Java

1. 什么是字节码,采取字节码的好处是什么

JVM 可以理解的代码就叫做字节码(即扩展名为 .class 的文件),它不面向任何特定的处理器,只面向虚拟机。

由于字节码并不针对一种特定的机器,因此,Java 程序无须重新编译便可在多种不同操作系统的计算机上运行。

2. 为什么说 Java 编译与解释并存

  • 编译型:编译型语言会通过编译器将源代码一次性翻译成可被该平台执行的机器码。一般情况下,编译语言的执行速度比较快,开发效率比较低。常见的编译性语言有 C、C++、Go、Rust 等等。

  • 解释型:解释型语言会通过解释器一句一句的将代码解释(interpret)为机器代码后再执行。解释型语言开发效率比较快,执行速度比较慢。常见的解释性语言有 Python、JavaScript、PHP 等等。

Java 语言既具有编译型语言的特征,也具有解释型语言的特征。因为 Java 程序要经过先编译,后解释两个步骤,由 Java 编写的程序需要先经过编译步骤,生成字节码(.class 文件),这种字节码必须由 Java 解释器来解释执行。

3. AOT 有什么优点,为什么不全部使用 AOT

和 JIT 不同的是,这种编译模式会在程序被执行前就将其编译成机器码,属于静态编译。AOT 避免了 JIT 预热等各方面的开销,可以提高 Java 程序的启动速度,避免预热时间长。并且,AOT 还能减少内存占用和增强 Java 程序的安全性(AOT 编译后的代码不容易被反编译和修改)。

JIT 与 AOT,两者各有优点,只能说 AOT 更适合当下的云原生场景,对微服务架构的支持也比较友好。除此之外,AOT 编译无法支持 Java 的一些动态特性,如反射、动态代理、动态加载、JNI(Java Native Interface)等。然而,很多框架和库(如 Spring、CGLIB)都用到了这些特性。

4. Java 和 C++ 的区别

Java 和 C++ 都是面向对象的语言,都支持封装、继承和多态

  • Java 不提供指针来直接访问内存,程序内存更加安全

  • Java 的类是单继承的,C++ 支持多重继承;虽然 Java 的类不可以多继承,但是接口可以多继承。

  • Java 有自动内存管理垃圾回收机制 (GC),不需要程序员手动释放无用内存。

  • C ++ 同时支持方法重载和操作符重载,但是 Java 只支持方法重载(操作符重载增加了复杂性,这与 Java 最初的设计思想不符)。

5. 基本类型与包装类型的存储方式

基本数据类型的局部变量存放在 Java 虚拟机栈中的局部变量表中,基本数据类型的成员变量(未被 static 修饰 )存放在 Java 虚拟机的堆中。包装类型属于对象类型,我们知道几乎所有对象实例都存在于堆中。HotSpot 虚拟机引入了 JIT 优化之后,会对对象进行逃逸分析,如果发现某一个对象并没有逃逸到方法外部,那么就可能通过标量替换来实现栈上分配,而避免堆上分配内存

基本数据类型存放在栈中是一个常见的误区! 基本数据类型的存储位置取决于它们的作用域和声明方式。如果它们是局部变量,那么它们会存放在栈中;如果它们是成员变量,那么它们会存放在堆中。

6. 包装类型的缓存机制

Java 基本数据类型的包装类型的大部分都用到了缓存机制来提升性能。

Byte,Short,Integer,Long 这 4 种包装类默认创建了数值 [-128,127] 的相应类型的缓存数据,Character 创建了数值在 [0,127] 范围的缓存数据,Boolean 直接返回 True or False

如果超出对应范围仍然会去创建新的对象,缓存的范围区间的大小只是在性能和资源之间的权衡。

两种浮点数类型的包装类 Float,Double 并没有实现缓存机制。

Integer i1 = 33;
Integer i2 = 33;
System.out.println(i1 == i2);// 输出 true

Float i11 = 333f;
Float i22 = 333f;
System.out.println(i11 == i22);// 输出 false

Double i3 = 1.2;
Double i4 = 1.2;
System.out.println(i3 == i4);// 输出 false

所有整型包装类对象之间值的比较,全部使用 equals 方法比较

7. 自动装箱与拆箱

  • 装箱:将基本类型用它们对应的引用类型包装起来;

  • 拆箱:将包装类型转换为基本数据类型;

Integer i = 10;  //装箱
int n = i;   //拆箱

从字节码中,我们发现装箱其实就是调用了 包装类的 valueOf() 方法,拆箱其实就是调用了 xxxValue() 方法。

因此,

  • Integer i = 10 等价于 Integer i = Integer.valueOf(10)

  • int n = i 等价于 int n = i.intValue();

如果频繁拆装箱的话,也会严重影响系统的性能。我们应该尽量避免不必要的拆装箱操作。

8. 如何解决浮点数运算的精度丢失问题

BigDecimal 可以实现对浮点数的运算,不会造成精度丢失。通常情况下,大部分需要浮点数精确运算结果的业务场景(比如涉及到钱的场景)都是通过 BigDecimal 来做的。

BigDecimal a = new BigDecimal("1.0");
BigDecimal b = new BigDecimal("0.9");
BigDecimal c = new BigDecimal("0.8");

BigDecimal x = a.subtract(b);
BigDecimal y = b.subtract(c);

System.out.println(x); /* 0.1 */
System.out.println(y); /* 0.1 */
System.out.println(Objects.equals(x, y)); /* true */

9. 超过 long 的数据应该怎么表示

基本数值类型都有一个表达范围,如果超过这个范围就会有数值溢出的风险。

在 Java 中,64 位 long 整型是最大的整数类型。

long l = Long.MAX_VALUE;
System.out.println(l + 1); // -9223372036854775808
System.out.println(l + 1 == Long.MIN_VALUE); // true

BigInteger 内部使用 int[] 数组来存储任意大小的整形数据。

相对于常规整数类型的运算来说,BigInteger 运算的效率会相对较低。

10. 静态变量有什么用

静态变量也就是被 static 关键字修饰的变量。它可以被类的所有实例共享,无论一个类创建了多少个对象,它们都共享同一份静态变量。也就是说,静态变量只会被分配一次内存,即使创建多个对象,这样可以节省内存。

11. 静态方法为什么不能调用非静态成员

  • 静态方法是属于类的,在类加载的时候就会分配内存,可以通过类名直接访问。而非静态成员属于实例对象,只有在对象实例化之后才存在,需要通过类的实例对象去访问。

  • 在类的非静态成员不存在的时候静态方法就已经存在了,此时调用在内存中还不存在的非静态成员,属于非法操作。

12. 静态方法和实例方法有什么不同

在外部调用静态方法时,可以使用 类名.方法名 的方式,也可以使用 对象.方法名 的方式,而实例方法只有后面这种方式。也就是说,调用静态方法可以无需创建对象 。一般建议使用 类名.方法名 的方式来调用静态方法。

静态方法在访问本类的成员时,只允许访问静态成员(即静态成员变量和静态方法),不允许访问实例成员(即实例成员变量和实例方法),而实例方法不存在这个限制。

13. 重载和重写有什么区别

  • 重载

编译期,发生在同一个类中(或者父类和子类之间),方法名必须相同,参数类型不同、个数不同、顺序不同,方法返回值和访问修饰符可以不同。同一个类中多个同名方法根据不同的传参来执行不同的逻辑处理。

  • 重写

重写发生在运行期,是子类对父类的允许访问的方法的实现过程进行重新编写。

  1. 方法名、参数列表必须相同,子类方法返回值类型应比父类方法返回值类型更小或相等,抛出的异常范围小于等于父类,访问修饰符范围大于等于父类。

  2. 如果父类方法访问修饰符为 private/final/static 则子类就不能重写该方法,但是被 static 修饰的方法能够被再次声明。

  3. 构造方法无法被重写

14. 什么是可变长参数

可变参数只能作为函数的最后一个参数,但其前面可以有也可以没有任何其他参数。

public static void method2(String arg1, String... args) {
   //......
}

遇到方法重载的情况会优先匹配固定参数的方法,因为固定参数的方法匹配度更高。

另外,Java 的可变参数编译后实际会被转换成一个数组,我们看编译后生成的 class 文件就可以看出来了。

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