Java互联网架构-深度剖析一道阿里P6的真实面试题！

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题目一

请对比 Exception 和 Error，另外，运行时异常与一般异常有什么区别？

考点分析：

分析 Exception 和 Error 的区别，是从概念角度考察了 Java 处理机制。总的来说，还处于理解的层面，面试者只要阐述清楚就好了。

我们在日常编程中，如何处理好异常是比较考验功底的，我觉得需要掌握两个方面。

第一，理解 Throwable、Exception、Error 的设计和分类。 比如，掌握那些应用最为广泛的子类，以及如何自定义异常等。

很多面试官会进一步追问一些细节，比如，你了解哪些 Error、Exception 或者 RuntimeException？我画了一个简单的类图，并列出来典型例子，可以给你作为参考，至少做到基本心里有数。

第二，理解 Java 语言中操作 Throwable 的元素和实践。 掌握最基本的语法是必须的，如 try-catch-finally 块，throw、throws 关键字等。与此同时，也要懂得如何处理典型场景。

典型回答：

Exception 和 Error 都是继承了 Throwable 类，在 Java 中只有 Throwable 类的实例才可以被抛出（throw）或者捕获（catch），它是异常处理机制的基本组成类型。

Exception 和 Error 体现了 Java 平台设计者对不同异常情况的分类。Exception 是程序正常运行中，可以预料的意外情况，可能并且应该被捕获，进行相应处理。点击这里看一下壮烈牺牲的阿里巴巴面试经验。

Error 是指在正常情况下，不大可能出现的情况，绝大部分的 Error 都会导致程序（比如 JVM 自身）处于非正常的、不可恢复状态。既然是非正常情况，所以不便于也不需要捕获，常见的比如 OutOfMemoryError 之类，都是 Error 的子类。

Exception 又分为可检查（checked）异常和不检查（unchecked）异常，可检查异常在源代码里必须显式地进行捕获处理，这是编译期检查的一部分。前面我介绍的不可查的 Error，是 Throwable 不是 Exception。

不检查异常就是所谓的运行时异常，类似 NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException 之类，通常是可以编码避免的逻辑错误，具体根据需要来判断是否需要捕获，并不会在编译期强制要求。

题目二

谈谈 Java 反射机制，动态代理是基于什么原理？

考点分析：

这个题目给我的第一印象是稍微有点诱导的嫌疑，可能会下意识地以为动态代理就是利用反射机制实现的，这么说也不算错但稍微有些不全面。功能才是目的，实现的方法有很多。

总的来说，这道题目考察的是 Java 语言的另外一种基础机制： 反射，它就像是一种魔法，引入运行时自省能力，赋予了 Java 语言令人意外的活力，通过运行时操作元数据或对象，Java 可以灵活地操作运行时才能确定的信息。 而动态代理，则是延伸出来的一种广泛应用于产品开发中的技术，很多繁琐的重复编程，都可以被动态代理机制优雅地解决。

从考察知识点的角度，这道题涉及的知识点比较庞杂，所以面试官能够扩展或者深挖的内容非常多，比如：

• 考察你对反射机制的了解和掌握程度。
• 动态代理解决了什么问题，在你业务系统中的应用场景是什么？
• JDK 动态代理在设计和实现上与 cglib 等方式有什么不同，进而如何取舍？

典型回答

反射机制是 Java 语言提供的一种基础功能，赋予程序在运行时自省（introspect，官方用语）的能力。通过反射我们可以直接操作类或者对象，比如获取某个对象的类定义，获取类声明的属性和方法，调用方法或者构造对象，甚至可以运行时修改类定义。

动态代理是一种方便运行时动态构建代理、动态处理代理方法调用的机制，很多场景都是利用类似机制做到的，比如用来包装 RPC 调用、面向切面的编程（AOP）。

实现动态代理的方式很多，比如 JDK 自身提供的动态代理，就是主要利用了上面提到的反射机制。还有其他的实现方式，比如利用传说中更高性能的字节码操作机制，类似 ASM、cglib（基于 ASM）、Javassist 等。

题目三

Java 提供了哪些 IO 方式？ NIO 如何实现多路复用？

考点分析

在实际面试中，从传统 IO 到 NIO、NIO 2，其中有很多地方可以扩展开来，考察点涉及方方面面，比如：

• 基础 API 功能与设计， InputStream/OutputStream 和 Reader/Writer 的关系和区别。
• NIO、NIO 2 的基本组成。
• 给定场景，分别用不同模型实现，分析 BIO、NIO 等模式的设计和实现原理。
• NIO 提供的高性能数据操作方式是基于什么原理，如何使用？
• 或者，从开发者的角度来看，你觉得 NIO 自身实现存在哪些问题？有什么改进的想法吗？

典型回答

Java IO 方式有很多种，基于不同的 IO 抽象模型和交互方式，可以进行简单区分。

首先，传统的 java.io 包，它基于流模型实现，提供了我们最熟知的一些 IO 功能，比如 File 抽象、输入输出流等。交互方式是同步、阻塞的方式，也就是说，在读取输入流或者写入输出流时，在读、写动作完成之前，线程会一直阻塞在那里，它们之间的调用是可靠的线性顺序。点击这里看一下壮烈牺牲的阿里巴巴面试经验。

java.io 包的好处是代码比较简单、直观，缺点则是 IO 效率和扩展性存在局限性，容易成为应用性能的瓶颈。

很多时候，人们也把 java.net 下面提供的部分网络 API，比如 Socket、ServerSocket、HttpURLConnection 也归类到同步阻塞 IO 类库，因为网络通信同样是 IO 行为。

第二，在 Java 1.4 中引入了 NIO 框架（java.nio 包），提供了 Channel、Selector、Buffer 等新的抽象，可以构建多路复用的、同步非阻塞 IO 程序，同时提供了更接近操作系统底层的高性能数据操作方式。点击这里看一下壮烈牺牲的阿里巴巴面试经验。

第三，在 Java 7 中，NIO 有了进一步的改进，也就是 NIO 2，引入了异步非阻塞 IO 方式，也有很多人叫它 AIO（Asynchronous IO）。异步 IO 操作基于事件和回调机制，可以简单理解为，应用操作直接返回，而不会阻塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应线程进行后续工作。

题目四

如何保证容器是线程安全的？ConcurrentHashMap 如何实现高效地线程安全？

典型回答：

Java 提供了不同层面的线程安全支持。在传统集合框架内部，除了 Hashtable 等同步容器，还提供了所谓的同步包装器（Synchronized Wrapper），我们可以调用 Collections 工具类提供的包装方法，来获取一个同步的包装容器（如 Collections.synchronizedMap），但是它们都是利用非常粗粒度的同步方式，在高并发情况下，性能比较低下。点击这里看一下壮烈牺牲的阿里巴巴面试经验。

另外，更加普遍的选择是利用并发包提供的线程安全容器类，它提供了：

• 各种并发容器，比如 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList。
• 各种线程安全队列（Queue/Deque），如 ArrayBlockingQueue、SynchronousQueue。
• 各种有序容器的线程安全版本等。

具体保证线程安全的方式，包括有从简单的 synchronize 方式，到基于更加精细化的，比如基于分离锁实现的 ConcurrentHashMap 等并发实现等。具体选择要看开发的场景需求，总体来说，并发包内提供的容器通用场景，远优于早期的简单同步实现。

题目五

谈谈接口和抽象类有什么区别？

考点分析：

这是个非常高频的 Java 面向对象基础问题，看起来非常简单的问题，如果面试官稍微深入一些，你会发现很多有意思的地方，可以从不同角度全面地考察你对基本机制的理解和掌握。

比如:

• 对于 Java 的基本元素的语法是否理解准确。 能否定义出语法基本正确的接口、抽象类或者相关继承实现，涉及重载（Overload）、重写（Override）更是有各种不同的题目。
• 在软件设计开发中妥善地使用接口和抽象类。 你至少知道典型应用场景，掌握基础类库重要接口的使用；掌握设计方法，能够在 review 代码的时候看出明显的不利于未来维护的设计。
• 掌握 Java 语言特性演进。 现在非常多的框架已经是基于 Java 8，并逐渐支持更新版本，掌握相关语法，理解设计目的是很有必要的。

典型回答：

1.继承抽象类的子类们的本质都是相似的，它们体现的是一种 “is-a” 的关系，就像动物中的猫和狗；而对于接口的继承更多的是一种行为的相似，是一种 “like-a” 的关系，比如飞机和鸟，它们都具有飞的行为，却并不需要在本质上相似。

2.抽象类可以拥有任意范围的成员数据，既可以是抽象，也可以是非抽象；但是接口，所有的方法必须是抽象的，所有的成员变量必须是 public static final的，某种程度上来说，接口是对抽象类的一种抽象。

3.一个类只能继承一个抽象类，但却可以实现多个接口。

题目六

synchronized 和 ReentrantLock 有什么区别？有人说 synchronized 最慢，这话靠谱吗？

考点分析：

题目是考察并发编程的常见基础题，下面给出的典型回答算是一个相对全面的总结。

对于并发编程，不同公司或者面试官面试风格也不一样，有个别大厂喜欢一直追问你相关机制的扩展或者底层，有的喜欢从实用角度出发，所以你在准备并发编程方面需要一定的耐心。

个人认为，锁作为并发的基础工具之一，你至少需要掌握：

• 理解什么是线程安全。
• synchronized、ReentrantLock 等机制的基本使用与案例。

更进一步，你还需要：

• 掌握 synchronized、ReentrantLock 底层实现；理解锁膨胀、降级；理解偏斜锁、自旋锁、轻量级锁、重量级锁等概念。
• 掌握并发包中 java.util.concurrent.lock 各种不同实现和案例分析。

典型回答：

synchronized 是 Java 内建的同步机制，所以也有人称其为 Intrinsic Locking，它提供了互斥的语义和可见性，当一个线程已经获取当前锁时，其他试图获取的线程只能等待或者阻塞在那里。

在 Java 5 以前，synchronized 是仅有的同步手段，在代码中， synchronized 可以用来修饰方法，也可以使用在特定的代码块儿上，本质上 synchronized 方法等同于把方法全部语句用 synchronized 块包起来。

ReentrantLock，通常翻译为再入锁，是 Java 5 提供的锁实现，它的语义和 synchronized 基本相同。再入锁通过代码直接调用 lock() 方法获取，代码书写也更加灵活。与此同时，ReentrantLock 提供了很多实用的方法，能够实现很多 synchronized 无法做到的细节控制，比如可以控制 fairness，也就是公平性，或者利用定义条件等。但是，编码中也需要注意，必须要明确调用 unlock() 方法释放，不然就会一直持有该锁。

synchronized 和 ReentrantLock 的性能不能一概而论，早期版本 synchronized 在很多场景下性能相差较大，在后续版本进行了较多改进，在低竞争场景中表现可能优于 ReentrantLock。

封面图源网络，侵权删除）

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