【61-70期】Java面试题深度解析：从集合框架到线程安全的最佳实践

🚀 作者：“码上有前”
🚀 文章简介：Java
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文章题目：Java面试题深度解析：从集合框架到线程安全的最佳实践

摘要：
本文针对Java面试中的常见问题进行详细解答，涵盖集合框架的使用、线程安全的保证机制、以及Java中常见性能优化技巧。每个问题都结合理论分析与实际代码示例，深入探讨原理与最佳实践，帮助开发者全面提升技术能力，并为面试和实际开发提供强有力的参考。

1. Java中`HashMap`和`Hashtable`有什么区别？

回答：
HashMap和Hashtable都实现了Map接口，用于存储键值对，但有以下区别：

线程安全：Hashtable是线程安全的，方法是通过sychronized关键字来同步每个方法；HashMap不是线程安全的，但可以通过Collections.synchronizedMap()方法将其包装成线程安全的；
null值：HashMap允许null键和值，而Hashtable不允许；
性能：由于Hashtable的线程同步机制，HashMap在单线程场景下性能更优。

最佳实践：
在大多数情况下，推荐使用HashMap，并根据需要自己处理同步：

Map<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("key1", "value1");
map.put("key2", "value2");

2. 什么是`ConcurrentHashMap`？它如何保证线程安全？

回答：
ConcurrentHashMap是java.util.concurrent包中的一个线程安全的哈希表。它通过分段锁（Segment Locking）机制来保证线程安全，避免了锁的竞争，提高了并发性能。

ConcurrentHashMap将桶分成多个段，每个段都有独立的锁，当多个线程访问不同段时，可以并发执行，减少锁竞争。
采用分段锁的方式，只有访问相同段的数据才会互斥。

最佳实践：
使用ConcurrentHashMap来实现线程安全的映射存储：

ConcurrentHashMap<String, String> concurrentMap = new ConcurrentHashMap<>();
concurrentMap.put("key1", "value1");
concurrentMap.put("key2", "value2");

3. Java中的`volatile`关键字的作用是什么？

回答：
volatile是一个轻量级的同步机制，确保一个变量的修改会立即反映到所有线程中。

保证可见性：当一个线程修改了volatile变量的值，其他线程能立即看到这个修改；
禁止指令重排：volatile防止JVM在对变量进行操作时进行指令重排。

最佳实践：
当多个线程共享一个变量时，可以使用volatile来保证其可见性：

private volatile boolean flag = false;public void run() {while (!flag) {// do something}
}

4. 什么是`ReentrantLock`？它和`synchronized`的区别是什么？

回答：
ReentrantLock是java.util.concurrent包中的一个锁实现，它与synchronized关键字的功能类似，但提供了更多的灵活性。

ReentrantLock可以尝试获取锁(tryLock())，并能指定超时（tryLock(long time, TimeUnit unit)）；
ReentrantLock支持公平锁（new ReentrantLock(true)）和非公平锁（默认）；
支持多次锁定（递归锁），同一个线程可以多次获得锁。

最佳实践：
使用ReentrantLock来控制并发访问资源：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
try {// 执行业务逻辑
} finally {lock.unlock();
}

5. Java中的`String`、`StringBuilder`和`StringBuffer`有何区别？

回答：

String：不可变类，每次修改都会创建一个新的字符串对象；
StringBuilder：可变类，线程不安全，适用于单线程环境；
StringBuffer：可变类，线程安全，适用于多线程环境。

最佳实践：
如果在单线程环境中需要拼接字符串，使用StringBuilder；在多线程环境中使用StringBuffer。

StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append("Hello, ").append("World!");

6. Java中如何实现线程池？

回答：
线程池的核心是ExecutorService接口，其中最常用的实现是ThreadPoolExecutor。可以通过Executors工厂类创建常用的线程池。

核心线程数：始终保持的线程数；
最大线程数：线程池允许的最大线程数；
任务队列：存放等待执行的任务；
线程池的空闲线程生命周期：线程空闲超过一定时间会被销毁。

最佳实践：
使用ThreadPoolExecutor来创建一个自定义线程池：

ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(100)
);
executor.submit(() -> {// 任务执行逻辑
});

7. 什么是`CountDownLatch`，它如何使用？

回答：
CountDownLatch是一个同步辅助类，用于让一个线程等待其他线程完成某些操作。CountDownLatch计数器通过调用countDown()方法减小，线程通过调用await()方法等待，直到计数器减到0时，所有等待的线程才会继续执行。
常用于“多线程等待某些事件完成”场景。

最佳实践：
使用CountDownLatch等待多个线程完成任务：

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);for (int i = 0; i < 3; i++) {new Thread(() -> {// 执行任务latch.countDown();}).start();
}latch.await(); // 等待直到计数器为0

8. 如何通过JVM调优提高性能？

回答：
JVM调优包括垃圾回收器选择、内存参数调整、线程调度等。关键的调优方式包括：

垃圾回收器选择：不同的GC算法适合不同的应用场景，常用的有G1GC、CMS等；
内存设置：合理设置-Xms、-Xmx等参数，避免频繁的垃圾回收；
线程优化：合理设置线程池大小，避免线程过多导致系统资源耗尽。

最佳实践：
使用G1GC垃圾回收器并调整堆内存参数：

-Xms2g -Xmx4g -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200

9. Java中的`deadlock`是什么，如何避免？

回答：
deadlock（死锁）是指两个或多个线程互相等待对方释放资源，导致无法继续执行。
避免死锁的方法包括：

避免嵌套锁：尽量减少锁的粒度；
线程按固定顺序获取锁：确保所有线程按同一顺序获取锁；
使用tryLock：尝试获取锁失败时可以跳过或重试。

最佳实践：
避免死锁的代码示例：

ReentrantLock lock1 = new ReentrantLock();
ReentrantLock lock2 = new ReentrantLock();lock1.lock();
try {lock2.lock();try {// 执行业务逻辑} finally {lock2.unlock();}
} finally {lock1.unlock();
}

10. 如何实现一个线程安全的单例模式？

回答：
线程安全的单例模式可以使用双重检查锁定（Double-Checked Locking）方式实现，确保实例在首次访问时创建，且多线程访问时不会出现重复创建的情况。

最佳实践：
使用双重检查锁定的单例实现：

public class Singleton {private static volatile Singleton instance;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}