Java 面試問題及答案

1. 什么是Java的垃圾回收機制？它是如何工作的？

答案：
Java的垃圾回收機制（Garbage Collection，GC）是Java運行時環境（JRE）中的一個功能，用于自動管理內存。它負責識別不再被應用程序使用的對象，并釋放它們占用的內存，以便內存可以被重新利用。

垃圾回收的工作原理主要涉及以下幾個步驟：

• 標記階段：GC算法會遍歷所有可達的對象（從根對象開始），并標記這些對象為活躍的。
• 清除階段：GC算法會識別那些未被標記的對象，這些對象被認為是垃圾，即不再被引用的對象。
• 壓縮階段：可選的，GC算法會移動存活的對象，以減少內存碎片。

Java虛擬機（JVM）有多種垃圾回收器，如Serial、Parallel、CMS、G1和ZGC等，每種回收器都有其特定的使用場景和性能特點。

2. 解釋Java中的多線程和并發，以及它們之間的區別。

答案：
多線程（Multithreading）是指在單個程序中同時執行多個線程（Thread）。每個線程可以獨立執行，共享程序的內存空間和資源。

并發（Concurrency）是指多個任務看起來是同時執行的，但實際上可能是通過時間片輪轉或其他機制實現的。并發不一定涉及到多線程，它可以是多個進程或多個線程。

多線程和并發的主要區別在于：

• 資源共享：多線程共享同一內存空間，而并發任務可能運行在不同的內存空間。
• 執行方式：多線程是真正的并行執行，而并發可能是交替執行。
• 上下文切換：多線程之間切換需要保存和加載線程的執行狀態，而并發任務之間可能不需要上下文切換。

Java提供了多種支持多線程和并發的工具和框架，如java.lang.Thread類、java.util.concurrent包中的類和接口等。

3. 請解釋Java中的同步和鎖機制。

答案：
同步（Synchronization）是Java中用于控制對共享資源訪問的一種機制。它確保一次只有一個線程可以訪問特定的代碼段或方法。

鎖（Locks）是同步的一種實現方式，它提供了一種更細粒度的控制，允許開發者更精確地管理線程對資源的訪問。Java中的鎖機制包括：

• 內置鎖（Intrinsic Locks）：由synchronized關鍵字提供，用于同步方法或代碼塊。
• 顯式鎖（Explicit Locks）：如ReentrantLock，提供了比內置鎖更豐富的功能，如嘗試非阻塞獲取鎖、嘗試超時獲取鎖等。

同步和鎖機制的主要區別在于：

• 使用方式：同步是通過關鍵字實現的，而鎖是通過對象實現的。
• 功能：鎖提供了更多的控制功能，如嘗試獲取鎖、超時重試等。
• 靈活性：鎖機制比同步更加靈活，可以適應更復雜的并發場景。

4. 描述Java中的異常處理機制。

答案：
Java中的異常處理機制允許程序在發生錯誤時，能夠優雅地處理這些錯誤，而不是使程序崩潰。它基于幾個關鍵概念：

• 異常類：所有異常類都是Throwable類的子類，分為兩大類：Error（JVM無法處理的錯誤）和Exception（程序可以處理的異常）。
• try-catch：try塊包含可能會拋出異常的代碼，catch塊用于捕獲并處理異常。
• finally：無論是否發生異常，finally塊中的代碼都會執行，通常用于釋放資源。
• throw：用于手動拋出異常。
• throws：用于聲明方法可能拋出的異常。

異常處理的最佳實踐包括：

• 捕獲預期的異常。
• 不要捕獲Exception或Throwable，因為這會隱藏錯誤。
• 在finally塊中釋放資源。
• 使用自定義異常來提供更具體的錯誤信息。

5. 什么是Java的泛型，它們有什么好處？

答案：
Java的泛型（Generics）是一種在編譯時提供類型安全的方式。泛型允許開發者在創建類、接口或方法時指定類型參數，從而使得代碼更加靈活和可重用。

泛型的好處包括：

• 類型安全：編譯時檢查類型，減少運行時錯誤。
• 消除類型轉換：使用泛型后，不需要進行類型轉換，代碼更簡潔。
• 提高代碼重用性：泛型使得數據結構（如集合）可以用于多種數據類型。
• 提高性能：避免了類型擦除（Type Erasure）帶來的性能開銷。

泛型在Java中的使用示例：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Hello");
String str = list.get(0); // 直接使用，無需類型轉換

6. 解釋Java中的注解（Annotations）及其用途。

答案：
注解（Annotations）是Java中的一種元數據形式，它提供了一種將元信息或標記添加到類、方法、變量或其他元素的方式。

注解的主要用途包括：

• 編譯時處理：注解可以在編譯時被處理，用于生成代碼或配置。
• 運行時處理：某些注解可以在運行時被讀取，用于影響程序的行為。
• 標記：注解可以用作標記，指示某些特定的行為或屬性。

Java內置了一些常用的注解，如：

• @Override：指示某個方法是重寫父類的方法。
• @Deprecated：指示某個元素（類、方法等）已經過時。
• @SuppressWarnings：指示編譯器忽略特定的警告。

自定義注解可以通過@interface關鍵字創建，并使用@Retention、@Target和@Documented等元注解來定義其行為和使用范圍。