Java 面試核心知識體系總結：從基礎到進階的完整知識圖譜

前言

本文系統梳理 Java 面試高頻核心知識點，涵蓋面向對象、異常、數據類型、IO、集合、多線程、反射、GC、類加載等十大模塊，旨在為開發者構建完整知識體系，助力面試與技術進階。

1. 面向對象四大特性

• 封裝、繼承、多態、抽象
• 多態實現機制：繼承 + 重寫、接口 + 實現

2. 異常體系

分類

• 編譯時異常：需顯式處理（try-catch / throws），如 IOException
• 運行時異常：系統自動處理，可選捕獲，如 NullPointerException

處理策略

• 知曉如何處理 → try-catch
• 不知如何處理 → throws 向上拋出
• 運行時異常一般不顯式處理，交給默認處理器

3. 數據類型

String：引用類型，底層 char[]，final 類不可繼承

4. IO 體系

• 字節流：InputStream/OutputStream
• 字符流：Reader/Writer（InputStreamReader/OutputStreamWriter 為轉換橋樑）
• 轉換：InputStreamReader(is)、OutputStreamWriter(os)

5. 集合框架

線程安全性

ConcurrentHashMap 核心原理 (JDK 7/8 差異大，此處綜述)

• 分段鎖（Segment 繼承 ReentrantLock）+ HashEntry 數組 + 鏈表/紅黑樹
• 默認 16 段，理論支持 16 線程並發寫無阻塞
• 讀操作無鎖：volatile 保證可見性，HashEntry 字段 final 保證鏈表不變
• 擴容時只鎖定當前段，不鎖全表

6. 多線程

創建方式

• 繼承 Thread 類
• 實現 Runnable 接口（推薦，解耦任務與執行）

wait vs sleep

volatile vs synchronized

線程池 (Executor 框架)

• 核心優勢：降低創建銷毀開銷、提升響應速度、統一管理監控
• 四大工廠方法：newCachedThreadPool、newFixedThreadPool、newScheduledThreadPool、newSingleThreadExecutor
• 執行流程：corePoolSize → 隊列 → maximumPoolSize → 拒絕策略
• 線程回收：keepAliveTime 超時且當前線程數 > corePoolSize

Semaphore 限流

Semaphore semaphore = new Semaphore(n); // n 個許可證
semaphore.acquire(); // 獲取許可，阻塞直到可用
try {
    // 臨界區代碼
} finally {
    semaphore.release(); // 釋放許可
}

7. 反射機制

獲取 Class 對象三種方式

1. Class.forName("全限定名")
2. 類名.class
3. 對象.getClass()

動態代理

• JDK 動態代理：基於接口，InvocationHandler + Proxy.newProxyInstance()
• CGLIB：基於繼承，字節碼生成子類，無需接口
• 應用：Spring AOP、Hibernate 延遲加載

8. 垃圾回收 (GC)

對象存活判定

• 可達性分析 (GC Roots)：棧局部變量、方法區靜態屬性/常量、JNI 引用
• 引用計數法已廢棄（循環引用無法解決）

核心算法

JVM 內存結構

• 方法區：類信息、常量、靜態變量
• Java 棧：棧幀、局部變量表、方法調用
• Java 堆：對象實例、數組（GC 主戰場）

四種引用強度

1. 強引用：寧願 OOM 不回收
2. 軟引用：內存不足時回收，適合緩存
3. 弱引用：GC 掃描即回收，生命週期更短
4. 虛引用：不決定生命週期，跟蹤被回收狀態，需配合 ReferenceQueue

9. 類加載器

四層結構 (雙親委派)

1. 啟動類加載器：C++ 實現，加載 jre/lib 核心庫
2. 擴展類加載器：加載 jre/lib/ext
3. 應用類加載器：加載 classpath
4. 自定義類加載器：繼承 ClassLoader

類初始化觸發條件 (6 種)

1. new 實例化
2. 讀/寫靜態字段
3. 調用靜態方法
4. 反射調用
5. 初始化子類 (觸發父類)
6. JVM 啟動主類

初始化步驟

1. 加載鏈接 (未完成時)
2. 遞歸初始化父類 (接口除外)
3. 執行靜態變量賦值/靜態代碼塊 (按順序)

10. 總結與建議

• 基礎決定上限：集合、多線程、JVM、GC 是高級工程師必修課
• 原理重於 API：知其然更要知其所以然 (如 ConcurrentHashMap 分段鎖、volatile 內存語義)
• 實戰驗證理論：搭建 Demo 驗證 GC 行為、鎖升級、類加載順序
• 關注版本演進：JDK 8→11→17→21 新特性 (模塊化、ZGC、Record、Pattern Matching 等)