硬核原创｜Java 面试题全梳理（二）

String s1 = new String("abc") 在内存中创建了几个对象

一个或者两个，String s1 是声明了一个 String 类型的 s1 变量，它不是对象。使用 new 关键字会在堆中创建一个对象，另外一个对象是 abc ，它会在常量池中创建，所以一共创建了两个对象；如果 abc 在常量池中已经存在的话，那么就会创建一个对象。

String 为什么是不可变的、jdk 源码中的 String 如何定义的、为什么这么设计。

首先了解一下什么是不可变对象，不可变对象就是一经创建后，其对象的内部状态不能被修改，啥意思呢？也就是说不可变对象需要遵守下面几条原则

• 不可变对象的内部属性都是 final 的
• 不可变对象的内部属性都是 private 的
• 不可变对象不能提供任何可以修改内部状态的方法、setter 方法也不行
• 不可变对象不能被继承和扩展

与其说问 String 为什么是不可变的，不如说如何把 String 设计成不可变的。

String 类是一种对象，它是独立于 Java 基本数据类型而存在的，String 你可以把它理解为字符串的集合，String 被设计为 final 的，表示 String 对象一经创建后，它的值就不能再被修改，任何对 String 值进行修改的方法就是重新创建一个字符串。String 对象创建后会存在于运行时常量池中，运行时常量池是属于方法区的一部分，JDK1.7 后把它移到了堆中。

不可变对象不是真的不可变，可以通过反射来对其内部的属性和值进行修改，不过一般我们不这样做。

static 关键字是干什么用的？谈谈你的理解

static 是 Java 中非常重要的关键字，static 表示的概念是 静态的，在 Java 中，static 主要用来

• 修饰变量，static 修饰的变量称为静态变量、也称为类变量，类变量属于类所有，对于不同的类来说，static 变量只有一份，static 修饰的变量位于方法区中；static 修饰的变量能够直接通过 类名.变量名 来进行访问，不用通过实例化类再进行使用。
• 修饰方法，static 修饰的方法被称为静态方法，静态方法能够直接通过 类名.方法名 来使用，在静态方法内部不能使用非静态属性和方法
• static 可以修饰代码块，主要分为两种，一种直接定义在类中，使用 static{}，这种被称为静态代码块，一种是在类中定义静态内部类，使用 static class xxx 来进行定义。
• static 可以用于静态导包，通过使用 import static xxx  来实现，这种方式一般不推荐使用
• static 可以和单例模式一起使用，通过双重检查锁来实现线程安全的单例模式。

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final 关键字是干什么用的？谈谈你的理解

final 是 Java 中的关键字，它表示的意思是 不可变的，在 Java 中，final 主要用来

• 修饰类，final 修饰的类不能被继承，不能被继承的意思就是不能使用 extends 来继承被 final 修饰的类。
• 修饰变量，final 修饰的变量不能被改写，不能被改写的意思有两种，对于基本数据类型来说，final 修饰的变量，其值不能被改变，final 修饰的对象，对象的引用不能被改变，但是对象内部的属性可以被修改。final 修饰的变量在某种程度上起到了不可变的效果，所以，可以用来保护只读数据，尤其是在并发编程中，因为明确的不能再为 final 变量进行赋值，有利于减少额外的同步开销。
• 修饰方法，final 修饰的方法不能被重写。
• final 修饰符和 Java 程序性能优化没有必然联系

抽象类和接口的区别是什么

抽象类和接口都是 Java 中的关键字，抽象类和接口中都允许进行方法的定义，而不用具体的方法实现。抽象类和接口都允许被继承，它们广泛的应用于 JDK 和框架的源码中，来实现多态和不同的设计模式。

不同点在于

• 抽象级别不同：类、抽象类、接口其实是三种不同的抽象级别，抽象程度依次是 接口 > 抽象类 > 类。在接口中，只允许进行方法的定义，不允许有方法的实现，抽象类中可以进行方法的定义和实现；而类中只允许进行方法的实现，我说的方法的定义是不允许在方法后面出现 {}
• 使用的关键字不同：类使用 class 来表示；抽象类使用 abstract class 来表示；接口使用 interface 来表示
• 变量：接口中定义的变量只能是公共的静态常量，抽象类中的变量是普通变量。

重写和重载的区别

在 Java 中，重写和重载都是对同一方法的不同表现形式，下面我们针对重写和重载做一下简单的区分

• 子父级关系不同，重写是针对子级和父级的不同表现形式，而重载是在同一类中的不同表现形式；
• 概念不同，子类重写父类的方法一般使用 @override 来表示；重写后的方法其方法的声明和参数类型、顺序必须要与父类完全一致；重载是针对同一类中概念，它要求重载的方法必须满足下面任何一个要求：方法参数的顺序，参数的个数，参数的类型任意一个保持不同即可。

byte的取值范围是多少，怎么计算出来的

byte 的取值范围是 -128 -> 127 之间，一共是 256 。一个 byte 类型在计算机中占据一个字节，那么就是 8 bit，所以最大就是 2^7 = 1111 1111。

Java 中用补码来表示二进制数，补码的最高位是符号位，最高位用 0 表示正数，最高位 1 表示负数，正数的补码就是其本身，由于最高位是符号位，所以正数表示的就是 0111 1111 ，也就是 127。最大负数就是 1111 1111，这其中会涉及到两个 0 ，一个 +0 ，一个 -0 ，+0 归为正数，也就是 0 ，-0 归为负数，也就是 -128，所以 byte 的范围就是 -128 - 127。

HashMap 和 HashTable 的区别

相同点

HashMap 和 HashTable 都是基于哈希表实现的，其内部每个元素都是 key-value 键值对，HashMap 和 HashTable 都实现了 Map、Cloneable、Serializable 接口。

不同点

• 父类不同：HashMap 继承了 AbstractMap 类，而 HashTable 继承了 Dictionary 类
  

• 空值不同：HashMap 允许空的 key 和 value 值，HashTable 不允许空的 key 和 value 值。HashMap 会把 Null key 当做普通的 key 对待。不允许 null key 重复。
  

• 线程安全性：HashMap 不是线程安全的，如果多个外部操作同时修改 HashMap 的数据结构比如 add 或者是 delete，必须进行同步操作，仅仅对 key 或者 value 的修改不是改变数据结构的操作。可以选择构造线程安全的 Map 比如 Collections.synchronizedMap 或者是 ConcurrentHashMap。而 HashTable 本身就是线程安全的容器。
• 性能方面：虽然 HashMap 和 HashTable 都是基于单链表的，但是 HashMap 进行 put 或者 get􏱤 操作，可以达到常数时间的性能；而 HashTable 的 put 和 get 操作都是加了 synchronized 锁的，所以效率很差。

• 初始容量不同：HashTable 的初始长度是11，之后每次扩充容量变为之前的 2n+1（n为上一次的长度）而 HashMap 的初始长度为16，之后每次扩充变为原来的两倍。创建时，如果给定了容量初始值，那么HashTable 会直接使用你给定的大小，而 HashMap 会将其扩充为2的幂次方大小。

HashMap 和 HashSet 的区别

HashSet 继承于 AbstractSet 接口，实现了 Set、Cloneable,、java.io.Serializable 接口。HashSet 不允许集合中出现重复的值。HashSet 底层其实就是 HashMap，所有对 HashSet 的操作其实就是对 HashMap 的操作。所以 HashSet 也不保证集合的顺序，也不是线程安全的容器。

HashMap 的底层结构

JDK1.7 中，HashMap 采用位桶 + 链表的实现，即使用链表来处理冲突，同一 hash 值的链表都存储在一个数组中。但是当位于一个桶中的元素较多，即 hash 值相等的元素较多时，通过 key 值依次查找的效率较低。

所以，与 JDK 1.7 相比，JDK 1.8 在底层结构方面做了一些改变，当每个桶中元素大于 8 的时候，会转变为红黑树，目的就是优化查询效率。

HashMap 的长度为什么是 2 的幂次方

这道题我想了几天，之前和群里小伙伴们探讨每日一题的时候，问他们为什么 length%hash == (n - 1) & hash，它们说相等的前提是 length 的长度 2 的幂次方，然后我回了一句难道 length 还能不是 2 的幂次方吗？其实是我没有搞懂因果关系，因为 HashMap 的长度是 2 的幂次方，所以使用余数来判断在桶中的下标。如果 length 的长度不是 2 的幂次方，小伙伴们可以举个例子来试试

例如长度为 9 时候，3 & (9-1) = 0，2 & (9-1) = 0 ，都在 0 上，碰撞了；

这样会增大 HashMap 碰撞的几率。

HashMap 多线程操作导致死循环问题

HashMap 不是一个线程安全的容器，在高并发场景下，应该使用 ConcurrentHashMap，在多线程场景下使用 HashMap 会造成死循环问题（基于 JDK1.7），出现问题的位置在 rehash 处，也就是

do {
    Entry<K,V> next = e.next; // <--假设线程一执行到这里就被调度挂起了
    int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
    e.next = newTable[i];
    newTable[i] = e;
    e = next;
} while (e != null);

这是 JDK1.7 的 rehash 代码片段，在并发的场景下会形成环。

JDK1.8 也会造成死循环问题。

HashMap 线程安全的实现有哪些

因为 HashMap 不是一个线程安全的容器，所以并发场景下推荐使用 ConcurrentHashMap ，或者使用线程安全的 HashMap，使用 Collections 包下的线程安全的容器，比如说

Collections.synchronizedMap(new HashMap());

还可以使用 HashTable ，它也是线程安全的容器，基于 key-value 存储，经常用 HashMap 和 HashTable 做比较就是因为 HashTable 的数据结构和 HashMap 相同。

上面效率最高的就是 ConcurrentHashMap。