Java基础

java常用集合 及其优缺点

单列集合Collection
包含List和Set接口
List
特点：
有序：存储和取出位置一致
不唯一：包含重复元素
分类

1. ArrayList:底层是数组，查询快，增删慢，线程不安全，效率高
2. Vector:底层是数组，查询快，增删慢，线程安全，效率低
3. LinkedList:底层是链表，查询慢，增删快，线程不安全，效率高
   Set接口的基本介绍
   1）无序(添加和取出的顺序不一致)，取出的顺序虽然不是添加的顺序，但是它的顺序是固定的。
   2）唯一：不允许有重复元素;可以存放null,最多包含一个null
   3）没有索引，故不能使用索引的方法来获取元素
   1.HashSet
   底层是哈希表，而哈希表又依赖两个方法hashcode()和equals()
   因为哈希表是无序所以这个也无序
   底层具体实现逻辑：
   判定哈希值是否相同
   相同：通过equals方法进一步判断
   返回True，则不处理
   返回false，则添加至集合
   不同：直接将元素添加至集合
   2.TreeSet
   底层是红黑树(可以保持平衡的二叉树)
   特点:有序，唯一
   排序的两种方式
4. 自然顺序：通过让元素所属的类继承接口Comparable的compareto()方法，进行具体的大小比对操作
5. 比较器排序:主要是实现Compator接口的Compare()方法，一般通过匿名内部类来操作，便于维护
   遍历方式:
   1.通过迭代器
   2.通过增强for
   双列集合Map
   键值对映射：Map容器中的元素是以键值对的形式存储的，每个键对应一个值。通过键可以快速查找对应的值。

键不重复：Map中的键是唯一的，每个键对应一个值。如果添加已经存在的键，则会更新对应的值。

常用操作：Map提供了添加键值对、获取值、判断是否包含某个键等基本操作。

遍历：可以通过键集、值集或者键值对集合来遍历Map中的元素。

HashTable
线程安全：Hashtable 是同步的，可以在多线程环境中安全地使用。这意味着多个线程可以同时读写 Hashtable 而不会出现并发问题。

不允许 null 键或值：Hashtable 不允许键或值为 null，如果尝试插入 null 键或值，会抛出 NullPointerException 异常。

初始容量和加载因子：Hashtable 有一个初始容量和加载因子，当哈希表中的元素数量超过加载因子乘以容量时，哈希表会自动扩容。

HashMap
非线程安全：HashMap 不是同步的，因此不适合在多线程环境中直接使用。如果需要在多线程环境中使用，可以通过 Collections.synchronizedMap 方法来创建一个线程安全的 Map。

允许 null 键和值：在 Java 8 之后，HashMap 允许 null 作为键和值。

初始容量和负载因子：HashMap 有一个初始容量和负载因子。当哈希表中的元素数量超过负载因子乘以容量时，哈希表会自动扩容。

TreeMap
有序性：TreeMap中的键值对根据键的自然顺序或自定义排序规则进行排序，因此可以按照键的顺序进行遍历。

红黑树：TreeMap内部使用红黑树作为数据结构，这种自平衡二叉搜索树能够保持键值对的有序性，并且提供了较快的插入、删除和查找操作。

键的唯一性：TreeMap中的键是唯一的，如果尝试插入一个已存在的键，则会覆盖原有的值。

性能：TreeMap提供了对数时间复杂度的插入、删除和查找操作，适合于需要有序存储和查找的场景。

导航方法：TreeMap提供了许多导航方法，如firstKey()、lastKey()、lowerKey(K key)、higherKey(K key)等，可以方便地进行范围查找和导航操作。

ArrayList

ArrayList特点:底层是数组，查询快，增删慢，线程不安全，效率高
ArrayList如何扩容：
（1）ArrayList中维护了一个Object类型的数组elementData

transient Object[] elementData;//transient表示瞬间，短`暂的，表示该属性不会被序列化

（2）当创建ArrayList对象时，如果使用的是无参构造器。则初始elementData容量为0，第一次添加，则扩容elementData为10，如需要再次扩容，则扩容elementData为1.5倍
（3）如果使用的是指定大小的构造器，则初始elementData容量为指定大小，如果需要扩容，则直接扩容elementData为1.5倍。

ArrayList为什么线程不安全？

从ArrayList的add函数看
（1）ensureCapacityInternal(size+1)方法不安全
ArrayList默认数组大小为10，假设现在已经添加进去9个元素了，size=9。
①线程A执行完add方法中的ensureCapacityInternal(size+1)挂起来
②线程B开始执行，较验数组容量发现不需要扩容。于是把“b”放在了下标为9的位置，且size自增1
③线程A接着执行，尝试把“a”放在下标为10的位置。但因为数组还没有扩容，最大下标
才为9，所以会抛出数组越界异常。
（2）elementData[size++]方法也不安全
比如刚开始添加元素时size=0，有两个线程，线程A先将元素存放到位置0，但是CPU调度线程A暂停，线程B得到运行的机会。线程B也向此ArrayList中添加元素，因为此时size仍然等于0，所以线程B也将元素存放在位置0，覆盖掉了A。然后线程A和B都继续运行，都增加size的值。这样，线程AB执行完毕后，理想中的情况为size为2，elementData下标为0的位置为A,下标为1的位置为B。而实际情况变成了size为2，elementData下标为0的位置变成了B,下标为1的位置上什么都没有。

Vector

底层是数组，查询快，增删慢，线程安全，效率低

protected Object[] elementData;

Vector 扩容：
1.当我们使用空参构造来创建Vector类对象时，则elementData数组的初始容量默认为10，如需再次扩容，则将elementData数组的当前容量扩容为2倍。

2.如果使用带参构造来创建Vector类对象，则elementData数组的初始容量即为传入形参的指定容量，如果需要扩容，则直接将该数组当前容量扩容至2倍。
Vector 线程安全:
Vector是线程同步的，即线程安全的，这是因为Vector类的操作方法带有synchronized修饰符。因此，在开发中需要线程同步安全时，考虑使用Vector类；如果是单线程情况下，建议优先使用ArrayList类，因为它的效率更高。

LinkedList

LinkedList:底层是链表，查询慢，增删快，线程不安全，效率高
1)LinkedList底层实现了双向链表和双端队列特点
2)可以添加任意元素(元素可以重复),包括null
3)线程不安全，没有实现同步

双列集合Map

Jvm调优

调优步骤：
1、监控发现问题
2、工具分析问题
3、性能调优

监控发现问题

出现以下问题需要调优：
GC频繁
CPU负载过高
OOM 内存溢出（OOM、OutOfMemeory）
内存泄露
死锁
程序响应时间较长

工具分析问题 ：

使用分析工具定位oom、内存泄漏等问题。

调优依据：
吞吐量和停顿时长无法兼顾，吞吐量提高的代价是停顿时间拉长。

所以，如果应用程序跟用户基本不交互，就优先提升吞吐量。如果应用程序和用户频繁交互，就优先缩短停顿时间。

JDK自带的命令行调优工具
jps：查看正在运行的 Java 进程。jps -v查看进程启动时的JVM参数；

jstat：查看指定进程的 JVM 统计信息。jstat -gc查看堆各分区大小、YGC,FGC次数和时长。如果服务器没有 GUI 图形界面，只提供了纯文本控制台环境，它是运行期定位虚拟机性能问题的首选工具。

jinfo：实时查看和修改指定进程的 JVM 配置参数。jinfo -flag查看和修改具体参数。

jstack：打印指定进程此刻的线程快照。定位线程长时间停顿的原因，例如死锁、等待资源、阻塞。如果有死锁会打印线程的互相占用资源情况。

** MAT**
MAT可以解析Heap Dump（堆转储）文件dump.hprof，查看GC Roots、引用链、对象信息、类信息、线程信息。可以快速生成内存泄漏报表。

生成dump文件方式
1、通过 jmap
-dump 生成 dump 文件（Java 堆转储快照），-dump:live 只保存堆中的存活对象
2、使用 Visual VM 可以导出堆 dump 文件。
1）首先启动程序(需确保程序一直在运行中)
2）打开JvisualVM工具
3）打开对应的程序进程
3、MAT直接从Java进程导出dump文件
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
// 将生成的堆转储文件保存到 /tmp 目录下，并以进程 ID 和时间戳作为文件名
-XX:HeapDumpPath=/tmp/java_%p_%t.hprof

性能调优

调优Jvm参数
1、查看当前JVM参数配置：
java -XX:+PrintFlagsFinal -version

2、//减少停顿时间 GC停顿时间，垃圾收集器会尝试用各种手段达到这个时间G1回收器默认200ms停顿时长。
-XX:MaxGCPauseMillis=10
3、通过-XX:GCTimeRatio=n参数可以设置吞吐量，99代表吞吐量为99%， 一般吞吐量不能低于95%。
4、调整堆内存大小 -Xms -Xmx -Xmn
根据程序运行时老年代存活对象大小（记为x）进行调整，整个堆内存大小设置为X的3~4倍。年轻代占堆内存的3/8。
-Xms：初始堆内存大小。默认：物理内存小于192MB时，默认为物理内存的1/2；物理内存大192MB且小于128GB时，默认为物理内存的1/4；物理内存大于等于128GB时，都为32GB。
-Xmx：最大堆内存大小，建议保持和初始堆内存大小一样。因为从初始堆到最大堆的过程会有一定的性能开销，而且现在内存不是稀缺资源。
-Xmn：年轻代大小。JDK官方建议年轻代占整个堆大小空间的3/8左右。
5、调整堆内存比例

//伊甸园:幸存区
-XX:SurvivorRatio=8（伊甸园:幸存区=8:2）
//新生代和老年代的占比
-XX:NewRatio=4 //表示新生代:老年代 = 1:4 即老年代占整个堆的4/5；默认值=2
6、调整大对象阈值
Young GC时大对象会不顾年龄直接移动到老年代。当Full GC频繁时，我们关闭或提高大对象阈值，让老年代更迟填满。

默认是0，即大对象不会直接在YGC时移到老年代。

//新生代可容纳的最大对象,大于则直接会分配到老年代，0代表没有限制。
-XX:PretenureSizeThreshold=1000000
7、【最有效】选择合适的垃圾回收器
JVM调优最实用、最有效的方式是升级垃圾回收器，根据CPU核数，升级当前版本支持的最新回收器。

CPU单核，那么毫无疑问Serial 垃圾收集器是你唯一的选择。
CPU多核，关注吞吐量 ，那么选择Parallel Scavenge+Parallel Old组合（JDK8默认）。
CPU多核，关注用户停顿时间，JDK版本1.6或者1.7，那么选择ParNew+CMS，吞吐量降低但是低停顿。
CPU多核，关注用户停顿时间，JDK1.8及以上，JVM可用内存6G以上，那么选择G1。

GC频繁 出现内存泄漏 内存溢出

使用MAT分析堆转储日志中的大对象，看是否合理。大对象会直接进入老年代，导致Full GC频繁。
内存溢出： 申请的内存大于系统能提供的内存。
溢出原因：
1、本地直接内存溢出：本地直接内存设的太小导致溢出。
2、虚拟机栈和本地方法栈溢出：如果虚拟机的栈内存允许动态扩展，并且方法递归层数太深时，导致扩展栈容量时无法申请到足够内存。
3、方法区溢出：运行时生成大量动态类时会内存溢出。
4、堆溢出

OOM的排查和解决
使用JDK自带的命令行调优工具 ，判断是否有OOM：

使用jsp命令查看当前Java进程；
使用jstat命令多次统计GC，比较GC时长占运行时长的比例；
如果比例超过20%，就代表堆压力已经很大了；
如果比例超过98%，说明这段时期内几乎一直在GC，堆里几乎没有可用空间，随时都可能抛出 OOM 异常。
解决方案：

通过jinfo命令查看并修改JVM参数，直接增加内存。如-Xmx256m
检查错误日志，查看“OutOfMemory”错误前是否有其它异常或错误。
对代码进行走查和分析，找出可能发生内存溢出的位置。
使用内存查看工具动态查看内存使用情况。

内存泄漏： 不再使用的对象仍然被引用，导致GC无法回收；
内存泄露的9种情况：

静态容器里的对象：静态集合类的生命周期与 JVM 程序一致，容器里的对象引用也将一直被引用得不到GC；Java里不准静态方法引用非静态方法也是防止内存泄漏。
单例对象引用的外部对象：单例模式里，如果单例对象如果持有外部对象的引用，因为单例对象不会被回收，那么这个外部对象也不会被回收
外部类跟随内部类被引用：内部类持有外部类，这个内部类对象被长期引用了，即使那个外部类实例对象不再被使用，但由于内部类持有外部类的实例对象，这个外部类对象将不会被垃圾回收，这也会造成内存泄漏。
数据库、网络、IO等连接忘记关闭：在对数据库进行操作的过程中，首先需要建立与数据库的连接，当不再使用时，需要调用 close 方法来释放与数据库的连接。如果对 Connection、Statement 或 ResultSet 不显性地关闭，将会造成大量的对象无法被回收，从而引起内存泄漏。
变量作用域不合理：例如一个变量只会在某个方法中使用，却声明为成员变量，并且被使用后没有被赋值为null，将会导致这个变量明明已经没用了，生命周期却还跟对象一致。
HashSet中对象改变哈希值：当一个对象被存储进 HashSet 集合中以后，就不能修改这个对象中的那些参与计算哈希值的字段了。否则对象哈希值改变，找不到对应的value。
缓存引用忘删除：一旦你把对象引用放入到缓存中，他就很容易遗忘，缓存忘了删除，将导致引用一直存在。
逻辑删除而不是真实删除：监听器和其他回调：如果客户端在你实现的 API 中注册回调，却没有显示的取消，那么就会积聚。需要确保回调立即被当作垃圾回收的最佳方法是只保存它的弱引用，例如将他们保存成为 软WeakHashMap 中的键。例如出栈只是移动了指针，而没有将出栈的位置赋值null，导致已出栈的位置还存在引用。
线程池时，ThreadLocal忘记remove()：使用线程池的时候，ThreadLocal 需要在使用完线程中的线程变量手动 remove()，否则会内存泄漏。因为线程执行完后没有销毁而是被线程池回收，导致ThreadLocal中的对象不能被自动垃圾回收。

CPU飙升

原因
CPU利用率过高，大量线程并发执行任务导致CPU飙升。例如锁等待（例如CAS不断自旋）、多线程都陷入死循环、Redis被攻击、网站被攻击、文件IO、网络IO。

定位步骤
定位进程ID：通过top命令查看当前服务CPU使用最高的进程，获取到对应的pid（进程ID）
定位线程ID：使用top -Hp pid，显示指定进程下面的线程信息，找到消耗CPU最高的线程id
线程ID转十六进制：转十六进制是因为下一步jstack打印的线程快照（线程正在执行方法的堆栈集合）里线程id是十六进制。
定位代码：使用jstack pid | grep tid（十六进制），打印线程快照，找到线程执行的代码。一般如果有死锁的话就会显示线程互相占用情况。
解决问题：优化代码、增加系统资源（增多服务器、增大内存）

Synchronized和Volatile的比较

Synchronized：保证可见性和原子性
Synchronized能够实现原子性和可见性；在Java内存模型中，synchronized规定，线程在加锁→先清空工作内存→在主内存中拷贝最新变量的副本到工作内存→执行完代码→将更改后的共享变量的值刷新到主内存中→释放互斥锁。

(2)Volatile：保证可见性，但不保证操作的原子性
Volatile实现内存可见性是通过store和load指令完成的；也就是对volatile变量执行写操作时，会在写操作后加入一条store指令，即强迫线程将最新的值刷新到主内存中；而在读操作时，会加入一条load指令，即强迫从主内存中读入变量的值。Volatile不需要加锁（忙等待，做自旋），比Synchronized更轻量级，并不会阻塞线程

反射

对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意一个方法和属性；

线程池和new thread利弊

new Thread优点：
通过new Thread()创建线程的API简单易用，结构清晰，对于执行单一的一次性任务十分便利。
new Thread的弊端如下：
a. 每次new Thread新建对象性能差。
b. 线程缺乏统一管理，可能无限制新建线程，相互之间竞争，及可能占用过多系统资源导致死机或oom。
c. 缺乏更多功能，如定时执行、定期执行、线程中断。
相比new Thread，Java提供的四种线程池的好处在于：
a. 降低资源消耗。重用存在的线程，减少对象创建、消亡的开销，性能佳。
b. 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
c. 提高线程的可管理性。提供定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能

高并发 集群 分布式 负载均衡

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MySQL调优

基础优化

缓存优化
mysql调整缓冲池大小等参数；引入redis。tip：InnoDB使用缓冲池缓存记录和索引

硬件优化
服务器加内存条、升级SSD固态硬盘、把磁盘I/O分散在多个设备、配置多处理器。

参数优化
关闭不必要的服务和日志：调优结束关闭慢查询日志；
调整最大连接数：max_connections ；
线程池缓存线程数：thread_cache_size，缓存空闲线程，有连接时直接分配该线程处理连接；
缓冲池大小：innodb_buffer_pool_size 。

定期清理垃圾
对于不再使用的表、数据、日志、缓存等，应该及时清理，避免占用过多的MySQL资源，从而提高MySQL的性能。

使用合适的存储引擎
MyISAM：适合读取频繁，写入较少的场景（因为表级锁、B+树叶存地址）
InnoDB：适合并发写入的场景（因为行级锁、B+树叶存记录）

读写分离
读写分离：读写分离能有效提高查询性能。主从同步用到bin log和relay log。

分库分表
分库分表：数据量级到达千万级以上后，垂直拆分（分库）、水平拆分（分表）、垂直+水平拆分（分库分表）。

Maven

Maven是⼀个项⽬管理⼯具, 通过 pom.xml ⽂件的配置获取 jar 包，⽽不⽤手动去添加 jar 包

Spring Boot

spring boot和spring 为什么spring boot轻量级

Spring：Spring是一个轻量级的开源框架，它的核心原则是面向切面编程（AOP）和控制反转（IoC）。Spring通过IoC容器管理和组织应用程序中的对象，通过AOP提供横切关注点的支持，如事务管理和日志记录等。Spring提供了一系列的模块，如Spring MVC用于Web开发，Spring Data用于数据库操作，Spring Security用于身份验证和授权等。

Spring Boot：Spring Boot是基于Spring的快速开发框架，它旨在简化Spring应用程序的配置和部署。Spring Boot使用了约定大于配置的理念，通过自动配置和起步依赖简化了项目的搭建和配置过程，使得开发者可以更专注于业务逻辑的开发，而无需过多关注底层的技术细节。它集成了许多常用的开发工具和第三方库，提供了一个独立运行的可执行JAR包，可以快速构建独立的、可部署的Spring应用程序。

Spring Boot创建流程：
1、创建一个新的 Spring Boot 项目。
2、在 pom.xml 文件中添加以下依赖项：

<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>

创建一个新的 Spring Boot 应用程序类：

@SpringBootApplication
public class Application {public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(Application.class, args);}
}

创建一个新的控制器类：

@Controller
public class HelloWorldController {@RequestMapping("/")public String helloWorld() {return "Hello, World!";}
}

运行应用程序：
./mvnw spring-boot:run
访问 http://localhost:8080/ ，您将看到以下内容：
Hello, World!

聚集索引与非聚集索引

聚集索引：该索引中键值的逻辑顺序决定了表中相应行的物理顺序。
非聚集索引：该索引中索引的逻辑顺序与磁盘上行的物理存储顺序不同。

手撕

青蛙跳台阶

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