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Java技术专家面试专题系列（一）：Java核心基础

 面试/技术专家  2178  5 分钟

在Java技术专家的面试中，扎实的核心基础是成功的第一步。本篇将深入探讨Java的核心概念，包括基本语法、面向对象编程（OOP）、异常处理、集合框架和内存模型，并辅以示例和常见面试问题，助你在面试中脱颖而出。

1. Java基本语法与数据类型

Java作为一门强类型语言，其语法简洁但严谨，理解基础语法是后续学习的前提。

  • 数据类型

    • 基本类型: byte（1字节）、short（2字节）、int（4字节）、long（8字节）、float（4字节）、double（8字节）、char（2字节）、boolean（1位）。
    • 引用类型: 类、接口、数组等，存储在堆中，通过引用访问。
    • 注意事项: 基本类型有默认值（如int为0），引用类型默认为null。

  • 变量与常量

    • 使用final关键字定义常量，如final int MAX = 100;。
    • 变量作用域：局部变量、成员变量、静态变量。

示例: 数据类型转换

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public class TypeCastingDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 100;
        long l = i; // 隐式转换
        float f = 123.45f;
        int j = (int) f; // 显式转换，截断小数
        System.out.println("Long: " + l + ", Int: " + j); // 输出: Long: 100, Int: 123
    }
}

面试问题:

  • 问题: float和double的区别是什么？
  • 答案: float是单精度浮点数（32位），精度较低；double是双精度（64位），精度更高。实际开发中，推荐double，因为float可能导致精度丢失。

2. 面向对象编程（OOP）原则

Java的核心是面向对象，掌握OOP三大特性至关重要。

  • 封装: 通过private隐藏内部实现，提供public方法访问。
  • 继承: 使用extends实现代码复用，子类继承父类非私有成员。
  • 多态: 分为编译时多态（方法重载）和运行时多态（方法重写）。

示例: 多态实现

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abstract class Animal {
    abstract void sound();
}

class Dog extends Animal {
    @Override
    void sound() {
        System.out.println("Woof!");
    }
}

class Cat extends Animal {
    @Override
    void sound() {
        System.out.println("Meow!");
    }
}

public class PolymorphismDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Animal dog = new Dog();
        Animal cat = new Cat();
        dog.sound(); // 输出: Woof!
        cat.sound(); // 输出: Meow!
    }
}

面试问题:

  • 问题: 什么是运行时多态？如何实现？
  • 答案: 运行时多态指在运行时根据对象实际类型调用方法，通过继承和方法重写实现。父类引用指向子类对象时，调用的是子类重写的方法。

3. 异常处理机制

Java的异常处理通过try-catch、throw和throws实现，用于捕获和处理运行时错误。

  • 异常层次:

    • Throwable: 根类，分为Error（严重错误，如OutOfMemoryError）和Exception（可恢复异常）。
    • RuntimeException: 运行时异常（如NullPointerException），无需显式声明。

  • 处理方式:

    • try-catch: 捕获异常。
    • finally: 确保资源释放。
    • throws: 声明异常。

示例: 自定义异常

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class MyException extends Exception {
    public MyException(String message) {
        super(message);
    }
}

public class ExceptionDemo {
    public static void checkValue(int value) throws MyException {
        if (value < 0) {
            throw new MyException("Value cannot be negative!");
        }
        System.out.println("Value is: " + value);
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            checkValue(-1);
        } catch (MyException e) {
            System.out.println("Error: " + e.getMessage()); // 输出: Error: Value cannot be negative!
        } finally {
            System.out.println("Execution completed.");
        }
    }
}

面试问题:

  • 问题: finally块一定会执行吗？
  • 答案: 通常会执行，但若try或catch中调用System.exit(0)或JVM崩溃，则不执行。

4. 集合框架

Java集合框架是处理数据的核心工具，分为Collection和Map两大体系。

  • 主要接口:

    • List: 有序、可重复（如ArrayList、LinkedList）。
    • Set: 无序、不可重复（如HashSet、TreeSet）。
    • Map: 键值对存储（如HashMap、TreeMap）。

  • 底层实现:

    • HashMap: 基于哈希表，JDK 1.8后引入红黑树优化链表过长问题。初始容量16，负载因子0.75。
    • ArrayList: 动态数组，扩容时增加50%容量。

示例: HashMap使用

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import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class HashMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
        map.put("Alice", 25);
        map.put("Bob", 30);
        map.put("Alice", 26); // 覆盖旧值
        System.out.println(map); // 输出: {Alice=26, Bob=30}
    }
}

面试问题:

  • 问题: HashMap的put过程是怎样的？
  • 答案: 计算键的哈希值，确定桶位置；若桶为空，直接插入；若有冲突，JDK 1.8前用链表，链表过长（>8）转为红黑树。扩容时rehash所有元素。

5. Java内存模型（JMM）与垃圾回收

理解Java内存模型和垃圾回收机制是高级开发者的必备技能。

  • 内存划分:

    • 堆（Heap）: 存储对象实例，GC主要区域。
    • 栈（Stack）: 存储局部变量和方法调用信息。
    • 方法区（Method Area）: 存储类信息、常量池（JDK 1.8后移至堆中的元空间）。

  • 垃圾回收（GC）:

    • 算法: 标记-清除、复制、分代收集。
    • 分代: 新生代（Eden、Survivor）、老年代。
    • 触发: Eden区满触发Minor GC，老年代满触发Full GC。

示例: 手动触发GC（仅建议，不保证执行）

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public class GCDemo {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Object(); // 创建大量对象
        }
        System.gc(); // 建议GC
        System.out.println("GC suggested.");
    }
}

面试问题:

  • 问题: finalize()方法的作用是什么？为什么不推荐？
  • 答案: finalize()在对象被GC前调用，用于资源清理。但执行时机不确定，可能导致对象复活（自救），增加GC负担，Java 9后标记废弃，推荐try-with-resources或Cleaner。

6. 学习与面试建议

  • 实践: 编写代码验证概念，如集合扩容、异常传播。
  • 深入: 阅读HashMap源码，理解红黑树转换逻辑。
  • 表达: 模拟面试，清晰回答问题，突出原理和场景。

结语

Java核心基础是技术专家的基石，熟练掌握基本语法、OOP、异常处理、集合框架和内存模型，能让你在面试中展现扎实的功底。下一专题将深入探讨Java并发编程，敬请期待！

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