Java知识脑图，高频知识点整理。
集合
HashMap
- jdk1.7版本，底层是数组+链表，元素的插入使用头插法，可能形成逆序或环形链表。
- jdk1.8版本，底层是数组+链表+红黑树，元素的插入使用尾插法。
- 扩容机制：LoadFactory默认0.75，创建空数组重新Hash。
- resize线程不安全：多线程之间put操作的覆盖；形成环形链表，get时陷入死循环。
- hash方法混合高低位，降低冲突概率。
- 2的幂次：1.7判断n-1&hash进行计算位置，2的幂次减少Hash碰撞，1.8判断新增位计算位置；此外，元素能够均匀分布在数组上。
- 重写equals必须重写HashCode。
- Tips：结扩危哈幂。
ConcurrentHashMap
- 安全失败：迭代器在拷贝的集合遍历，对原集合的修改不会抛出异常。
- jdk1.7版本，底层是数组+链表，使用Segment分段锁，继承了可重入锁ReentrantLock，尝试获取锁时存在竞争，自旋，阻塞。get方法没有用锁，但是高效且同步，元素和节点指针用volatile修饰。HashEntry封装键/值对。
- jdk1.8版本，底层是数组+链表+红黑树，使用CAS和synchronized同步，CAS->自旋->sync。Node封装键/值对。
- Tips：结安锁得元。
ArrayList
- 底层是数组，查找访问速度快，增删效率低，线程不安全。
LinkedList
底层是双向链表，增删效率高，查找访问速度慢，线程不安全。
基础
UDP
- 无连接，发送数据之前不需要建立连接。
- 传输效率高，不保证可靠交付。
TCP
- 三次握手：SYN，seq -> SYN，ACK，seq，ack -> ACK，seq，ack。防止过期的连接再次传到被连接的主机。
四次挥手：FIN，seq -> ACK，seq，ack -> FIN，ACK，seq，ack -> ACK，seq，ack。
可靠传输：重排序，丢弃重复数据，应答机制，超时重发机制，流量控制，拥塞控制。
Http和Https
| Http | Https |
|---|---|
| 80端口 | 443端口 |
| 明文传输 | SSL加密传输 |
| 无证书 | CA申请证书 |
| 无状态连接 | 加密传输，身份认证 |
BIO
- 没有线程可用时阻塞等待连接和数据传输。
- 处理并发：创建线程执行连接请求。
- 耗资源。
NIO
- Channel，Selector，ByteBuffer组成。
- Channel注册到Selector后监听，判断返回值处理请求和数据。
AIO
- 无需轮询，IO操作的状态改变后，系统会通知相应的线程处理。
粘包和拆包
Nagle优化算法封包。
报文末尾加入换行符表示完整信息。
消息头声明长度，根据长度获取报文。
规定报文长度，不足部分空位补齐。
多路复用
- Select：监听的fd数量限制，轮询。
- Poll：大量fd的数组拷贝，无大小限制，水平触发。
- Epoll：没有并发连接数量的限制，利用文件映射内存加速与内存空间的消息传递，水平触发和边缘触发。
序列化
对象实现Serializable接口，转换为字节流便于在网络上传输和保存在本地文件。
多线程
Synchronized
- 对象：对象头（Mark Word，Class Point，Monitor），实例信息，对齐填充。
- 同步方法：读取ACC_SYNCHRONIZED标志位实现。
- 同步代码块：monitorenter，monitorexit。
- 偏向锁：一个线程常常获得同一个锁。轻量级锁：线程少，持有锁的时间短，自旋等待锁释放。重量锁：没有持有锁的线程阻塞，防止空转。
- 锁优化：锁的升级，偏向锁(不会主动释放)比较对象头和线程的threadID和检查线程是否存活升级，轻量级锁自旋升级，重量级锁阻塞没有锁的线程，防止CPU空转；锁粗化，避免频繁加锁；锁消除，逃逸分析去除没必要的锁。
- 类锁：修饰静态方法。对象锁：修饰方法或代码块。两者不冲突。
ThreadLocal
- 指定线程存储数据。set，get方法。
- 内存泄漏：存在弱引用的map，释放threadlocal的强引用后，map里面的value没有被回收。解决方法：调用threadlocal的remove方法。
- 解决的问题：适用变量在线程中隔离，在方法中共享的场景；减少了临界区的范围；减少了线程的切换。
Lock
- ReenTrantReadWriteLock： ReadLock的获取需要当前线程持有读（重入）/写（再次获取）锁，其他线程没有没有写锁；WriteLock的获取需要当前线程持有写锁，没有锁且CAS成功。写锁的个数为0才能认为锁释放成功。
- ReentrantLock：非公平锁在调用lock后，会进行一次CAS抢锁，失败后和公平锁一样进入到tryAcquire方法，在该方法中，发现锁释放会再次CAS抢锁，公平锁会查看是否有线程在等待。
- AQS（抽象队列同步器）：核心机制基于CLH队列（不存在队列实例，仅存在节点关系）实现，将请求资源的线程封装成CLH队列的一个Node来实现锁的分配。实现共享资源state的获取和释放方式（acquire独享，acquireShared共享）定义独享（ReentrantLock）和共享（Semaphore）。
- CAS：用CPU指令实现无锁的数据操作，提高效率。缺点：CAS长时间不成功会增加CPU开销；只能保证一个共享变量的原子操作，多个变量操作需要用到锁；ABA（AtomicStampedReference标志解决）。
- StampedLock：乐观锁，相对于读写锁的改进在于，读的过程中允许线程获取写锁后写入。为了避免读取不一致的情况，需要判断读的过程中是否有写入。
volatile
- MESI（缓存一致性协议）：其他CPU存在变量副本时缓存行置为无效状态；锁bus；总线风暴,嗅探机制与CAS不断失败交互（部分使用Synchronized）。
- 变量是volatile的，每次读变量都从内存中读取。
- 可见性：线程修改变量值能立即同步到主内存，每次使用前从主内存中刷新。嗅探机制检查缓存是否过期，缓存行对应的内存地址修改则强制失效。
- 有序性：禁止指令重排序；happens-before（volatile变量的写happens-before读）；as-if-serial（单线程执行结果不变）。
线程池
- 种类：newCachedThreadPool，newFixedThreadPool，newScheduledThreadPool，newSingleThreadExecutor。
- 主要参数：核心线程数：线程进入工作队列，工作队列满时创建超过这个数量的线程；最大线程数；空闲时间：线程数大于核心线程数时，未执行任务达到空闲时间则终止；缓冲队列：LinkedBlockingQueue；ArrayBlockingQueue；Synchronous。工厂方法：指定不同线程池类型；拒绝策略：缓存队列已满，线程达到上限。抛出异常，丢弃或丢弃最早的，重试；Hash表维护线程的引用；submit：使用future获取任务的执行结果。
- 执行过程：核心线程->队列->最大线程->拒绝策略。
- 运行状态：有volatile修饰的状态码；corePoolSize，maxPoolSize，largestPoolSize。
- JUC： tools：工具类；executor：执行线程的工具；atomic：原子性包；locks：锁包；collections：线程安全的集合。
- 线程间的通信：wait/notify机制；volatile修饰的全局变量；消息队列；事件。
- ThreadLocal用于解决线程数据隔离问题。
- 读写锁适用于读多写少的场景。
- 生产者与消费者模式：锁；信号量；线程通信；阻塞队列。
- 线程状态：新建，就绪，运行，阻塞，死亡。
- CountDownLatch：原子计数器，调用CountDownLatch对象的countDown方法计数器为0时才执行await方法。
- 垃圾清除算法：标记清除（老年代），扫描两次，空间碎片；标记复制（新生代）；引用计数；标记整理。
JVM
JVM内存模型
- 堆：对象。
- 栈：局部变量，操作数栈，动态连接，方法的返回地址。
- 方法区：常量，静态变量，类信息。
- 本地方法栈：Native方法。
- 程序计数器：字节码的访问地址。
类加载过程
- 装载，链接（校验，准备，解析），初始化。
双亲委派机制
- 父类加载，不重复加载。
- 自定义–应用程序–扩展–启动。
分代回收
- 新生代（Eden/s1/s2），老年代，永久代/元空间。
- 晋升机制根据对象存活时间。
垃圾回收器
CMS：标记
G1
full gc
- 老年代/永久代空间不足。
- System.gc()方法。
- 晋升老年代的大小大于老年代的剩余空间。
性能调优
- 目的：减少gc，stw。
- 方法：设置堆的最大最小值，调整新生代与老年代的比例，配置高可以设置并发收集算法。
oom种类
- 对象太多没有释放。
- 线程创建太多没有释放。
- fd太多，一个进程1024个fd。
逃逸分析
- 依据：对象被赋值给堆中对象的字段或类的静态变量；位于不确定的代码中。
JVM调优的情况
线程死锁
锁竞争
CPU过高
内存泄露
Spring
设计模式
- 单例：一个Spring Bean容器（SpringContext）中仅有一个实例。
- 工厂：封装了创建Bean的过程，不通过new而是通过工厂来获取对象。
- 适配器：转换类的接口。场景：第三方登录自由适配。
- 责任链：Handler定义处理请求的借口；ConcreteHandler选择处理请求或者传递请求给下家。场景：让一个以上的对象有机会处理某个请求。
源码（略）
Bean生命周期
创建
实例化Bean。
注入Bean ID，Bean Factory或者ApplicationContext。
调用前置初始化方法postProcessBeforeInitialization。
调用afterPropertiesSet方法。
调用Bean自身的初始化方法。
调用Bean的后置初始化方法postProceeAfterInitialization。
销毁
调用DisposableBean的destroy方法。
调用自身定制的destroy方法。
Bean作用域
| 类别 | 说明 |
|---|---|
| singleton | 每个IOC容器中仅存在一个Bean实例 |
| prototype | 每次从容器中调用Bean时，会返回新的实例 |
| request | 每次Http请求会创建一个新的Bean，作用域仅适用于WebApplicationContext |
| session | 同一个session共享一个Bean，作用域仅适用于WebApplicationContext |
循环依赖
两个以上的Bean互相持有对方：构造器的循环依赖；属性的循环依赖。
解决方法：先从一级缓存singletonObjects获取对象，若获取不到且对象正在创建中，则从二级缓存earlySingletonObjects中获取对象，若获取不到对象，则从三级缓存singletonFactory.getObjects()获取。
关键：调用构造器，根据对象引用定位到堆中的对象，提前曝光对象。
父子容器
- Spring父容器（包含mapper，service，dao等），SpringMVC子容器（包含controller等）。
- 子容器可以访问父容器中的对象，父容器不能访问子容器中的对象。
事务实现原理
- 划分处理单元IOC：用Spring中的IOC划分事务处理单元，将对事务的各种配置放到了IOC容器中。
- AOP拦截需要进行事务处理的类：生成代理对象，通过TransactionIntercepter完成对代理方法的拦截，将事务处理的功能编织到拦截的方法中。读取IOC事务配置属性，转化为事务处理所需要的内部数据结构。
- 事务的处理实现：委托给具体的事务处理器（TransactionManager）实现。
AOP
优点：面向切面编程，扩展功能不通过修改源代码实现。
静态AOP：编译期，切面以字节码的形式直接编译到目标字节码中。
动态AOP：运行期，类加载后，为接口实现动态代理类，将切面植入到动态代理类中。
IOC
优点：控制反转，对象的创建交给Spring配置。
步骤：创建配置文件，配置要创建的对象类；创建工厂类，解析配置文件+反射。
类加载机制
- 过程：1、加载：生成class对象；2、验证；3、准备：static变量分配内存和初始值；4、解析：符号引用替换为直接引用；5、初始化：父类没初始化需先初始化。（
家宴准解出） - 双亲委派机制：避免重复加载，安全。
Redis
数据结构
- String
- Hash
- set
- zset：有序的集合
- List
常见命令
- Keys：查询
- setnx：设置
- experie：设置过期时间（秒）
高可用
- 持久化：RDB持久化：保存某个时间点的全量数据快照。AOF持久化：保存除了查询以外更新数据库状态的指令。
- 同步策略：主从同步：初始化阶段全量同步，初始化之后增量同步；快照同步：将内存数据映射到硬盘，恢复较快。
- 哨兵：监控：检查主服务器是否运行正常；提醒：发送故障通知；自动故障迁移：主从切换。脑裂：配置从机数量与延迟时间。
- 集群：数据分散存储。一致性Hash算法（沿着hash环顺时针定位到服务器）解决节点的动态增减问题，虚拟节点解决数据倾斜问题。
常见问题
过期策略
- 定时删除：创建定时器
- 惰性删除：获取键时检查键是否过期，过期则删除。
- 定期删除：每隔一段时间定期检查，删除过期键。
淘汰机制
- LRU：最近最少使用的淘汰算法。
备用方案
限流
选择方案
扩展
多路IO复用
- 基于react设计模式监听IO事件。
MySql
分库分表
分库：数据库扩展到多个物理节点。
分表：表分块保存到不同数据库中。
事务隔离级别
- 未提交读：出现脏读。
- 已提交读：不可重复读。
- 可重复读：幻读。
- 串行化。
索引
B+树：IO次数少，查询性能稳定，范围查询更简便。
Hash：等值查询。
聚集索引：索引的逻辑顺序与存储的物理顺序相同。
非聚集索引：回表问题，覆盖索引解决。
索引维护：更新索引统级信息，删除索引碎片。
唯一索引：第一个满足就返回。
普通索引：满足一直查询，直到不满足。
页：Innodb存储的基本结构。头部数据保存两个指针分别指向上下页，主体数据关注数据和索引的存储。
索引的更新：
| 唯一索引 | 普通索引 | |
|---|---|---|
| 记录要更新的页在内存中 | 没有冲突则插入值 | 插入值 |
| 记录要更新的目标页不在内存中 | 读取到内存中，没有冲突则插入值 | 将更新记录在chang buffer中 |
MVCC
隐藏列：事务ID，回滚指针。回滚指针指向事务ID。
read view（可见性判断）：通过回滚指针取出事务ID，比较事务ID，保证获取的版本是当前最稳定的版本。
锁
- 全局锁：全局逻辑备份。
- 表锁：读锁不互斥，写锁互斥。
- 行锁：两阶段锁协议，所有事务分两阶段对事务进行加锁和解锁。
- gap锁（间隙锁）：防止同一事务的两次当前读出现幻读。除了唯一索引的唯一搜索外都会获取gap锁或next-key锁（行锁+间隙锁）。
- 读写锁。
- 死锁（两种解决办法）：超时检测：等待知道超时；死锁检测：发现死锁主动回滚某个事务。
- 热点行：死锁消耗CPU，可临时关闭。控制并发度。分治。
- Innodb如何加锁：Record lock：对索引项加锁。Gap lock：对索引项之间的间隙加锁；Next-Key锁：前两种的组合。
log
- undo log：回滚行记录到某个版本。
- redo log：记录数据页的物理修改，恢复提交后的物理数据页。
- binlog：记录数据库增删改，用于数据恢复。
- 两段式提交：先更新redo log，redo log设置为prepare状态；再更新bin log，redo log设置为commit。目的是两份日志同步。
- 数据库主从同步延迟：主数据库负责数据的写，更新到从数据库；多个从数据库负责数据的读取。
Zookeeper
Zab协议
- 恢复模式：选出leader。
- 广播模式：同步保证leader和follower的状态相同。
选举机制
- 第一轮投票默认投给机制。
- 编号越大的server选择权重越大。
- 投票数大于半数则胜出。
过半机制
- 一半以上的server同意proposal才能成功。
- 保证了数据的一致性。
2pc事务提交
- 客户端发起写请求。
- 如果是follower节点接收到则返回给leader。
- leader将请求转化为proposal广播分发给follower。
- 超过一半的follower执行成功，leader再次发送commit，要求follower提交上一个proposal。
- leader节点将数据同步给observer节点。
- follower节点将数据返回给客户端。
如何保持数据一致？
Follower通过队列和zxid等顺序保证请求的处理顺序。
分布式锁
Zookeeper
- Zookeeper的节点递增性，可以规定节点编号最小的那个获得锁。
- 节点的监听机制可以保证占有锁的方式有序且高效。
- 避免羊群效应（节点挂掉时，所有节点监听）。
Redis
- Redisson框架中的类库实现，性能较高。
要解决的问题
互斥性：任意时间只能有一个客户端获取锁。
安全性：锁不能由其他客户端删除。
死锁：机制避免。
容错：宕机时仍能释放和获取锁。