整個進程，取決于崩潰的原因：

  • 若線程因邏輯錯誤（如空指針異常、數組越界）崩潰，通常只會導致該線程終止，不會直接影響同進程的其他線程。這是因為現代操作系統會為線程設置異常處理機制，當線程觸發未捕獲的異常時，操作系統會終止該線程，但進程的其他線程仍可繼續運行。例如，Java 中一個線程拋出?NullPointerException?未被捕獲，會導致該線程終止，但 JVM 進程和其他線程不受影響。
  • 若線程因嚴重錯誤（如訪問非法內存地址、棧溢出、硬件錯誤）崩潰，可能導致整個進程終止。因為這些錯誤會破壞進程的共享資源（如內存空間被污染、進程的核心數據結構損壞），操作系統為避免進一步的系統級風險，會終止整個進程及其所有線程。例如，C 語言中線程執行?*(int*)0 = 0（寫入空指針地址）會觸發內存訪問錯誤，操作系統會發送信號終止整個進程。

核心原因是線程與進程的資源關系：線程共享進程的地址空間和核心資源，線程的崩潰若局限于自身私有數據（如棧空間的局部錯誤），則影響范圍有限；若涉及共享資源的破壞，則會牽連整個進程。

舉例說明：

  • 安全崩潰場景：線程 A 因?ArrayIndexOutOfBoundsException?終止，線程 B 仍可繼續訪問共享的全局變量，進程正常運行。
  • 致命崩潰場景：線程 A 因緩沖區溢出改寫了進程的代碼段，導致進程的指令集被破壞，操作系統檢測到后終止整個進程，線程 B 也隨之終止。

面試關鍵點：線程共享進程資源的特性（可直接訪問同一數據）；線程崩潰對進程的影響取決于崩潰原因（邏輯錯誤 vs 資源破壞）；線程與進程的資源依賴關系。

記憶法：可通過“線程共享進程資源，同數據可共訪問；線程崩潰看原因，邏輯錯僅自斃，壞共享殺全進程”來記憶，概括核心結論。

synchronized 關鍵字的使用方法是什么？其底層實現原理是什么？（需涉及對象頭、鎖池、等待池）

synchronized?是 Java 中用于保證線程安全的關鍵字，通過實現同步機制防止多線程并發訪問共享資源時的數據不一致。其使用方法和底層實現如下：

使用方法：
synchronized?可用于修飾方法或代碼塊，具體有三種形式：

  1. 修飾實例方法：鎖對象為當前實例（this），同一實例的多個同步方法共享一把鎖，不同實例的鎖相互獨立。
    public synchronized void instanceMethod() {// 同步代碼
}
  2. 修飾靜態方法：鎖對象為當前類的 Class 對象（如?Xxx.class），所有靜態同步方法共享同一把鎖（類級別的鎖）。
    public static synchronized void staticMethod() {// 同步代碼
}
  3. 修飾代碼塊：顯式指定鎖對象（可為任意對象），靈活性更高，可縮小同步范圍，減少鎖競爭。
    public void blockMethod() {synchronized (lockObject) { // lockObject 為指定的鎖對象// 同步代碼}
}

底層實現原理：
synchronized?的底層依賴 JVM 的監視器鎖（monitor）機制，核心涉及對象頭、鎖池和等待池：

  1. 對象頭（Object Header）：Java 對象在內存中的布局包括對象頭、實例數據和對齊填充，其中對象頭是實現?synchronized?的關鍵。對象頭由兩部分組成：

    • Mark Word：存儲對象的運行時狀態，如哈希碼、GC 分代年齡、鎖狀態（無鎖、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖）、持有鎖的線程 ID 等。鎖的狀態信息就存儲在這里，是?synchronized?實現的核心數據結構。
    • 類型指針（Klass Pointer）：指向對象所屬類的元數據（方法區中的 Class 對象），確定對象的類型。

    例如，在重量級鎖狀態下，Mark Word 會存儲指向監視器（monitor）的指針，通過監視器實現鎖的管理。

  2. 監視器（monitor）：每個 Java 對象都關聯一個監視器（可理解為一種同步工具），監視器內部維護兩個隊列：

    • 鎖池（Entry Set）：存放等待獲取鎖的線程。當線程嘗試獲取?synchronized?鎖時，若鎖已被其他線程持有，該線程會被放入鎖池，進入?BLOCKED?狀態，等待鎖釋放。
    • 等待池（Wait Set）：存放調用?wait()?方法后釋放鎖的線程。線程獲取鎖后，若執行?wait()，會釋放鎖并進入等待池，進入?WAITING?狀態，需等待其他線程調用?notify()?或?notifyAll()?喚醒，喚醒后線程會從等待池轉移到鎖池，重新競爭鎖。

  3. 同步過程：

    • 線程進入?synchronized?代碼時，需先獲取鎖：通過 CAS 操作嘗試修改對象頭 Mark Word 中的鎖狀態，若成功（鎖未被持有），則持有鎖并執行代碼；若失敗（鎖已被持有），則進入鎖池（BLOCKED?狀態）。
    • 線程執行?wait()?方法時，釋放鎖，從運行狀態進入等待池（WAITING?狀態）。
    • 其他線程執行?notify()?時，從等待池喚醒一個線程，使其進入鎖池競爭鎖；執行?notifyAll()?時，喚醒等待池所有線程，全部進入鎖池競爭鎖。
    • 線程退出?synchronized?代碼時，釋放鎖，JVM 從鎖池喚醒一個線程，使其有機會獲取鎖。

例如，當線程 A 持有鎖執行同步代碼時，線程 B 嘗試獲取鎖會進入鎖池（BLOCKED）；若線程 A 調用?wait()，則釋放鎖并進入等待池（WAITING），線程 B 可獲取鎖；線程 A 被?notify()?喚醒后，進入鎖池等待重新獲取鎖。

面試關鍵點：synchronized?的三種使用形式（實例方法、靜態方法、代碼塊）；對象頭的結構（Mark Word 的作用）；監視器的鎖池和等待池的區別及轉換；同步過程的鎖獲取與釋放邏輯。

記憶法：可通過“synchronized 三用法，實例靜態代碼塊；底層依賴監視器，對象頭存鎖狀態；鎖池等鎖 BLOCKED，等待池等 notify，wait 放鎖入等待”來記憶，概括使用方法和底層機制。

Java 對 synchronized 做了哪些優化？（圍繞偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖的升級過程說明）

Java 對?synchronized?的優化主要體現在鎖的分級實現上，通過引入偏向鎖、輕量級鎖和重量級鎖，根據競爭程度動態調整鎖的類型，減少鎖競爭帶來的性能開銷。這三種鎖的升級過程是“無鎖 → 偏向鎖 → 輕量級鎖 → 重量級鎖”，不可逆（除偏向鎖可被撤銷外），具體如下：

1. 偏向鎖（Biased Locking）：
適用場景：無實際競爭，且只有一個線程多次獲取鎖。
核心原理：鎖會偏向于第一個獲取它的線程，減少無競爭情況下的 CAS 操作開銷。當線程第一次獲取鎖時，通過 CAS 將線程 ID 記錄在對象頭的 Mark Word 中（偏向模式），之后該線程再次獲取鎖時，無需 CAS 操作，僅需判斷 Mark Word 中的線程 ID 是否為當前線程 ID，若一致則直接進入同步代碼，幾乎無開銷。

2. 輕量級鎖：
適用場景：有輕微競爭（多個線程交替獲取鎖，無長時間持有）。
升級觸發：當有第二個線程嘗試獲取偏向鎖時，偏向鎖會被撤銷（需等待全局安全點，暫停持有偏向鎖的線程），升級為輕量級鎖。
核心原理：線程獲取輕量級鎖時，會在棧幀中創建鎖記錄（Lock Record），存儲對象頭的 Mark Word 副本，然后通過 CAS 將對象頭的 Mark Word 替換為指向鎖記錄的指針（稱為“加鎖”）。若 CAS 成功，線程獲取鎖；若 CAS 失敗（表示存在競爭），則嘗試自旋（忙等）獲取鎖，避免立即升級為重量級鎖。

3. 重量級鎖：
適用場景：競爭激烈（多個線程同時爭搶鎖，或線程持有鎖時間長）。
升級觸發：輕量級鎖的自旋達到一定次數（或自旋線程數超過 CPU 核心數的一半），自旋失敗，此時輕量級鎖膨脹為重量級鎖。
核心原理：依賴操作系統的互斥量（mutex）實現，線程獲取重量級鎖時，若鎖被占用，線程會進入內核態阻塞（放入鎖池，狀態為?BLOCKED），不再自旋，減少 CPU 浪費。但內核態與用戶態切換開銷大，性能較低。

升級過程詳解：

  1. 初始狀態：對象剛創建時，處于無鎖狀態，Mark Word 存儲哈希碼和 GC 年齡。
  2. 偏向鎖獲取：第一個線程獲取鎖，通過 CAS 將線程 ID 寫入 Mark Word，進入偏向模式。
  3. 偏向鎖撤銷與輕量級鎖升級：第二個線程嘗試獲取鎖，JVM 檢查到競爭，撤銷偏向鎖（需停頓線程，更新 Mark Word），兩個線程分別在棧幀創建鎖記錄，通過 CAS 競爭 Mark Word 的鎖記錄指針，成功者獲取輕量級鎖。
  4. 輕量級鎖膨脹：若 CAS 競爭失敗（如第三個線程參與競爭），線程進入自旋；自旋次數耗盡（或競爭加劇），輕量級鎖升級為重量級鎖，Mark Word 指向監視器（monitor），未獲取鎖的線程進入鎖池阻塞。

優化效果：通過分級鎖，在無競爭或輕微競爭時避免重量級鎖的高開銷，僅在激烈競爭時使用重量級鎖，平衡了同步安全性和性能。例如，單線程頻繁訪問同步代碼時，偏向鎖幾乎無開銷；多線程交替訪問時，輕量級鎖的自旋減少阻塞；高并發爭搶時，重量級鎖保證同步但犧牲部分性能。

面試關鍵點：三種鎖的適用場景；升級觸發條件（偏向鎖撤銷、輕量級鎖膨脹的原因）；各階段鎖的實現原理（偏向鎖的線程 ID 記錄、輕量級鎖的 CAS 與自旋、重量級鎖的互斥量）；優化帶來的性能提升邏輯。

記憶法：可通過“無鎖開始，單線程偏；多線程來，輕量自旋；競爭激烈，重量阻塞；鎖升級不可逆，按需選類型”來記憶，概括鎖升級的過程和核心邏輯。

synchronized 是在什么公共資源上加鎖？創建一個 Java 對象時，除了屬性值，還有什么部分？synchronized 鎖定的數據存儲在對象的哪里？

synchronized?是在對象的“監視器（monitor）”這一公共資源上加鎖。監視器是一種同步機制，每個 Java 對象在 JVM 中都隱式關聯一個監視器，synchronized?通過獲取和釋放監視器的所有權實現同步。當線程進入?synchronized?代碼時，需先獲取該對象的監視器所有權；退出時釋放所有權，確保同一時間只有一個線程持有監視器，從而保證同步代碼的原子性。

創建一個 Java 對象時，在內存中除了存儲屬性值（實例數據），還包括以下部分：

  1. 對象頭（Object Header）：對象的核心元數據，占 8 字節（32 位 JVM）或 16 字節（64 位 JVM，默認開啟指針壓縮），包含：

    • Mark Word：存儲對象的運行時狀態，如哈希碼、GC 分代年齡、鎖狀態（無鎖、偏向鎖、輕量級鎖、重量級鎖）、持有鎖的線程 ID、監視器指針等。
    • 類型指針（Klass Pointer）：指向對象所屬類的元數據（方法區中的 Class 對象），用于確定對象的類型，如判斷對象是否為某個類的實例。
    • 數組長度（僅數組對象）：若對象是數組，對象頭還會額外存儲數組的長度（4 字節）。

  2. 對齊填充（Padding）：Java 對象在內存中的大小需為 8 字節的整數倍（64 位 JVM），若對象頭 + 實例數據的總大小不滿足，會通過對齊填充補充空白字節，確保內存對齊，提高 CPU 訪問效率。

synchronized?鎖定的數據存儲在對象頭的?Mark Word?中。Mark Word 是一個動態變化的字段，會根據對象的鎖狀態存儲不同信息：

  • 無鎖狀態：存儲對象的哈希碼、GC 分代年齡。
  • 偏向鎖狀態：存儲偏向的線程 ID、偏向時間戳、GC 分代年齡，標記為偏向模式。
  • 輕量級鎖狀態：存儲指向線程棧幀中鎖記錄（Lock Record）的指針，鎖記錄中包含 Mark Word 的副本。
  • 重量級鎖狀態：存儲指向監視器（monitor）的指針，通過監視器管理鎖的競爭和等待。

例如，當線程獲取重量級鎖時，Mark Word 會指向該對象關聯的監視器，監視器內部的鎖池和等待池記錄等待線程的狀態；釋放鎖時，Mark Word 可能恢復為輕量級鎖狀態（若競爭消失）或保持重量級鎖狀態（若仍有競爭）。

這種設計的核心是將鎖狀態與對象綁定，通過對象頭的 Mark Word 高效存儲鎖信息，避免額外的內存開銷，同時支持鎖的升級（偏向鎖 → 輕量級鎖 → 重量級鎖），適應不同的并發場景。

面試關鍵點：synchronized?鎖定的是對象的監視器；Java 對象的三部分組成（對象頭、實例數據、對齊填充）；對象頭中 Mark Word 的作用及鎖狀態存儲；不同鎖狀態下 Mark Word 的內容差異。

記憶法：可通過“synchronized 鎖監視器，對象關聯不可離；創建對象三部分，頭（對象頭）、數（實例數據）、填充（對齊填充）要記齊；鎖信息存 Mark Word，狀態隨鎖動態變”來記憶，概括核心知識點。

ReentrantLock（Lock 接口）與 synchronized 的區別是什么？

ReentrantLock 是 Java 并發包（java.util.concurrent.locks）中實現 Lock 接口的可重入鎖，與 synchronized 同為線程安全的同步機制，但在實現原理、功能特性和使用方式上有顯著區別，具體如下：

  1. 鎖的獲取與釋放方式：synchronized 是隱式鎖，無需手動操作，線程進入同步代碼塊時自動獲取鎖，退出時自動釋放（包括正常退出、拋出異常），無需擔心鎖泄漏。ReentrantLock 是顯式鎖，需通過?lock()?方法手動獲取鎖，unlock()?方法釋放鎖，且?unlock()?必須放在 finally 塊中（否則可能因異常導致鎖未釋放，引發死鎖），示例：

// synchronized 隱式釋放
public synchronized void syncMethod() {// 同步操作
}// ReentrantLock 顯式釋放
public void lockMethod() {lock.lock();try {// 同步操作} finally {lock.unlock(); // 必須手動釋放}
}

  1. 可中斷性：synchronized 無法中斷等待鎖的線程，線程一旦進入 BLOCKED 狀態，只能等待其他線程釋放鎖或一直阻塞。ReentrantLock 支持中斷等待鎖的線程，通過?lockInterruptibly()?方法，線程在等待鎖時可響應中斷（如其他線程調用?interrupt()），避免無限期等待，示例：

try {lock.lockInterruptibly(); // 可被中斷的鎖獲取
} catch (InterruptedException e) {// 處理中斷邏輯
}

  1. 超時獲取鎖：ReentrantLock 可通過?tryLock(long timeout, TimeUnit unit)?嘗試在指定時間內獲取鎖，超時未獲取則返回 false，適合避免死鎖。synchronized 無此功能，線程會一直阻塞直到獲取鎖。

  2. 公平鎖支持：synchronized 只能是非公平鎖（線程獲取鎖的順序不保證，可能存在饑餓）。ReentrantLock 可通過構造函數?new ReentrantLock(true)?創建公平鎖，保證線程按等待順序獲取鎖（需額外開銷，性能略低）。

  3. 條件變量（Condition）：ReentrantLock 可通過?newCondition()?方法創建多個條件變量，實現更精細的線程間通信（如不同條件下的等待/喚醒）。synchronized 僅通過對象的?wait()、notify()、notifyAll()?實現通信，且一個對象只有一個等待池，功能單一。示例：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Condition notEmpty = lock.newCondition();
Condition notFull = lock.newCondition();// 線程1等待非空條件
notEmpty.await();
// 線程2喚醒非空條件
notEmpty.signal();

  1. 底層實現：synchronized 基于 JVM 內置的監視器鎖（monitor）實現，依賴對象頭的 Mark Word 和操作系統互斥量。ReentrantLock 基于 AQS（AbstractQueuedSynchronizer）實現，通過 volatile 修飾的狀態變量（state）和雙向隊列管理線程等待，更靈活。

  2. 性能：JDK 6 后 synchronized 引入偏向鎖、輕量級鎖等優化，性能與 ReentrantLock 接近。但在高并發且競爭激烈時，ReentrantLock 因可控制鎖粒度和公平性，性能可能更優；低并發時兩者差異不大。

面試關鍵點：顯式/隱式鎖的操作差異；可中斷、超時、公平鎖等功能特性；條件變量的靈活性；底層實現（monitor vs AQS）；性能對比及適用場景。

記憶法：可通過“synchronized 隱式自管理，ReentrantLock 顯式需手動；中斷超時公平鎖，條件變量 Reentrant 強；底層 monitor 對 AQS，功能靈活選顯式”來記憶，概括核心區別。

Java 中實現鎖的方式有哪些？（對比顯式鎖與 synchronized 的差異）

Java 中實現鎖的方式多樣，可分為內置鎖、顯式鎖、原子操作及分布式鎖等，其中顯式鎖與 synchronized（內置鎖）的差異是核心考點，具體如下：

實現鎖的主要方式：

  1. synchronized 關鍵字：Java 內置的隱式鎖，通過修飾方法或代碼塊實現，依賴 JVM 監視器機制，自動獲取和釋放鎖，無需手動操作。
  2. 顯式鎖（Lock 接口實現類）：如 ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock 等，需手動調用?lock()?和?unlock()?管理鎖，基于 AQS 實現，功能更豐富。
  3. 原子類（CAS 操作）：如 AtomicInteger、AtomicReference 等，基于 CAS（Compare-And-Swap）實現無鎖同步，通過硬件原子操作保證線程安全。
  4. volatile + CAS：結合 volatile 的可見性和 CAS 的原子性，實現輕量級同步（如 ConcurrentHashMap 中的部分操作）。
  5. 分布式鎖：如基于 Redis、ZooKeeper 實現的跨進程鎖，用于分布式系統中多節點的同步（非 JVM 內置，依賴中間件）。

顯式鎖與 synchronized 的核心差異：

維度synchronized顯式鎖（如 ReentrantLock）
鎖的管理方式隱式（自動獲取/釋放）顯式（需手動調用 lock()/unlock()）
可中斷性不可中斷（等待鎖的線程無法響應中斷）可中斷（lockInterruptibly() 支持中斷）
超時獲取鎖不支持支持（tryLock(long timeout)）
公平鎖支持僅非公平鎖可通過構造函數指定公平/非公平
條件變量單一（依賴對象的 wait()/notify()）多條件變量（Condition），支持精細通信
鎖類型擴展僅排他鎖支持讀寫鎖（ReentrantReadWriteLock）
底層實現基于 JVM 監視器（monitor）基于 AQS 框架（狀態變量 + 等待隊列）
性能（高并發）優化后接近顯式鎖，但靈活性受限競爭激烈時性能更優，鎖粒度可控
適用場景簡單同步場景，代碼簡潔復雜同步場景（如中斷、超時、讀寫分離）

舉例說明差異：

  • 超時獲取鎖：顯式鎖可避免死鎖，如?if (lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) { ... }，synchronized 無此功能。
  • 讀寫分離：ReentrantReadWriteLock 允許多個讀線程并發訪問，寫線程獨占，適合讀多寫少場景，synchronized 僅支持排他鎖，讀操作也會阻塞。
  • 多條件等待：顯式鎖的 Condition 可實現不同條件的線程等待（如生產者-消費者模型中，分別等待“非空”和“非滿”條件），synchronized 需創建多個對象鎖才能實現類似功能。

面試關鍵點：Java 中鎖的多種實現方式；顯式鎖與 synchronized 在功能、操作、性能上的差異；不同鎖的適用場景（如讀寫鎖適合讀多寫少）。

記憶法：可通過“內置鎖隱式簡，顯式鎖手動強；中斷超時公平選，條件多組讀寫分；場景簡單用 sync，復雜功能顯式強”來記憶，概括核心差異和適用場景。

volatile 關鍵字的作用是什么？在內存層面上如何實現？它的使用場景是什么？

volatile 是 Java 中用于修飾變量的關鍵字，主要作用是保證變量的可見性和有序性，但不保證原子性，是輕量級的線程同步機制。

核心作用：

  1. 保證可見性：當一個線程修改了 volatile 修飾的變量，其他線程能立即看到該變量的最新值。在多線程環境中，線程會將變量從主內存加載到工作內存（CPU 緩存）中操作，非 volatile 變量的修改可能僅停留在工作內存，未及時刷新到主內存，導致其他線程讀取舊值。volatile 變量的修改會立即刷新到主內存，且其他線程讀取時會從主內存重新加載，避免緩存不一致。

  2. 禁止指令重排序：編譯器或 CPU 為優化性能，可能對指令重排序（不改變單線程語義的前提下調整執行順序）。volatile 變量通過內存屏障阻止重排序，確保代碼執行順序與源碼一致。例如，在雙重檢查鎖定實現單例模式時，volatile 可防止初始化對象的指令被重排序，避免其他線程獲取未完全初始化的對象。

  3. 不保證原子性：volatile 無法保證復合操作的原子性（如?i++，包含讀取、修改、寫入三步）。多線程并發執行?i++?時，可能出現多個線程讀取同一值，導致結果錯誤。

內存層面的實現：
volatile 的可見性和有序性通過“內存屏障”（Memory Barrier）實現，JVM 會為 volatile 變量的讀寫操作插入特定的內存屏障指令，限制指令重排序并保證內存可見性：

  • 寫屏障（Store Barrier）：當線程寫入 volatile 變量時，會觸發寫屏障，將工作內存中的變量值刷新到主內存，并使其他線程中該變量的緩存失效（通過 MESI 緩存一致性協議）。
  • 讀屏障（Load Barrier）：當線程讀取 volatile 變量時，會觸發讀屏障，從主內存重新加載變量值到工作內存，確保讀取的是最新值。
  • 重排序限制：寫屏障禁止之前的指令重排序到屏障之后，讀屏障禁止之后的指令重排序到屏障之前，保證指令執行順序。

使用場景：

  1. 狀態標記量：用于標記線程的運行狀態（如停止信號），確保一個線程修改狀態后，其他線程能立即感知。示例：

private volatile boolean isRunning = true;public void stop() {isRunning = false; // 線程 A 修改
}public void run() {while (isRunning) { // 線程 B 立即看到最新值// 執行任務}
}

  1. 雙重檢查鎖定（DCL）單例：防止指令重排序導致的單例對象未完全初始化問題。示例：

public class Singleton {private static volatile Singleton instance; // 必須加 volatileprivate Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) { // 第一次檢查synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) { // 第二次檢查instance = new Singleton(); // 防止重排序}}}return instance;}
}

  1. 與 CAS 結合實現非阻塞同步：如原子類（AtomicInteger）的內部變量 value 被 volatile 修飾，配合 CAS 操作實現線程安全的自增/自減。

面試關鍵點：volatile 的三大特性（可見性、有序性、非原子性）；內存屏障的作用（刷新主內存、禁止重排序）；典型使用場景（狀態標記、DCL 單例）；與 synchronized 的區別（volatile 更輕量，無鎖競爭）。

記憶法：可通過“volatile 保可見，禁重排，不原子；內存屏障來實現，寫刷內存讀加載；狀態標記 DCL 用，輕量同步場景適”來記憶，概括核心作用和使用場景。

兩個線程同時寫一個 volatile 修飾的變量，第二個線程讀到的值是多少？若一個線程更新了變量，其他線程的變量副本會失效，這是如何實現的？

兩個線程同時寫一個 volatile 修飾的變量時，第二個線程讀到的值不確定，可能是第一個線程寫入的值、自己寫入的值，或其他中間值。這是因為 volatile 僅保證可見性和有序性，不保證原子性，無法避免“寫覆蓋”問題。

具體來說，變量的寫入操作（如?i = i + 1）包含三個步驟：讀取變量當前值、修改值、寫入新值。當兩個線程同時執行時，可能出現以下情況：

  • 線程 A 讀取值為 0，線程 B 也讀取值為 0。
  • 線程 A 計算得 1 并寫入（volatile 保證寫入主內存）。
  • 線程 B 計算得 1 并寫入，覆蓋線程 A 的結果。
    此時第二個線程（假設為 B）讀到的值是 1，但實際應是 2，出現數據丟失。因此，volatile 無法保證復合操作的線程安全，需結合鎖或原子類（如 AtomicInteger）解決。

一個線程更新 volatile 變量后，其他線程的變量副本會失效，這通過“緩存一致性協議”和“內存屏障”共同實現：

  1. 緩存一致性協議（如 MESI 協議）：現代 CPU 采用該協議保證多個緩存（線程的工作內存）中共享變量的一致性。當一個 CPU 核心（對應線程）修改了 volatile 變量，會將該變量的緩存行標記為“無效”（Invalid）。其他 CPU 核心在讀取該變量時，會檢測到緩存行無效，放棄本地緩存的舊值，從主內存重新加載最新值，確保讀取的是更新后的數據。

  2. 內存屏障（Memory Barrier）：JVM 為 volatile 變量的寫操作插入“寫屏障”，確保修改后的值立即刷新到主內存；為讀操作插入“讀屏障”，確保讀取時從主內存加載，而非本地緩存。寫屏障還會觸發 CPU 發送“緩存無效”信號，通知其他核心該變量的緩存已失效，強制它們重新同步。

例如，線程 A 寫入 volatile 變量?flag = true：

  • 寫屏障觸發，flag?的新值從線程 A 的工作內存刷新到主內存。
  • CPU 發送信號，標記其他線程中?flag?的緩存為無效。
  • 線程 B 讀取?flag?時，讀屏障觸發，檢測到緩存無效，從主內存加載?true，而非舊值?false。

這種機制保證了 volatile 變量的可見性，但無法解決并發寫入的原子性問題，因此僅適用于單寫多讀或狀態標記的場景。

面試關鍵點：volatile 不保證原子性導致的寫覆蓋問題；緩存一致性協議（MESI）的作用；內存屏障在刷新主內存和失效緩存中的作用；volatile 可見性的實現細節。

記憶法：可通過“volatile 雙寫值不定，原子操作它不行；更新變量發信號，緩存失效 others 清；主存刷新靠屏障，可見性保原子零”來記憶，概括核心結論和實現機制。

什么是 CAS 操作？其原理是什么？在操作系統層面如何實現？

CAS（Compare-And-Swap，比較并交換）是一種無鎖同步機制，通過原子操作實現多線程環境下的變量更新，無需使用鎖，能減少線程阻塞帶來的開銷。

CAS 的定義：CAS 操作包含三個操作數——內存地址（V）、預期值（A）和新值（B）。操作邏輯是：若內存地址 V 中的值等于預期值 A，則將該值更新為 B；否則不做任何操作。整個過程是原子性的，不會被其他線程中斷，最終返回操作是否成功（或內存中的實際值）。

核心原理：CAS 基于樂觀鎖思想，假設并發操作不會頻繁沖突，因此不預先加鎖，而是通過原子操作直接嘗試更新，若失敗則重試（自旋），直到成功或放棄。這種方式避免了鎖競爭導致的線程阻塞，適合競爭不激烈的場景。

Java 中通過?sun.misc.Unsafe?類的 native 方法實現 CAS，如?compareAndSwapInt(Object o, long offset, int expected, int x)，其中：

  • o?是目標對象，offset?是變量在對象內存中的偏移量（確定 V 的位置）。
  • expected?是預期值（A），x?是新值（B）。
    示例（模擬 CAS 自增）：

public class CASDemo {private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();private static final long valueOffset;private volatile int value;static {try {valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(CASDemo.class.getDeclaredField("value"));} catch (Exception e) {throw new Error(e);}}public int incrementAndGet() {int current;do {current = value; // 讀取當前值（A）} while (!unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, current, current + 1)); // CAS 嘗試更新return current + 1;}
}

上述代碼中，incrementAndGet?方法通過循環 CAS 實現原子自增：讀取當前值，若 CAS 失敗（說明值被其他線程修改），則重新讀取并重試，直到成功。

操作系統層面的實現：
CAS 的原子性依賴底層 CPU 指令支持，不同架構的 CPU 提供了對應的原子操作指令：

  • x86 架構：通過?cmpxchg（Compare and Exchange）指令實現，該指令在執行時會鎖定總線（或緩存行），確保操作原子性。若內存中的值與預期值一致，則將新值寫入；否則將內存中的實際值返回，不修改。
  • ARM 架構：通過?ldrex（Load Exclusive）和?strex（Store Exclusive）指令組合實現。ldrex?加載值并標記排他訪問，strex?僅當排他標記未被其他線程修改時才寫入新值，確保原子性。

這些 CPU 指令是原子的，不會被中斷，因此 CAS 操作在操作系統層面通過硬件保證了多線程環境下的原子性，無需依賴軟件鎖。

但 CAS 存在“ABA 問題”（變量從 A 變為 B 再變回 A，CAS 誤認為未修改），可通過版本號機制（如 AtomicStampedReference）解決；此外，長期自旋可能浪費 CPU 資源，適合短期操作。

面試關鍵點：CAS 的三要素（V、A、B）及操作邏輯；樂觀鎖思想與自旋機制；Java 中 Unsafe 類的作用；CPU 指令（如 cmpxchg）的底層支持；ABA 問題及解決方式。

記憶法：可通過“CAS 比較再交換，V、A、B 三要素；內存值等預期值，更新新值原子做；底層依賴 CPU 令，無鎖自旋效率高；ABA 問題版本解，樂觀并發場景適”來記憶，概括核心原理和實現。

CAS 操作會自旋嗎？如果自旋，就一定會成功嗎？CAS 存在什么問題？如何解決 ABA 問題？

CAS 操作本身不會自旋，自旋是基于 CAS 實現的同步邏輯中常見的重試策略。CAS 是單次原子操作（比較并交換），而自旋指的是當 CAS 操作失敗時，線程通過循環不斷重試 CAS 直到成功或放棄，典型如原子類（AtomicInteger）的?incrementAndGet?方法：

public final int incrementAndGet() {int current;do {current = get(); // 讀取當前值} while (!compareAndSet(current, current + 1)); // 自旋重試 CASreturn current + 1;
}

這里的?do-while?循環就是自旋，目的是在 CAS 失敗（值被其他線程修改）時重新嘗試，直到成功。

自旋不一定會成功。若多個線程高頻競爭同一變量，可能導致某個線程的自旋長期失敗（始終被其他線程搶先修改），極端情況下甚至一直無法成功，造成 CPU 資源浪費。因此，自旋通常會設置重試次數上限（如 JUC 中的自適應自旋），避免無限循環。

CAS 存在以下問題：

  1. ABA 問題：變量的值從 A 被修改為 B，再改回 A，CAS 會誤認為值未變化而成功更新，可能導致邏輯錯誤。例如，鏈表節點被刪除后重新插入，CAS 操作可能誤判節點狀態。
  2. 自旋開銷：高并發下，自旋重試會占用大量 CPU 資源，降低系統性能。
  3. 只能保證單個變量的原子性：CAS 僅能對單個變量執行原子操作，無法直接保證多個變量的復合操作（如?i++ && j--）的原子性。

解決 ABA 問題的核心是引入版本號機制，通過記錄變量的修改次數，避免僅通過值判斷狀態。Java 中?AtomicStampedReference?類就是典型實現，它將變量值與版本號綁定，CAS 操作時同時檢查值和版本號：

// 初始化：值為100，版本號為1
AtomicStampedReference<Integer> asr = new AtomicStampedReference<>(100, 1);// 嘗試更新：預期值100，新值200；預期版本1，新版本2
boolean success = asr.compareAndSet(100, 200, 1, 2);

只有當變量當前值為 100 且版本號為 1 時，才會更新為 200 并將版本號改為 2。即使值從 100→200→100，版本號也會從 1→2→3，CAS 會因版本號不匹配而失敗，解決 ABA 問題。

面試關鍵點：CAS 與自旋的關系（自旋是基于 CAS 的重試策略）；自旋的不確定性；CAS 的三大問題（ABA、自旋開銷、單變量限制）；ABA 問題的版本號解決思路及?AtomicStampedReference?的使用。

記憶法：可通過“CAS 本身不自旋，自旋是重試；自旋未必成，高并發耗 CPU；ABA 問題值反復，版本號來防護；單變量原子限，復合操作需其他”來記憶，概括核心問題及解決方式。

CAS 和 Lock 的性能消耗相比，哪個更好？

CAS 和 Lock 的性能消耗無法絕對比較，需結合并發場景（競爭程度、操作耗時）判斷，兩者各有優勢場景：

低并發、短操作場景下，CAS 性能更優。CAS 是無鎖機制，基于 CPU 原子指令實現，無需線程阻塞/喚醒（用戶態操作），開銷主要來自自旋重試。當并發程度低、線程沖突少（如偶爾有線程修改共享變量），CAS 的自旋次數少，甚至一次成功，避免了 Lock 的鎖競爭、線程切換（內核態操作）開銷。例如，單線程或少量線程更新計數器時，AtomicInteger（基于 CAS）的性能遠高于?ReentrantLock?保護的普通變量。

高并發、長操作場景下，Lock 性能更優。當并發激烈（大量線程競爭同一資源）或操作耗時較長（如復雜計算、IO 操作），CAS 的自旋會成為負擔：線程不斷重試 CAS 卻頻繁失敗，導致 CPU 空轉（自旋本質是“忙等”），浪費資源。而 Lock（如?ReentrantLock）在競爭失敗時會將線程阻塞（通過?LockSupport.park()），釋放 CPU 資源給其他線程，減少無效消耗。例如，大量線程并發寫入數據庫時，使用 Lock 控制并發比 CAS 自旋更高效。

具體差異可從底層開銷分析：

  • CAS 開銷：主要是 CPU 自旋（循環執行 CAS 指令），無內核態切換，但高并發下自旋次數激增，CPU 利用率飆升。
  • Lock 開銷：包含鎖競爭（CAS 嘗試獲取鎖）、線程阻塞/喚醒（內核態操作，開銷較大），但競爭激烈時可避免 CPU 空轉，資源利用率更合理。

此外，操作耗時影響選擇：短操作（如變量自增）適合 CAS，自旋成本低；長操作（如批量數據處理）適合 Lock，避免長時間自旋浪費 CPU。

示例場景對比：

  • 計數器更新（短操作，低并發）：CAS 性能 > Lock，因自旋少，無阻塞開銷。
  • 訂單創建（長操作，高并發）：Lock 性能 > CAS，因避免大量線程自旋，減少 CPU 浪費。

面試關鍵點：CAS 與 Lock 性能的場景依賴性；低并發短操作 CAS 更優的原因（無阻塞）；高并發長操作 Lock 更優的原因（減少自旋）；底層開銷差異（用戶態自旋 vs 內核態切換）。

記憶法：可通過“低并發短操作，CAS 無鎖更輕快；高并發長操作，Lock 阻塞省資源；場景決定優劣勢，競爭耗時是關鍵”來記憶，概括性能對比的核心邏輯。

JUC 的底層實現原理是什么？（可從 Unsafe 類、LockSupport、原子類、AQS 逐步說明）

JUC（java.util.concurrent）是 Java 并發編程的核心工具包，其底層依賴多個核心組件協同工作，從基礎到上層依次為 Unsafe 類、LockSupport、原子類和 AQS，構成了并發工具的實現基礎：

  1. Unsafe 類：JUC 的“底層引擎”，提供直接操作內存和線程的 native 方法，是實現 CAS、線程掛起/喚醒等功能的基礎。它通過內存偏移量直接訪問對象字段（繞過 JVM 安全檢查），主要功能包括：

    • CAS 操作：如?compareAndSwapInt，為原子類和 AQS 提供原子更新能力。
    • 線程操作：park()?和?unpark()?方法，用于線程的掛起和喚醒（被 LockSupport 封裝）。
    • 內存操作：直接分配/釋放內存（如?allocateMemory）、獲取對象字段偏移量（如?objectFieldOffset），為定位變量內存地址提供支持。
      Unsafe 類是 JUC 實現無鎖同步和高效線程控制的核心依賴。

  2. LockSupport：線程阻塞/喚醒的工具類，封裝了 Unsafe 的?park()?和?unpark()?方法，提供更安全的線程控制。與?Thread.suspend()/resume()?相比，它避免了線程懸掛（suspend 可能導致鎖資源泄露），支持中斷響應和超時控制。JUC 中的鎖（如 ReentrantLock）和同步器在競爭失敗時，通過 LockSupport.park() 掛起線程，獲取資源后通過 LockSupport.unpark(thread) 喚醒，是線程等待/通知機制的底層實現。

  3. 原子類：如 AtomicInteger、AtomicReference 等，基于 Unsafe 的 CAS 操作實現線程安全的原子更新。它們通過自旋 CAS 機制（循環重試 CAS 直到成功）保證變量的原子修改，無需加鎖，適用于簡單同步場景。例如，AtomicInteger 的?incrementAndGet()?方法通過 CAS 實現原子自增，底層調用 Unsafe 的?compareAndSwapInt。

  4. AQS（AbstractQueuedSynchronizer）：JUC 同步工具的“框架基石”，定義了基于狀態變量（state）和雙向隊列（CLH 隊列）的同步模板。其核心思想是：

    • 用 volatile 變量?state?表示同步狀態（如鎖的持有計數）。
    • 用雙向隊列存儲競爭失敗的線程，實現線程排隊等待。
    • 提供模板方法（如?acquire()、release()），子類通過實現?tryAcquire()、tryRelease()?等方法定制同步邏輯。
      JUC 中的 ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore 等均基于 AQS 實現：
    • ReentrantLock：state?表示鎖的重入次數，tryAcquire()?實現鎖的獲取邏輯。
    • CountDownLatch：state?表示計數器值，tryReleaseShared()?實現計數器遞減。

這些組件的協作關系：AQS 依賴 Unsafe 操作?state?和隊列節點，通過 LockSupport 掛起/喚醒隊列中的線程；原子類直接使用 Unsafe 的 CAS 操作；LockSupport 封裝 Unsafe 的線程操作。這種分層設計使 JUC 工具兼具高效性和靈活性。

面試關鍵點：Unsafe 的核心功能（CAS、線程操作）；LockSupport 的線程控制作用；原子類的 CAS 實現；AQS 的狀態變量和隊列機制；各組件的協作關系。

記憶法：可通過“JUC 底層四件套，Unsafe 引擎最關鍵；LockSupport 管掛醒，原子類靠 CAS 轉；AQS 框架定模板，狀態隊列承上邊”來記憶，概括核心組件及作用。

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）的底層實現原理是什么？AQS 是否可以實現非公平鎖？

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是 JUC 中同步工具的基礎框架，底層通過“狀態變量 + 雙向同步隊列”實現線程同步，核心是對共享資源的競爭與等待機制。

底層實現原理：

  1. 核心狀態變量（state）：AQS 用 volatile 修飾的?state?變量表示共享資源的同步狀態（如鎖的持有次數、計數器值），確保多線程間的可見性。線程通過 CAS 操作修改?state?競爭資源，如獲取鎖時?state?從 0→1（非重入）或遞增（重入），釋放鎖時遞減或重置。

  2. 雙向同步隊列（CLH 隊列）：當線程競爭資源失敗（CAS 修改?state?失敗），會被包裝為 Node 節點加入隊列尾部，進入等待狀態。隊列采用雙向鏈表結構，每個 Node 包含：

    • 線程引用（thread）：等待資源的線程。
    • 等待狀態（waitStatus）：如 CANCELLED（已取消）、SIGNAL（需喚醒后繼節點）。
    • 前驅節點（prev）和后繼節點（next）：維護隊列結構。
      隊列頭部（head）是已獲取資源的線程節點，其他節點等待被喚醒。

  3. 模板方法設計：AQS 定義了獲取/釋放資源的模板方法（如?acquire()、release()），封裝了隊列管理邏輯，子類只需實現?tryAcquire(int arg)（獨占式獲取）、tryRelease(int arg)（獨占式釋放）等抽象方法，定制資源競爭規則。

  4. 線程等待/喚醒：競爭失敗的線程通過?LockSupport.park()?掛起，進入阻塞狀態；持有資源的線程釋放資源時，通過?LockSupport.unpark()?喚醒隊列中的后繼線程，使其重新競爭資源。

AQS 可以實現非公平鎖，且多數基于 AQS 的同步工具（如 ReentrantLock 默認模式）都實現了非公平鎖。非公平鎖的核心是“搶鎖”機制：線程獲取資源時，不遵守隊列順序，直接嘗試 CAS 修改?state，成功則獲取資源；失敗才加入隊列等待。

以 ReentrantLock 的非公平鎖實現為例：

  • tryAcquire()?方法首先嘗試 CAS 修改?state（不檢查隊列），若當前線程是鎖的持有者則重入（state?遞增）。
  • 只有 CAS 失敗且當前線程不是持有者時，才會加入隊列。
    這種設計允許新線程“插隊”獲取資源，可能導致隊列中的線程饑餓，但減少了線程切換開銷，性能通常高于公平鎖。

公平鎖則在?tryAcquire()?中檢查隊列是否有前驅節點，若有則放棄競爭，直接入隊，嚴格按順序獲取資源，保證公平性但犧牲部分性能。

面試關鍵點：AQS 的核心組成（state 變量、CLH 隊列）；模板方法與子類實現的分工；非公平鎖的“搶鎖”邏輯；ReentrantLock 中非公平鎖的實現方式。

記憶法：可通過“AQS 狀態加隊列，線程競爭靠 CAS；獲取釋放模板定，子類實現 try 方法；非公平鎖可實現，搶鎖優先于隊列；公平則按順序來，性能公平難兩全”來記憶，概括底層原理和非公平鎖實現。

什么是線程池？創建一個線程池需要哪些參數？各參數的作用是什么？

線程池是管理線程生命周期的容器，通過重用已創建的線程減少頻繁創建/銷毀線程的開銷（線程創建需分配棧內存、內核資源，銷毀需回收資源），提高系統響應速度和資源利用率，是 Java 并發編程中控制并發量的核心工具。

創建線程池的核心類是?ThreadPoolExecutor，其構造函數定義了 7 個核心參數，各參數決定了線程池的行為特性：

  1. corePoolSize（核心線程數）：線程池長期維持的最小線程數，即使線程空閑也不會被銷毀（除非設置?allowCoreThreadTimeOut?為 true）。當新任務提交時，若當前線程數小于 corePoolSize，線程池會創建新線程執行任務；若達到 corePoolSize，則將任務放入隊列。

  2. maximumPoolSize（最大線程數）：線程池允許創建的最大線程數，用于應對任務高峰期。當任務隊列滿且當前線程數小于 maximumPoolSize 時，線程池會創建新線程（非核心線程）執行任務；若達到 maximumPoolSize，觸發拒絕策略。

  3. keepAliveTime（空閑線程存活時間）：非核心線程的空閑超時時間。當非核心線程空閑時間超過該值，會被銷毀以釋放資源；若?allowCoreThreadTimeOut?為 true，核心線程也會遵守該超時時間。

  4. unit（時間單位）：keepAliveTime 的時間單位，如?TimeUnit.SECONDS（秒）、TimeUnit.MILLISECONDS（毫秒）等。

  5. workQueue（任務隊列）：用于存放待執行任務的阻塞隊列，當核心線程都在工作時，新任務會進入隊列等待。常用隊列類型：

    • ArrayBlockingQueue：有界數組隊列，需指定容量，防止任務無限堆積。
    • LinkedBlockingQueue：無界鏈表隊列（默認容量 Integer.MAX_VALUE），可能導致內存溢出。
    • SynchronousQueue：直接傳遞隊列，不存儲任務，需立即有線程接收，適合任務處理快的場景。

  6. threadFactory（線程工廠）：用于創建線程的工廠，可定制線程名稱、優先級、是否為守護線程等。默認使用?Executors.defaultThreadFactory()，創建的線程屬于同一線程組，優先級為正常。

  7. handler（拒絕策略）：當任務隊列滿且線程數達到 maximumPoolSize 時，對新提交任務的處理策略。JDK 提供 4 種默認策略：

    • AbortPolicy：直接拋出?RejectedExecutionException（默認策略）。
    • CallerRunsPolicy：讓提交任務的線程自己執行任務，減緩提交速度。
    • DiscardPolicy：默默丟棄新任務，不拋出異常。
    • DiscardOldestPolicy：丟棄隊列中最舊的任務，嘗試提交新任務。

示例（創建自定義線程池）：

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, // corePoolSize：5個核心線程10, // maximumPoolSize：最多10個線程60, // keepAliveTime：空閑線程存活60秒TimeUnit.SECONDS, // 時間單位：秒new ArrayBlockingQueue<>(20), // 任務隊列：容量20的有界隊列Executors.defaultThreadFactory(), // 線程工廠：默認new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() // 拒絕策略：調用者執行
);

這些參數共同決定了線程池的負載能力和資源控制策略，合理配置可避免線程耗盡或內存溢出，是面試中的高頻考點。

面試關鍵點：線程池的作用（重用線程、控制并發）；7個核心參數的含義及相互關系；任務隊列和拒絕策略的類型及適用場景；參數配置對線程池行為的影響。

記憶法：可通過“核心線程常駐留，最大線程限峰值；空閑超時非核心，隊列存任務；工廠造線程，拒絕策略滿時用；七參定池性，合理配置是關鍵”來記憶，概括參數作用和線程池特性。

當有任務提交時，線程池的運行原理是什么？為什么線程池會先將任務加入隊列，再創建最大線程數的線程？

當有任務提交到線程池時，其運行原理遵循一套優先級明確的處理流程，核心是通過“核心線程→任務隊列→非核心線程→拒絕策略”的順序高效分配資源，具體如下：

  1. 檢查核心線程：當任務提交時，線程池首先判斷當前運行的線程數是否小于 corePoolSize（核心線程數）。若小于，直接創建新的核心線程執行任務（核心線程創建后長期駐留，除非設置 allowCoreThreadTimeOut 為 true）；若已達到 corePoolSize，則進入下一步。

  2. 嘗試加入任務隊列：線程池檢查任務隊列（workQueue）是否未滿。若未滿，將任務放入隊列等待執行（由已有的核心線程或后續空閑線程處理）；若隊列已滿，則進入下一步。

  3. 檢查最大線程數：判斷當前線程數是否小于 maximumPoolSize（最大線程數）。若小于，創建非核心線程執行任務（非核心線程空閑時會被回收）；若已達到 maximumPoolSize，則觸發拒絕策略（由 handler 處理）。

這種流程設計的核心原因是“優先利用現有資源，減少線程創建開銷”。線程的創建和銷毀需要消耗系統資源（如分配棧內存、內核態與用戶態切換），頻繁創建線程會顯著降低性能。任務隊列的作用是緩沖任務，讓核心線程充分利用（核心線程常駐，無需頻繁銷毀），只有當隊列滿了（說明核心線程已飽和），才會創建非核心線程應對峰值，避免不必要的線程資源浪費。

例如，核心線程數為4、隊列容量為20、最大線程數為8的線程池：當提交第5個任務時，核心線程已滿，任務進入隊列；提交第25個任務時，隊列已滿，此時創建第5個線程（非核心）；直到線程數達到8，第29個任務會觸發拒絕策略。

若反過來“先創建最大線程數再入隊”，會導致輕微任務增長就創建大量線程，不僅浪費資源，還可能因線程過多導致上下文切換頻繁，降低系統吞吐量。因此，“先入隊再擴容”是平衡資源利用率和性能的最優設計。

面試關鍵點：線程池處理任務的四步流程（核心線程→隊列→非核心線程→拒絕策略）；隊列的緩沖作用；優先入隊的原因（減少線程創建開銷，提高資源利用率）。

記憶法：可通過“任務提交先看核心線，不滿直接來處理；核心滿了入隊列，隊列滿了擴線程；擴到最大還滿了，拒絕策略來兜底；先入隊再擴線程，減少開銷效率高”來記憶，概括運行原理和設計邏輯。

若線程池參數設置為 corePoolSize=4、maxPoolSize=8，什么情況下會從 4 個線程擴容到 8 個線程？

當線程池參數為 corePoolSize=4、maxPoolSize=8 時，線程數從4擴容到8的觸發條件是“核心線程全忙碌 + 任務隊列已滿 + 新任務持續提交”，具體過程如下：

  1. 初始狀態：線程池啟動后，若有任務提交，會先創建核心線程，直到達到 corePoolSize=4。此時4個核心線程處理任務，新提交的任務會進入線程池的任務隊列等待（假設隊列有界，如容量為N）。

  2. 核心線程飽和：當4個核心線程都在處理任務（無空閑），且新提交的任務不斷進入隊列，直到隊列被填滿（達到容量N）。此時隊列無法再接收新任務，線程池進入“擴容準備”狀態。

  3. 觸發擴容：當隊列已滿后，若有新任務繼續提交，線程池會判斷當前線程數（4）是否小于 maxPoolSize（8）。由于4 < 8，線程池會創建新的非核心線程處理新任務，每次提交新任務可能觸發一次擴容，直到線程數達到8。

  4. 擴容上限：當線程數達到8（maxPoolSize），若仍有新任務提交，隊列已滿且無法再創建線程，線程池會執行拒絕策略（如拋出異常、丟棄任務等）。

舉例說明：假設任務隊列容量為10，核心線程4個均忙碌。當第5-14個任務提交時，會進入隊列（共10個任務）；第15個任務提交時，隊列已滿，線程池創建第5個線程；第16個任務創建第6個線程……直到第18個任務提交時，線程數達到8，之后的任務觸發拒絕策略。

需注意，若任務隊列是無界隊列（如 LinkedBlockingQueue 默認容量為 Integer.MAX_VALUE），則隊列永遠不會滿，線程數不會超過 corePoolSize=4，不會觸發擴容（這也是不建議使用無界隊列的原因之一，可能導致內存溢出）。只有使用有界隊列且隊列滿時，才可能觸發從核心線程數到最大線程數的擴容。

面試關鍵點：擴容的三大條件（核心線程滿、隊列滿、新任務提交）；有界隊列的重要性（無界隊列無法觸發擴容）；擴容的上限是 maxPoolSize。

記憶法：可通過“核心滿，隊列滿，新任務來要擴容；core4到max8，條件缺一都不行；無界隊列不擴容，有界滿了才加線”來記憶，概括擴容的觸發條件和限制。

線程池中是如何根據 keepAliveTime 來回收線程的？

線程池通過 keepAliveTime 回收線程的機制，主要針對非核心線程（默認），核心線程需特殊配置才會被回收，其底層通過監控線程空閑時間并主動中斷實現，具體過程如下：

  1. 回收對象：默認情況下，keepAliveTime 僅作用于非核心線程（即線程數超過 corePoolSize 的部分）。核心線程會長期駐留，即使空閑也不會被回收，以快速響應新任務。若需回收核心線程，需調用?allowCoreThreadTimeOut(true)?方法，此時核心線程也會遵守 keepAliveTime 規則。

  2. 空閑時間監控：線程池中的工作線程在執行完任務后，會進入循環獲取隊列中任務的狀態。若隊列中沒有任務，線程會進入空閑狀態，此時開始計時。當空閑時間達到 keepAliveTime 時，線程會判斷是否需要被回收：

    • 若當前線程數 > corePoolSize（非核心線程）：直接退出線程，被系統回收。
    • 若當前線程數 ≤ corePoolSize 且未設置 allowCoreThreadTimeOut：繼續等待任務，不回收。
    • 若當前線程數 ≤ corePoolSize 且設置了 allowCoreThreadTimeOut：退出線程，被回收。

  3. 回收實現：線程池通過?ThreadPoolExecutor.Worker?類管理工作線程，Worker 是一個內部類，實現了 Runnable 接口。Worker 線程的 run 方法會循環調用?getTask()?方法從隊列獲取任務：

    • getTask()?方法在隊列無任務時，會調用?LockSupport.parkNanos(keepAliveTime)?使線程阻塞指定時間。
    • 若阻塞時間內仍無任務，getTask()?返回 null，Worker 線程退出循環，run 方法結束，線程被回收。

示例邏輯（簡化的 getTask() 核心代碼）：

private Runnable getTask() {boolean timedOut = false;while (true) {int c = ctl.get();// 檢查是否需要回收線程if (runStateAtLeast(c, SHUTDOWN) && (runStateAtLeast(c, STOP) || workQueue.isEmpty())) {decrementWorkerCount();return null;}int wc = workerCountOf(c);// 判斷是否需要超時等待（非核心線程或允許核心線程超時）boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;// 若超時且符合回收條件，返回null觸發線程回收if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut)) && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {if (compareAndDecrementWorkerCount(c))return null;continue;}try {// 阻塞等待任務，超時返回nullRunnable r = timed ? workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) : workQueue.take();if (r != null)return r;timedOut = true; // 標記超時} catch (InterruptedException retry) {timedOut = false;}}
}

這種機制確保線程池在任務量減少時自動釋放多余資源，避免空閑線程占用內存和CPU，平衡了資源利用率和響應速度。

面試關鍵點：keepAliveTime 對非核心線程的默認作用；核心線程回收的條件（allowCoreThreadTimeOut=true）；getTask()?方法的超時等待與線程退出邏輯；回收的底層實現（Worker 線程循環與阻塞）。

記憶法：可通過“keepAlive 管空閑，默認只收非核心；核心要收需配置，allowCoreTimeout 真；線程空閑超時后，getTask 返回 null，Worker 退出被回收”來記憶，概括回收機制和條件。

線程池的拒絕策略有哪些？哪種拒絕策略不會導致任務丟失？（例如 callerRunsPolicy）

線程池的拒絕策略是當任務隊列滿且線程數達到 maximumPoolSize 時，對新提交任務的處理機制。JDK 內置了4種拒絕策略，每種策略的行為和適用場景不同，具體如下：

  1. AbortPolicy（默認策略）：直接拋出?RejectedExecutionException?異常，中斷任務提交流程。這種策略的優點是快速反饋錯誤，讓開發者及時感知系統過載；缺點是會導致當前任務丟失，適用于不允許任務丟失且需立即處理錯誤的場景（如金融交易）。

  2. CallerRunsPolicy：讓提交任務的線程（調用者線程）親自執行該任務。例如，主線程提交任務被拒絕時，主線程會暫停當前工作，執行被拒絕的任務，執行完成后再繼續。這種策略的優點是不會丟失任務，且通過減慢調用者的提交速度（調用者忙于執行任務），間接降低任務提交頻率，給線程池緩沖時間；缺點是可能阻塞調用者線程，影響其他任務提交，適用于任務量不大、需保證任務不丟失的場景（如日志記錄）。

  3. DiscardPolicy：默默丟棄被拒絕的任務，不拋出任何異常，也不執行該任務。優點是不會中斷系統運行；缺點是任務丟失且無任何提示，適用于任務可丟失、對系統穩定性要求高的場景（如非核心統計數據）。

  4. DiscardOldestPolicy：丟棄任務隊列中最舊的任務（即將被執行的任務），然后嘗試提交當前被拒絕的任務。這種策略會丟失舊任務，但可能讓新任務有機會執行，適用于舊任務時效性差、新任務更重要的場景（如實時數據處理）。

在這四種策略中，CallerRunsPolicy 是唯一不會導致任務丟失的策略，因為被拒絕的任務會由提交者線程執行，確保任務被處理。其他策略均會導致任務丟失（AbortPolicy 丟失當前任務，DiscardPolicy 丟失當前任務，DiscardOldestPolicy 丟失舊任務）。

實際開發中，也可通過實現?RejectedExecutionHandler?接口自定義拒絕策略，例如將任務持久化到數據庫或消息隊列，待線程池空閑后重試，進一步保證任務不丟失。

面試關鍵點：4種內置拒絕策略的行為差異；CallerRunsPolicy 不丟失任務的原因；各策略的適用場景；自定義拒絕策略的可能性。

記憶法：可通過“Abort 拋異常，Caller 自己跑，Discard 悄悄丟，Oldest 丟最老；唯有 Caller 不丟任務，其他策略皆丟失”來記憶，概括各策略特點和任務丟失情況。

線程池拒絕策略的代碼是由哪個線程執行的？

線程池拒絕策略的代碼由提交任務的線程執行。當線程池無法處理新提交的任務（隊列滿且線程數達到 maximumPoolSize），會觸發拒絕策略，此時執行拒絕策略中?rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor)?方法的線程，正是調用?execute()?或?submit()?方法提交任務的線程。

這一機制的底層邏輯是：任務提交過程是同步的，提交線程會主動檢查線程池狀態和資源，若符合拒絕條件，則直接在當前線程中執行拒絕策略代碼。具體流程如下：

  1. 提交線程調用?executor.execute(task)?提交任務。
  2. 線程池內部檢查：核心線程是否滿→隊列是否滿→是否可擴容至最大線程數。
  3. 若所有條件均不滿足（觸發拒絕），線程池調用拒絕策略的?rejectedExecution?方法。
  4. 由于整個提交過程未涉及線程切換，rejectedExecution?方法由提交任務的線程直接執行。

示例驗證：

public class RejectedThreadDemo {public static void main(String[] args) {// 創建核心線程1、最大線程1、隊列容量1的線程池ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0, TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue<>(1),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());// 提交3個任務（必然觸發拒絕）executor.execute(() -> { try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) {} });executor.execute(() -> { try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) {} });// 第三個任務會被拒絕，打印執行拒絕策略的線程try {executor.execute(() -> System.out.println("任務3"));} catch (RejectedExecutionException e) {System.out.println("拒絕策略執行線程：" + Thread.currentThread().getName()); // 輸出：拒絕策略執行線程：main（即提交任務的主線程）}executor.shutdown();}
}

上述代碼中，主線程提交第三個任務時觸發拒絕策略，RejectedExecutionException?由主線程拋出，證明拒絕策略代碼在主線程中執行。

這一設計的原因是：拒絕策略需要即時反饋任務提交結果，由提交線程執行可避免額外的線程調度開銷，且符合“誰提交誰處理”的直觀邏輯。若由線程池內部線程執行，可能導致延遲或線程池狀態不一致。

面試關鍵點：拒絕策略由提交任務的線程執行；同步提交過程導致的線程關聯；示例驗證的核心邏輯。

記憶法：可通過“誰提交任務，誰執行拒絕；同步調用無切換，提交線程擔職責”來記憶，概括執行拒絕策略的線程來源。

若將線程池的任務隊列設置為無界隊列，會對服務產生什么影響？

將線程池的任務隊列設置為無界隊列（如?LinkedBlockingQueue?未指定容量，默認容量為?Integer.MAX_VALUE），會對服務產生多方面影響，主要體現在資源占用、線程池行為和系統穩定性上：

  1. 線程數永遠不會超過核心線程數：無界隊列可無限接收任務，因此當核心線程（corePoolSize）都在忙碌時，新任務會持續進入隊列，不會觸發“隊列滿后創建非核心線程”的邏輯。這意味著線程池中的線程數始終維持在 corePoolSize，maximumPoolSize 參數失去意義，無法通過擴容應對任務峰值。例如，corePoolSize=5、maxPoolSize=20的線程池，若使用無界隊列，即使提交1000個任務，線程數也只會保持5個，無法利用更多線程加速處理。

  2. 任務堆積可能導致內存溢出（OOM）：無界隊列會無限制存儲任務，若任務提交速度遠快于處理速度，隊列中的任務會持續增長，占用大量堆內存。當內存耗盡時，會拋出?OutOfMemoryError，導致服務崩潰。例如，每個任務占用1KB內存，1000萬個任務就會占用約10GB內存，遠超普通應用的內存上限。

  3. 系統響應延遲加劇：隊列中堆積的任務需要等待核心線程處理，任務越多，等待時間越長，系統響應速度變慢。極端情況下，新提交的任務可能需要等待數小時甚至更久才能被執行，違背實時性要求。

  4. 拒絕策略失效：由于隊列永遠不會滿，線程池的拒絕策略（如?AbortPolicy）永遠不會觸發，無法通過拒絕機制保護系統。即使任務已經積壓到危險程度，線程池仍會接收新任務，加速系統資源耗盡。

  5. 排查問題難度增加：任務堆積時，線程池沒有明顯的錯誤提示（如拒絕異常），問題可能被掩蓋，直到內存溢出才暴露，增加了故障排查的復雜度。

無界隊列僅適用于“任務提交速度遠低于處理速度，且任務總量可控”的場景（如低頻率后臺任務），但絕大多數生產環境（尤其是高并發服務）應避免使用，建議采用有界隊列（如?ArrayBlockingQueue）并合理設置容量，結合拒絕策略和監控機制，確保系統穩定性。

面試關鍵點：無界隊列對線程數的限制（不超過核心線程）；內存溢出風險；響應延遲和拒絕策略失效的后果；適用場景的局限性。

記憶法：可通過“無界隊列無限裝，線程不超核心量；任務堆積耗內存，OOM風險高；響應延遲拒策略廢，生產環境慎用它”來記憶，概括核心影響。

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