Java后端面试准备
自我介绍：
我的学制是两年，目前研一，接下来我列举两个我的项目经历；一个是运行环境智能云平台，技术栈采用spring boot + vue + mybatis 的前后端分离架构，这个项目有两个技术难点，第一个是需要采用分库分表的策略，需要手动编写两个数据库的连接配置；另一个是需要基于位操作来判断出设备的告警情况；另一个项目是大数据文件管理系统，我前期负责基于Ambari + HDP 搭建大数据平台，并制作docker镜像，目前负责springboot与elasticsearch的整合，开发数据智能检索模块；
推荐的笔记
高频问题
- 一致性哈希
零碎问题
- 项目内存或者 cpu 占用率过高如何排查
JVM
jvm
设计模式
更多
什么是单例模式？
答：单例模式是一种常用的软件设计模式，在应用这个模式时，单例对象的类必须保证只有一个实例存在，整个系统只能使用一个对象实例。
优点：不会频繁地创建和销毁对象，浪费系统资源。 使用场景：IO 、数据库连接、Redis 连接等。
什么是简单工厂模式？
答：简单工厂模式又叫静态工厂方法模式，就是建立一个工厂类，对实现了同一接口的一些类进行实例的创建。比如，一台咖啡机就可以理解为一个工厂模式，你只需要按下想喝的咖啡品类的按钮（摩卡或拿铁），它就会给你生产一杯相应的咖啡，你不需要管它内部的具体实现，只要告诉它你的需求即可。
优点：
工厂类含有必要的判断逻辑，可以决定在什么时候创建哪一个产品类的实例，客户端可以免除直接创建产品对象的责任，而仅仅“消费”产品；简单工厂模式通过这种做法实现了对责任的分割，它提供了专门的工厂类用于创建对象；
客户端无须知道所创建的具体产品类的类名，只需要知道具体产品类所对应的参数即可，对于一些复杂的类名，通过简单工厂模式可以减少使用者的记忆量；
通过引入配置文件，可以在不修改任何客户端代码的情况下更换和增加新的具体产品类，在一定程度上提高了系统的灵活性。
缺点：
不易拓展，一旦添加新的产品类型，就不得不修改工厂的创建逻辑；
产品类型较多时，工厂的创建逻辑可能过于复杂，一旦出错可能造成所有产品的创建失败，不利于系统的维护。
Java基础
1.八大基本数据类型
Java中的字符串String属于引用数据类型。因为String是一个类
2.多态：基于对象所属类的不同，外部对同一个方法的调用，实际执行的逻辑不同
父类类型 变量名 = new 子类对象
无法调用子类特有的功能
3.final 关键字
- 修饰类：表示类不可被继承
- 修饰方法：表示方法不可被子类覆盖（重写），但是可以重载（相同的函数名，但是参数个数或类型不同）
- 修饰变量：表示变量一旦被赋值就不可以更改它的值
修饰类变量时，声明的时候就需要赋值，或者静态代码块赋值
final static int a = 0;
static{
a = 1;
}
修饰成员变量的时候,声明的时候就需要赋值，或者代码块中赋值，或者构造器赋值
final int b = 0;
修饰局部变量，程序员必须显示的去进行赋值
4.为什么局部内部类和匿名内部类只能访问局部final变量
内部类和外部类处于同一个级别，内部类不会因为定义在方法中就会随着方法的执行完毕就被销毁，当外部类的方法结束时，局部变量也就销毁了，但是内部类的对象可能还存在。为了解决这个问题，就将局部变量复制了一份作为内部类的成员变量，为了保证两个变量的一致性，就将局部变量设置为final
成员变量：是定义在类中，方法体之外的变量。这种变量在创建对象的时候实例化。成员变量可以被类中方法、构造方法和特定类的语句块访问。
类变量：也声明在类中，方法体之外，但必须声明为static类型。
5.重载和重写的区别
- 重载：发生在同一个类中，方法名必须相同，参数类型不同、个数不同、顺序不同，方法的返回值和访问修饰符可以不同，发生在编译时
- 重写：发生在父子类中，方法名、参数列表必须相同，返回值小于等于父类，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；如果父类方法访问修饰符为private，则子类就不能重写该方法。
6.equals()和 == 的区别
- 出于安全性考虑，equals（）更加安全，可以避免空指针异常的问题
- == 比较的是栈中地址值，基本数据类型是变量值，引用类型是堆中内存对象的地址，equals（）也是不过可以自己进行重写
7.hashcode与equals
hashcode（）的作用是获取哈希码，也称为散列码，哈希码的作用是确定该对象在哈希表中的索引位置，该方法定义在jdk的Object.java中，是一个native本地方法；如何hashcode值不同再去调用equals方法，这样就大大减少了equals的次数
- 如果两个对象相等，则hashcode一定相同。
- 两个对象有相同的hashcode，但是不一定相等
- equals方法被覆盖过，则hashcode方法也必须覆盖
- hashcode的默认行为是对堆上的对象产生独特值，如果没有重写hashcode，则该class的两个对象无论如何都不会相等
8.throw与throws的区别
throw 是语句抛出一个异常，一般是在代码块的内部，当程序出现某种逻辑错误时由程序员主动抛出某种特定类型的异常
当某个方法可能会抛出某种异常时用于throws 声明可能抛出的异常，然后交给上层调用它的方法程序处理
9.抽象方法（is a）与接口（like a）的区别
相同点：
- 抽象方法和接口都不能被实例化，但可以定义抽象类和接口类型的引用。
不同点：
-
一个类继承抽象类需要实现其中的抽象方法，否则该类还是需要被声明为抽象类，当一个类实现了接口，就必须实现其所有方法。
-
抽象类可以存在普通成员函数，而接口中只能存在public abstract方法
-
抽象类只能继承一个，而接口可以实现多个
-
接口相比于抽象类更抽象，抽象类中可以定义构造器，可以有抽象方法和实现方法，接口则没有构造方法，且方法全是抽象方法。
-
接口中的方法默认是public的，抽象类的方法没有限制
-
接口中定义的成员变量实际上都是常量（public static final），抽象类中的成员变量没有限制
-
抽象类不一定要有抽象方法，而有抽象方法的类必须声明为抽象类
-
从设计目的而言，接口的设计目的是对类的行为进行约束，提供一种机制，只约束了行为的有无，但不对如何实现进行行为限制，而抽象类的设计目的，是代码复用，先有子类后有派生的抽象类
10.List和Set的区别
- List：有序，可重复，按对象进入的顺序保存对象，允许多个null元素对象，可以使用迭代器取出所有元素，也可以使用下标
- Set：无序，不可重复，最多允许有一个null元素对象，只能使用迭代器取元素
11.ArrayList和LinkedList的区别
- ArrayList：基于动态数组，连续内存存储，适合下标访问（随机访问），扩容机制：因为数组长度固定，超出长度存数据时需要新建数组，然后将老数组的数据拷贝到新数组，使用尾插法并指定初始容量可以极大提升性能，甚至超过linkedList
- LinkedList：基于链表，可以存储在分散的内存中，适合做数据插入及删除操作，不适合查询
12.IO
NIO与BIO的比较
- BIO以流的方式处理数据，而NIO是以块的方式处理数据，块IO的效率比流IO高很多。
- BIO是阻塞的，NIO是非阻塞的
- BIO是基于字节流和字符流进行操作的，而NIO是基于通道和缓冲区操作的；数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。Selector用于监听多个通道的事件，因此使用单线程可以监听多个客户端通道
- NIO是jdk1.4引入的一种新的IO，支持面向缓冲区的、基于通道的IO操作。NIO的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求或者读取数据，但是仅能得到目前可用的数据，如果目前没有数据可用时，就什么都不会获取，而不是保持线程阻塞。
- AIO：异步非阻塞，也是nio的改进版。每一个io操作都会有一个回调函数。线程不会去轮询。当某个io需要读取或写入数据时，便会执行回调函数，线程便在此处。
IO多路中的linux函数
select（max+1，读文件描述符集合，写文件描述符集合，异常文件描述符集合，超时时间）
- 会有一个1024位的bitmap去记录文件描述符的状态（rset）
- select将rset从用户态拷贝到内核态
- 有数据的时候FD被置位，select返回
- 缺点：1024位固定大小的bitmap，fdset不可重用，用户态到内核态的开销大，最后需要遍历O（n）
poll（pollfds，元素个数，超时时间）
struct pollfd{
int fd;
short events;
short revents; // 置位在这里，直接修改，解决了bitmap不可重用的问题
}
epoll （redis，nginx，NIO）
- 更加灵活，没有描述符的限制，使用一个文件描述符来管理多个描述符，epfd中有许多fd-events
- epfd是在用户态和内核态共享的
- 置位就是重排，进行返回，返回值为需要处理的个数
多线程
线程池：在一个应用程序中，我们需要多次使用线程，也就意味着，我们需要多次创建并销毁线程。而创建并销毁线程的过程势必会消耗内存。而在Java中，内存资源是及其宝贵的，所以，我们就提出了线程池的概念。
Executors：工具类，线程池的工厂类，用于创建并返回不同类型的线程池
ExecutorService：真正的线程池接口，常见子类ThreadPoolExecutor
ExecutorService是Java提供的用于管理线程池的类。该类的两个作用：控制线程数量和重用线程；具体的4种常用的线程池：
- Executors.newCacheThreadPool()：可缓存线程池，先查看池中有没有以前建立的线程，如果有，就直接使用。如果没有，就建一个新的线程加入池中，缓存型池子通常用于执行一些生存期很短的异步型任务
- Executors.newFixedThreadPool(int n)：创建一个可重用固定个数的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程
- Executors.newScheduledThreadPool(int n)：创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行
- Executors.newSingleThreadExecutor()：创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行
AQS： 队列同步器，是用来构建锁或者其他同步组件的基础框架,它使用了一个int成员变量表示同步状态，通过内置的FIFO队列来完成资源获取线程的排队工作。基于volatile和CAS来实现
同步组件利用同步器进行锁的实现，它简化了锁的实现方式，屏蔽了同步状态管理、线程的排队、等待与唤醒等顶层操作，同步器提供了3个方法来修改和访问同步状态：
- getState()：获取当前同步状态
- setState(int newState)：设置当前同步状态
- compareAndSetState(int expect, int update)：使用CAS设置当前状态，该方法能保证操作的原子性。
Runnable和Callable的区别和联系
- 1）Runnable提供run方法，无法通过throws抛出异常，所有CheckedException必须在run方法内部处理。Callable提供call方法，直接抛出Exception异常。
- 2）Runnable的run方法无返回值，Callable的call方法提供返回值用来表示任务运行的结果
- 3）Runnable可以作为Thread构造器的参数，通过开启新的线程来执行，也可以通过线程池来执行。而Callable只能通过线程池执行。
spring
IOC（Inversion Of Controll，控制反转）
是一种设计思想，就是将原本在程序中手动创建对象的控制权，交由给Spring框架来管理。IOC容器是Spring用来实现IOC的载体，IOC容器实际上就是一个Map(key, value)，Map中存放的是各种对象。将对象之间的相互依赖关系交给IOC容器来管理，并由IOC容器完成对象的注入。这样可以很大程度上简化应用的开发，把应用从复杂的依赖关系中解放出来。IOC容器就像是一个工厂一样，当我们需要创建一个对象的时候，只需要配置好配置文件/注解即可，完全不用考虑对象是如何被创建出来的。
AOP（面向切面编程）
AOP（Aspect-Oriented Programming，面向切面编程）能够将那些与业务无关，却为业务模块所共同调用的逻辑或责任（例如事务处理、日志管理、权限控制等）封装起来，便于减少系统的重复代码，降低模块间的耦合度，并有利于未来的可扩展性和可维护性。Spring AOP是基于动态代理的，如果要代理的对象实现了某个接口，那么Spring AOP就会使用JDK动态代理去创建代理对象；而对于没有实现接口的对象，就无法使用JDK动态代理，转而使用CGlib动态代理生成一个被代理对象的子类来作为代理。
CGLIB是一个强大的、高性能的代码生成库。其被广泛应用于AOP框架（Spring、dynaop）中，用以提供方法拦截操作。CGLIB代理主要通过对字节码的操作，为对象引入间接级别，以控制对象的访问。CGLIB相比于JDK动态代理更加强大，JDK动态代理虽然简单易用，但是其有一个致命缺陷是，只能对接口进行代理。如果要代理的类为一个普通类、没有接口，那么Java动态代理就没法使用了
AOP实现方式：
- 手动方式：spring采用 jdk 的动态代理Proxy
- 半自动方式：让spring 容器创建代理对象，从spring容器中手动的获取代理对象
- 全自动方式：从spring 容器获得目标类，如果配置aop，spring将自动生成代理
- 注解方式：Spring AOP基于注解的“零配置”方式实现
@Autowired 的作用是什么？
- @Autowired 是一个注释，它可以对类成员变量、方法及构造函数进行标注，让 spring 完成 bean 自动装配的工作。
- @Autowired 默认是按照类去匹配，配合 @Qualifier 指定按照名称去装配 bean。
BeanFactory和ApplicationContext有什么区别
- ApplicationContext是BeanFactory的子接口，ApplicationContext提供了更完整的功能，继承MessageSource，因此支持国际化
- 统一的资源文件访问方式
- 提供在监听器中注册bean事件
- 同时加载多个配置文件
- BeanFactory采用的是延迟加载形式来注入Bean的，即只有在使用到某个Bean时才对该Bean进行实例化加载，而ApplicationContext是在容器启动时一次性创建了所有的Bean
- 相对于基本的BeanFactory，ApplicationContext唯一的不足是占用内存空间。当应用程序配置Bean较多时，程序启动较慢
- BeanFactory通常以编程的方式创建，ApplicationContext还能以声明的方式创建，如使用ContextLoader
Spring Bean 的生命周期
- 解析类得到BeanDefinition
- 如果有多个构造方法，则要推断构造方法
- 确定好构造方法后，进行实例化得到一个对象
- 对对象中加了@Autowired注解的属性进行属性填充
- 回调Aware方法，比如BeanNameAware，BeanFactoryAware
- 调用BeanPostProcessor的初始化前的方法
- 调用初始化方法
- 调用BeanPostProcessor的初始化后的方法，在这里会进行AOP
- 如果当前创建的bean是单例的则会把bean放入单例池
- 使用bean
- spring容器关闭时调用DisposableBean中的destroy方法
Spring中的bean的作用域有哪些
- singleton：唯一bean实例，Spring中的bean默认都是单例的。
- prototype：每次请求都会创建一个新的bean实例。在每次注入时都会创建一个新的对象，
- request：每一次HTTP请求都会产生一个新的bean，该bean仅在当前HTTP request内有效。
- session：每一次HTTP请求都会产生一个新的bean，该bean仅在当前HTTP session内有效。
- application：bean被定义为在ServletContext的生命周期中，复用一个单例对象
SpringMVC工作原理
流程说明：
- 客户端（浏览器）发送请求，直接请求到DispatcherServlet。
- DispatcherServlet根据请求信息调用HandlerMapping，解析请求对应的Handler。
- 解析到对应的Handler（也就是我们平常说的Controller控制器）。
- HandlerAdapter会根据Handler来调用真正的处理器来处理请求和执行相对应的业务逻辑。
- 处理器处理完业务后，会返回一个ModelAndView对象，Model是返回的数据对象，View是逻辑上的View。
- ViewResolver会根据逻辑View去查找实际的View。
- DispatcherServlet把返回的Model传给View（视图渲染）。
- 把View返回给请求者（浏览器）。
如何实现一个IOC容器
- 配置文件、配置包扫描路径
- 递归包扫描获取.class文件
- 使用反射确定需要交给IOC管理的类
- 对需要注入的类进行依赖注入
spring boot的自动装配
数据库
数据库的四种隔离级别
- 读未提交：一个事务可以读取另一个未提交事务的数据
- 读提交：一个事务要等另一个事务提交后才能读取数据，解决脏读，大部分数据库采用这个
- 重复读：开始读取数据时，不再允许修改操作，解决不可重复读
- 序列化：事务串行化顺序执行，可以避免脏读、不可重复读、幻读
事务
- 原子性（Atomicity）：原子性是指事务是一个不可分割的工作单位，事务中的操作要么都发生，要么都不发生。
- 一致性（Consistency）：事务前后数据的完整性必须保持一致。
- 隔离性（Isolation）：事务的隔离性是多个用户并发访问数据库时，数据库为每一个用户开启的事务，不能被其他事务的操作数据所干扰，多个并发事务之间要相互隔离。
- 持久性（Durability）：持久性是指一个事务一旦被提交，它对数据库中数据的改变就是永久性的，接下来即使数据库发生故障也不应该对其有任何影响
B树和B+树
b-树的特点：
M为树的阶数，B-树或为空树，否则满足下列条件：
- 非叶子结点最多只有M个子节点；且M>2；
- 根结点的子节点数为[2, M]；
- 除根结点以外的非叶子结点的子节点数为[M/2, M]；
- 每个结点存放至少M/2-1（取上整）和至多M-1个关键字；（至少2个关键字,根节点至少一个关键字）；
b+树常应用于数据库和操作系统的文件系统中，不同点在于
- 关键字的数量不同，b+树有m个关键字，也有m个叶子节点。关键字只是用来存储索引。B树虽然也有m个子结点，但是其只拥有m-1个关键字。
- 存储的位置不同；B+树中的数据都存储在叶子结点上，也就是其所有叶子结点的数据组合起来就是完整的数据，但是B树的数据存储在每一个结点中，并不仅仅存储在叶子结点上。
- 分支结点的构造不同；B+树的分支结点仅仅存储着关键字信息和儿子的指针（这里的指针指的是磁盘块的偏移量），也就是说内部结点仅仅包含着索引信息。
- 查询不同；B树在找到具体的数值以后，则结束，而B+树则需要通过索引找到叶子结点中的数据才结束，也就是说B+树的搜索过程中走了一条从根结点到叶子结点的路径。
为什么说B+树比B 树更适合实际应用中操作系统的文件索引和数据库索引？
- B+树的磁盘读写代价更低：B+树没有指向关键字具体信息的指针。因此其内部结点相对B 树更小，次性读入内存中的需要查找的关键字也就越多。相对来说IO读写次数也就降低了
- B+树的查询效率更加稳定：由于非终结点并不是最终指向文件内容的结点，而只是叶子结点中关键字的索引。所以任何关键字的查找必须走一条从根结点到叶子结点的路。所有关键字查询的路径长度相同，导致每一个数据的查询效率相当。
计算机网络
OSI体系结构
- 物理层、数据链路层、网络层、运输层、 会话层、表示层、应用层
网络层知识点
网际协议IP：
1.地址解析协议ARP：是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。
2.逆地址解析协议RARP：是解决同一个局域网上的主机或路由器的硬件地址和IP地址的映射问题。
3.网际控制报文协议ICMP：提供差错报告和询问报文，以提高IP数据交付成功的机会
4.网际组管理协议IGMP：：用于探寻、转发本局域网内的组成员关系。
数据链路层——流量控制与可靠传输
停止-等待协议
（滑动窗口
后退N帧协议（GBN）
- 累计确认、接收方只按序接受、发送窗口为2的n次方-1，接受窗口为1
选择重传协议（SR）
- 对数据帧逐一确认、只重传出错帧、接收方有缓存
运输层知识点
用户数据报协议 UDP(User Datagram Protocol)
- UDP 是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接。
- UDP 使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，同时也不使用拥塞控制
- UDP 是面向报文的
- UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信
- UDP 的首部开销小，只有 8 个字节
传输控制协议 TCP(Transmission Control Protocol) - TCP 是面向连接的运输层协议
- 每一条 TCP 连接只能有两个端点(endpoint)，每一条 TCP 连接只能是点对点的（一对一）
- TCP 提供可靠交付的服务
- TCP 提供全双工通信
- 面向字节流
三次握手 防止SYN洪泛攻击
- 第一次握手：主机 A 发送位码为 syn＝ 1,随机产生 seq number=1234567 的数据包到服务器，主机 B
由 SYN=1 知道， A 要求建立联机； - 第 二 次 握 手 ： 主 机 B 收 到 请 求 后 要 确 认 联 机 信 息 ， 向 A 发 送 ack number=( 主 机 A 的
seq+1),syn=1,ack=1,随机产生 seq=7654321 的包 - 第三次握手： 主机 A 收到后检查 ack number 是否正确，即第一次发送的 seq number+1,以及位码
ack 是否为 1，若正确， 主机 A 会再发送 ack number=(主机 B 的 seq+1),ack=1，主机 B 收到后确认
四次握手
- 1） 关闭客户端到服务器的连接：首先客户端 A 发送一个 FIN，用来关闭客户到服务器的数据传送，
然后等待服务器的确认。其中终止标志位 FIN=1，序列号 seq=u - 2） 服务器收到这个 FIN，它发回一个 ACK，确认号 ack 为收到的序号加 1。
- 3） 关闭服务器到客户端的连接：也是发送一个 FIN 给客户端。
- 4） 客户段收到 FIN 后，并发回一个 ACK 报文确认，并将确认序号 seq 设置为收到序号加 1。
首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。
TCP可靠传输 快速重传
TCP是面向字节的，对每个字节进行编号，但并不是接收到每个字节都要发回确认，而是在发送一个报文段字节后才发回一个确认，所以TCP采用的是对报文段的确认机制。
流量控制：
TCP利用滑动窗口机制实现流量控制；如果滑动窗口值设置太小，会产生过多的ACK，如果过大，会由于传送的数据过多而使路由器变得拥挤，导致主机可能丢失分组。
- 1.发送端和接收端分别设定发送窗口和接收窗口。
- 2.三次握手的时候，客户端把自己的缓冲区大小也就是窗口大小发送给服务器，服务器回应是也将窗口大小发送给客户端，服务器客户端都知道了彼此的窗口大小。
- 3.比如主机A的发送窗口大小为5，主机A可以向主机B发送5个单元，如果B缓冲区满了，A就要等待B确认才能继续发送数据。
- 4.如果缓冲区中有1个报文被进程读取，主机B就会回复ACK给主机A，接收窗口向前滑动，报文中窗口大小为1，就说明A还可以发送1个单元的数据，发送窗口向前滑动，之后等待主机B的确认报文。
只有接收窗口向前滑动并发送了确认时，发送窗口才能向前滑动。
拥塞控制与流量控制的区别：
拥塞控制是让网络能够承受现有的网络的负荷，它是一个全局性的过程，涉及所有的主机、所有的路由器，以及与降低网络性能相关的所有因素。
流量控制往往是指点对点的通信量的控制，即接收端控制发送端，它所要做的是抑制发送端发送数据的速率，以便接收端来得及接收。
拥塞控制的四种算法：慢开始和拥塞避免、快重传和快恢复
应用层知识点
域名解析（dns）
- 递归查询（靠别人，本地域名服务器>根域名服务器>顶级域名服务器>权限域名服务器
- 递归与迭代相结合的查询（靠自己，本地域名服务器
Https和Http区别
WEB服务存在http和https两种通信方式，http默认采用80作为通讯端口，对于传输采用不加密的方式，https默认采用443，对于传输的数据进行加密传输；https=http+ssl，顾名思义，https是在http的基础上加上了SSL保护壳，信息的加密过程就是在SSL中完成的
对称加密与非对称加密
对称加密：只要A和B之间知道加解密的秘钥，任何第三方都无法获取秘钥S，采用对称加密进行通信存在秘钥协商过程的不安全性
非对称加密：私钥加密后的密文，只要是公钥，都可以解密，但是反过来公钥加密后的密文，只有私钥可以解密。私钥只有一个人有，而公钥可以发给所有的人。