2025年Java高级面试题及答案

一、JVM与性能优化

1. 请解释JVM内存模型中的元空间(Metaspace)与永久代(PermGen)的区别？

答案：
1. 存储位置：永久代在堆内存中，元空间使用本地内存
2. 大小限制：永久代有固定大小限制(-XX:MaxPermSize)，元空间默认无上限(受物理内存限制)
3. 垃圾回收：永久代Full GC时回收，元空间有专门的垃圾回收
4. 存储内容：都存储类元数据，但元空间还存储静态方法和运行时常量池
5. 动态扩展：元空间可动态扩展，避免OOM

2. 如何诊断和解决Java应用的内存泄漏问题？

答案：
1. 使用工具：MAT、VisualVM、JProfiler等分析堆dump
2. 关键步骤：
   - 获取堆转储文件(heap dump)
   - 分析大对象和GC Roots引用链
   - 检查集合类(如HashMap)是否未正确清理
   - 关注线程栈和静态集合
3. 常见场景：
   - 未关闭的资源(数据库连接、文件流)
   - 监听器未注销
   - 缓存无限增长
4. 解决方案：
   - 使用WeakReference/SoftReference
   - 实现proper的close()方法
   - 使用内存分析工具定期检查

二、并发编程

3. 解释Java 19中虚拟线程(Virtual Threads)的实现原理及优势

答案：
实现原理：
1. JVM层面实现，非操作系统线程
2. 由JVM调度器管理，映射到少量OS线程(载体线程)
3. 挂起时不阻塞OS线程

优势：
1. 高吞吐：可创建数百万个虚拟线程
2. 低开销：上下文切换在用户态完成
3. 兼容性：与现有Thread API兼容
4. 简化代码：可用同步写法实现异步效果

示例：
try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    IntStream.range(0, 10_000).forEach(i -> {
        executor.submit(() -> {
            Thread.sleep(Duration.ofSeconds(1));
            return i;
        });
    });
}

三、新特性与趋势

4. 解释Record模式匹配(Java 21)如何简化代码

答案：
传统写法：
if (obj instanceof Point) {
    Point p = (Point) obj;
    System.out.println(p.x() + "," + p.y());
}

Record模式匹配：
if (obj instanceof Point(int x, int y)) {
    System.out.println(x + "," + y);
}

优势：
1. 消除强制类型转换
2. 直接解构record组件
3. 可与switch表达式结合使用
4. 减少模板代码

嵌套模式匹配示例：
record Box(T t) {}
if (obj instanceof Box(Point(int x, int y))) {
    // 直接访问嵌套字段
}

四、系统设计

5. 设计一个分布式事务解决方案，要求支持Saga模式

答案：
核心组件：
1. 事务协调器：管理全局事务状态
2. 参与服务：实现补偿操作
3. 事件总线：可靠的事件传递

实现步骤：
1. 定义Saga事务流程：
   - 正向服务调用序列
   - 对应的补偿操作
2. 实现协调逻辑：
   - 事务日志持久化
   - 超时处理机制
   - 幂等性控制
3. 异常处理：
   - 实现回滚策略
   - 人工干预接口

技术选型：
- 框架：Seata、Narayana
- 存储：Redis/ZK记录事务状态
- 消息：Kafka/RocketMQ事务消息

关键代码示例：
// Saga定义
@Saga
public class OrderSaga {
    @SagaAction(compensation = "cancelOrder")
    public void createOrder() {...}
    
    public void cancelOrder() {...}
}

// 协调器
sagaCoordinator.beginSaga()
    .step(serviceA::operation1)
    .step(serviceB::operation2)
    .onRollback(...)
    .execute();

五、编码实践

6. 使用Java 17的密封类(sealed class)设计支付系统领域模型

答案：
// 定义密封的支付方式层次结构
public sealed interface PaymentMethod 
    permits CreditCard, PayPal, BankTransfer {
    
    BigDecimal processPayment(BigDecimal amount);
}

// 具体实现必须final或sealed
public final class CreditCard implements PaymentMethod {
    @Override 
    public BigDecimal processPayment(BigDecimal amount) {
        // 信用卡处理逻辑
    }
}

public final class PayPal implements PaymentMethod {
    @Override
    public BigDecimal processPayment(BigDecimal amount) {
        // PayPal处理逻辑
    }
}

// 使用模式匹配处理不同支付方式
public String process(PaymentMethod payment) {
    return switch (payment) {
        case CreditCard card -> "Processing card: " + card.getLast4Digits();
        case PayPal paypal -> "Processing PayPal: " + paypal.getEmail();
        case BankTransfer transfer -> "Processing transfer to: " + transfer.getAccount();
        // 不需要default分支，所有情况已覆盖
    };
}