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1070
notes/2016 校招真题题解.md
1070
notes/2016 校招真题题解.md
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notes/Git.md
142
notes/Git.md
@ -1,18 +1,32 @@
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<img src="index_files/98fb8a54-e916-440e-ab4f-73b2955838c9.jpg" width="100%"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//98fb8a54-e916-440e-ab4f-73b2955838c9.jpg" width="100%"/> </div><br>
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[TOC]
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<!-- GFM-TOC -->
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* [学习资料](#学习资料)
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* [集中式与分布式](#集中式与分布式)
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* [Git 的中心服务器](#git-的中心服务器)
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* [Git 工作流](#git-工作流)
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* [分支实现](#分支实现)
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* [冲突](#冲突)
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* [Fast forward](#fast-forward)
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* [分支管理策略](#分支管理策略)
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* [储藏（Stashing）](#储藏stashing)
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* [SSH 传输设置](#ssh-传输设置)
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* [.gitignore 文件](#gitignore-文件)
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* [Git 命令一览](#git-命令一览)
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<!-- GFM-TOC -->
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# 学习资料
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- [Git - 简明指南](http://rogerdudler.github.io/git-guide/index.zh.html)
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- [图解 Git](http://marklodato.github.io/visual-git-guide/index-zh-cn.html)
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- [廖雪峰 : Git 教程](https://www.liaoxuefeng.com/wiki/0013739516305929606dd18361248578c67b8067c8c017b000)
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- [Learn Git Branching](https://learngitbranching.js.org/)
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# 学习资料
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# 集中式与分布式
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- [Git - 简明指南](http://rogerdudler.github.io/git-guide/index.zh.html)
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- [图解 Git](http://marklodato.github.io/visual-git-guide/index-zh-cn.html)
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- [廖雪峰 : Git 教程](https://www.liaoxuefeng.com/wiki/0013739516305929606dd18361248578c67b8067c8c017b000)
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- [Learn Git Branching](https://learngitbranching.js.org/)
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Git 属于分布式版本控制系统，而 SVN 属于集中式。
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# 集中式与分布式
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Git 属于分布式版本控制系统，而 SVN 属于集中式。
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集中式版本控制只有中心服务器拥有一份代码，而分布式版本控制每个人的电脑上就有一份完整的代码。
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@ -22,124 +36,124 @@ Git 属于分布式版本控制系统，而 SVN 属于集中式。
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分布式版本控制新建分支、合并分支操作速度非常快，而集中式版本控制新建一个分支相当于复制一份完整代码。
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# Git 的中心服务器
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# Git 的中心服务器
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Git 的中心服务器用来交换每个用户的修改。没有中心服务器也能工作，但是中心服务器能够 24 小时保持开机状态，这样就能更方便的交换修改。Github 就是一种 Git 中心服务器。
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Git 的中心服务器用来交换每个用户的修改。没有中心服务器也能工作，但是中心服务器能够 24 小时保持开机状态，这样就能更方便的交换修改。Github 就是一种 Git 中心服务器。
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# Git 工作流
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# Git 工作流
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<div align="center"> <img src="../pics//a1198642-9159-4d88-8aec-c3b04e7a2563.jpg"/> </div><br>
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新建一个仓库之后，当前目录就成为了工作区，工作区下有一个隐藏目录 .git，它属于 Git 的版本库。
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新建一个仓库之后，当前目录就成为了工作区，工作区下有一个隐藏目录 .git，它属于 Git 的版本库。
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Git 版本库有一个称为 stage 的暂存区，还有自动创建的 master 分支以及指向分支的 HEAD 指针。
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Git 版本库有一个称为 stage 的暂存区，还有自动创建的 master 分支以及指向分支的 HEAD 指针。
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<div align="center"> <img src="../pics//46f66e88-e65a-4ad0-a060-3c63fe22947c.png"/> </div><br>
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- git add files 把文件的修改添加到暂存区
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- git commit 把暂存区的修改提交到当前分支，提交之后暂存区就被清空了
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- git reset -- files 使用当前分支上的修改覆盖暂缓区，用来撤销最后一次 git add files
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- git checkout -- files 使用暂存区的修改覆盖工作目录，用来撤销本地修改
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- git add files 把文件的修改添加到暂存区
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- git commit 把暂存区的修改提交到当前分支，提交之后暂存区就被清空了
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- git reset -- files 使用当前分支上的修改覆盖暂缓区，用来撤销最后一次 git add files
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- git checkout -- files 使用暂存区的修改覆盖工作目录，用来撤销本地修改
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<div align="center"> <img src="../pics//17976404-95f5-480e-9cb4-250e6aa1d55f.png"/> </div><br>
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可以跳过暂存区域直接从分支中取出修改或者直接提交修改到分支中
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- git commit -a 直接把所有文件的修改添加到暂缓区然后执行提交
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- git checkout HEAD -- files 取出最后一次修改，可以用来进行回滚操作
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- git commit -a 直接把所有文件的修改添加到暂缓区然后执行提交
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- git checkout HEAD -- files 取出最后一次修改，可以用来进行回滚操作
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# 分支实现
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# 分支实现
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Git 把每次提交都连成一条时间线。分支使用指针来实现，例如 master 分支指针指向时间线的最后一个节点，也就是最后一次提交。HEAD 指针指向的是当前分支。
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Git 把每次提交都连成一条时间线。分支使用指针来实现，例如 master 分支指针指向时间线的最后一个节点，也就是最后一次提交。HEAD 指针指向的是当前分支。
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<div align="center"> <img src="../pics//fb546e12-e1fb-4b72-a1fb-8a7f5000dce6.jpg"/> </div><br>
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新建分支是新建一个指针指向时间线的最后一个节点，并让 HEAD 指针指向新分支表示新分支成为当前分支。
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新建分支是新建一个指针指向时间线的最后一个节点，并让 HEAD 指针指向新分支表示新分支成为当前分支。
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<div align="center"> <img src="../pics//bc775758-89ab-4805-9f9c-78b8739cf780.jpg"/> </div><br>
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每次提交只会让当前分支向前移动，而其它分支不会移动。
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<div align="center"> <img src="../pics//5292faa6-0141-4638-bf0f-bb95b081dcba.jpg"/> </div><br>
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合并分支也只需要改变指针即可。
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<div align="center"> <img src="../pics//1164a71f-413d-494a-9cc8-679fb6a2613d.jpg"/> </div><br>
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# 冲突
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# 冲突
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当两个分支都对同一个文件进行了修改，在分支合并时就会产生冲突。
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<div align="center"> <img src="../pics//58e57a21-6b6b-40b6-af85-956dd4e0f55a.jpg"/> </div><br>
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Git 会使用 <<<<<<< ，======= ，>>>>>>> 标记出不同分支的内容，只需要把不同分支中冲突部分修改成一样就能解决冲突。
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Git 会使用 <<<<<<< ，======= ，>>>>>>> 标记出不同分支的内容，只需要把不同分支中冲突部分修改成一样就能解决冲突。
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```
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<<<<<<< HEAD
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Creating a new branch is quick & simple.
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<<<<<<< HEAD
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Creating a new branch is quick & simple.
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=======
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Creating a new branch is quick AND simple.
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>>>>>>> feature1
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Creating a new branch is quick AND simple.
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>>>>>>> feature1
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```
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# Fast forward
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# Fast forward
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"快进式合并"（fast-farward merge），会直接将 master 分支指向合并的分支，这种模式下进行分支合并会丢失分支信息，也就不能在分支历史上看出分支信息。
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"快进式合并"（fast-farward merge），会直接将 master 分支指向合并的分支，这种模式下进行分支合并会丢失分支信息，也就不能在分支历史上看出分支信息。
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可以在合并时加上 --no-ff 参数来禁用 Fast forward 模式，并且加上 -m 参数让合并时产生一个新的 commit。
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可以在合并时加上 --no-ff 参数来禁用 Fast forward 模式，并且加上 -m 参数让合并时产生一个新的 commit。
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```
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$ git merge --no-ff -m "merge with no-ff" dev
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$ git merge --no-ff -m "merge with no-ff" dev
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```
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<div align="center"> <img src="../pics//dd78a1fe-1ff3-4bcf-a56f-8c003995beb6.jpg"/> </div><br>
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# 分支管理策略
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# 分支管理策略
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master 分支应该是非常稳定的，只用来发布新版本；
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master 分支应该是非常稳定的，只用来发布新版本；
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日常开发在开发分支 dev 上进行。
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日常开发在开发分支 dev 上进行。
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<div align="center"> <img src="../pics//245fd2fb-209c-4ad5-bc5e-eb5664966a0e.jpg"/> </div><br>
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# 储藏（Stashing）
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# 储藏（Stashing）
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在一个分支上操作之后，如果还没有将修改提交到分支上，此时进行切换分支，那么另一个分支上也能看到新的修改。这是因为所有分支都共用一个工作区的缘故。
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可以使用 git stash 将当前分支的修改储藏起来，此时当前工作区的所有修改都会被存到栈上，也就是说当前工作区是干净的，没有任何未提交的修改。此时就可以安全的切换到其它分支上了。
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可以使用 git stash 将当前分支的修改储藏起来，此时当前工作区的所有修改都会被存到栈上，也就是说当前工作区是干净的，没有任何未提交的修改。此时就可以安全的切换到其它分支上了。
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```
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$ git stash
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Saved working directory and index state \ "WIP on master: 049d078 added the index file"
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HEAD is now at 049d078 added the index file (To restore them type "git stash apply")
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$ git stash
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Saved working directory and index state \ "WIP on master: 049d078 added the index file"
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HEAD is now at 049d078 added the index file (To restore them type "git stash apply")
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```
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该功能可以用于 bug 分支的实现。如果当前正在 dev 分支上进行开发，但是此时 master 上有个 bug 需要修复，但是 dev 分支上的开发还未完成，不想立即提交。在新建 bug 分支并切换到 bug 分支之前就需要使用 git stash 将 dev 分支的未提交修改储藏起来。
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该功能可以用于 bug 分支的实现。如果当前正在 dev 分支上进行开发，但是此时 master 上有个 bug 需要修复，但是 dev 分支上的开发还未完成，不想立即提交。在新建 bug 分支并切换到 bug 分支之前就需要使用 git stash 将 dev 分支的未提交修改储藏起来。
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# SSH 传输设置
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# SSH 传输设置
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Git 仓库和 Github 中心仓库之间是通过 SSH 加密。
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Git 仓库和 Github 中心仓库之间是通过 SSH 加密。
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如果工作区下没有 .ssh 目录，或者该目录下没有 id_rsa 和 id_rsa.pub 这两个文件，可以通过以下命令来创建 SSH Key：
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如果工作区下没有 .ssh 目录，或者该目录下没有 id_rsa 和 id_rsa.pub 这两个文件，可以通过以下命令来创建 SSH Key：
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```
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$ ssh-keygen -t rsa -C "youremail@example.com"
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$ ssh-keygen -t rsa -C "youremail@example.com"
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```
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然后把公钥 id_rsa.pub 的内容复制到 Github "Account settings" 的 SSH Keys 中。
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然后把公钥 id_rsa.pub 的内容复制到 Github "Account settings" 的 SSH Keys 中。
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# .gitignore 文件
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# .gitignore 文件
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忽略以下文件：
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1. 操作系统自动生成的文件，比如缩略图；
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2. 编译生成的中间文件，比如 Java 编译产生的 .class 文件；
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3. 自己的敏感信息，比如存放口令的配置文件。
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1. 操作系统自动生成的文件，比如缩略图；
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2. 编译生成的中间文件，比如 Java 编译产生的 .class 文件；
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3. 自己的敏感信息，比如存放口令的配置文件。
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不需要全部自己编写，可以到 [https://github.com/github/gitignore](https://github.com/github/gitignore) 中进行查询。
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不需要全部自己编写，可以到 [https://github.com/github/gitignore](https://github.com/github/gitignore) 中进行查询。
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# Git 命令一览
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# Git 命令一览
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<div align="center"> <img src="../pics//7a29acce-f243-4914-9f00-f2988c528412.jpg"/> </div><br>
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比较详细的地址：http://www.cheat-sheets.org/saved-copy/git-cheat-sheet.pdf
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757
notes/HTTP.md
757
notes/HTTP.md
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@ -1,8 +1,37 @@
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[TOC]
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<!-- GFM-TOC -->
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* [一、创建型](#一创建型)
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* [1. 单例模式](#1-单例模式)
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* [2. 简单工厂模式](#2-简单工厂模式)
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* [3. 工厂方法模式](#3-工厂方法模式)
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||||
* [4. 抽象工厂](#4-抽象工厂)
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||||
* [5. 生成器模式](#5-生成器模式)
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||||
* [6. 原型模式](#6-原型模式)
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||||
* [二、行为型](#二行为型)
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* [1. 责任链](#1-责任链)
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||||
* [2. 命令模式](#2-命令模式)
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||||
* [3. 解释器模式](#3-解释器模式)
|
||||
* [4. 迭代器](#4-迭代器)
|
||||
* [5. 中间人模式](#5-中间人模式)
|
||||
* [6. 备忘录模式](#6-备忘录模式)
|
||||
* [7. 观察者模式](#7-观察者模式)
|
||||
* [8. 策略模式](#8-策略模式)
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||||
* [9. 模板方法](#9-模板方法)
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||||
* [10. 访问者模式](#10-访问者模式)
|
||||
* [11. 空对象模式](#11-空对象模式)
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||||
* [三、结构型](#三结构型)
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||||
* [1. 适配器](#1-适配器)
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||||
* [2. 桥接模式](#2-桥接模式)
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||||
* [3. 组合模式](#3-组合模式)
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||||
* [4. 装饰者模式](#4-装饰者模式)
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||||
* [5. 蝇量模式](#5-蝇量模式)
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||||
* [6. 动态代理](#6-动态代理)
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||||
* [参考资料](#参考资料)
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<!-- GFM-TOC -->
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# 一、创建型
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## 1. 单例模式
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# 一、创建型
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## 1. 单例模式
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||||
确保只实例化一个对象，并提供一个对象的全局访问点。
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@ -13,11 +42,11 @@ java.awt.GraphicsEnvironment#getLocalGraphicsEnvironment()
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java.awt.Desktop#getDesktop()
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```
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## 2. 简单工厂模式
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## 2. 简单工厂模式
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在不对用户暴露对象内部逻辑的前提下创建对象；使用通用的接口来创建对象；
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## 3. 工厂方法模式
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## 3. 工厂方法模式
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||||
定义创建对象的接口，但是让子类来决定应该使用哪个类来创建；使用通用的接口来创建对象；
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@ -31,7 +60,7 @@ java.lang.Boolean#valueOf(String)
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||||
java.lang.Class#forName()
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```
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## 4. 抽象工厂
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## 4. 抽象工厂
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||||
提供一个创建相关对象家族的接口，而没有明确指明它们的类。
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@ -46,7 +75,7 @@ java.text.NumberFormat#getInstance()
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javax.xml.transform.TransformerFactory#newInstance()
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```
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## 5. 生成器模式
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## 5. 生成器模式
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||||
定义一个新的类来构造另一个类的实例，以创建一个复杂的对象。
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@ -59,7 +88,7 @@ java.sql.PreparedStatement
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javax.swing.GroupLayout.Group#addComponent()
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```
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## 6. 原型模式
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## 6. 原型模式
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使用原型实例指定要创建对象的类型；通过复制这个原型来创建新对象。
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@ -68,9 +97,9 @@ java.lang.Object#clone()
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java.lang.Cloneable
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```
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# 二、行为型
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# 二、行为型
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## 1. 责任链
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## 1. 责任链
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||||
避免将请求的发送者附加到其接受者，从而使其它对象也可以处理请求；将请求以对象的方式把发送到链上直到请求被处理完毕。
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@ -79,7 +108,7 @@ java.util.logging.Logger#log()
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javax.servlet.Filter#doFilter()
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```
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## 2. 命令模式
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## 2. 命令模式
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将命令封装进对象中；允许使用命令对象对客户对象进行参数化；允许将命令对象存放到队列中。
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@ -88,7 +117,7 @@ java.lang.Runnable
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||||
javax.swing.Action
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```
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||||
## 3. 解释器模式
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||||
## 3. 解释器模式
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||||
为语言创建解释器，通常由语言的语法和语法分析来定义。
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@ -98,7 +127,7 @@ java.text.Normalizer
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||||
java.text.Format
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```
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## 4. 迭代器
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## 4. 迭代器
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||||
提供一种一致的访问聚合对象元素的方法，并且不暴露聚合对象的内部表示。
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@ -107,7 +136,7 @@ java.util.Iterator
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||||
java.util.Enumeration
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||||
```
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||||
## 5. 中间人模式
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||||
## 5. 中间人模式
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||||
使用中间人对象来封装对象之间的交互。中间人模式可以让降低交互对象之间的耦合程度。
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||||
@ -118,7 +147,7 @@ java.util.concurrent.ExecutorService#submit()
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||||
java.lang.reflect.Method#invoke()
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```
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||||
## 6. 备忘录模式
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||||
## 6. 备忘录模式
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||||
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||||
在不违反封装的情况下获得对象的内部状态，从而在需要时可以将对象恢复到最初状态。
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||||
@ -127,7 +156,7 @@ java.util.Date
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||||
java.io.Serializable
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```
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## 7. 观察者模式
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||||
## 7. 观察者模式
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||||
定义对象之间的一对多依赖，当一个对象状态改变时，它的所有依赖都会收到通知并且自动更新状态。
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||||
@ -138,7 +167,7 @@ javax.servlet.http.HttpSessionAttributeListener
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||||
javax.faces.event.PhaseListener
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```
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## 8. 策略模式
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||||
## 8. 策略模式
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||||
定义一系列算法，封装每个算法，并使它们可以互换。策略可以让算法独立于使用它的客户端。
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||||
@ -148,7 +177,7 @@ javax.servlet.http.HttpServlet
|
||||
javax.servlet.Filter#doFilter()
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```
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||||
## 9. 模板方法
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||||
## 9. 模板方法
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||||
定义算法框架，并将一些步骤的实现延迟到子类。通过模板方法，子类可以重新定义算法的某些步骤，而不用改变算法的结构。
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||||
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@ -159,24 +188,24 @@ java.io.InputStream#read()
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||||
java.util.AbstractList#indexOf()
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```
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## 10. 访问者模式
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## 10. 访问者模式
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||||
提供便捷的维护方式来操作一组对象。它使你在不改变操作对象的前提下，可以修改或扩展对象的行为。
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例如集合，它可以包含不同类型的元素，访问者模式允许在不知道具体元素类型的前提下对集合元素进行一些操作。
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```java
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||||
javax.lang.model.element.Element and javax.lang.model.element.ElementVisitor
|
||||
javax.lang.model.type.TypeMirror and javax.lang.model.type.TypeVisitor
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||||
javax.lang.model.element.Element and javax.lang.model.element.ElementVisitor
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javax.lang.model.type.TypeMirror and javax.lang.model.type.TypeVisitor
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```
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## 11. 空对象模式
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## 11. 空对象模式
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||||
使用什么都不做的空对象来替代 NULL。
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使用什么都不做的空对象来替代 NULL。
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# 三、结构型
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# 三、结构型
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## 1. 适配器
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## 1. 适配器
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把一个类接口转换成另一个用户需要的接口。
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@ -189,16 +218,16 @@ javax.xml.bind.annotation.adapters.XmlAdapter#marshal()
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javax.xml.bind.annotation.adapters.XmlAdapter#unmarshal()
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```
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## 2. 桥接模式
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## 2. 桥接模式
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将抽象与实现分离开来，使它们可以独立变化。
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```java
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AWT (It provides an abstraction layer which maps onto the native OS the windowing support.)
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AWT (It provides an abstraction layer which maps onto the native OS the windowing support.)
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JDBC
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```
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## 3. 组合模式
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## 3. 组合模式
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将对象组合成树形结构来表示整理-部分层次关系，允许用户以相同的方式处理单独对象和组合对象。
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@ -210,7 +239,7 @@ java.util.List#addAll(Collection)
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java.util.Set#addAll(Collection)
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```
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## 4. 装饰者模式
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## 4. 装饰者模式
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为对象动态添加功能。
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||||
@ -222,11 +251,11 @@ java.util.zip.ZipOutputStream(OutputStream)
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java.util.Collections#checked[List|Map|Set|SortedSet|SortedMap]()
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```
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## 5. 蝇量模式
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## 5. 蝇量模式
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利用共享的方式来支持大量的对象，这些对象一部分内部状态时相同的，而另一份状态可以变化。
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||||
Java 利用缓存来加速大量小对象的访问时间。
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Java 利用缓存来加速大量小对象的访问时间。
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```java
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java.lang.Integer#valueOf(int)
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@ -235,7 +264,7 @@ java.lang.Byte#valueOf(byte)
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java.lang.Character#valueOf(char)
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```
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## 6. 动态代理
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## 6. 动态代理
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提供一个占位符来控制对象的访问。
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@ -246,9 +275,9 @@ java.lang.reflect.Proxy
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RMI
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```
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# 参考资料
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# 参考资料
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- [The breakdown of design patterns in JDK](http://www.programering.com/a/MTNxAzMwATY.html)
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||||
- [Design Patterns](http://www.oodesign.com/)
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- [The breakdown of design patterns in JDK](http://www.programering.com/a/MTNxAzMwATY.html)
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- [Design Patterns](http://www.oodesign.com/)
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653
notes/JVM.md
653
notes/JVM.md
@ -1,127 +1,152 @@
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||||
[TOC]
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<!-- GFM-TOC -->
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||||
* [一、运行时数据区域](#一运行时数据区域)
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* [程序计数器](#程序计数器)
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* [Java 虚拟机栈](#java-虚拟机栈)
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* [本地方法栈](#本地方法栈)
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||||
* [Java 堆](#java-堆)
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||||
* [方法区](#方法区)
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||||
* [运行时常量池](#运行时常量池)
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||||
* [直接内存](#直接内存)
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||||
* [二、垃圾收集](#二垃圾收集)
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||||
* [判断一个对象是否可回收](#判断一个对象是否可回收)
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||||
* [垃圾收集算法](#垃圾收集算法)
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||||
* [垃圾收集器](#垃圾收集器)
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||||
* [内存分配与回收策略](#内存分配与回收策略)
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||||
* [Full GC 的触发条件](#full-gc-的触发条件)
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||||
* [三、类加载机制](#三类加载机制)
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||||
* [类的生命周期](#类的生命周期)
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||||
* [类初始化时机](#类初始化时机)
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||||
* [类加载过程](#类加载过程)
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||||
* [类加载器](#类加载器)
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||||
* [四、JVM 参数](#四jvm-参数)
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||||
* [GC 优化配置](#gc-优化配置)
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||||
* [GC 类型设置](#gc-类型设置)
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||||
* [参考资料](#参考资料)
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<!-- GFM-TOC -->
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# 一、运行时数据区域
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# 一、运行时数据区域
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<div align="center"> <img src="../pics//dc695f48-4189-4fc7-b950-ed25f6c1521708518830.jpg"/> </div><br>
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注：白色区域为线程私有，蓝色区域为线程共享。
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## 程序计数器
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## 程序计数器
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记录正在执行的虚拟机字节码指令的地址（如果正在执行的是本地方法则为空）。
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## Java 虚拟机栈
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## Java 虚拟机栈
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||||
每个 Java 方法在执行的同时会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在 Java 虚拟机栈中入栈和出栈的过程。
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||||
每个 Java 方法在执行的同时会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在 Java 虚拟机栈中入栈和出栈的过程。
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||||
可以通过 -Xss 这个虚拟机参数来指定一个程序的 Java 虚拟机栈内存大小：
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可以通过 -Xss 这个虚拟机参数来指定一个程序的 Java 虚拟机栈内存大小：
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```java
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java -Xss=512M HackTheJava
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java -Xss=512M HackTheJava
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```
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该区域可能抛出以下异常：
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1. 当线程请求的栈深度超过最大值，会抛出 StackOverflowError 异常；
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2. 栈进行动态扩展时如果无法申请到足够内存，会抛出 OutOfMemoryError 异常。
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1. 当线程请求的栈深度超过最大值，会抛出 StackOverflowError 异常；
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2. 栈进行动态扩展时如果无法申请到足够内存，会抛出 OutOfMemoryError 异常。
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||||
## 本地方法栈
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## 本地方法栈
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本地方法不是用 Java 实现，对待这些方法需要特别处理。
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本地方法不是用 Java 实现，对待这些方法需要特别处理。
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与 Java 虚拟机栈类似，它们之间的区别只不过是本地方法栈为本地方法服务。
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与 Java 虚拟机栈类似，它们之间的区别只不过是本地方法栈为本地方法服务。
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## Java 堆
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## Java 堆
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所有对象实例都在这里分配内存。
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||||
是垃圾收集的主要区域（"GC 堆 "），现代的垃圾收集器基本都是采用分代收集算法，该算法的思想是针对不同的对象采取不同的垃圾回收算法，因此虚拟机把 Java 堆分成以下三块：
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是垃圾收集的主要区域（"GC 堆 "），现代的垃圾收集器基本都是采用分代收集算法，该算法的思想是针对不同的对象采取不同的垃圾回收算法，因此虚拟机把 Java 堆分成以下三块：
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- 新生代（Young Generation）
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- 老年代（Old Generation）
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- 永久代（Permanent Generation）
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- 新生代（Young Generation）
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- 老年代（Old Generation）
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- 永久代（Permanent Generation）
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当一个对象被创建时，它首先进入新生代，之后有可能被转移到老年代中。新生代存放着大量的生命很短的对象，因此新生代在三个区域中垃圾回收的频率最高。为了更高效地进行垃圾回收，把新生代继续划分成以下三个空间：
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- Eden
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- From Survivor
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- To Survivor
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- Eden
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- From Survivor
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- To Survivor
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<div align="center"> <img src="../pics//ppt_img.gif"/> </div><br>
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Java 堆不需要连续内存，并且可以通过动态增加其内存，增加失败会抛出 OutOfMemoryError 异常。
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Java 堆不需要连续内存，并且可以通过动态增加其内存，增加失败会抛出 OutOfMemoryError 异常。
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||||
可以通过 -Xms 和 -Xmx 两个虚拟机参数来指定一个程序的 Java 堆内存大小，第一个参数设置最小值，第二个参数设置最大值。
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可以通过 -Xms 和 -Xmx 两个虚拟机参数来指定一个程序的 Java 堆内存大小，第一个参数设置最小值，第二个参数设置最大值。
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```java
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java -Xms=1M -XmX=2M HackTheJava
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java -Xms=1M -XmX=2M HackTheJava
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```
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## 方法区
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## 方法区
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用于存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
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和 Java 堆一样不需要连续的内存，并且可以动态扩展，动态扩展失败一样会抛出 OutOfMemoryError 异常。
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和 Java 堆一样不需要连续的内存，并且可以动态扩展，动态扩展失败一样会抛出 OutOfMemoryError 异常。
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||||
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||||
对这块区域进行垃圾回收的主要目标是对常量池的回收和对类的卸载，但是一般比较难实现，HotSpot 虚拟机把它当成永久代来进行垃圾回收。
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对这块区域进行垃圾回收的主要目标是对常量池的回收和对类的卸载，但是一般比较难实现，HotSpot 虚拟机把它当成永久代来进行垃圾回收。
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||||
## 运行时常量池
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## 运行时常量池
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运行时常量池是方法区的一部分。
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Class 文件中的常量池（编译器生成的各种字面量和符号引用）会在类加载后被放入这个区域。
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Class 文件中的常量池（编译器生成的各种字面量和符号引用）会在类加载后被放入这个区域。
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除了在编译期生成的常量，还允许动态生成，例如 String 类的 intern()。这部分常量也会被放入运行时常量池。
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除了在编译期生成的常量，还允许动态生成，例如 String 类的 intern()。这部分常量也会被放入运行时常量池。
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## 直接内存
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## 直接内存
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||||
在 JDK 1.4 中新加入了 NIO 类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的 I/O 方式，它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在 Java 堆里的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据。
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在 JDK 1.4 中新加入了 NIO 类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的 I/O 方式，它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在 Java 堆里的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据。
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# 二、垃圾收集
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# 二、垃圾收集
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程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈这三个区域属于线程私有的，只存在于线程的生命周期内，线程结束之后也会消失，因此不需要对这三个区域进行垃圾回收。垃圾回收主要是针对 Java 堆和方法区进行。
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程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈这三个区域属于线程私有的，只存在于线程的生命周期内，线程结束之后也会消失，因此不需要对这三个区域进行垃圾回收。垃圾回收主要是针对 Java 堆和方法区进行。
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||||
## 判断一个对象是否可回收
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||||
## 判断一个对象是否可回收
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### 1. 引用计数
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### 1. 引用计数
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给对象添加一个引用计数器，当对象增加一个引用时计数器加 1，引用失效时计数器减 1。引用计数为 0 的对象可被回收。
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给对象添加一个引用计数器，当对象增加一个引用时计数器加 1，引用失效时计数器减 1。引用计数为 0 的对象可被回收。
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||||
两个对象出现循环引用的情况下，此时引用计数器永远不为 0，导致无法对它们进行回收。
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两个对象出现循环引用的情况下，此时引用计数器永远不为 0，导致无法对它们进行回收。
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```java
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objA.instance = objB;
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objB.instance = objA;
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objA.instance = objB;
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objB.instance = objA;
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```
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### 2. 可达性
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### 2. 可达性
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通过 GC Roots 作为起始点进行搜索，能够到达到的对象都是都是可用的，不可达的对象可被回收。
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通过 GC Roots 作为起始点进行搜索，能够到达到的对象都是都是可用的，不可达的对象可被回收。
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GC Roots 一般包含以下内容：
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GC Roots 一般包含以下内容：
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1. 虚拟机栈中引用的对象
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2. 方法区中类静态属性引用的对象
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3. 方法区中的常量引用的对象
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4. 本地方法栈中引用的对象
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1. 虚拟机栈中引用的对象
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2. 方法区中类静态属性引用的对象
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3. 方法区中的常量引用的对象
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4. 本地方法栈中引用的对象
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### 3. 引用类型
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### 3. 引用类型
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无论是通过引用计算算法判断对象的引用数量，还是通过可达性分析算法判断对象的引用链是否可达，判定对象是否存活都与“引用”有关。
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||||
Java 对引用的概念进行了扩充，引入四种强度不同的引用类型。
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Java 对引用的概念进行了扩充，引入四种强度不同的引用类型。
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||||
**（一）强引用**
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**（一）强引用**
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只要强引用存在，垃圾回收器永远不会回收调掉被引用的对象。
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使用 new 一个新对象的方式来创建强引用。
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使用 new 一个新对象的方式来创建强引用。
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```java
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Object obj = new Object();
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Object obj = new Object();
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```
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**（二）软引用**
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**（二）软引用**
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用来描述一些还有用但是并非必需的对象。
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@ -129,38 +154,38 @@ Object obj = new Object();
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软引用主要用来实现类似缓存的功能，在内存足够的情况下直接通过软引用取值，无需从繁忙的真实来源获取数据，提升速度；当内存不足时，自动删除这部分缓存数据，从真正的来源获取这些数据。
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||||
使用 SoftReference 类来实现软引用。
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使用 SoftReference 类来实现软引用。
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```java
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||||
Object obj = new Object();
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||||
SoftReference<Object> sf = new SoftReference<Object>(obj);
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Object obj = new Object();
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SoftReference<Object> sf = new SoftReference<Object>(obj);
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```
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||||
**（三）弱引用**
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**（三）弱引用**
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只能生存到下一次垃圾收集发生之前，当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会被回收。
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||||
使用 WeakReference 类来实现弱引用。
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使用 WeakReference 类来实现弱引用。
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```java
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Object obj = new Object();
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||||
WeakReference<Object> wf = new WeakReference<Object>(obj);
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Object obj = new Object();
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WeakReference<Object> wf = new WeakReference<Object>(obj);
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```
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||||
**（四）虚引用**
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**（四）虚引用**
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又称为幽灵引用或者幻影引用。一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用取得一个对象实例。
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为一个对象设置虚引用关联的唯一目的就是能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。
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使用 PhantomReference 来实现虚引用。
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使用 PhantomReference 来实现虚引用。
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```java
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Object obj = new Object();
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PhantomReference<Object> pf = new PhantomReference<Object>(obj);
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Object obj = new Object();
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PhantomReference<Object> pf = new PhantomReference<Object>(obj);
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```
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### 4. 方法区的回收
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### 4. 方法区的回收
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因为方法区主要存放永久代对象，而永久代对象的回收率比新生代差很多，因此在方法区上进行回收性价比不高。
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@ -168,494 +193,494 @@ PhantomReference<Object> pf = new PhantomReference<Object>(obj);
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类的卸载条件很多，需要满足以下三个条件，并且满足了也不一定会被卸载：
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1. 该类所有的实例都已经被回收，也就是 Java 堆中不存在该类的任何实例。
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2. 加载该类的 ClassLoader 已经被回收。
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3. 该类对应的 java.lang.Class 对象没有在任何地方被引用，也就无法在任何地方通过反射访问该类方法。
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1. 该类所有的实例都已经被回收，也就是 Java 堆中不存在该类的任何实例。
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2. 加载该类的 ClassLoader 已经被回收。
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3. 该类对应的 java.lang.Class 对象没有在任何地方被引用，也就无法在任何地方通过反射访问该类方法。
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可以通过 -Xnoclassgc 参数来控制是否对类进行卸载。
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可以通过 -Xnoclassgc 参数来控制是否对类进行卸载。
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在大量使用反射、动态代理、CGLib 等 ByteCode 框架、动态生成 JSP 以及 OSGo 这类频繁自定义 ClassLoader 的场景都需要虚拟机具备类卸载功能，以保证不会出现内存溢出。
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在大量使用反射、动态代理、CGLib 等 ByteCode 框架、动态生成 JSP 以及 OSGo 这类频繁自定义 ClassLoader 的场景都需要虚拟机具备类卸载功能，以保证不会出现内存溢出。
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### 5. finalize()
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### 5. finalize()
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finalize() 类似 C++ 的析构函数，用来做关闭外部资源等工作。但是 try-finally 等方式可以做的更好，并且该方法运行代价高昂，不确定性大，无法保证各个对象的调用顺序，因此最好不要使用。
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finalize() 类似 C++ 的析构函数，用来做关闭外部资源等工作。但是 try-finally 等方式可以做的更好，并且该方法运行代价高昂，不确定性大，无法保证各个对象的调用顺序，因此最好不要使用。
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||||
当一个对象可被回收时，如果需要执行该对象的 finalize() 方法，那么就有可能通过在该方法中让对象重新被引用，从而实现自救。
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当一个对象可被回收时，如果需要执行该对象的 finalize() 方法，那么就有可能通过在该方法中让对象重新被引用，从而实现自救。
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## 垃圾收集算法
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## 垃圾收集算法
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### 1. 标记 - 清除
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### 1. 标记 - 清除
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<div align="center"> <img src="../pics//a4248c4b-6c1d-4fb8-a557-86da92d3a294.jpg"/> </div><br>
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将需要回收的对象进行标记，然后清除。
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不足：
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1. 标记和清除过程效率都不高
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2. 会产生大量碎片，内存碎片过多可能导致无法给大对象分配内存
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1. 标记和清除过程效率都不高
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2. 会产生大量碎片，内存碎片过多可能导致无法给大对象分配内存
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之后的算法都是基于该算法进行改进。
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### 2. 复制
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### 2. 复制
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<div align="center"> <img src="../pics//e6b733ad-606d-4028-b3e8-83c3a73a3797.jpg"/> </div><br>
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将内存划分为大小相等的两块，每次只使用其中一块，当这一块内存用完了就将还存活的对象复制到另一块上面，然后再把使用过的内存空间进行一次清理。
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主要不足是只使用了内存的一半。
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现在的商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代，但是并不是将内存划分为大小相等的两块，而是分为一块较大的 Eden 空间和两块较小的 Survior 空间，每次使用 Eden 空间和其中一块 Survivor。在回收时，将 Eden 和 Survivor 中还存活着的对象一次性复制到另一块 Survivor 空间上，最后清理 Eden 和 使用过的那一块 Survivor。HotSpot 虚拟机的 Eden 和 Survivor 的大小比例默认为 8:1，保证了内存的利用率达到 90 %。如果每次回收有多于 10% 的对象存活，那么一块 Survivor 空间就不够用了，此时需要依赖于老年代进行分配担保，也就是借用老年代的空间。
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现在的商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代，但是并不是将内存划分为大小相等的两块，而是分为一块较大的 Eden 空间和两块较小的 Survior 空间，每次使用 Eden 空间和其中一块 Survivor。在回收时，将 Eden 和 Survivor 中还存活着的对象一次性复制到另一块 Survivor 空间上，最后清理 Eden 和 使用过的那一块 Survivor。HotSpot 虚拟机的 Eden 和 Survivor 的大小比例默认为 8:1，保证了内存的利用率达到 90 %。如果每次回收有多于 10% 的对象存活，那么一块 Survivor 空间就不够用了，此时需要依赖于老年代进行分配担保，也就是借用老年代的空间。
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### 3. 标记 - 整理
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### 3. 标记 - 整理
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<div align="center"> <img src="../pics//902b83ab-8054-4bd2-898f-9a4a0fe52830.jpg"/> </div><br>
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让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。
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### 4. 分代收集
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### 4. 分代收集
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现在的商业虚拟机采用分代收集算法，它根据对象存活周期将内存划分为几块，不同块采用适当的收集算法。
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一般将 Java 堆分为新生代和老年代。
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一般将 Java 堆分为新生代和老年代。
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1. 新生代使用：复制算法
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2. 老年代使用：标记 - 清理 或者 标记 - 整理 算法
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1. 新生代使用：复制算法
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2. 老年代使用：标记 - 清理 或者 标记 - 整理 算法
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## 垃圾收集器
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## 垃圾收集器
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以上是 HotSpot 虚拟机中的 7 个垃圾收集器，连线表示垃圾收集器可以配合使用。
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以上是 HotSpot 虚拟机中的 7 个垃圾收集器，连线表示垃圾收集器可以配合使用。
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### 1. Serial 收集器
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### 1. Serial 收集器
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它是单线程的收集器，不仅意味着只会使用一个线程进行垃圾收集工作，更重要的是它在进行垃圾收集时，必须暂停所有其他工作线程，往往造成过长的等待时间。
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它的优点是简单高效，对于单个 CPU 环境来说，由于没有线程交互的开销，因此拥有最高的单线程收集效率。
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它的优点是简单高效，对于单个 CPU 环境来说，由于没有线程交互的开销，因此拥有最高的单线程收集效率。
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在 Client 应用场景中，分配给虚拟机管理的内存一般来说不会很大，该收集器收集几十兆甚至一两百兆的新生代停顿时间可以控制在一百多毫秒以内，只要不是太频繁，这点停顿是可以接受的。
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在 Client 应用场景中，分配给虚拟机管理的内存一般来说不会很大，该收集器收集几十兆甚至一两百兆的新生代停顿时间可以控制在一百多毫秒以内，只要不是太频繁，这点停顿是可以接受的。
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### 2. ParNew 收集器
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### 2. ParNew 收集器
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它是 Serial 收集器的多线程版本。
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它是 Serial 收集器的多线程版本。
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是 Server 模式下的虚拟机首选新生代收集器，除了性能原因外，主要是因为除了 Serial 收集器，只有它能与 CMS 收集器配合工作。
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是 Server 模式下的虚拟机首选新生代收集器，除了性能原因外，主要是因为除了 Serial 收集器，只有它能与 CMS 收集器配合工作。
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默认开始的线程数量与 CPU 数量相同，可以使用 -XX:ParallelGCThreads 参数来设置线程数。
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默认开始的线程数量与 CPU 数量相同，可以使用 -XX:ParallelGCThreads 参数来设置线程数。
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### 3. Parallel Scavenge 收集器
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### 3. Parallel Scavenge 收集器
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是并行的多线程收集器。
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其它收集器关注点是尽可能缩短垃圾收集时用户线程的停顿时间，而它的目标是达到一个可控制的吞吐量，它被称为“吞吐量优先”收集器。这里的吞吐量指 CPU 用于运行用户代码的时间占总时间的比值。
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其它收集器关注点是尽可能缩短垃圾收集时用户线程的停顿时间，而它的目标是达到一个可控制的吞吐量，它被称为“吞吐量优先”收集器。这里的吞吐量指 CPU 用于运行用户代码的时间占总时间的比值。
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停顿时间越短就越适合需要与用户交互的程序，良好的响应速度能提升用户体验。而高吞吐量则可以高效率地利用 CPU 时间，尽快完成程序的运算任务，主要适合在后台运算而不需要太多交互的任务。
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停顿时间越短就越适合需要与用户交互的程序，良好的响应速度能提升用户体验。而高吞吐量则可以高效率地利用 CPU 时间，尽快完成程序的运算任务，主要适合在后台运算而不需要太多交互的任务。
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提供了两个参数用于精确控制吞吐量，分别是控制最大垃圾收集停顿时间 -XX:MaxGCPauseMillis 参数以及直接设置吞吐量大小的 -XX:GCTimeRatio 参数（值为大于 0 且小于 100 的整数）。缩短停顿时间是以牺牲吞吐量和新生代空间来换取的：新生代空间变小，垃圾回收变得频繁，导致吞吐量下降。
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提供了两个参数用于精确控制吞吐量，分别是控制最大垃圾收集停顿时间 -XX:MaxGCPauseMillis 参数以及直接设置吞吐量大小的 -XX:GCTimeRatio 参数（值为大于 0 且小于 100 的整数）。缩短停顿时间是以牺牲吞吐量和新生代空间来换取的：新生代空间变小，垃圾回收变得频繁，导致吞吐量下降。
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还提供了一个参数 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy，这是一个开关参数，打开参数后，就不需要手工指定新生代的大小（-Xmn）、Eden 和 Survivor 区的比例（-XX:SurvivorRatio）、晋升老年代对象年龄（-XX:PretenureSizeThreshold）等细节参数了，虚拟机会根据当前系统的运行情况收集性能监控信息，动态调整这些参数以提供最合适的停顿时间或者最大的吞吐量，这种方式称为 GC 自适应的调节策略（GC Ergonomics）。自适应调节策略也是它与 ParNew 收集器的一个重要区别。
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还提供了一个参数 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy，这是一个开关参数，打开参数后，就不需要手工指定新生代的大小（-Xmn）、Eden 和 Survivor 区的比例（-XX:SurvivorRatio）、晋升老年代对象年龄（-XX:PretenureSizeThreshold）等细节参数了，虚拟机会根据当前系统的运行情况收集性能监控信息，动态调整这些参数以提供最合适的停顿时间或者最大的吞吐量，这种方式称为 GC 自适应的调节策略（GC Ergonomics）。自适应调节策略也是它与 ParNew 收集器的一个重要区别。
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### 4. Serial Old 收集器
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### 4. Serial Old 收集器
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Serial Old 是 Serial 收集器的老年代版本，也是给 Client 模式下的虚拟机使用。如果用在 Server 模式下，它有两大用途：
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Serial Old 是 Serial 收集器的老年代版本，也是给 Client 模式下的虚拟机使用。如果用在 Server 模式下，它有两大用途：
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1. 在 JDK 1.5 以及之前版本（Parallel Old 诞生以前）中与 Parallel Scavenge 收集器搭配使用。
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2. 作为 CMS 收集器的后备预案，在并发收集发生 Concurrent Mode Failure 时使用。
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1. 在 JDK 1.5 以及之前版本（Parallel Old 诞生以前）中与 Parallel Scavenge 收集器搭配使用。
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2. 作为 CMS 收集器的后备预案，在并发收集发生 Concurrent Mode Failure 时使用。
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### 5. Parallel Old 收集器
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### 5. Parallel Old 收集器
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是 Parallel Scavenge 收集器的老年代版本。
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是 Parallel Scavenge 收集器的老年代版本。
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在注重吞吐量以及 CPU 资源敏感的场合，都可以优先考虑 Parallel Scavenge 加 Parallel Old 收集器。
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在注重吞吐量以及 CPU 资源敏感的场合，都可以优先考虑 Parallel Scavenge 加 Parallel Old 收集器。
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### 6. CMS 收集器
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### 6. CMS 收集器
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CMS（Concurrent Mark Sweep），从 Mark Sweep 可以知道它是基于标记 - 清除算法实现的。
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CMS（Concurrent Mark Sweep），从 Mark Sweep 可以知道它是基于标记 - 清除算法实现的。
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特点：并发收集、低停顿。
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分为以下四个流程：
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1. 初始标记：仅仅只是标记一下 GC Roots 能直接关联到的对象，速度很快，需要停顿。
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2. 并发标记：进行 GC Roots Tracing 的过程，它在整个回收过程中耗时最长，不需要停顿。
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3. 重新标记：为了修正并发标记期间因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录，需要停顿。
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4. 并发清除：不需要停顿。
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1. 初始标记：仅仅只是标记一下 GC Roots 能直接关联到的对象，速度很快，需要停顿。
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2. 并发标记：进行 GC Roots Tracing 的过程，它在整个回收过程中耗时最长，不需要停顿。
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3. 重新标记：为了修正并发标记期间因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录，需要停顿。
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4. 并发清除：不需要停顿。
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在整个过程中耗时最长的并发标记和并发清除过程中，收集器线程都可以与用户线程一起工作，不需要进行停顿。
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具有以下缺点：
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1. 对 CPU 资源敏感。CMS 默认启动的回收线程数是 (CPU 数量 + 3) / 4，当 CPU 不足 4 个时，CMS 对用户程序的影响就可能变得很大，如果本来 CPU 负载就比较大，还要分出一半的运算能力去执行收集器线程，就可能导致用户程序的执行速度忽然降低了 50%，其实也让人无法接受。并且低停顿时间是以牺牲吞吐量为代价的，导致 CPU 利用率变低。
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1. 对 CPU 资源敏感。CMS 默认启动的回收线程数是 (CPU 数量 + 3) / 4，当 CPU 不足 4 个时，CMS 对用户程序的影响就可能变得很大，如果本来 CPU 负载就比较大，还要分出一半的运算能力去执行收集器线程，就可能导致用户程序的执行速度忽然降低了 50%，其实也让人无法接受。并且低停顿时间是以牺牲吞吐量为代价的，导致 CPU 利用率变低。
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2. 无法处理浮动垃圾。由于并发清理阶段用户线程还在运行着，伴随程序运行自然就还会有新的垃圾不断产生。这一部分垃圾出现在标记过程之后，CMS 无法在当次收集中处理掉它们，只好留到下一次 GC 时再清理掉，这一部分垃圾就被称为“浮动垃圾”。也是由于在垃圾收集阶段用户线程还需要运行，那也就还需要预留有足够的内存空间给用户线程使用，因此它不能像其他收集器那样等到老年代几乎完全被填满了再进行收集，需要预留一部分空间提供并发收集时的程序运作使用。可以使用 -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 的值来改变触发收集器工作的内存占用百分比，JDK 1.5 默认设置下该值为 68，也就是当老年代使用了 68% 的空间之后会触发收集器工作。如果该值设置的太高，导致浮动垃圾无法保存，那么就会出现 Concurrent Mode Failure，此时虚拟机将启动后备预案：临时启用 Serial Old 收集器来重新进行老年代的垃圾收集。
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2. 无法处理浮动垃圾。由于并发清理阶段用户线程还在运行着，伴随程序运行自然就还会有新的垃圾不断产生。这一部分垃圾出现在标记过程之后，CMS 无法在当次收集中处理掉它们，只好留到下一次 GC 时再清理掉，这一部分垃圾就被称为“浮动垃圾”。也是由于在垃圾收集阶段用户线程还需要运行，那也就还需要预留有足够的内存空间给用户线程使用，因此它不能像其他收集器那样等到老年代几乎完全被填满了再进行收集，需要预留一部分空间提供并发收集时的程序运作使用。可以使用 -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 的值来改变触发收集器工作的内存占用百分比，JDK 1.5 默认设置下该值为 68，也就是当老年代使用了 68% 的空间之后会触发收集器工作。如果该值设置的太高，导致浮动垃圾无法保存，那么就会出现 Concurrent Mode Failure，此时虚拟机将启动后备预案：临时启用 Serial Old 收集器来重新进行老年代的垃圾收集。
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3. 标记 - 清除算法导致的空间碎片，给大对象分配带来很大麻烦，往往出现老年代空间剩余，但无法找到足够大连续空间来分配当前对象，不得不提前触发一次 Full GC。
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3. 标记 - 清除算法导致的空间碎片，给大对象分配带来很大麻烦，往往出现老年代空间剩余，但无法找到足够大连续空间来分配当前对象，不得不提前触发一次 Full GC。
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### 7. G1 收集器
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### 7. G1 收集器
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<div align="center"> <img src="../pics//f99ee771-c56f-47fb-9148-c0036695b5fe.jpg"/> </div><br>
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G1（Garbage-First）收集器是当今收集器技术发展最前沿的成果之一，它是一款面向服务端应用的垃圾收集器，HotSpot 开发团队赋予它的使命是（在比较长期的）未来可以替换掉 JDK 1.5 中发布的 CMS 收集器。
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G1（Garbage-First）收集器是当今收集器技术发展最前沿的成果之一，它是一款面向服务端应用的垃圾收集器，HotSpot 开发团队赋予它的使命是（在比较长期的）未来可以替换掉 JDK 1.5 中发布的 CMS 收集器。
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具备如下特点：
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- 并行与并发：能充分利用多 CPU 环境下的硬件优势，使用多个 CPU 来缩短停顿时间。
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- 分代收集：分代概念依然得以保留，虽然它不需要其它收集器配合就能独立管理整个 GC 堆，但它能够采用不同方式去处理新创建的对象和已存活一段时间、熬过多次 GC 的旧对象来获取更好的收集效果。
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- 空间整合：整体来看是基于“标记 - 整理”算法实现的收集器，从局部（两个 Region 之间）上来看是基于“复制”算法实现的，这意味着运行期间不会产生内存空间碎片。
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- 可预测的停顿：这是它相对 CMS 的一大优势，降低停顿时间是 G1 和 CMS 共同的关注点，但 G1 除了降低停顿外，还能建立可预测的停顿时间模型，能让使用者明确指定在一个长度为 M 毫秒的时间片段内，消耗在 GC 上的时间不得超过 N 毫秒，这几乎已经是实时 Java（RTSJ）的垃圾收集器的特征了。
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- 并行与并发：能充分利用多 CPU 环境下的硬件优势，使用多个 CPU 来缩短停顿时间。
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- 分代收集：分代概念依然得以保留，虽然它不需要其它收集器配合就能独立管理整个 GC 堆，但它能够采用不同方式去处理新创建的对象和已存活一段时间、熬过多次 GC 的旧对象来获取更好的收集效果。
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- 空间整合：整体来看是基于“标记 - 整理”算法实现的收集器，从局部（两个 Region 之间）上来看是基于“复制”算法实现的，这意味着运行期间不会产生内存空间碎片。
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- 可预测的停顿：这是它相对 CMS 的一大优势，降低停顿时间是 G1 和 CMS 共同的关注点，但 G1 除了降低停顿外，还能建立可预测的停顿时间模型，能让使用者明确指定在一个长度为 M 毫秒的时间片段内，消耗在 GC 上的时间不得超过 N 毫秒，这几乎已经是实时 Java（RTSJ）的垃圾收集器的特征了。
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在 G1 之前的其他收集器进行收集的范围都是整个新生代或者老生代，而 G1 不再是这样，Java 堆的内存布局与其他收集器有很大区别，将整个 Java 堆划分为多个大小相等的独立区域（Region）。虽然还保留新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是物理隔离的了，而都是一部分 Region（不需要连续）的集合。
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在 G1 之前的其他收集器进行收集的范围都是整个新生代或者老生代，而 G1 不再是这样，Java 堆的内存布局与其他收集器有很大区别，将整个 Java 堆划分为多个大小相等的独立区域（Region）。虽然还保留新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是物理隔离的了，而都是一部分 Region（不需要连续）的集合。
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之所以能建立可预测的停顿时间模型，是因为它可以有计划地避免在整个 Java 堆中进行全区域的垃圾收集。它跟踪各个 Region 里面的垃圾堆积的价值大小（回收所获得的空间大小以及回收所需时间的经验值），在后台维护一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的 Region（这也就是 Garbage-First 名称的来由）。这种使用 Region 划分内存空间以及有优先级的区域回收方式，保证了它在有限的时间内可以获取尽可能高的收集效率。
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之所以能建立可预测的停顿时间模型，是因为它可以有计划地避免在整个 Java 堆中进行全区域的垃圾收集。它跟踪各个 Region 里面的垃圾堆积的价值大小（回收所获得的空间大小以及回收所需时间的经验值），在后台维护一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的 Region（这也就是 Garbage-First 名称的来由）。这种使用 Region 划分内存空间以及有优先级的区域回收方式，保证了它在有限的时间内可以获取尽可能高的收集效率。
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Region 不可能是孤立的，一个对象分配在某个 Region 中，可以与整个 Java 堆任意的对象发生引用关系。在做可达性分析确定对象是否存活的时候，需要扫描整个 Java 堆才能保证准确性，这显然是对 GC 效率的极大伤害。为了避免全堆扫描的发生，每个 Region 都维护了一个与之对应的 Remembered Set。虚拟机发现程序在对 Reference 类型的数据进行写操作时，会产生一个 Write Barrier 暂时中断写操作，检查 Reference 引用的对象是否处于不同的 Region 之中，如果是，便通过 CardTable 把相关引用信息记录到被引用对象所属的 Region 的 Remembered Set 之中。当进行内存回收时，在 GC 根节点的枚举范围中加入 Remembered Set 即可保证不对全堆扫描也不会有遗漏。
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Region 不可能是孤立的，一个对象分配在某个 Region 中，可以与整个 Java 堆任意的对象发生引用关系。在做可达性分析确定对象是否存活的时候，需要扫描整个 Java 堆才能保证准确性，这显然是对 GC 效率的极大伤害。为了避免全堆扫描的发生，每个 Region 都维护了一个与之对应的 Remembered Set。虚拟机发现程序在对 Reference 类型的数据进行写操作时，会产生一个 Write Barrier 暂时中断写操作，检查 Reference 引用的对象是否处于不同的 Region 之中，如果是，便通过 CardTable 把相关引用信息记录到被引用对象所属的 Region 的 Remembered Set 之中。当进行内存回收时，在 GC 根节点的枚举范围中加入 Remembered Set 即可保证不对全堆扫描也不会有遗漏。
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如果不计算维护 Remembered Set 的操作，G1 收集器的运作大致可划分为以下几个步骤：
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如果不计算维护 Remembered Set 的操作，G1 收集器的运作大致可划分为以下几个步骤：
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1. 初始标记
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2. 并发标记
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3. 最终标记：为了修正在并发标记期间因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分标记记录，虚拟机将这段时间对象变化记录在线程的 Remembered Set Logs 里面，最终标记阶段需要把 Remembered Set Logs 的数据合并到 Remembered Set 中。这阶段需要停顿线程，但是可并行执行。
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4. 筛选回收：首先对各个 Region 中的回收价值和成本进行排序，根据用户所期望的 GC 停顿是时间来制定回收计划。此阶段其实也可以做到与用户程序一起并发执行，但是因为只回收一部分 Region，时间是用户可控制的，而且停顿用户线程将大幅度提高收集效率。
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1. 初始标记
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2. 并发标记
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3. 最终标记：为了修正在并发标记期间因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分标记记录，虚拟机将这段时间对象变化记录在线程的 Remembered Set Logs 里面，最终标记阶段需要把 Remembered Set Logs 的数据合并到 Remembered Set 中。这阶段需要停顿线程，但是可并行执行。
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4. 筛选回收：首先对各个 Region 中的回收价值和成本进行排序，根据用户所期望的 GC 停顿是时间来制定回收计划。此阶段其实也可以做到与用户程序一起并发执行，但是因为只回收一部分 Region，时间是用户可控制的，而且停顿用户线程将大幅度提高收集效率。
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### 8. 七种垃圾收集器的比较
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### 8. 七种垃圾收集器的比较
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| 收集器 | 串行、并行 or 并发 | 新生代 / 老年代 | 算法 | 目标 | 适用场景 |
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| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |
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| **Serial** | 串行 | 新生代 | 复制算法 | 响应速度优先 | 单 CPU 环境下的 Client 模式 |
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| **Serial Old** | 串行 | 老年代 | 标记-整理 | 响应速度优先 | 单 CPU 环境下的 Client 模式、CMS 的后备预案 |
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| **ParNew** | 并行 | 新生代 | 复制算法 | 响应速度优先 | 多 CPU 环境时在 Server 模式下与 CMS 配合 |
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| **Parallel Scavenge** | 并行 | 新生代 | 复制算法 | 吞吐量优先 | 在后台运算而不需要太多交互的任务 |
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| **Parallel Old** | 并行 | 老年代 | 标记-整理 | 吞吐量优先 | 在后台运算而不需要太多交互的任务 |
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| **CMS** | 并发 | 老年代 | 标记-清除 | 响应速度优先 | 集中在互联网站或 B/S 系统服务端上的 Java 应用 |
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| **G1** | 并发 | both | 标记-整理 + 复制算法 | 响应速度优先 | 面向服务端应用，将来替换 CMS |
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| 收集器 | 串行、并行 or 并发 | 新生代 / 老年代 | 算法 | 目标 | 适用场景 |
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| **Serial** | 串行 | 新生代 | 复制算法 | 响应速度优先 | 单 CPU 环境下的 Client 模式 |
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| **Serial Old** | 串行 | 老年代 | 标记-整理 | 响应速度优先 | 单 CPU 环境下的 Client 模式、CMS 的后备预案 |
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| **ParNew** | 并行 | 新生代 | 复制算法 | 响应速度优先 | 多 CPU 环境时在 Server 模式下与 CMS 配合 |
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| **Parallel Scavenge** | 并行 | 新生代 | 复制算法 | 吞吐量优先 | 在后台运算而不需要太多交互的任务 |
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| **Parallel Old** | 并行 | 老年代 | 标记-整理 | 吞吐量优先 | 在后台运算而不需要太多交互的任务 |
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| **CMS** | 并发 | 老年代 | 标记-清除 | 响应速度优先 | 集中在互联网站或 B/S 系统服务端上的 Java 应用 |
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| **G1** | 并发 | both | 标记-整理 + 复制算法 | 响应速度优先 | 面向服务端应用，将来替换 CMS |
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## 内存分配与回收策略
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## 内存分配与回收策略
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对象的内存分配，也就是在堆上分配。主要分配在新生代的 Eden 区上，少数情况下也可能直接分配在老年代中。
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对象的内存分配，也就是在堆上分配。主要分配在新生代的 Eden 区上，少数情况下也可能直接分配在老年代中。
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### 1. 优先在 Eden 分配
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### 1. 优先在 Eden 分配
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大多数情况下，对象在新生代 Eden 区分配，当 Eden 区空间不够时，发起 Minor GC。
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大多数情况下，对象在新生代 Eden 区分配，当 Eden 区空间不够时，发起 Minor GC。
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关于 Minor GC 和 Full GC：
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关于 Minor GC 和 Full GC：
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- Minor GC：发生在新生代上，因为新生代对象存活时间很短，因此 Minor GC 会频繁执行，执行的速度一般也会比较快。
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- Full GC：发生在老年代上，老年代对象和新生代的相反，其存活时间长，因此 Full GC 很少执行，而且执行速度会比 Minor GC 慢很多。
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- Minor GC：发生在新生代上，因为新生代对象存活时间很短，因此 Minor GC 会频繁执行，执行的速度一般也会比较快。
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- Full GC：发生在老年代上，老年代对象和新生代的相反，其存活时间长，因此 Full GC 很少执行，而且执行速度会比 Minor GC 慢很多。
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### 2. 大对象直接进入老年代
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### 2. 大对象直接进入老年代
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大对象是指需要连续内存空间的对象，最典型的大对象是那种很长的字符串以及数组。经常出现大对象会提前触发垃圾收集以获取足够的连续空间分配给大对象。
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提供 -XX:PretenureSizeThreshold 参数，大于此值的对象直接在老年代分配，避免在 Eden 区和 Survivor 区之间的大量内存复制。
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提供 -XX:PretenureSizeThreshold 参数，大于此值的对象直接在老年代分配，避免在 Eden 区和 Survivor 区之间的大量内存复制。
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### 3. 长期存活的对象进入老年代
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### 3. 长期存活的对象进入老年代
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JVM 为对象定义年龄计数器，经过 Minor GC 依然存活，并且能被 Survivor 区容纳的，移被移到 Survivor 区，年龄就增加 1 岁，增加到一定年龄则移动到老年代中（默认 15 岁，通过 -XX:MaxTenuringThreshold 设置）。
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JVM 为对象定义年龄计数器，经过 Minor GC 依然存活，并且能被 Survivor 区容纳的，移被移到 Survivor 区，年龄就增加 1 岁，增加到一定年龄则移动到老年代中（默认 15 岁，通过 -XX:MaxTenuringThreshold 设置）。
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### 4. 动态对象年龄判定
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### 4. 动态对象年龄判定
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JVM 并不是永远地要求对象的年龄必须达到 MaxTenuringThreshold 才能晋升老年代，如果在 Survivor 区中相同年龄所有对象大小的总和大于 Survivor 空间的一半，则年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入老年代，无序等待 MaxTenuringThreshold 中要求的年龄。
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JVM 并不是永远地要求对象的年龄必须达到 MaxTenuringThreshold 才能晋升老年代，如果在 Survivor 区中相同年龄所有对象大小的总和大于 Survivor 空间的一半，则年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入老年代，无序等待 MaxTenuringThreshold 中要求的年龄。
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### 5. 空间分配担保
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### 5. 空间分配担保
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在发生 Minor GC 之前，JVM 先检查老年代最大可用的连续空间是否大于新生代所有对象总空间，如果条件成立的话，那么 Minor GC 可以确认是安全的；如果不成立的话 JVM 会查看 HandlePromotionFailure 设置值是否允许担保失败，如果允许那么就会继续检查老年代最大可用的连续空间是否大于历次晋升到老年代对象的平均大小，如果大于，将尝试着进行一次 Minor GC，尽管这次 Minor GC 是有风险的；如果小于，或者 HandlePromotionFailure 设置不允许冒险，那这时也要改为进行一次 Full GC。
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在发生 Minor GC 之前，JVM 先检查老年代最大可用的连续空间是否大于新生代所有对象总空间，如果条件成立的话，那么 Minor GC 可以确认是安全的；如果不成立的话 JVM 会查看 HandlePromotionFailure 设置值是否允许担保失败，如果允许那么就会继续检查老年代最大可用的连续空间是否大于历次晋升到老年代对象的平均大小，如果大于，将尝试着进行一次 Minor GC，尽管这次 Minor GC 是有风险的；如果小于，或者 HandlePromotionFailure 设置不允许冒险，那这时也要改为进行一次 Full GC。
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## Full GC 的触发条件
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## Full GC 的触发条件
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对于 Minor GC，其触发条件非常简单，当 Eden 区空间满时，就将触发一次 Minor GC。而 Full GC 则相对复杂，有以下条件：
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对于 Minor GC，其触发条件非常简单，当 Eden 区空间满时，就将触发一次 Minor GC。而 Full GC 则相对复杂，有以下条件：
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### 1. 调用 System.gc()
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### 1. 调用 System.gc()
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此方法的调用是建议 JVM 进行 Full GC，虽然只是建议而非一定，但很多情况下它会触发 Full GC，从而增加 Full GC 的频率，也即增加了间歇性停顿的次数。因此强烈建议能不使用此方法就不要使用，让虚拟机自己去管理它的内存。可通过 -XX:+ DisableExplicitGC 来禁止 RMI 调用 System.gc()。
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此方法的调用是建议 JVM 进行 Full GC，虽然只是建议而非一定，但很多情况下它会触发 Full GC，从而增加 Full GC 的频率，也即增加了间歇性停顿的次数。因此强烈建议能不使用此方法就不要使用，让虚拟机自己去管理它的内存。可通过 -XX:+ DisableExplicitGC 来禁止 RMI 调用 System.gc()。
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### 2. 老年代空间不足
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### 2. 老年代空间不足
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老年代空间不足的常见场景为前文所讲的大对象直接进入老年代、长期存活的对象进入老年代等，当执行 Full GC 后空间仍然不足，则抛出 Java.lang.OutOfMemoryError。为避免以上原因引起的 Full GC，调优时应尽量做到让对象在 Minor GC 阶段被回收、让对象在新生代多存活一段时间以及不要创建过大的对象及数组。
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老年代空间不足的常见场景为前文所讲的大对象直接进入老年代、长期存活的对象进入老年代等，当执行 Full GC 后空间仍然不足，则抛出 Java.lang.OutOfMemoryError。为避免以上原因引起的 Full GC，调优时应尽量做到让对象在 Minor GC 阶段被回收、让对象在新生代多存活一段时间以及不要创建过大的对象及数组。
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### 3. 空间分配担保失败
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### 3. 空间分配担保失败
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使用复制算法的 Minor GC 需要老年代的内存空间作担保，如果出现了 HandlePromotionFailure 担保失败，则会触发 Full GC。
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使用复制算法的 Minor GC 需要老年代的内存空间作担保，如果出现了 HandlePromotionFailure 担保失败，则会触发 Full GC。
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### 4. JDK 1.7 及以前的永久代空间不足
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### 4. JDK 1.7 及以前的永久代空间不足
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在 JDK 1.7 及以前，HotSpot 虚拟机中的方法区是用永久代实现的，永久代中存放的为一些 class 的信息、常量、静态变量等数据，当系统中要加载的类、反射的类和调用的方法较多时，永久代可能会被占满，在未配置为采用 CMS GC 的情况下也会执行 Full GC。如果经过 Full GC 仍然回收不了，那么 JVM 会抛出 java.lang.OutOfMemoryError，为避免以上原因引起的 Full GC，可采用的方法为增大永久代空间或转为使用 CMS GC。
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在 JDK 1.7 及以前，HotSpot 虚拟机中的方法区是用永久代实现的，永久代中存放的为一些 class 的信息、常量、静态变量等数据，当系统中要加载的类、反射的类和调用的方法较多时，永久代可能会被占满，在未配置为采用 CMS GC 的情况下也会执行 Full GC。如果经过 Full GC 仍然回收不了，那么 JVM 会抛出 java.lang.OutOfMemoryError，为避免以上原因引起的 Full GC，可采用的方法为增大永久代空间或转为使用 CMS GC。
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### 5. Concurrent Mode Failure
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### 5. Concurrent Mode Failure
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执行 CMS GC 的过程中同时有对象要放入老年代，而此时老年代空间不足（有时候“空间不足”是 CMS GC 时当前的浮动垃圾过多导致暂时性的空间不足触发 Full GC），便会报 Concurrent Mode Failure 错误，并触发 Full GC。
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执行 CMS GC 的过程中同时有对象要放入老年代，而此时老年代空间不足（有时候“空间不足”是 CMS GC 时当前的浮动垃圾过多导致暂时性的空间不足触发 Full GC），便会报 Concurrent Mode Failure 错误，并触发 Full GC。
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# 三、类加载机制
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# 三、类加载机制
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类是在运行期间动态加载的。
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## 类的生命周期
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## 类的生命周期
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<div align="center"> <img src="../pics//32b8374a-e822-4720-af0b-c0f485095ea2.jpg"/> </div><br>
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包括以下 7 个阶段：
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包括以下 7 个阶段：
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- **加载（Loading）**
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- **验证（Verification）**
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- **准备（Preparation）**
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- **解析（Resolution）**
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- **初始化（Initialization）**
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- 使用（Using）
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- 卸载（Unloading）
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- **加载（Loading）**
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- **验证（Verification）**
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- **准备（Preparation）**
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- **解析（Resolution）**
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- **初始化（Initialization）**
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- 使用（Using）
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- 卸载（Unloading）
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其中解析过程在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始，这是为了支持 Java 的动态绑定。
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其中解析过程在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始，这是为了支持 Java 的动态绑定。
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## 类初始化时机
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## 类初始化时机
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虚拟机规范中并没有强制约束何时进行加载，但是规范严格规定了有且只有下列五种情况必须对类进行初始化（加载、验证、准备都会随着发生）：
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1. 遇到 new、getstatic、putstatic、invokestatic 这四条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则必须先触发其初始化。最常见的生成这 4 条指令的场景是：使用 new 关键字实例化对象的时候；读取或设置一个类的静态字段（被 final 修饰、已在编译器把结果放入常量池的静态字段除外）的时候；以及调用一个类的静态方法的时候。
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1. 遇到 new、getstatic、putstatic、invokestatic 这四条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则必须先触发其初始化。最常见的生成这 4 条指令的场景是：使用 new 关键字实例化对象的时候；读取或设置一个类的静态字段（被 final 修饰、已在编译器把结果放入常量池的静态字段除外）的时候；以及调用一个类的静态方法的时候。
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2. 使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行初始化，则需要先触发其初始化。
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2. 使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行初始化，则需要先触发其初始化。
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3. 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化。
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3. 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化。
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4. 当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含 main() 方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类；
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4. 当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含 main() 方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类；
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5. 当使用 JDK.7 的动态语言支持时，如果一个 java.lang.invoke.MethodHandle 实例最后的解析结果为 REF_getStatic, REF_putStatic, REF_invokeStatic 的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化；
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5. 当使用 JDK.7 的动态语言支持时，如果一个 java.lang.invoke.MethodHandle 实例最后的解析结果为 REF_getStatic, REF_putStatic, REF_invokeStatic 的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化；
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以上 5 种场景中的行为称为对一个类进行主动引用。除此之外，所有引用类的方式都不会触发初始化，称为被动引用。被动引用的常见例子包括：
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以上 5 种场景中的行为称为对一个类进行主动引用。除此之外，所有引用类的方式都不会触发初始化，称为被动引用。被动引用的常见例子包括：
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- 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化。
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- 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化。
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```java
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System.out.println(SubClass.value); // value 字段在 SuperClass 中定义
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System.out.println(SubClass.value); // value 字段在 SuperClass 中定义
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```
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- 通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化。该过程会对数组类进行初始化，数组类是一个由虚拟机自动生成的、直接继承自 Object 的子类，其中包含了数组的属性和方法。
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- 通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化。该过程会对数组类进行初始化，数组类是一个由虚拟机自动生成的、直接继承自 Object 的子类，其中包含了数组的属性和方法。
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```java
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SuperClass[] sca = new SuperClass[10];
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SuperClass[] sca = new SuperClass[10];
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```
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- 常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用到定义常量的类，因此不会触发定义常量的类的初始化。
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- 常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用到定义常量的类，因此不会触发定义常量的类的初始化。
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```java
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System.out.println(ConstClass.HELLOWORLD);
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```
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## 类加载过程
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## 类加载过程
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包含了加载、验证、准备、解析和初始化这 5 个阶段。
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包含了加载、验证、准备、解析和初始化这 5 个阶段。
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### 1. 加载
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### 1. 加载
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加载是类加载的一个阶段，注意不要混淆。
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加载过程完成以下三件事：
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1. 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
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2. 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时存储结构。
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3. 在内存中生成一个代表这个类的 Class 对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。
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1. 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
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2. 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时存储结构。
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3. 在内存中生成一个代表这个类的 Class 对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。
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其中二进制字节流可以从以下方式中获取：
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- 从 ZIP 包读取，这很常见，最终成为日后 JAR、EAR、WAR 格式的基础。
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- 从网络中获取，这种场景最典型的应用是 Applet。
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- 运行时计算生成，这种场景使用得最多得就是动态代理技术，在 java.lang.reflect.Proxy 中，就是用了 ProxyGenerator.generateProxyClass 的代理类的二进制字节流。
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- 由其他文件生成，典型场景是 JSP 应用，即由 JSP 文件生成对应的 Class 类。
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- 从数据库读取，这种场景相对少见，例如有些中间件服务器（如 SAP Netweaver）可以选择把程序安装到数据库中来完成程序代码在集群间的分发。
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- 从 ZIP 包读取，这很常见，最终成为日后 JAR、EAR、WAR 格式的基础。
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- 从网络中获取，这种场景最典型的应用是 Applet。
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- 运行时计算生成，这种场景使用得最多得就是动态代理技术，在 java.lang.reflect.Proxy 中，就是用了 ProxyGenerator.generateProxyClass 的代理类的二进制字节流。
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- 由其他文件生成，典型场景是 JSP 应用，即由 JSP 文件生成对应的 Class 类。
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- 从数据库读取，这种场景相对少见，例如有些中间件服务器（如 SAP Netweaver）可以选择把程序安装到数据库中来完成程序代码在集群间的分发。
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...
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### 2. 验证
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### 2. 验证
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确保 Class 文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。
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确保 Class 文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。
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主要有以下 4 个阶段：
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主要有以下 4 个阶段：
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**（一）文件格式验证**
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**（一）文件格式验证**
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验证字节流是否符合 Class 文件格式的规范，并且能被当前版本的虚拟机处理。
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验证字节流是否符合 Class 文件格式的规范，并且能被当前版本的虚拟机处理。
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**（二）元数据验证**
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**（二）元数据验证**
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对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其描述的信息符合 Java 语言规范的要求。
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对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其描述的信息符合 Java 语言规范的要求。
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**（三）字节码验证**
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**（三）字节码验证**
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通过数据流和控制流分析，确保程序语义是合法、符合逻辑的。
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**（四）符号引用验证**
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**（四）符号引用验证**
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发生在虚拟机将符号引用转换为直接引用的时候，对类自身以外（常量池中的各种符号引用）的信息进行匹配性校验。
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### 3. 准备
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### 3. 准备
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类变量是被 static 修饰的变量，准备阶段为类变量分配内存并设置初始值，使用的是方法区的内存。
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类变量是被 static 修饰的变量，准备阶段为类变量分配内存并设置初始值，使用的是方法区的内存。
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实例变量不会在这阶段分配内存，它将会在对象实例化时随着对象一起分配在 Java 堆中。
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实例变量不会在这阶段分配内存，它将会在对象实例化时随着对象一起分配在 Java 堆中。
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初始值一般为 0 值，例如下面的类变量 value 被初始化为 0 而不是 123。
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初始值一般为 0 值，例如下面的类变量 value 被初始化为 0 而不是 123。
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```java
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public static int value = 123;
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public static int value = 123;
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```
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如果类变量是常量，那么会按照表达式来进行初始化，而不是赋值为 0。
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如果类变量是常量，那么会按照表达式来进行初始化，而不是赋值为 0。
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```java
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public static final int value = 123;
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public static final int value = 123;
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```
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### 4. 解析
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### 4. 解析
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将常量池的符号引用替换为直接引用的过程。
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### 5. 初始化
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### 5. 初始化
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初始化阶段才真正开始执行类中的定义的 Java 程序代码。初始化阶段即虚拟机执行类构造器 <clinit>() 方法的过程。
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初始化阶段才真正开始执行类中的定义的 Java 程序代码。初始化阶段即虚拟机执行类构造器 <clinit>() 方法的过程。
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在准备阶段，类变量已经赋过一次系统要求的初始值，而在初始化阶段，根据程序员通过程序制定的主观计划去初始化类变量和其它资源。
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<clinit>() 方法具有以下特点：
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<clinit>() 方法具有以下特点：
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- 是由编译器自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态语句块（static{} 块）中的语句合并产生的，编译器收集的顺序由语句在源文件中出现的顺序决定。特别注意的是，静态语句块只能访问到定义在它之前的类变量，定义在它之后的类变量只能赋值，不能访问。例如以下代码：
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- 是由编译器自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态语句块（static{} 块）中的语句合并产生的，编译器收集的顺序由语句在源文件中出现的顺序决定。特别注意的是，静态语句块只能访问到定义在它之前的类变量，定义在它之后的类变量只能赋值，不能访问。例如以下代码：
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```java
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public class Test {
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static {
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i = 0; // 给变量赋值可以正常编译通过
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System.out.print(i); // 这句编译器会提示“非法向前引用”
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}
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static int i = 1;
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public class Test {
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static {
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i = 0; // 给变量赋值可以正常编译通过
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System.out.print(i); // 这句编译器会提示“非法向前引用”
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}
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static int i = 1;
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}
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```
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- 与类的构造函数（或者说实例构造器 <init>()）不同，不需要显式的调用父类的构造器。虚拟机会自动保证在子类的 <clinit>() 方法运行之前，父类的 <clinit>() 方法已经执行结束。因此虚拟机中第一个执行 <clinit>() 方法的类肯定为 java.lang.Object。
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- 与类的构造函数（或者说实例构造器 <init>()）不同，不需要显式的调用父类的构造器。虚拟机会自动保证在子类的 <clinit>() 方法运行之前，父类的 <clinit>() 方法已经执行结束。因此虚拟机中第一个执行 <clinit>() 方法的类肯定为 java.lang.Object。
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- 由于父类的 <clinit>() 方法先执行，也就意味着父类中定义的静态语句块要优于子类的变量赋值操作。例如以下代码：
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- 由于父类的 <clinit>() 方法先执行，也就意味着父类中定义的静态语句块要优于子类的变量赋值操作。例如以下代码：
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```java
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static class Parent {
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public static int A = 1;
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static {
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A = 2;
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}
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static class Parent {
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public static int A = 1;
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static {
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A = 2;
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}
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}
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static class Sub extends Parent {
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public static int B = A;
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static class Sub extends Parent {
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public static int B = A;
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}
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public static void main(String[] args) {
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System.out.println(Sub.B); // 输出结果是父类中的静态变量 A 的值 ，也就是 2。
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public static void main(String[] args) {
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System.out.println(Sub.B); // 输出结果是父类中的静态变量 A 的值 ，也就是 2。
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}
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```
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- <clinit>() 方法对于类或接口不是必须的，如果一个类中不包含静态语句块，也没有对类变量的赋值操作，编译器可以不为该类生成 <clinit>() 方法。
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- <clinit>() 方法对于类或接口不是必须的，如果一个类中不包含静态语句块，也没有对类变量的赋值操作，编译器可以不为该类生成 <clinit>() 方法。
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- 接口中不可以使用静态语句块，但仍然有类变量初始化的赋值操作，因此接口与类一样都会生成 <clinit>() 方法。但接口与类不同的是，执行接口的 <clinit>() 方法不需要先执行父接口的 <clinit>() 方法。只有当父接口中定义的变量使用时，父接口才会初始化。另外，接口的实现类在初始化时也一样不会执行接口的 <clinit>() 方法。
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- 接口中不可以使用静态语句块，但仍然有类变量初始化的赋值操作，因此接口与类一样都会生成 <clinit>() 方法。但接口与类不同的是，执行接口的 <clinit>() 方法不需要先执行父接口的 <clinit>() 方法。只有当父接口中定义的变量使用时，父接口才会初始化。另外，接口的实现类在初始化时也一样不会执行接口的 <clinit>() 方法。
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- 虚拟机会保证一个类的 <clinit>() 方法在多线程环境下被正确的加锁和同步，如果多个线程同时初始化一个类，只会有一个线程执行这个类的 <clinit>() 方法，其它线程都会阻塞等待，直到活动线程执行 <clinit>() 方法完毕。如果在一个类的 <clinit>() 方法中有耗时的操作，就可能造成多个进程阻塞，在实际过程中此种阻塞很隐蔽。
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- 虚拟机会保证一个类的 <clinit>() 方法在多线程环境下被正确的加锁和同步，如果多个线程同时初始化一个类，只会有一个线程执行这个类的 <clinit>() 方法，其它线程都会阻塞等待，直到活动线程执行 <clinit>() 方法完毕。如果在一个类的 <clinit>() 方法中有耗时的操作，就可能造成多个进程阻塞，在实际过程中此种阻塞很隐蔽。
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## 类加载器
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## 类加载器
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虚拟机设计团队把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流 ( 即字节码 )”这个动作放到 Java 虚拟机外部去实现，以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类。实现这个动作的代码模块称为“类加载器”。
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虚拟机设计团队把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流 ( 即字节码 )”这个动作放到 Java 虚拟机外部去实现，以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类。实现这个动作的代码模块称为“类加载器”。
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### 1. 类与类加载器
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### 1. 类与类加载器
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对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在 Java 虚拟机中的唯一性，每一个类加载器，都拥有一个独立的类名称空间。通俗而言：比较两个类是否“相等”（这里所指的“相等”，包括类的 Class 对象的 equals() 方法、isAssignableFrom() 方法、isInstance() 方法的返回结果，也包括使用 instanceof() 关键字做对象所属关系判定等情况），只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，否则，即使这两个类来源于同一个 Class 文件，被同一个虚拟机加载，只要加载它们的类加载器不同，那这两个类就必定不相等。
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对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在 Java 虚拟机中的唯一性，每一个类加载器，都拥有一个独立的类名称空间。通俗而言：比较两个类是否“相等”（这里所指的“相等”，包括类的 Class 对象的 equals() 方法、isAssignableFrom() 方法、isInstance() 方法的返回结果，也包括使用 instanceof() 关键字做对象所属关系判定等情况），只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，否则，即使这两个类来源于同一个 Class 文件，被同一个虚拟机加载，只要加载它们的类加载器不同，那这两个类就必定不相等。
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### 2. 类加载器分类
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### 2. 类加载器分类
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从 Java 虚拟机的角度来讲，只存在以下两种不同的类加载器：
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从 Java 虚拟机的角度来讲，只存在以下两种不同的类加载器：
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- 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），这个类加载器用 C++ 实现，是虚拟机自身的一部分；
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- 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），这个类加载器用 C++ 实现，是虚拟机自身的一部分；
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- 所有其他类的加载器，这些类由 Java 实现，独立于虚拟机外部，并且全都继承自抽象类 java.lang.ClassLoader。
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- 所有其他类的加载器，这些类由 Java 实现，独立于虚拟机外部，并且全都继承自抽象类 java.lang.ClassLoader。
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从 Java 开发人员的角度看，类加载器可以划分得更细致一些：
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从 Java 开发人员的角度看，类加载器可以划分得更细致一些：
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- 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader） 此类加载器负责将存放在 <JAVA_HOME>\lib 目录中的，或者被 -Xbootclasspath 参数所指定的路径中的，并且是虚拟机识别的（仅按照文件名识别，如 rt.jar，名字不符合的类库即使放在 lib 目录中也不会被加载）类库加载到虚拟机内存中。 启动类加载器无法被 Java 程序直接引用，用户在编写自定义类加载器时，如果需要把加载请求委派给启动类加载器，直接使用 null 代替即可。
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- 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader） 此类加载器负责将存放在 <JAVA_HOME>\lib 目录中的，或者被 -Xbootclasspath 参数所指定的路径中的，并且是虚拟机识别的（仅按照文件名识别，如 rt.jar，名字不符合的类库即使放在 lib 目录中也不会被加载）类库加载到虚拟机内存中。 启动类加载器无法被 Java 程序直接引用，用户在编写自定义类加载器时，如果需要把加载请求委派给启动类加载器，直接使用 null 代替即可。
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- 扩展类加载器（Extension ClassLoader） 这个类加载器是由 ExtClassLoader（sun.misc.Launcher$ExtClassLoader）实现的。它负责将 <JAVA_HOME>/lib/ext 或者被 java.ext.dir 系统变量所指定路径中的所有类库加载到内存中，开发者可以直接使用扩展类加载器。
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- 扩展类加载器（Extension ClassLoader） 这个类加载器是由 ExtClassLoader（sun.misc.Launcher$ExtClassLoader）实现的。它负责将 <JAVA_HOME>/lib/ext 或者被 java.ext.dir 系统变量所指定路径中的所有类库加载到内存中，开发者可以直接使用扩展类加载器。
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- 应用程序类加载器（Application ClassLoader） 这个类加载器是由 AppClassLoader（sun.misc.Launcher$AppClassLoader）实现的。由于这个类加载器是 ClassLoader 中的 getSystemClassLoader() 方法的返回值，因此一般称为系统类加载器。它负责加载用户类路径（ClassPath）上所指定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器，如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。
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- 应用程序类加载器（Application ClassLoader） 这个类加载器是由 AppClassLoader（sun.misc.Launcher$AppClassLoader）实现的。由于这个类加载器是 ClassLoader 中的 getSystemClassLoader() 方法的返回值，因此一般称为系统类加载器。它负责加载用户类路径（ClassPath）上所指定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器，如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。
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### 3. 双亲委派模型
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### 3. 双亲委派模型
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应用程序都是由三种类加载器相互配合进行加载的，如果有必要，还可以加入自己定义的类加载器。下图展示的类加载器之间的层次关系，称为类加载器的双亲委派模型（Parents Delegation Model）。该模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应有自己的父类加载器，这里类加载器之间的父子关系一般通过组合（Composition）关系来实现，而不是通过继承（Inheritance）的关系实现。
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应用程序都是由三种类加载器相互配合进行加载的，如果有必要，还可以加入自己定义的类加载器。下图展示的类加载器之间的层次关系，称为类加载器的双亲委派模型（Parents Delegation Model）。该模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应有自己的父类加载器，这里类加载器之间的父子关系一般通过组合（Composition）关系来实现，而不是通过继承（Inheritance）的关系实现。
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<div align="center"> <img src="../pics//2cdc3ce2-fa82-4c22-baaa-000c07d10473.jpg"/> </div><br>
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**（一）工作过程**
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**（一）工作过程**
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如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载，而是把这个请求委派给父类加载器，每一个层次的加载器都是如此，依次递归。因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成此加载请求（它搜索范围中没有找到所需类）时，子加载器才会尝试自己加载。
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**（二）好处**
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**（二）好处**
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使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系，使得 Java 类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。例如类 java.lang.Object，它存放在 rt.jar 中，无论哪个类加载器要加载这个类，最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载，因此 Object 类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。相反，如果没有双亲委派模型，由各个类加载器自行加载的话，如果用户编写了一个称为java.lang.Object 的类，并放在程序的 ClassPath 中，那系统中将会出现多个不同的 Object 类，程序将变得一片混乱。如果开发者尝试编写一个与 rt.jar 类库中已有类重名的 Java 类，将会发现可以正常编译，但是永远无法被加载运行。
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使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系，使得 Java 类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。例如类 java.lang.Object，它存放在 rt.jar 中，无论哪个类加载器要加载这个类，最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载，因此 Object 类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。相反，如果没有双亲委派模型，由各个类加载器自行加载的话，如果用户编写了一个称为java.lang.Object 的类，并放在程序的 ClassPath 中，那系统中将会出现多个不同的 Object 类，程序将变得一片混乱。如果开发者尝试编写一个与 rt.jar 类库中已有类重名的 Java 类，将会发现可以正常编译，但是永远无法被加载运行。
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**（三）实现**
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**（三）实现**
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```java
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||||
protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException{
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||||
//check the class has been loaded or not
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||||
Class c = findLoadedClass(name);
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||||
if(c == null) {
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||||
try{
|
||||
if(parent != null) {
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||||
c = parent.loadClass(name, false);
|
||||
} else{
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||||
c = findBootstrapClassOrNull(name);
|
||||
}
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||||
} catch(ClassNotFoundException e) {
|
||||
//if throws the exception , the father can not complete the load
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||||
}
|
||||
if(c == null) {
|
||||
c = findClass(name);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
if(resolve) {
|
||||
resolveClass(c);
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||||
}
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||||
return c;
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||||
protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException{
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||||
//check the class has been loaded or not
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||||
Class c = findLoadedClass(name);
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||||
if(c == null) {
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try{
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||||
if(parent != null) {
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||||
c = parent.loadClass(name, false);
|
||||
} else{
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||||
c = findBootstrapClassOrNull(name);
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||||
}
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||||
} catch(ClassNotFoundException e) {
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||||
//if throws the exception , the father can not complete the load
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||||
}
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||||
if(c == null) {
|
||||
c = findClass(name);
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||||
}
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||||
}
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||||
if(resolve) {
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||||
resolveClass(c);
|
||||
}
|
||||
return c;
|
||||
}
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```
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# 四、JVM 参数
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# 四、JVM 参数
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## GC 优化配置
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## GC 优化配置
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| 配置 | 描述 |
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| --- | --- |
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| -Xms | 初始化堆内存大小 |
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| -Xmx | 堆内存最大值 |
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| -Xmn | 新生代大小 |
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| -XX:PermSize | 初始化永久代大小 |
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| -XX:MaxPermSize | 永久代最大容量 |
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| 配置 | 描述 |
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| --- | --- |
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| -Xms | 初始化堆内存大小 |
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| -Xmx | 堆内存最大值 |
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| -Xmn | 新生代大小 |
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| -XX:PermSize | 初始化永久代大小 |
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| -XX:MaxPermSize | 永久代最大容量 |
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## GC 类型设置
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## GC 类型设置
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| 配置 | 描述 |
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| --- | --- |
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| -XX:+UseSerialGC | 串行垃圾回收器 |
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| -XX:+UseParallelGC | 并行垃圾回收器 |
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||||
| -XX:+UseConcMarkSweepGC | 并发标记扫描垃圾回收器 |
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||||
| -XX:ParallelCMSThreads= | 并发标记扫描垃圾回收器 = 为使用的线程数量 |
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| -XX:+UseG1GC | G1 垃圾回收器 |
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| 配置 | 描述 |
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| --- | --- |
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| -XX:+UseSerialGC | 串行垃圾回收器 |
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||||
| -XX:+UseParallelGC | 并行垃圾回收器 |
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||||
| -XX:+UseConcMarkSweepGC | 并发标记扫描垃圾回收器 |
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||||
| -XX:ParallelCMSThreads= | 并发标记扫描垃圾回收器 = 为使用的线程数量 |
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| -XX:+UseG1GC | G1 垃圾回收器 |
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```java
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||||
java -Xmx12m -Xms3m -Xmn1m -XX:PermSize=20m -XX:MaxPermSize=20m -XX:+UseSerialGC -jar java-application.jar
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||||
java -Xmx12m -Xms3m -Xmn1m -XX:PermSize=20m -XX:MaxPermSize=20m -XX:+UseSerialGC -jar java-application.jar
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```
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# 参考资料
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# 参考资料
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||||
- 深入理解 Java 虚拟机
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||||
- [Jvm memory](https://www.slideshare.net/benewu/jvm-memory)
|
||||
- [Memory Architecture Of JVM(Runtime Data Areas)](https://hackthejava.wordpress.com/2015/01/09/memory-architecture-by-jvmruntime-data-areas/)
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||||
- 深入理解 Java 虚拟机
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||||
- [Jvm memory](https://www.slideshare.net/benewu/jvm-memory)
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||||
- [Memory Architecture Of JVM(Runtime Data Areas)](https://hackthejava.wordpress.com/2015/01/09/memory-architecture-by-jvmruntime-data-areas/)
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414
notes/Java IO.md
Normal file
414
notes/Java IO.md
Normal file
@ -0,0 +1,414 @@
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<!-- GFM-TOC -->
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||||
* [一、概览](#一概览)
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||||
* [二、磁盘操作](#二磁盘操作)
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||||
* [三、字节操作](#三字节操作)
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||||
* [四、字符操作](#四字符操作)
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||||
* [五、对象操作](#五对象操作)
|
||||
* [六、网络操作](#六网络操作)
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||||
* [InetAddress](#inetaddress)
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||||
* [URL](#url)
|
||||
* [Sockets](#sockets)
|
||||
* [Datagram](#datagram)
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||||
* [七、NIO](#七nio)
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||||
* [流与块](#流与块)
|
||||
* [通道与缓冲区](#通道与缓冲区)
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||||
* [缓冲区状态变量](#缓冲区状态变量)
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||||
* [文件 NIO 实例](#文件-nio-实例)
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||||
* [阻塞与非阻塞](#阻塞与非阻塞)
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||||
* [套接字 NIO 实例](#套接字-nio-实例)
|
||||
* [内存映射文件](#内存映射文件)
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||||
* [八、参考资料](#八参考资料)
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<!-- GFM-TOC -->
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# 一、概览
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Java 的 I/O 大概可以分成以下几类：
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1. 磁盘操作：File
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2. 字节操作：InputStream 和 OutputStream
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3. 字符操作：Reader 和 Writer
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4. 对象操作：Serializable
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5. 网络操作：Socket
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6. 新的输入/输出：NIO
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# 二、磁盘操作
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File 类可以用于表示文件和目录，但是它只用于表示文件的信息，而不表示文件的内容。
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# 三、字节操作
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<div align="center"> <img src="../pics//DP-Decorator-java.io.png" width="500"/> </div><br>
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Java I/O 使用了装饰者模式来实现。以 InputStream 为例，InputStream 是抽象组件，FileInputStream 是 InputStream 的子类，属于具体组件，提供了字节流的输入操作。FilterInputStream 属于抽象装饰者，装饰者用于装饰组件，为组件提供额外的功能，例如 BufferedInputStream 为 FileInputStream 提供缓存的功能。
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||||
实例化一个具有缓存功能的字节流对象时，只需要在 FileInputStream 对象上再套一层 BufferedInputStream 对象即可。
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```java
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BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(file));
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```
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DataInputStream 装饰者提供了对更多数据类型进行输入的操作，比如 int、double 等基本类型。
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批量读入文件内容到字节数组：
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```java
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byte[] buf = new byte[20*1024];
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||||
int bytes = 0;
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||||
// 最多读取 buf.length 个字节，返回的是实际读取的个数，返回 -1 的时候表示读到 eof，即文件尾
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||||
while((bytes = in.read(buf, 0 , buf.length)) != -1) {
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||||
// ...
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||||
}
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```
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# 四、字符操作
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不管是磁盘还是网络传输，最小的存储单元都是字节，而不是字符，所以 I/O 操作的都是字节而不是字符。但是在程序中操作的通常是字符形式的数据，因此需要提供对字符进行操作的方法。
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InputStreamReader 实现从文本文件的字节流解码成字符流；OutputStreamWriter 实现字符流编码成为文本文件的字节流。它们继承自 Reader 和 Writer。
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||||
编码就是把字符转换为字节，而解码是把字节重新组合成字符。
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```java
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byte[] bytes = str.getBytes(encoding); // 编码
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||||
String str = new String(bytes, encoding)； // 解码
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```
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||||
GBK 编码中，中文占 2 个字节，英文占 1 个字节；UTF-8 编码中，中文占 3 个字节，英文占 1 个字节；Java 使用双字节编码 UTF-16be，中文和英文都占 2 个字节。
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||||
如果编码和解码过程使用不同的编码方式那么就出现了乱码。
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# 五、对象操作
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序列化就是将一个对象转换成字节序列，方便存储和传输。
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序列化：ObjectOutputStream.writeObject()
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反序列化：ObjectInputStream.readObject()
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序列化的类需要实现 Serializable 接口，它只是一个标准，没有任何方法需要实现。
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transient 关键字可以使一些属性不会被序列化。
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**ArrayList 序列化和反序列化的实现** ：ArrayList 中存储数据的数组是用 transient 修饰的，因为这个数组是动态扩展的，并不是所有的空间都被使用，因此就不需要所有的内容都被序列化。通过重写序列化和反序列化方法，使得可以只序列化数组中有内容的那部分数据。
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```java
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||||
private transient Object[] elementData;
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```
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# 六、网络操作
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Java 中的网络支持：
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1. InetAddress：用于表示网络上的硬件资源，即 IP 地址；
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2. URL：统一资源定位符，通过 URL 可以直接读取或者写入网络上的数据；
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3. Sockets：使用 TCP 协议实现网络通信；
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4. Datagram：使用 UDP 协议实现网络通信。
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## InetAddress
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没有公有构造函数，只能通过静态方法来创建实例。
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```java
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InetAddress.getByName(String host);
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InetAddress.getByAddress(byte[] addr);
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```
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## URL
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可以直接从 URL 中读取字节流数据
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```java
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URL url = new URL("http://www.baidu.com");
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InputStream is = url.openStream(); // 字节流
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InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is, "utf-8"); // 字符流
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||||
BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
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String line = br.readLine();
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while (line != null) {
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System.out.println(line);
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||||
line = br.readLine();
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||||
}
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||||
br.close();
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||||
isr.close();
|
||||
is.close();
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```
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## Sockets
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- ServerSocket：服务器端类
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- Socket：客户端类
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- 服务器和客户端通过 InputStream 和 OutputStream 进行输入输出。
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<div align="center"> <img src="../pics//ClienteServidorSockets.jpg"/> </div><br>
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## Datagram
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- DatagramPacket：数据包类
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- DatagramSocket：通信类
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# 七、NIO
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新的输入/输出 (NIO) 库是在 JDK 1.4 中引入的。NIO 弥补了原来的 I/O 的不足，它在标准 Java 代码中提供了高速的、面向块的 I/O。
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## 流与块
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I/O 与 NIO 最重要的区别是数据打包和传输的方式，I/O 以流的方式处理数据，而 NIO 以块的方式处理数据。
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面向流的 I/O 一次处理一个字节数据，一个输入流产生一个字节数据，一个输出流消费一个字节数据。为流式数据创建过滤器非常容易，链接几个过滤器，以便每个过滤器只负责单个复杂处理机制的一部分，这样也是相对简单的。不利的一面是，面向流的 I/O 通常相当慢。
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一个面向块的 I/O 系统以块的形式处理数据，一次处理数据块。按块处理数据比按流处理数据要快得多。但是面向块的 I/O 缺少一些面向流的 I/O 所具有的优雅性和简单性。
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I/O 包和 NIO 已经很好地集成了，java.io.\* 已经以 NIO 为基础重新实现了，所以现在它可以利用 NIO 的一些特性。例如， java.io.\* 包中的一些类包含以块的形式读写数据的方法，这使得即使在面向流的系统中，处理速度也会更快。
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## 通道与缓冲区
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### 1. 通道
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通道 Channel 是对原 I/O 包中的流的模拟，可以通过它读取和写入数据。
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通道与流的不同之处在于，流只能在一个方向上移动，(一个流必须是 InputStream 或者 OutputStream 的子类)，而通道是双向的，可以用于读、写或者同时用于读写。
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通道包括以下类型：
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- FileChannel：从文件中读写数据；
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- DatagramChannel：通过 UDP 读写网络中数据；
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- SocketChannel：通过 TCP 读写网络中数据；
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- ServerSocketChannel：可以监听新进来的 TCP 连接，对每一个新进来的连接都会创建一个 SocketChannel。
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### 2. 缓冲区
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发送给一个通道的所有对象都必须首先放到缓冲区中，同样地，从通道中读取的任何数据都要读到缓冲区中。也就是说，不会直接对通道进行读写数据，而是要先经过缓冲区。
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缓冲区实质上是一个数组，但它不仅仅是一个数组。缓冲区提供了对数据的结构化访问，而且还可以跟踪系统的读/写进程。
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缓冲区包括以下类型：
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- ByteBuffer
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- CharBuffer
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- ShortBuffer
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- IntBuffer
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- LongBuffer
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- FloatBuffer
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- DoubleBuffer
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## 缓冲区状态变量
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- capacity：最大容量；
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- position：当前已经读写的字节数；
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- limit：还可以读写的字节数。
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状态变量的改变过程：
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1. 新建一个大小为 8 个字节的缓冲区，此时 position 为 0，而 limit = capacity = 9。capacity 变量不会改变，下面的讨论会忽略它。
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<div align="center"> <img src="../pics//1bea398f-17a7-4f67-a90b-9e2d243eaa9a.png"/> </div><br>
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2. 从输入通道中读取 3 个字节数据写入缓冲区中，此时 position 移动设为 3，limit 保持不变。
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<div align="center"> <img src="../pics//4628274c-25b6-4053-97cf-d1239b44c43d.png"/> </div><br>
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3. 以下图例为已经从输入通道读取了 5 个字节数据写入缓冲区中。在将缓冲区的数据写到输出通道之前，需要先调用 flip() 方法，这个方法将 limit 设置为当前 position，并将 position 设置为 0。
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<div align="center"> <img src="../pics//952e06bd-5a65-4cab-82e4-dd1536462f38.png"/> </div><br>
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||||
4. 从缓冲区中取 4 个字节到输出缓冲中，此时 position 设为 4。
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<div align="center"> <img src="../pics//b5bdcbe2-b958-4aef-9151-6ad963cb28b4.png"/> </div><br>
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5. 最后需要调用 clear() 方法来清空缓冲区，此时 position 和 limit 都被设置为最初位置。
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<div align="center"> <img src="../pics//67bf5487-c45d-49b6-b9c0-a058d8c68902.png"/> </div><br>
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## 文件 NIO 实例
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1\. 为要读取的文件创建 FileInputStream，之后通过 FileInputStream 获取输入 FileChannel；
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```java
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FileInputStream fin = new FileInputStream("readandshow.txt");
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FileChannel fic = fin.getChannel();
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```
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2\. 创建一个容量为 1024 的 Buffer；
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```java
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ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
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```
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3\. 将数据从输入 FileChannel 写入到 Buffer 中，如果没有数据的话， read() 方法会返回 -1；
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```java
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int r = fcin.read(buffer);
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if (r == -1) {
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break;
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}
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```
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||||
4\. 为要写入的文件创建 FileOutputStream，之后通过 FileOutputStream 获取输出 FileChannel
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```java
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FileOutputStream fout = new FileOutputStream("writesomebytes.txt");
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||||
FileChannel foc = fout.getChannel();
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```
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||||
5\. 调用 flip() 切换读写
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```java
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||||
buffer.flip();
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||||
```
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6\. 把 Buffer 中的数据读取到输出 FileChannel 中
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```java
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||||
foc.write(buffer);
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||||
```
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7\. 最后调用 clear() 重置缓冲区
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||||
```java
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||||
buffer.clear();
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```
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||||
## 阻塞与非阻塞
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应当注意，FileChannel 不能切换到非阻塞模式，套接字 Channel 可以。
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### 1. 阻塞式 I/O
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阻塞式 I/O 在调用 InputStream.read() 方法时会一直等到数据到来时（或超时）才会返回，在调用 ServerSocket.accept() 方法时，也会一直阻塞到有客户端连接才会返回。
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服务端都会为每个连接的客户端创建一个线程来处理读写请求，阻塞式的特点会造成服务器会创建大量线程，并且大部分线程处于阻塞的状态，因此对服务器的性能会有很大的影响。
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<div align="center"> <img src="../pics//edc23f99-c46c-4200-b64e-07516828720d.jpg"/> </div><br>
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### 2. 非阻塞式 I/O
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由一个专门的线程来处理所有的 I/O 事件，并负责分发。
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事件驱动机制：事件到的时候触发，而不是同步地监视事件。
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线程通信：线程之间通过 wait()、notify() 等方式通信，保证每次上下文切换都是有意义的，减少无谓的线程切换。
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<div align="center"> <img src="../pics//7fcb2fb0-2cd9-4396-bc2d-282becf963c3.jpg"/> </div><br>
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## 套接字 NIO 实例
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### 1. ServerSocketChannel
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每一个监听端口都需要有一个 ServerSocketChannel 用来监听连接。
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```java
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ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
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ssc.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞
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ServerSocket ss = ssc.socket();
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InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(ports[i]);
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ss.bind(address); // 绑定端口号
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```
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### 2. Selectors
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异步 I/O 通过 Selector 注册对特定 I/O 事件的兴趣 ― 可读的数据的到达、新的套接字连接等等，在发生这样的事件时，系统将会发送通知。
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创建 Selectors 之后，就可以对不同的通道对象调用 register() 方法。register() 的第一个参数总是这个 Selector。第二个参数是 OP_ACCEPT，这里它指定我们想要监听 ACCEPT 事件，也就是在新的连接建立时所发生的事件。
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SelectionKey 代表这个通道在此 Selector 上的这个注册。当某个 Selector 通知您某个传入事件时，它是通过提供对应于该事件的 SelectionKey 来进行的。SelectionKey 还可以用于取消通道的注册。
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```java
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Selector selector = Selector.open();
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||||
SelectionKey key = ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
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```
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### 3. 主循环
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首先，我们调用 Selector 的 select() 方法。这个方法会阻塞，直到至少有一个已注册的事件发生。当一个或者更多的事件发生时，select() 方法将返回所发生的事件的数量。
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接下来，我们调用 Selector 的 selectedKeys() 方法，它返回发生了事件的 SelectionKey 对象的一个集合。
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我们通过迭代 SelectionKeys 并依次处理每个 SelectionKey 来处理事件。对于每一个 SelectionKey，您必须确定发生的是什么 I/O 事件，以及这个事件影响哪些 I/O 对象。
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```java
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int num = selector.select();
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Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
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Iterator it = selectedKeys.iterator();
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while (it.hasNext()) {
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SelectionKey key = (SelectionKey)it.next();
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// ... deal with I/O event ...
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}
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```
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### 4. 监听新连接
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程序执行到这里，我们仅注册了 ServerSocketChannel，并且仅注册它们“接收”事件。为确认这一点，我们对 SelectionKey 调用 readyOps() 方法，并检查发生了什么类型的事件：
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```java
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if ((key.readyOps() & SelectionKey.OP_ACCEPT)
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||||
== SelectionKey.OP_ACCEPT) {
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// Accept the new connection
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||||
// ...
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||||
}
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```
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可以肯定地说，readOps() 方法告诉我们该事件是新的连接。
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### 5. 接受新的连接
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因为我们知道这个服务器套接字上有一个传入连接在等待，所以可以安全地接受它；也就是说，不用担心 accept() 操作会阻塞：
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```java
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ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel)key.channel();
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SocketChannel sc = ssc.accept();
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```
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下一步是将新连接的 SocketChannel 配置为非阻塞的。而且由于接受这个连接的目的是为了读取来自套接字的数据，所以我们还必须将 SocketChannel 注册到 Selector 上，如下所示：
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```java
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sc.configureBlocking(false);
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||||
SelectionKey newKey = sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
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```
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||||
注意我们使用 register() 的 OP_READ 参数，将 SocketChannel 注册用于读取而不是接受新连接。
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### 6. 删除处理过的 SelectionKey
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在处理 SelectionKey 之后，我们几乎可以返回主循环了。但是我们必须首先将处理过的 SelectionKey 从选定的键集合中删除。如果我们没有删除处理过的键，那么它仍然会在主集合中以一个激活的键出现，这会导致我们尝试再次处理它。我们调用迭代器的 remove() 方法来删除处理过的 SelectionKey：
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```java
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||||
it.remove();
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```
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||||
现在我们可以返回主循环并接受从一个套接字中传入的数据 (或者一个传入的 I/O 事件) 了。
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### 7. 传入的 I/O
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||||
当来自一个套接字的数据到达时，它会触发一个 I/O 事件。这会导致在主循环中调用 Selector.select()，并返回一个或者多个 I/O 事件。这一次， SelectionKey 将被标记为 OP_READ 事件，如下所示：
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||||
```java
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||||
} else if ((key.readyOps() & SelectionKey.OP_READ)
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||||
== SelectionKey.OP_READ) {
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// Read the data
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||||
SocketChannel sc = (SocketChannel)key.channel();
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||||
// ...
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||||
}
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||||
```
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## 内存映射文件
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内存映射文件 I/O 是一种读和写文件数据的方法，它可以比常规的基于流或者基于通道的 I/O 快得多。
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只有文件中实际读取或者写入的部分才会映射到内存中。
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现代操作系统一般根据需要将文件的部分映射为内存的部分，从而实现文件系统。Java 内存映射机制不过是在底层操作系统中可以采用这种机制时，提供了对该机制的访问。
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向内存映射文件写入可能是危险的，仅只是改变数组的单个元素这样的简单操作，就可能会直接修改磁盘上的文件。修改数据与将数据保存到磁盘是没有分开的。
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下面代码行将文件的前 1024 个字节映射到内存中，map() 方法返回一个 MappedByteBuffer，它是 ByteBuffer 的子类。因此，您可以像使用其他任何 ByteBuffer 一样使用新映射的缓冲区，操作系统会在需要时负责执行行映射。
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```java
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||||
MappedByteBuffer mbb = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, 1024);
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```
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# 八、参考资料
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||||
- Eckel B, 埃克尔, 昊鹏, 等. Java 编程思想 [M]. 机械工业出版社, 2002.
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||||
- [IBM: NIO 入门](https://www.ibm.com/developerworks/cn/education/java/j-nio/j-nio.html)
|
||||
- [深入分析 Java I/O 的工作机制](https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-javaio/index.html)
|
||||
- [NIO 与传统 IO 的区别](http://blog.csdn.net/shimiso/article/details/24990499)
|
||||
- [Decorator Design Pattern](http://stg-tud.github.io/sedc/Lecture/ws13-14/5.3-Decorator.html#mode=document)
|
||||
- [Socket Multicast](http://labojava.blogspot.com/2012/12/socket-multicast.html)
|
||||
586
notes/Java 基础.md
586
notes/Java 基础.md
@ -1,523 +1,553 @@
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||||
[TOC]
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<!-- GFM-TOC -->
|
||||
* [一、关键字](#一关键字)
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||||
* [final](#final)
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||||
* [static](#static)
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||||
* [二、Object 通用方法](#二object-通用方法)
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||||
* [概览](#概览)
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||||
* [clone()](#clone)
|
||||
* [equals()](#equals)
|
||||
* [四、继承](#四继承)
|
||||
* [访问权限](#访问权限)
|
||||
* [抽象类与接口](#抽象类与接口)
|
||||
* [super](#super)
|
||||
* [重载与重写](#重载与重写)
|
||||
* [五、String](#五string)
|
||||
* [String, StringBuffer and StringBuilder](#string,-stringbuffer-and-stringbuilder)
|
||||
* [String 不可变的原因](#string-不可变的原因)
|
||||
* [String.intern()](#stringintern)
|
||||
* [六、基本类型与运算](#六基本类型与运算)
|
||||
* [包装类型](#包装类型)
|
||||
* [switch](#switch)
|
||||
* [七、反射](#七反射)
|
||||
* [八、异常](#八异常)
|
||||
* [九、泛型](#九泛型)
|
||||
* [十、注解](#十注解)
|
||||
* [十一、特性](#十一特性)
|
||||
* [面向对象三大特性](#面向对象三大特性)
|
||||
* [Java 各版本的新特性](#java-各版本的新特性)
|
||||
* [Java 与 C++ 的区别](#java-与-c++-的区别)
|
||||
* [JRE or JDK](#jre-or-jdk)
|
||||
<!-- GFM-TOC -->
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# 一、关键字
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## final
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||||
# 一、关键字
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||||
<font size=4> **1. 数据** </font> </br>
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## final
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||||
<font size=4> **1. 数据** </font> </br>
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|
||||
声明数据为常量，可以是编译时常量，也可以是在运行时被初始化后不能被改变的常量。
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||||
|
||||
- 对于基本类型，final 使数值不变；
|
||||
- 对于引用类型，final 使引用不变，也就不能引用其它对象，但是被引用的对象本身是可以修改的。
|
||||
- 对于基本类型，final 使数值不变；
|
||||
- 对于引用类型，final 使引用不变，也就不能引用其它对象，但是被引用的对象本身是可以修改的。
|
||||
|
||||
<font size=4> **2. 方法** </font> </br>
|
||||
<font size=4> **2. 方法** </font> </br>
|
||||
|
||||
声明方法不能被子类覆盖。
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||||
|
||||
private 方法隐式地被指定为 final，如果在子类中定义的方法和基类中的一个 private 方法签名相同，此时子类的方法不是覆盖基类方法，而是重载了。
|
||||
private 方法隐式地被指定为 final，如果在子类中定义的方法和基类中的一个 private 方法签名相同，此时子类的方法不是覆盖基类方法，而是重载了。
|
||||
|
||||
<font size=4> **3. 类** </font> </br>
|
||||
<font size=4> **3. 类** </font> </br>
|
||||
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||||
声明类不允许被继承。
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||||
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||||
## static
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||||
## static
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||||
|
||||
<font size=4> **1. 静态变量** </font> </br>
|
||||
<font size=4> **1. 静态变量** </font> </br>
|
||||
|
||||
静态变量在内存中只存在一份，只在类第一次实例化时初始化一次。
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||||
|
||||
- 静态变量： 类所有的实例都共享静态变量，可以直接通过类名来访问它；
|
||||
- 实例变量：每创建一个实例就会产生一个实例变量，它与该实例同生共死。
|
||||
- 静态变量： 类所有的实例都共享静态变量，可以直接通过类名来访问它；
|
||||
- 实例变量：每创建一个实例就会产生一个实例变量，它与该实例同生共死。
|
||||
|
||||
<font size=4> **2. 静态方法** </font> </br>
|
||||
<font size=4> **2. 静态方法** </font> </br>
|
||||
|
||||
静态方法在类加载的时候就存在了，它不依赖于任何实例，所以 static 方法必须实现，也就是说它不能是抽象方法（abstract）。
|
||||
静态方法在类加载的时候就存在了，它不依赖于任何实例，所以 static 方法必须实现，也就是说它不能是抽象方法（abstract）。
|
||||
|
||||
<font size=4> **3. 静态语句块** </font> </br>
|
||||
<font size=4> **3. 静态语句块** </font> </br>
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||||
|
||||
静态语句块和静态变量一样在类第一次实例化时运行一次。
|
||||
|
||||
<font size=4> **4. 初始化顺序** </font> </br>
|
||||
<font size=4> **4. 初始化顺序** </font> </br>
|
||||
|
||||
静态数据优先于其它数据的初始化，静态变量和静态语句块哪个先运行取决于它们在代码中的顺序。
|
||||
|
||||
```java
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||||
public static String staticField = "静态变量";
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||||
public static String staticField = "静态变量";
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||||
```
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||||
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||||
```java
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||||
static {
|
||||
System.out.println("静态语句块");
|
||||
static {
|
||||
System.out.println("静态语句块");
|
||||
}
|
||||
```
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||||
|
||||
实例变量和普通语句块的初始化在静态变量和静态语句块初始化结束之后。
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||||
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||||
```java
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||||
public String field = "实例变量";
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||||
public String field = "实例变量";
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||||
```
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||||
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||||
```java
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||||
{
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||||
System.out.println("普通语句块");
|
||||
System.out.println("普通语句块");
|
||||
}
|
||||
```
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||||
|
||||
最后才是构造函数中的数据进行初始化
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||||
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||||
```java
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||||
public InitialOrderTest() {
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||||
System.out.println("构造函数");
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||||
public InitialOrderTest() {
|
||||
System.out.println("构造函数");
|
||||
}
|
||||
```
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||||
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||||
存在继承的情况下，初始化顺序为：
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||||
1. 父类（静态变量、静态语句块块）
|
||||
2. 子类（静态变量、静态语句块）
|
||||
3. 父类（实例变量、普通语句块）
|
||||
4. 父类（构造函数）
|
||||
5. 子类（实例变量、普通语句块）
|
||||
6. 子类（构造函数）
|
||||
1. 父类（静态变量、静态语句块块）
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||||
2. 子类（静态变量、静态语句块）
|
||||
3. 父类（实例变量、普通语句块）
|
||||
4. 父类（构造函数）
|
||||
5. 子类（实例变量、普通语句块）
|
||||
6. 子类（构造函数）
|
||||
|
||||
# 二、Object 通用方法
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||||
# 二、Object 通用方法
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||||
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||||
## 概览
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||||
## 概览
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||||
```java
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||||
public final native Class<?> getClass()
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||||
public final native Class<?> getClass()
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||||
public native int hashCode()
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||||
public native int hashCode()
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||||
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||||
public boolean equals(Object obj)
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||||
public boolean equals(Object obj)
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||||
protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException
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||||
protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException
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||||
public String toString()
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||||
public String toString()
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||||
public final native void notify()
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||||
public final native void notify()
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||||
public final native void notifyAll()
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||||
public final native void notifyAll()
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||||
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||||
public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException
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||||
public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException
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||||
public final void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException
|
||||
public final void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException
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||||
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||||
public final void wait() throws InterruptedException
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||||
public final void wait() throws InterruptedException
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||||
protected void finalize() throws Throwable {}
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protected void finalize() throws Throwable {}
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```
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## clone()
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||||
## clone()
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||||
<font size=4> **1. 浅拷贝** </font> </br>
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<font size=4> **1. 浅拷贝** </font> </br>
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||||
引用类型引用同一个对象。clone() 方法默认就是浅拷贝实现。
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||||
引用类型引用同一个对象。clone() 方法默认就是浅拷贝实现。
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<div align="center"> <img src="../pics//d990c0e7-64d1-4ba3-8356-111bc91e53c5.png"/> </div><br>
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||||
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||||
<font size=4> **2. 深拷贝** </font> </br>
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||||
<font size=4> **2. 深拷贝** </font> </br>
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||||
可以使用序列化实现。
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<div align="center"> <img src="../pics//2e5620c4-b558-46fe-8f12-00c9dd597a61.png"/> </div><br>
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||||
|
||||
> [How do I copy an object in Java?](https://stackoverflow.com/questions/869033/how-do-i-copy-an-object-in-java)
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||||
> [How do I copy an object in Java?](https://stackoverflow.com/questions/869033/how-do-i-copy-an-object-in-java)
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## equals()
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## equals()
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<font size=4> **1. == 与 equals() 区别** </font> </br>
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<font size=4> **1. == 与 equals() 区别** </font> </br>
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||||
- 对于基本类型，== 判断两个值是否相等；
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||||
- 对于基本类型，== 判断两个值是否相等；
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||||
- 对于引用类型，== 判断两个引用是否引用同一个对象，而 equals() 判断引用的对象是否等价。
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||||
- 对于引用类型，== 判断两个引用是否引用同一个对象，而 equals() 判断引用的对象是否等价。
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||||
<font size=4> **2. 等价性** </font> </br>
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<font size=4> **2. 等价性** </font> </br>
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||||
> [散列](https://github.com/CyC2018/Interview-Notebook/blob/master/notes/Java%20%E5%AE%B9%E5%99%A8.md#%E6%95%A3%E5%88%97)
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||||
> [散列](https://github.com/CyC2018/Interview-Notebook/blob/master/notes/Java%20%E5%AE%B9%E5%99%A8.md#%E6%95%A3%E5%88%97)
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||||
# 四、继承
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# 四、继承
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||||
## 访问权限
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## 访问权限
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||||
Java 中有三个访问权限修饰符：private、protected 以及 public，如果不加访问修饰符，表示包级可见。
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||||
Java 中有三个访问权限修饰符：private、protected 以及 public，如果不加访问修饰符，表示包级可见。
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||||
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||||
可以对类或类中的成员（字段以及方法）加上访问修饰符。成员可见表示其它类可以用成员所在类的对象访问到该成员；类可见表示其它类可以用这个类创建对象。在理解类的可见性时，可以把类当做包中的一个成员，然后包表示一个类，那么就可以类比成员的可见性。
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||||
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||||
protected 用于修饰成员，表示在继承体系中成员对于子类可见。但是这个访问修饰符对于类没有意义，因为包没有继承体系。
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||||
protected 用于修饰成员，表示在继承体系中成员对于子类可见。但是这个访问修饰符对于类没有意义，因为包没有继承体系。
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||||
> [浅析 Java 中的访问权限控制](http://www.importnew.com/18097.html)
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||||
> [浅析 Java 中的访问权限控制](http://www.importnew.com/18097.html)
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||||
## 抽象类与接口
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## 抽象类与接口
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<font size=4> **1. 抽象类** </font> </br>
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<font size=4> **1. 抽象类** </font> </br>
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||||
抽象类和抽象方法都使用 abstract 进行声明。抽象类一般会包含抽象方法，但是少数情况下可以不包含，例如 HttpServlet 类，但是抽象方法一定位于抽象类中。抽象类和普通类最大的区别是，抽象类不能被实例化，需要继承抽象类才能实例化其子类。
|
||||
抽象类和抽象方法都使用 abstract 进行声明。抽象类一般会包含抽象方法，但是少数情况下可以不包含，例如 HttpServlet 类，但是抽象方法一定位于抽象类中。抽象类和普通类最大的区别是，抽象类不能被实例化，需要继承抽象类才能实例化其子类。
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||||
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||||
```java
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||||
public abstract class GenericServlet implements Servlet, ServletConfig, Serializable {
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||||
// abstract method
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||||
abstract void service(ServletRequest req, ServletResponse res);
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||||
public abstract class GenericServlet implements Servlet, ServletConfig, Serializable {
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// abstract method
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||||
abstract void service(ServletRequest req, ServletResponse res);
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||||
void init() {
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// Its implementation
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}
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||||
// other method related to Servlet
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void init() {
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// Its implementation
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}
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// other method related to Servlet
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}
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```
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||||
> [深入理解 abstract class 和 interface](https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/l-javainterface-abstract/)
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> [深入理解 abstract class 和 interface](https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/l-javainterface-abstract/)
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<font size=4> **2. 接口** </font> </br>
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<font size=4> **2. 接口** </font> </br>
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||||
接口是抽象类的延伸，Java 为了安全性而不支持多重继承，一个类只能有一个父类。但是接口不同，一个类可以同时实现多个接口，不管这些接口之间有没有关系，所以接口弥补不支持多重继承的缺陷。从 Java 8 开始，接口也可以拥有默认的方法实现。
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接口是抽象类的延伸，Java 为了安全性而不支持多重继承，一个类只能有一个父类。但是接口不同，一个类可以同时实现多个接口，不管这些接口之间有没有关系，所以接口弥补不支持多重继承的缺陷。从 Java 8 开始，接口也可以拥有默认的方法实现。
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||||
```java
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||||
public interface Externalizable extends Serializable {
|
||||
public interface Externalizable extends Serializable {
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||||
void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException;
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||||
void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException;
|
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|
||||
void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException;
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||||
void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException;
|
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}
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```
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||||
<font size=4> **3. 比较** </font> </br>
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<font size=4> **3. 比较** </font> </br>
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||||
| | **抽象类** | **接口** |
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||||
| --- | --- | --- |
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||||
| 1 | An abstract class can extend only one class or one abstract class at a time | An interface can extend any number of interfaces at a time |
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||||
| 2 | An abstract class can extend another concrete (regular) class or abstract class | An interface can only extend another interface |
|
||||
| 3 | An abstract class can have both abstract and concrete methods | An interface can have only abstract methods |
|
||||
| 4 | In abstract class keyword "abstract" is mandatory to declare a method as an abstract | In an interface keyword "abstract" is optional to declare a method as an abstract |
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| 5 | An abstract class can have protected and public abstract methods | An interface can have only have public abstract methods |
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||||
| 6 | An abstract class can have static, final or static final variable with any access specifier | interface can only have public static final (constant) variable |
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||||
| | **抽象类** | **接口** |
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| --- | --- | --- |
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| 1 | An abstract class can extend only one class or one abstract class at a time | An interface can extend any number of interfaces at a time |
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| 2 | An abstract class can extend another concrete (regular) class or abstract class | An interface can only extend another interface |
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| 3 | An abstract class can have both abstract and concrete methods | An interface can have only abstract methods |
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||||
| 4 | In abstract class keyword "abstract" is mandatory to declare a method as an abstract | In an interface keyword "abstract" is optional to declare a method as an abstract |
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||||
| 5 | An abstract class can have protected and public abstract methods | An interface can have only have public abstract methods |
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||||
| 6 | An abstract class can have static, final or static final variable with any access specifier | interface can only have public static final (constant) variable |
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||||
> [Difference Between Abstract Class and Interface in Java](https://beginnersbook.com/2013/05/abstract-class-vs-interface-in-java/)
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> [Difference Between Abstract Class and Interface in Java](https://beginnersbook.com/2013/05/abstract-class-vs-interface-in-java/)
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<font size=4> **4. 使用选择** </font> </br>
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<font size=4> **4. 使用选择** </font> </br>
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使用抽象类：
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||||
- 需要在几个相关的类中共享代码；
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- 需要能控制继承来的方法和字段的访问权限，而不是都为 public。
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- 需要继承非静态（non-static）和非常量（non-final）字段。
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||||
- 需要在几个相关的类中共享代码；
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||||
- 需要能控制继承来的方法和字段的访问权限，而不是都为 public。
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- 需要继承非静态（non-static）和非常量（non-final）字段。
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||||
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||||
使用接口：
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||||
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||||
- 需要让不相关的类都实现一个方法，例如不相关的类都可以实现 Compareable 接口中的 compareTo() 方法；
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||||
- 需要使用多重继承。
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- 需要让不相关的类都实现一个方法，例如不相关的类都可以实现 Compareable 接口中的 compareTo() 方法；
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- 需要使用多重继承。
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||||
> [When to Use Abstract Class and Interface](https://dzone.com/articles/when-to-use-abstract-class-and-intreface)
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> [When to Use Abstract Class and Interface](https://dzone.com/articles/when-to-use-abstract-class-and-intreface)
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## super
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## super
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<font size=4> **1. 访问父类的成员** </font> </br>
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<font size=4> **1. 访问父类的成员** </font> </br>
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||||
如果子类覆盖了父类的中某个方法的实现，那么就可以通过使用 super 关键字来引用父类的方法实现。
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如果子类覆盖了父类的中某个方法的实现，那么就可以通过使用 super 关键字来引用父类的方法实现。
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||||
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||||
```java
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||||
public class Superclass {
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||||
public void printMethod() {
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||||
System.out.println("Printed in Superclass.");
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}
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public class Superclass {
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public void printMethod() {
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||||
System.out.println("Printed in Superclass.");
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}
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||||
}
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```
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```java
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||||
public class Subclass extends Superclass {
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// Overrides printMethod in Superclass
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public void printMethod() {
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||||
super.printMethod();
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System.out.println("Printed in Subclass");
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||||
}
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||||
public static void main(String[] args) {
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||||
Subclass s = new Subclass();
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||||
s.printMethod();
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||||
}
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||||
public class Subclass extends Superclass {
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// Overrides printMethod in Superclass
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||||
public void printMethod() {
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||||
super.printMethod();
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||||
System.out.println("Printed in Subclass");
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||||
}
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||||
public static void main(String[] args) {
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Subclass s = new Subclass();
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||||
s.printMethod();
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}
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}
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```
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<font size=4> **2. 访问父类的构造函数** </font> </br>
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<font size=4> **2. 访问父类的构造函数** </font> </br>
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||||
可以使用 super() 函数访问父类的构造函数，从而完成一些初始化的工作。
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可以使用 super() 函数访问父类的构造函数，从而完成一些初始化的工作。
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```java
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||||
public MountainBike(int startHeight, int startCadence, int startSpeed, int startGear) {
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||||
super(startCadence, startSpeed, startGear);
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||||
seatHeight = startHeight;
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public MountainBike(int startHeight, int startCadence, int startSpeed, int startGear) {
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super(startCadence, startSpeed, startGear);
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seatHeight = startHeight;
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||||
}
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```
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> [Using the Keyword super](https://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/IandI/super.html)
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> [Using the Keyword super](https://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/IandI/super.html)
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## 重载与重写
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## 重载与重写
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- 重写存在于继承体系中，指子类实现了一个与父类在方法声明上完全相同的一个方法；
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- 重写存在于继承体系中，指子类实现了一个与父类在方法声明上完全相同的一个方法；
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- 重载即存在于继承体系中，也存在于同一个类中，指一个方法与已经存在的方法或者父类的方法名称上相同，但是参数类型、个数、顺序至少有一个不同。应该注意的是，返回值不同，其它都相同不算是重载。
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- 重载即存在于继承体系中，也存在于同一个类中，指一个方法与已经存在的方法或者父类的方法名称上相同，但是参数类型、个数、顺序至少有一个不同。应该注意的是，返回值不同，其它都相同不算是重载。
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# 五、String
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# 五、String
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## String, StringBuffer and StringBuilder
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## String, StringBuffer and StringBuilder
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<font size=4> **1. 是否可变** </font> </br>
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<font size=4> **1. 是否可变** </font> </br>
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String 不可变，StringBuffer 和 StringBuilder 可变。
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String 不可变，StringBuffer 和 StringBuilder 可变。
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<font size=4> **2. 是否线程安全** </font> </br>
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<font size=4> **2. 是否线程安全** </font> </br>
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String 不可变，因此是线程安全的。
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String 不可变，因此是线程安全的。
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StringBuilder 不是线程安全的；StringBuffer 是线程安全的，使用 synchronized 来同步。
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StringBuilder 不是线程安全的；StringBuffer 是线程安全的，使用 synchronized 来同步。
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||||
> [String, StringBuffer, and StringBuilder](https://stackoverflow.com/questions/2971315/string-stringbuffer-and-stringbuilder)
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> [String, StringBuffer, and StringBuilder](https://stackoverflow.com/questions/2971315/string-stringbuffer-and-stringbuilder)
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## String 不可变的原因
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## String 不可变的原因
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<font size=4> **1. 可以缓存 hash 值** </font> </br>
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<font size=4> **1. 可以缓存 hash 值** </font> </br>
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因为 String 的 hash 值经常被使用，例如 String 用做 HashMap 等。不可变的特性可以使得 hash 值也不可变，因此就只需要进行一次计算。
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因为 String 的 hash 值经常被使用，例如 String 用做 HashMap 等。不可变的特性可以使得 hash 值也不可变，因此就只需要进行一次计算。
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<font size=4> **2. String Pool 的需要** </font> </br>
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<font size=4> **2. String Pool 的需要** </font> </br>
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||||
如果 String 已经被创建过了，那么就会从 String Pool 中取得引用。只有 String 是不可变的，才可能使用 String Pool。
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如果 String 已经被创建过了，那么就会从 String Pool 中取得引用。只有 String 是不可变的，才可能使用 String Pool。
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<div align="center"> <img src="../pics//f76067a5-7d5f-4135-9549-8199c77d8f1c.jpg"/> </div><br>
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<font size=4> **3. 安全性** </font> </br>
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<font size=4> **3. 安全性** </font> </br>
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String 经常作为参数，String 不可变性可以保证参数不可变。例如在作为网络连接参数的情况下如果 String 是可变的，那么在网络连接过程中，String 被改变，改变 String 对象的那一方以为现在连接的是其它主机，而实际情况却不一定是。
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String 经常作为参数，String 不可变性可以保证参数不可变。例如在作为网络连接参数的情况下如果 String 是可变的，那么在网络连接过程中，String 被改变，改变 String 对象的那一方以为现在连接的是其它主机，而实际情况却不一定是。
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<font size=4> **4. 线程安全** </font> </br>
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<font size=4> **4. 线程安全** </font> </br>
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String 不可变性天生具备线程安全，可以在多个线程中使用。
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String 不可变性天生具备线程安全，可以在多个线程中使用。
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> [Why String is immutable in Java?](https://www.programcreek.com/2013/04/why-string-is-immutable-in-java/)
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> [Why String is immutable in Java?](https://www.programcreek.com/2013/04/why-string-is-immutable-in-java/)
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## String.intern()
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## String.intern()
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使用 String.intern() 可以保证所有相同内容的字符串变量引用相同的内存对象。
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使用 String.intern() 可以保证所有相同内容的字符串变量引用相同的内存对象。
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||||
> [揭开 String.intern() 那神秘的面纱](https://www.jianshu.com/p/95f516cb75ef)
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> [揭开 String.intern() 那神秘的面纱](https://www.jianshu.com/p/95f516cb75ef)
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# 六、基本类型与运算
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# 六、基本类型与运算
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## 包装类型
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## 包装类型
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八个基本类型：boolean 1 byte 8 char 16 short 16 int 32 float 32 long 64 double 64
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八个基本类型：boolean 1 byte 8 char 16 short 16 int 32 float 32 long 64 double 64
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基本类型都有对应的包装类型，它们之间的赋值使用自动装箱与拆箱完成。
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```java
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||||
Integer x = 2; // 装箱
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int y = x; // 拆箱
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Integer x = 2; // 装箱
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int y = x; // 拆箱
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```
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||||
new Integer(123) 与 Integer.valueOf(123) 的区别在于，Integer.valueOf(123) 可能会使用缓存对象，因此多次使用 Integer.valueOf(123) 会取得同一个对象的引用。
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new Integer(123) 与 Integer.valueOf(123) 的区别在于，Integer.valueOf(123) 可能会使用缓存对象，因此多次使用 Integer.valueOf(123) 会取得同一个对象的引用。
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||||
```java
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||||
public static void main(String[] args) {
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||||
Integer a = new Integer(1);
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||||
Integer b = new Integer(1);
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||||
System.out.println("a==b? " + (a==b));
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||||
public static void main(String[] args) {
|
||||
Integer a = new Integer(1);
|
||||
Integer b = new Integer(1);
|
||||
System.out.println("a==b? " + (a==b));
|
||||
|
||||
Integer c = Integer.valueOf(1);
|
||||
Integer d = Integer.valueOf(1);
|
||||
System.out.println("c==d? " + (c==d));
|
||||
}
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||||
Integer c = Integer.valueOf(1);
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||||
Integer d = Integer.valueOf(1);
|
||||
System.out.println("c==d? " + (c==d));
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||||
}
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```
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||||
```html
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a==b? false
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c==d? true
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a==b? false
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||||
c==d? true
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```
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||||
valueOf() 方法的实现比较简单，就是先判断值是否在缓存池中，如果在的话就直接使用缓存池的内容。
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||||
valueOf() 方法的实现比较简单，就是先判断值是否在缓存池中，如果在的话就直接使用缓存池的内容。
|
||||
|
||||
```java
|
||||
public static Integer valueOf(int i) {
|
||||
final int offset = 128;
|
||||
if (i >= -128 && i <= 127) { // must cache
|
||||
return IntegerCache.cache[i + offset];
|
||||
}
|
||||
return new Integer(i);
|
||||
public static Integer valueOf(int i) {
|
||||
final int offset = 128;
|
||||
if (i >= -128 && i <= 127) { // must cache
|
||||
return IntegerCache.cache[i + offset];
|
||||
}
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||||
return new Integer(i);
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}
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```
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The following is the list of primitives stored as immutable objects:
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The following is the list of primitives stored as immutable objects:
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||||
- boolean values true and false
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- all byte values
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||||
- short values between -128 and 127
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- int values between -128 and 127
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||||
- char in the range \u0000 to \u007F
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- boolean values true and false
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||||
- all byte values
|
||||
- short values between -128 and 127
|
||||
- int values between -128 and 127
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||||
- char in the range \u0000 to \u007F
|
||||
|
||||
自动装箱过程编译器会调用 valueOf() 方法，因此多个 Integer 对象使用装箱来创建并且值相同，那么就会引用相同的对象，这样做很显然是为了节省内存开销。
|
||||
自动装箱过程编译器会调用 valueOf() 方法，因此多个 Integer 对象使用装箱来创建并且值相同，那么就会引用相同的对象，这样做很显然是为了节省内存开销。
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||||
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||||
```java
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||||
Integer x = 1;
|
||||
Integer y = 1;
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||||
System.out.println(c==d); // true
|
||||
Integer x = 1;
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Integer y = 1;
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||||
System.out.println(c==d); // true
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```
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> [Differences between new Integer(123), Integer.valueOf(123) and just 123
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||||
> [Differences between new Integer(123), Integer.valueOf(123) and just 123
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||||
](https://stackoverflow.com/questions/9030817/differences-between-new-integer123-integer-valueof123-and-just-123)
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||||
## switch
|
||||
## switch
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A switch works with the byte, short, char, and int primitive data types. It also works with enumerated types and a few special classes that "wrap" certain primitive types: Character, Byte, Short, and Integer.
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||||
A switch works with the byte, short, char, and int primitive data types. It also works with enumerated types and a few special classes that "wrap" certain primitive types: Character, Byte, Short, and Integer.
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||||
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||||
In the JDK 7 release, you can use a String object in the expression of a switch statement.
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In the JDK 7 release, you can use a String object in the expression of a switch statement.
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||||
|
||||
switch 不支持 long，是因为 swicth 的设计初衷是为那些只需要对少数几个值进行等值判断，如果值过于复杂，那么还是用 if 比较合适。
|
||||
switch 不支持 long，是因为 swicth 的设计初衷是为那些只需要对少数几个值进行等值判断，如果值过于复杂，那么还是用 if 比较合适。
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||||
|
||||
> [Why can't your switch statement data type be long, Java?](https://stackoverflow.com/questions/2676210/why-cant-your-switch-statement-data-type-be-long-java)
|
||||
> [Why can't your switch statement data type be long, Java?](https://stackoverflow.com/questions/2676210/why-cant-your-switch-statement-data-type-be-long-java)
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||||
|
||||
switch 使用查找表的方式来实现，JVM 中使用的指令是 lookupswitch。
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||||
switch 使用查找表的方式来实现，JVM 中使用的指令是 lookupswitch。
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||||
```java
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||||
public static void main(String... args) {
|
||||
switch (1) {
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||||
case 1:
|
||||
break;
|
||||
case 2:
|
||||
break;
|
||||
}
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||||
public static void main(String... args) {
|
||||
switch (1) {
|
||||
case 1:
|
||||
break;
|
||||
case 2:
|
||||
break;
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||||
}
|
||||
}
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||||
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||||
public static void main(java.lang.String[]);
|
||||
Code:
|
||||
Stack=1, Locals=1, Args_size=1
|
||||
0: iconst_1
|
||||
1: lookupswitch{ //2
|
||||
1: 28;
|
||||
2: 31;
|
||||
default: 31 }
|
||||
28: goto 31
|
||||
31: return
|
||||
public static void main(java.lang.String[]);
|
||||
Code:
|
||||
Stack=1, Locals=1, Args_size=1
|
||||
0: iconst_1
|
||||
1: lookupswitch{ //2
|
||||
1: 28;
|
||||
2: 31;
|
||||
default: 31 }
|
||||
28: goto 31
|
||||
31: return
|
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```
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||||
> [How does Java's switch work under the hood?](https://stackoverflow.com/questions/12020048/how-does-javas-switch-work-under-the-hood)
|
||||
> [How does Java's switch work under the hood?](https://stackoverflow.com/questions/12020048/how-does-javas-switch-work-under-the-hood)
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||||
# 七、反射
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||||
# 七、反射
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||||
每个类都有一个 **Class** 对象，包含了与类有关的信息。当编译一个新类时，会产生一个同名的 .class 文件，该文件内容保存着 Class 对象。
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每个类都有一个 **Class** 对象，包含了与类有关的信息。当编译一个新类时，会产生一个同名的 .class 文件，该文件内容保存着 Class 对象。
|
||||
|
||||
类加载相当于 Class 对象的加载。类在第一次使用时才动态加载到 JVM 中，可以使用 Class.forName('com.mysql.jdbc.Driver.class') 这种方式来控制类的加载，该方法会返回一个 Class 对象。
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||||
类加载相当于 Class 对象的加载。类在第一次使用时才动态加载到 JVM 中，可以使用 Class.forName('com.mysql.jdbc.Driver.class') 这种方式来控制类的加载，该方法会返回一个 Class 对象。
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||||
|
||||
反射可以提供运行时的类信息，并且这个类可以在运行时才加载进来，甚至在编译时期该类的 .class 不存在也可以加载进来。
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反射可以提供运行时的类信息，并且这个类可以在运行时才加载进来，甚至在编译时期该类的 .class 不存在也可以加载进来。
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||||
Class 和 java.lang.reflect 一起对反射提供了支持，java.lang.reflect 类库包含了 **Field**、**Method** 以及 **Constructor** 类。可以使用 get() 和 set() 方法读取和修改 Field 对象关联的字段，可以使用 invoke() 方法调用与 Method 对象关联的方法，可以用 Constructor 创建新的对象。
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||||
Class 和 java.lang.reflect 一起对反射提供了支持，java.lang.reflect 类库包含了 **Field** 、**Method** 以及 **Constructor** 类。可以使用 get() 和 set() 方法读取和修改 Field 对象关联的字段，可以使用 invoke() 方法调用与 Method 对象关联的方法，可以用 Constructor 创建新的对象。
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||||
IDE 使用反射机制获取类的信息，在使用一个类的对象时，能够把类的字段、方法和构造函数等信息列出来供用户选择。
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IDE 使用反射机制获取类的信息，在使用一个类的对象时，能够把类的字段、方法和构造函数等信息列出来供用户选择。
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||||
> [深入解析 Java 反射（1）- 基础](http://www.sczyh30.com/posts/Java/java-reflection-1/)
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> [深入解析 Java 反射（1）- 基础](http://www.sczyh30.com/posts/Java/java-reflection-1/)
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||||
<font size=4> **Advantages of Using Reflection:** </font> </br>
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<font size=4> **Advantages of Using Reflection:** </font> </br>
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||||
- **Extensibility Features** : An application may make use of external, user-defined classes by creating instances of extensibility objects using their fully-qualified names.
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||||
- **Class Browsers and Visual Development Environments** : A class browser needs to be able to enumerate the members of classes. Visual development environments can benefit from making use of type information available in reflection to aid the developer in writing correct code.
|
||||
- **Debuggers and Test Tools** : Debuggers need to be able to examine private members on classes. Test harnesses can make use of reflection to systematically call a discoverable set APIs defined on a class, to insure a high level of code coverage in a test suite.
|
||||
- **Extensibility Features** : An application may make use of external, user-defined classes by creating instances of extensibility objects using their fully-qualified names.
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||||
- **Class Browsers and Visual Development Environments** : A class browser needs to be able to enumerate the members of classes. Visual development environments can benefit from making use of type information available in reflection to aid the developer in writing correct code.
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||||
- **Debuggers and Test Tools** : Debuggers need to be able to examine private members on classes. Test harnesses can make use of reflection to systematically call a discoverable set APIs defined on a class, to insure a high level of code coverage in a test suite.
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||||
<font size=4> **Drawbacks of Reflection:** </font> </br>
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<font size=4> **Drawbacks of Reflection:** </font> </br>
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||||
Reflection is powerful, but should not be used indiscriminately. If it is possible to perform an operation without using reflection, then it is preferable to avoid using it. The following concerns should be kept in mind when accessing code via reflection.
|
||||
Reflection is powerful, but should not be used indiscriminately. If it is possible to perform an operation without using reflection, then it is preferable to avoid using it. The following concerns should be kept in mind when accessing code via reflection.
|
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|
||||
- **Performance Overhead** : Because reflection involves types that are dynamically resolved, certain Java virtual machine optimizations can not be performed. Consequently, reflective operations have slower performance than their non-reflective counterparts, and should be avoided in sections of code which are called frequently in performance-sensitive applications.
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||||
- **Security Restrictions** : Reflection requires a runtime permission which may not be present when running under a security manager. This is in an important consideration for code which has to run in a restricted security context, such as in an Applet.
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- **Exposure of Internals** :Since reflection allows code to perform operations that would be illegal in non-reflective code, such as accessing private fields and methods, the use of reflection can result in unexpected side-effects, which may render code dysfunctional and may destroy portability. Reflective code breaks abstractions and therefore may change behavior with upgrades of the platform.
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- **Performance Overhead** : Because reflection involves types that are dynamically resolved, certain Java virtual machine optimizations can not be performed. Consequently, reflective operations have slower performance than their non-reflective counterparts, and should be avoided in sections of code which are called frequently in performance-sensitive applications.
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- **Security Restrictions** : Reflection requires a runtime permission which may not be present when running under a security manager. This is in an important consideration for code which has to run in a restricted security context, such as in an Applet.
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- **Exposure of Internals** :Since reflection allows code to perform operations that would be illegal in non-reflective code, such as accessing private fields and methods, the use of reflection can result in unexpected side-effects, which may render code dysfunctional and may destroy portability. Reflective code breaks abstractions and therefore may change behavior with upgrades of the platform.
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> [Trail: The Reflection API](https://docs.oracle.com/javase/tutorial/reflect/index.html)
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> [Trail: The Reflection API](https://docs.oracle.com/javase/tutorial/reflect/index.html)
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# 八、异常
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# 八、异常
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Throwable 可以用来表示任何可以作为异常抛出的类，分为两种：**Error** 和 **Exception**，其中 Error 用来表示编译时系统错误。
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Throwable 可以用来表示任何可以作为异常抛出的类，分为两种： **Error** 和 **Exception**，其中 Error 用来表示编译时系统错误。
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Exception 分为两种：**受检异常** 和 **非受检异常**。受检异常需要用 try...catch... 语句捕获并进行处理，并且可以从异常中恢复；非受检异常是程序运行时错误，例如除 0 会引发 Arithmetic Exception，此时程序奔溃并且无法恢复。
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Exception 分为两种： **受检异常** 和 **非受检异常**。受检异常需要用 try...catch... 语句捕获并进行处理，并且可以从异常中恢复；非受检异常是程序运行时错误，例如除 0 会引发 Arithmetic Exception，此时程序奔溃并且无法恢复。
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<div align="center"> <img src="../pics//48f8f98e-8dfd-450d-8b5b-df4688f0d377.jpg"/> </div><br>
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||||
> [Java 入门之异常处理](https://www.tianmaying.com/tutorial/Java-Exception)
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> [Java 异常的面试问题及答案 -Part 1](http://www.importnew.com/7383.html)
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> [Java 入门之异常处理](https://www.tianmaying.com/tutorial/Java-Exception)
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> [Java 异常的面试问题及答案 -Part 1](http://www.importnew.com/7383.html)
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# 九、泛型
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# 九、泛型
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```java
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public class Box<T> {
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// T stands for "Type"
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private T t;
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public void set(T t) { this.t = t; }
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public T get() { return t; }
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public class Box<T> {
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// T stands for "Type"
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private T t;
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public void set(T t) { this.t = t; }
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public T get() { return t; }
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}
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```
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> [Java 泛型详解](https://www.ziwenxie.site/2017/03/01/java-generic/)
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> [10 道 Java 泛型面试题](https://cloud.tencent.com/developer/article/1033693)
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> [Java 泛型详解](https://www.ziwenxie.site/2017/03/01/java-generic/)
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> [10 道 Java 泛型面试题](https://cloud.tencent.com/developer/article/1033693)
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# 十、注解
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# 十、注解
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Java 注解是附加在代码中的一些元信息，用于一些工具在编译、运行时进行解析和使用，起到说明、配置的功能。注解不会也不能影响代码的实际逻辑，仅仅起到辅助性的作用。
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Java 注解是附加在代码中的一些元信息，用于一些工具在编译、运行时进行解析和使用，起到说明、配置的功能。注解不会也不能影响代码的实际逻辑，仅仅起到辅助性的作用。
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> [注解 Annotation 实现原理与自定义注解例子](https://www.cnblogs.com/acm-bingzi/p/javaAnnotation.html)
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> [注解 Annotation 实现原理与自定义注解例子](https://www.cnblogs.com/acm-bingzi/p/javaAnnotation.html)
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# 十一、特性
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# 十一、特性
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## 面向对象三大特性
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## 面向对象三大特性
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||||
> [封装、继承、多态](https://github.com/CyC2018/Interview-Notebook/blob/master/notes/%E9%9D%A2%E5%90%91%E5%AF%B9%E8%B1%A1%E6%80%9D%E6%83%B3.md#%E5%B0%81%E8%A3%85%E7%BB%A7%E6%89%BF%E5%A4%9A%E6%80%81)
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> [封装、继承、多态](https://github.com/CyC2018/Interview-Notebook/blob/master/notes/%E9%9D%A2%E5%90%91%E5%AF%B9%E8%B1%A1%E6%80%9D%E6%83%B3.md#%E5%B0%81%E8%A3%85%E7%BB%A7%E6%89%BF%E5%A4%9A%E6%80%81)
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||||
## Java 各版本的新特性
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## Java 各版本的新特性
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New highlights in Java SE 8
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New highlights in Java SE 8
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1. Lambda Expressions
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2. Pipelines and Streams
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3. Date and Time API
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4. Default Methods
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5. Type Annotations
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6. Nashhorn JavaScript Engine
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7. Concurrent Accumulators
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8. Parallel operations
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9. PermGen Error Removed
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1. Lambda Expressions
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2. Pipelines and Streams
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3. Date and Time API
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4. Default Methods
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5. Type Annotations
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6. Nashhorn JavaScript Engine
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7. Concurrent Accumulators
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8. Parallel operations
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9. PermGen Error Removed
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New highlights in Java SE 7
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New highlights in Java SE 7
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||||
1. Strings in Switch Statement
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2. Type Inference for Generic Instance Creation
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||||
3. Multiple Exception Handling
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||||
4. Support for Dynamic Languages
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||||
5. Try with Resources
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||||
6. Java nio Package
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||||
7. Binary Literals, Underscore in literals
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8. Diamond Syntax
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1. Strings in Switch Statement
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2. Type Inference for Generic Instance Creation
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3. Multiple Exception Handling
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4. Support for Dynamic Languages
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5. Try with Resources
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6. Java nio Package
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7. Binary Literals, Underscore in literals
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8. Diamond Syntax
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> [Difference between Java 1.8 and Java 1.7?](http://www.selfgrowth.com/articles/difference-between-java-18-and-java-17)
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||||
> [Java 8 特性 ](http://www.importnew.com/19345.html)
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> [Difference between Java 1.8 and Java 1.7?](http://www.selfgrowth.com/articles/difference-between-java-18-and-java-17)
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> [Java 8 特性 ](http://www.importnew.com/19345.html)
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||||
## Java 与 C++ 的区别
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## Java 与 C++ 的区别
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Java 是纯粹的面向对象语言，所有的对象都继承自 java.lang.Object，C++ 为了兼容 C 即支持面向对象也支持面向过程。
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Java 是纯粹的面向对象语言，所有的对象都继承自 java.lang.Object，C++ 为了兼容 C 即支持面向对象也支持面向过程。
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比较详细的内容：
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| Java | C++ |
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| -- | -- |
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| Java does not support pointers, templates, unions, operator overloading, structures etc. The Java language promoters initially said "No pointers!", but when many programmers questioned how you can work without pointers, the promoters began saying "Restricted pointers." Java supports what it calls "references". References act a lot like pointers in C++ languages but you cannot perform arithmetic on pointers in Java. References have types, and they're type-safe. These references cannot be interpreted as raw address and unsafe conversion is not allowed. | C++ supports structures, unions, templates, operator overloading, pointers and pointer arithmetic.|
|
||||
| Java support automatic garbage collection. It does not support destructors as C++ does. | C++ support destructors, which is automatically invoked when the object is destroyed. |
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||||
| Java does not support conditional compilation and inclusion. | Conditional inclusion (#ifdef #ifndef type) is one of the main features of C++. |
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||||
| Java has built in support for threads. In Java, there is a `Thread` class that you inherit to create a new thread and override the `run()` method. | C++ has no built in support for threads. C++ relies on non-standard third-party libraries for thread support. |
|
||||
| Java does not support default arguments. There is no scope resolution operator (::) in Java. The method definitions must always occur within a class, so there is no need for scope resolution there either. | C++ supports default arguments. C++ has scope resolution operator (::) which is used to to define a method outside a class and to access a global variable within from the scope where a local variable also exists with the same name. |
|
||||
| There is no _goto_ statement in Java. The keywords `const` and `goto` are reserved, even though they are not used. | C++ has _goto_ statement. However, it is not considered good practice to use of _goto_ statement. |
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||||
| Java doesn't provide multiple inheritance, at least not in the same sense that C++ does. | C++ does support multiple inheritance. The keyword `virtual` is used to resolve ambiguities during multiple inheritance if there is any. |
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||||
| Exception handling in Java is different because there are no destructors. Also, in Java, try/catch must be defined if the function declares that it may throw an exception. | While in C++, you may not include the try/catch even if the function throws an exception. |
|
||||
| Java has method overloading, but no operator overloading. The `String` class does use the `+` and `+=` operators to concatenate strings and `String`expressions use automatic type conversion, but that's a special built-in case. | C++ supports both method overloading and operator overloading. |
|
||||
| Java has built-in support for documentation comments (`/** ... */`); therefore, Java source files can contain their own documentation, which is read by a separate tool usually `javadoc` and reformatted into HTML. This helps keeping documentation maintained in easy way. | C++ does not support documentation comments. |
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||||
| Java is interpreted for the most part and hence platform independent. | C++ generates object code and the same code may not run on different platforms. |
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| Java | C++ |
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| -- | -- |
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| Java does not support pointers, templates, unions, operator overloading, structures etc. The Java language promoters initially said "No pointers!", but when many programmers questioned how you can work without pointers, the promoters began saying "Restricted pointers." Java supports what it calls "references". References act a lot like pointers in C++ languages but you cannot perform arithmetic on pointers in Java. References have types, and they're type-safe. These references cannot be interpreted as raw address and unsafe conversion is not allowed. | C++ supports structures, unions, templates, operator overloading, pointers and pointer arithmetic.|
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| Java support automatic garbage collection. It does not support destructors as C++ does. | C++ support destructors, which is automatically invoked when the object is destroyed. |
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| Java does not support conditional compilation and inclusion. | Conditional inclusion (#ifdef #ifndef type) is one of the main features of C++. |
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| Java has built in support for threads. In Java, there is a `Thread` class that you inherit to create a new thread and override the `run()` method. | C++ has no built in support for threads. C++ relies on non-standard third-party libraries for thread support. |
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| Java does not support default arguments. There is no scope resolution operator (::) in Java. The method definitions must always occur within a class, so there is no need for scope resolution there either. | C++ supports default arguments. C++ has scope resolution operator (::) which is used to to define a method outside a class and to access a global variable within from the scope where a local variable also exists with the same name. |
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| There is no _goto_ statement in Java. The keywords `const` and `goto` are reserved, even though they are not used. | C++ has _goto_ statement. However, it is not considered good practice to use of _goto_ statement. |
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| Java doesn't provide multiple inheritance, at least not in the same sense that C++ does. | C++ does support multiple inheritance. The keyword `virtual` is used to resolve ambiguities during multiple inheritance if there is any. |
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| Exception handling in Java is different because there are no destructors. Also, in Java, try/catch must be defined if the function declares that it may throw an exception. | While in C++, you may not include the try/catch even if the function throws an exception. |
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| Java has method overloading, but no operator overloading. The `String` class does use the `+` and `+=` operators to concatenate strings and `String`expressions use automatic type conversion, but that's a special built-in case. | C++ supports both method overloading and operator overloading. |
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| Java has built-in support for documentation comments (`/** ... */`); therefore, Java source files can contain their own documentation, which is read by a separate tool usually `javadoc` and reformatted into HTML. This helps keeping documentation maintained in easy way. | C++ does not support documentation comments. |
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| Java is interpreted for the most part and hence platform independent. | C++ generates object code and the same code may not run on different platforms. |
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> [What are the main differences between Java and C++?](http://cs-fundamentals.com/tech-interview/java/differences-between-java-and-cpp.php)
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> [What are the main differences between Java and C++?](http://cs-fundamentals.com/tech-interview/java/differences-between-java-and-cpp.php)
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## JRE or JDK
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## JRE or JDK
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||||
- JRE is the JVM program, Java application need to run on JRE.
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- JDK is a superset of JRE, JRE + tools for developing java programs. e.g, it provides the compiler "javac"
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- JRE is the JVM program, Java application need to run on JRE.
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- JDK is a superset of JRE, JRE + tools for developing java programs. e.g, it provides the compiler "javac"
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475
notes/Java 容器.md
475
notes/Java 容器.md
@ -1,399 +1,420 @@
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[TOC]
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<!-- GFM-TOC -->
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* [一、概览](#一概览)
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* [List](#list)
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* [Set](#set)
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* [Queue](#queue)
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* [Map](#map)
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* [Java 1.0/1.1 容器](#java-1011-容器)
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* [二、容器中的设计模式](#二容器中的设计模式)
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* [迭代器模式](#迭代器模式)
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* [适配器模式](#适配器模式)
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* [三、散列](#三散列)
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* [四、源码分析](#四源码分析)
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* [ArrayList](#arraylist)
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* [Vector 与 Stack](#vector-与-stack)
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* [LinkedList](#linkedlist)
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* [TreeMap](#treemap)
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* [HashMap](#hashmap)
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* [LinkedHashMap](#linkedhashmap)
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* [ConcurrentHashMap](#concurrenthashmap)
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* [五、参考资料](#五参考资料)
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<!-- GFM-TOC -->
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# 一、概览
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# 一、概览
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容器主要包括 Collection 和 Map 两种，Collection 又包含了 List、Set 以及 Queue。
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<div align="center"> <img src="../pics//ebf03f56-f957-4435-9f8f-0f605661484d.jpg"/> </div><br>
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## List
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容器主要包括 Collection 和 Map 两种，Collection 又包含了 List、Set 以及 Queue。
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- ArrayList：基于动态数组实现，支持随机访问；
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## List
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- LinkedList：基于双向循环链表实现，只能顺序访问，但是可以快速地在链表中间插入和删除元素。不仅如此，LinkedList 还可以用作栈、队列和双端队列。
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- ArrayList：基于动态数组实现，支持随机访问；
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## Set
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- LinkedList：基于双向循环链表实现，只能顺序访问，但是可以快速地在链表中间插入和删除元素。不仅如此，LinkedList 还可以用作栈、队列和双端队列。
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- HashSet：基于 Hash 实现，支持快速查找，但是失去有序性；
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## Set
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- TreeSet：基于红黑树实现，保持有序，但是查找效率不如 HashSet；
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- HashSet：基于 Hash 实现，支持快速查找，但是失去有序性；
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||||
- LinkedHashSet：具有 HashSet 的查找效率，且内部使用链表维护元素的插入顺序，因此具有有序性。
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- TreeSet：基于红黑树实现，保持有序，但是查找效率不如 HashSet；
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## Queue
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- LinkedHashSet：具有 HashSet 的查找效率，且内部使用链表维护元素的插入顺序，因此具有有序性。
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只有两个实现：LinkedList 和 PriorityQueue，其中 LinkedList 支持双向队列，PriorityQueue 是基于堆结构实现。
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## Queue
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## Map
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只有两个实现：LinkedList 和 PriorityQueue，其中 LinkedList 支持双向队列，PriorityQueue 是基于堆结构实现。
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- HashMap：基于 Hash 实现。
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## Map
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- LinkedHashMap：使用链表来维护元素的顺序，顺序为插入顺序或者最近最少使用（LRU）顺序。
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- HashMap：基于 Hash 实现。
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- TreeMap：基于红黑树实现。
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- LinkedHashMap：使用链表来维护元素的顺序，顺序为插入顺序或者最近最少使用（LRU）顺序。
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- ConcurrentHashMap：线程安全 Map，不涉及类似于 HashTable 的同步加锁。
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- TreeMap：基于红黑树实现。
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## Java 1.0/1.1 容器
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- ConcurrentHashMap：线程安全 Map，不涉及类似于 HashTable 的同步加锁。
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## Java 1.0/1.1 容器
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对于旧的容器，我们决不应该使用它们，只需要对它们进行了解。
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- Vector：和 ArrayList 类似，但它是线程安全的。
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- Vector：和 ArrayList 类似，但它是线程安全的。
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- HashTable：和 HashMap 类似，但它是线程安全的。
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- HashTable：和 HashMap 类似，但它是线程安全的。
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# 二、容器中的设计模式
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# 二、容器中的设计模式
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## 迭代器模式
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## 迭代器模式
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从概览图可以看到，每个集合类都有一个 Iterator 对象，可以通过这个迭代器对象来遍历集合中的元素。
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从概览图可以看到，每个集合类都有一个 Iterator 对象，可以通过这个迭代器对象来遍历集合中的元素。
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[Java 中的迭代器模式](https://github.com/CyC2018/Interview-Notebook/blob/master/notes/%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E6%A8%A1%E5%BC%8F.md#1-%E8%BF%AD%E4%BB%A3%E5%99%A8%E6%A8%A1%E5%BC%8F)
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[Java 中的迭代器模式](https://github.com/CyC2018/Interview-Notebook/blob/master/notes/%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E6%A8%A1%E5%BC%8F.md#1-%E8%BF%AD%E4%BB%A3%E5%99%A8%E6%A8%A1%E5%BC%8F)
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## 适配器模式
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## 适配器模式
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java.util.Arrays#asList() 可以把数组类型转换为 List 类型。
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java.util.Arrays#asList() 可以把数组类型转换为 List 类型。
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```java
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List list = Arrays.asList(1, 2, 3);
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int[] arr = {1, 2, 3};
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list = Arrays.asList(arr);
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List list = Arrays.asList(1, 2, 3);
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int[] arr = {1, 2, 3};
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list = Arrays.asList(arr);
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```
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# 三、散列
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# 三、散列
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使用 hasCode() 来返回散列值，使用的是对象的地址。
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使用 hasCode() 来返回散列值，使用的是对象的地址。
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而 equals() 是用来判断两个对象是否相等的，相等的两个对象散列值一定要相同，但是散列值相同的两个对象不一定相等。
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而 equals() 是用来判断两个对象是否相等的，相等的两个对象散列值一定要相同，但是散列值相同的两个对象不一定相等。
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相等必须满足以下五个性质：
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1. 自反性
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2. 对称性
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3. 传递性
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4. 一致性（多次调用 x.equals(y)，结果不变）
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5. 对任何不是 null 的对象 x 调用 x.equals(null) 结果都为 false
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1. 自反性
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2. 对称性
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3. 传递性
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4. 一致性（多次调用 x.equals(y)，结果不变）
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5. 对任何不是 null 的对象 x 调用 x.equals(null) 结果都为 false
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# 四、源码分析
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# 四、源码分析
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建议先阅读 [算法-查找](https://github.com/CyC2018/Interview-Notebook/blob/master/notes/%E7%AE%97%E6%B3%95.md#%E6%9F%A5%E6%89%BE) 部分，对集合类源码的理解有很大帮助。
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建议先阅读 [算法-查找](https://github.com/CyC2018/Interview-Notebook/blob/master/notes/%E7%AE%97%E6%B3%95.md#%E6%9F%A5%E6%89%BE) 部分，对集合类源码的理解有很大帮助。
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源码下载：[OpenJDK 1.7](http://download.java.net/openjdk/jdk7)
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源码下载：[OpenJDK 1.7](http://download.java.net/openjdk/jdk7)
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## ArrayList
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## ArrayList
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[ArraList.java](https://github.com/CyC2018/JDK-Source-Code/tree/master/src/ArrayList.java)
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### 1. 概览
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### 1. 概览
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实现了 RandomAccess 接口，因此支持随机访问，这是理所当然的，因为 ArrayList 是基于数组实现的。
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实现了 RandomAccess 接口，因此支持随机访问，这是理所当然的，因为 ArrayList 是基于数组实现的。
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```java
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public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
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implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
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public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
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||||
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
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```
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基于数组实现，保存元素的数组使用 transient 修饰，该关键字声明该数组默认不会被序列化。这是因为该数组不是所有位置都占满元素，因此也就没必要全部都进行序列化。ArrayList 重写了 writeObject() 和 readObject() 来控制只序列化数组中有元素填充那么部分内容。
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基于数组实现，保存元素的数组使用 transient 修饰，该关键字声明该数组默认不会被序列化。这是因为该数组不是所有位置都占满元素，因此也就没必要全部都进行序列化。ArrayList 重写了 writeObject() 和 readObject() 来控制只序列化数组中有元素填充那么部分内容。
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```java
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private transient Object[] elementData;
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private transient Object[] elementData;
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```
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数组的默认大小为 10。
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数组的默认大小为 10。
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```java
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public ArrayList(int initialCapacity) {
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super();
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if (initialCapacity < 0)
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throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);
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this.elementData = new Object[initialCapacity];
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public ArrayList(int initialCapacity) {
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super();
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if (initialCapacity < 0)
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throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);
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this.elementData = new Object[initialCapacity];
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}
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public ArrayList() {
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this(10);
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public ArrayList() {
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this(10);
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}
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```
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删除元素时调用 System.arraycopy() 对元素进行复制，因此删除操作成本很高。
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删除元素时调用 System.arraycopy() 对元素进行复制，因此删除操作成本很高。
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```java
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public E remove(int index) {
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rangeCheck(index);
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public E remove(int index) {
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rangeCheck(index);
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modCount++;
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E oldValue = elementData(index);
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modCount++;
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E oldValue = elementData(index);
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int numMoved = size - index - 1;
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if (numMoved > 0)
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System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
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elementData[--size] = null; // Let gc do its work
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int numMoved = size - index - 1;
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if (numMoved > 0)
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System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
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elementData[--size] = null; // Let gc do its work
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return oldValue;
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return oldValue;
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}
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```
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添加元素时使用 ensureCapacity() 方法来保证容量足够，如果不够时，需要使用 grow() 方法进行扩容，使得新容量为旧容量的 1.5 倍。扩容操作需要把原数组整个复制到新数组中，因此最好在创建 ArrayList 时就指定大概的容量大小，减少扩容操作的次数。
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添加元素时使用 ensureCapacity() 方法来保证容量足够，如果不够时，需要使用 grow() 方法进行扩容，使得新容量为旧容量的 1.5 倍。扩容操作需要把原数组整个复制到新数组中，因此最好在创建 ArrayList 时就指定大概的容量大小，减少扩容操作的次数。
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```java
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private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
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modCount++;
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// overflow-conscious code
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if (minCapacity - elementData.length > 0)
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grow(minCapacity);
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private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
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modCount++;
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// overflow-conscious code
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if (minCapacity - elementData.length > 0)
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grow(minCapacity);
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}
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private void grow(int minCapacity) {
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// overflow-conscious code
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int oldCapacity = elementData.length;
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int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
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if (newCapacity - minCapacity < 0)
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newCapacity = minCapacity;
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if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
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newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
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||||
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
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elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
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private void grow(int minCapacity) {
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// overflow-conscious code
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int oldCapacity = elementData.length;
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int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
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||||
if (newCapacity - minCapacity < 0)
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newCapacity = minCapacity;
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if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
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newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
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||||
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
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||||
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
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||||
}
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private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
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||||
if (minCapacity < 0) // overflow
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throw new OutOfMemoryError();
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||||
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
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||||
Integer.MAX_VALUE :
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||||
MAX_ARRAY_SIZE;
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private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
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||||
if (minCapacity < 0) // overflow
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||||
throw new OutOfMemoryError();
|
||||
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
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||||
Integer.MAX_VALUE :
|
||||
MAX_ARRAY_SIZE;
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||||
}
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```
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### 2. Fail-Fast
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### 2. Fail-Fast
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||||
modCount 用来记录 ArrayList 结构发生变化的次数，结构发生变化是指添加或者删除至少一个元素的所有操作，或者是调整内部数组的大小，仅仅只是设置元素的值不算结构发生变化。
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modCount 用来记录 ArrayList 结构发生变化的次数，结构发生变化是指添加或者删除至少一个元素的所有操作，或者是调整内部数组的大小，仅仅只是设置元素的值不算结构发生变化。
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||||
在进行序列化或者迭代等操作时，需要比较操作前后 modCount 是否改变，如果改变了需要抛出 ConcurrentModificationException。
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在进行序列化或者迭代等操作时，需要比较操作前后 modCount 是否改变，如果改变了需要抛出 ConcurrentModificationException。
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```java
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private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException{
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// Write out element count, and any hidden stuff
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int expectedModCount = modCount;
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s.defaultWriteObject();
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private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException{
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// Write out element count, and any hidden stuff
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int expectedModCount = modCount;
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s.defaultWriteObject();
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// Write out array length
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s.writeInt(elementData.length);
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// Write out array length
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s.writeInt(elementData.length);
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// Write out all elements in the proper order.
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for (int i = 0; i < size; i++)
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s.writeObject(elementData[i]);
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// Write out all elements in the proper order.
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for (int i = 0; i < size; i++)
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s.writeObject(elementData[i]);
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if (modCount != expectedModCount) {
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throw new ConcurrentModificationException();
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}
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if (modCount != expectedModCount) {
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throw new ConcurrentModificationException();
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}
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}
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```
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### 3. 和 Vector 的区别
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### 3. 和 Vector 的区别
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1. Vector 和 ArrayList 几乎是完全相同的，唯一的区别在于 Vector 是同步的，因此开销就比 ArrayList 要大，访问速度更慢。最好使用 ArrayList 而不是 Vector，因为同步操作完全可以由程序员自己来控制；
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2. Vector 每次扩容请求其大小的 2 倍空间，而 ArrayList 是 1.5 倍。
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1. Vector 和 ArrayList 几乎是完全相同的，唯一的区别在于 Vector 是同步的，因此开销就比 ArrayList 要大，访问速度更慢。最好使用 ArrayList 而不是 Vector，因为同步操作完全可以由程序员自己来控制；
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2. Vector 每次扩容请求其大小的 2 倍空间，而 ArrayList 是 1.5 倍。
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为了获得线程安全的 ArrayList，可以调用 Collections.synchronizedList(new ArrayList<>()); 返回一个线程安全的 ArrayList，也可以使用 concurrent 并发包下的 CopyOnWriteArrayList 类；
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为了获得线程安全的 ArrayList，可以调用 Collections.synchronizedList(new ArrayList<>()); 返回一个线程安全的 ArrayList，也可以使用 concurrent 并发包下的 CopyOnWriteArrayList 类；
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### 4. 和 LinkedList 的区别
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### 4. 和 LinkedList 的区别
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1. ArrayList 基于动态数组实现，LinkedList 基于双向循环链表实现；
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2. ArrayList 支持随机访问，LinkedList 不支持；
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3. LinkedList 在任意位置添加删除元素更快。
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1. ArrayList 基于动态数组实现，LinkedList 基于双向循环链表实现；
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2. ArrayList 支持随机访问，LinkedList 不支持；
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3. LinkedList 在任意位置添加删除元素更快。
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## Vector 与 Stack
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## Vector 与 Stack
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[Vector.java](https://github.com/CyC2018/JDK-Source-Code/tree/master/src/Vector.java)
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## LinkedList
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## LinkedList
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[LinkedList.java](https://github.com/CyC2018/JDK-Source-Code/tree/master/src/LinkedList.java)
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## TreeMap
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## TreeMap
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[TreeMap.java](https://github.com/CyC2018/JDK-Source-Code/tree/master/src/TreeMap.java)
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## HashMap
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## HashMap
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[HashMap.java](https://github.com/CyC2018/JDK-Source-Code/tree/master/src/HashMap.java)
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### 1. 基本数据结构
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### 1. 基本数据结构
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使用拉链法来解决冲突，内部包含了一个 Entry 类型的数组 table，数组中的每个位置被当成一个桶。
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使用拉链法来解决冲突，内部包含了一个 Entry 类型的数组 table，数组中的每个位置被当成一个桶。
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```java
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transient Entry[] table;
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transient Entry[] table;
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```
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其中，Entry 就是存储数据的键值对，它包含了四个字段。从 next 字段我们可以看出 Entry 是一个链表，即每个桶会存放一个链表。
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其中，Entry 就是存储数据的键值对，它包含了四个字段。从 next 字段我们可以看出 Entry 是一个链表，即每个桶会存放一个链表。
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<div align="center"> <img src="../pics//ce039f03-6588-4f0c-b35b-a494de0eac47.png"/> </div><br>
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### 2. 拉链法的工作原理
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### 2. 拉链法的工作原理
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使用默认构造函数新建一个 HashMap，默认大小为 16。Entry 的类型为 <String, Integer>。先后插入三个元素：("sachin", 30), ("vishal", 20) 和 ("vaibhav", 20)。计算 "sachin" 的 hashcode 为 115，使用除留余数法得到 115 % 16 = 3，因此 ("sachin", 30) 键值对放到第 3 个桶上。同样得到 ("vishal", 20) 和 ("vaibhav", 20) 都应该放到第 6 个桶上，因此需要把 ("vaibhav", 20) 链接到 ("vishal", 20) 之后。
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使用默认构造函数新建一个 HashMap，默认大小为 16。Entry 的类型为 <String, Integer>。先后插入三个元素：("sachin", 30), ("vishal", 20) 和 ("vaibhav", 20)。计算 "sachin" 的 hashcode 为 115，使用除留余数法得到 115 % 16 = 3，因此 ("sachin", 30) 键值对放到第 3 个桶上。同样得到 ("vishal", 20) 和 ("vaibhav", 20) 都应该放到第 6 个桶上，因此需要把 ("vaibhav", 20) 链接到 ("vishal", 20) 之后。
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<div align="center"> <img src="../pics//b9a39d2a-618c-468b-86db-2e851f1a0057.jpg"/> </div><br>
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||||
当进行查找时，需要分成两步进行，第一步是先根据 hashcode 计算出所在的桶，第二步是在链表上顺序查找。由于 table 是数组形式的，具有随机读取的特性，因此这一步的时间复杂度为 O(1)，而第二步需要在链表上顺序查找，时间复杂度显然和链表的长度成正比。
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当进行查找时，需要分成两步进行，第一步是先根据 hashcode 计算出所在的桶，第二步是在链表上顺序查找。由于 table 是数组形式的，具有随机读取的特性，因此这一步的时间复杂度为 O(1)，而第二步需要在链表上顺序查找，时间复杂度显然和链表的长度成正比。
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### 3. 扩容
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### 3. 扩容
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设 HashMap 的 table 长度为 M，需要存储的键值对数量为 N，如果哈希函数满足均匀性的要求，那么每条链表的长度大约为 N/M，因此平均查找次数的数量级为 O(N/M)。
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设 HashMap 的 table 长度为 M，需要存储的键值对数量为 N，如果哈希函数满足均匀性的要求，那么每条链表的长度大约为 N/M，因此平均查找次数的数量级为 O(N/M)。
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为了让查找的成本降低，应该尽可能使得 N/M 尽可能小，因此需要保证 M 尽可能大，可就是说 table 要尽可能大。HashMap 采用动态扩容来根据当前的 N 值来调整 M 值，使得空间效率和时间效率都能得到保证。
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为了让查找的成本降低，应该尽可能使得 N/M 尽可能小，因此需要保证 M 尽可能大，可就是说 table 要尽可能大。HashMap 采用动态扩容来根据当前的 N 值来调整 M 值，使得空间效率和时间效率都能得到保证。
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和扩容相关的参数主要有：capacity、size、threshold 和 load_factor。
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和扩容相关的参数主要有：capacity、size、threshold 和 load_factor。
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||||
capacity 表示 table 的容量大小，默认为 16，需要注意的是容量必须保证为 2 的次方。容量就是 table 数组的长度，size 是数组的实际使用量。
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capacity 表示 table 的容量大小，默认为 16，需要注意的是容量必须保证为 2 的次方。容量就是 table 数组的长度，size 是数组的实际使用量。
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||||
threshold 规定了一个 size 的临界值，size 必须小于 threshold，如果大于等于，就必须进行扩容操作。
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threshold 规定了一个 size 的临界值，size 必须小于 threshold，如果大于等于，就必须进行扩容操作。
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threshold = capacity * load_factor，其中 load_factor 为 table 数组能够使用的比例。
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threshold = capacity * load_factor，其中 load_factor 为 table 数组能够使用的比例。
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```java
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static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
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static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
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static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
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static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
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static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
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static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
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transient Entry[] table;
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transient Entry[] table;
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transient int size;
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transient int size;
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int threshold;
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int threshold;
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final float loadFactor;
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final float loadFactor;
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transient int modCount;
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transient int modCount;
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```
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从下面的添加元素代码中可以看出，当需要扩容时，令 capacity 为原来的两倍。
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从下面的添加元素代码中可以看出，当需要扩容时，令 capacity 为原来的两倍。
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```java
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||||
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
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||||
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
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||||
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
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||||
if (size++ >= threshold)
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||||
resize(2 * table.length);
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void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
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||||
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
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||||
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
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if (size++ >= threshold)
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||||
resize(2 * table.length);
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||||
}
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```
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||||
扩容使用 resize() 实现，需要注意的是，扩容操作同样需要把旧 table 的所有键值对重新插入新的 table 中，因此这一步是很费时的。但是从均摊分析的角度来考虑，HashMap 的查找速度依然在常数级别。
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扩容使用 resize() 实现，需要注意的是，扩容操作同样需要把旧 table 的所有键值对重新插入新的 table 中，因此这一步是很费时的。但是从均摊分析的角度来考虑，HashMap 的查找速度依然在常数级别。
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||||
```java
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||||
void resize(int newCapacity) {
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||||
Entry[] oldTable = table;
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||||
int oldCapacity = oldTable.length;
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||||
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
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||||
threshold = Integer.MAX_VALUE;
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||||
return;
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||||
}
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||||
void resize(int newCapacity) {
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||||
Entry[] oldTable = table;
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int oldCapacity = oldTable.length;
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||||
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
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||||
threshold = Integer.MAX_VALUE;
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return;
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}
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||||
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||||
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
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||||
transfer(newTable);
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||||
table = newTable;
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threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
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||||
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
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transfer(newTable);
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||||
table = newTable;
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||||
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
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}
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||||
void transfer(Entry[] newTable) {
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Entry[] src = table;
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||||
int newCapacity = newTable.length;
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||||
for (int j = 0; j < src.length; j++) {
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||||
Entry<K,V> e = src[j];
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||||
if (e != null) {
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||||
src[j] = null;
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||||
do {
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||||
Entry<K,V> next = e.next;
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||||
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
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||||
e.next = newTable[i];
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||||
newTable[i] = e;
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||||
e = next;
|
||||
} while (e != null);
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||||
}
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||||
}
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||||
void transfer(Entry[] newTable) {
|
||||
Entry[] src = table;
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||||
int newCapacity = newTable.length;
|
||||
for (int j = 0; j < src.length; j++) {
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||||
Entry<K,V> e = src[j];
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||||
if (e != null) {
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||||
src[j] = null;
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||||
do {
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||||
Entry<K,V> next = e.next;
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||||
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
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||||
e.next = newTable[i];
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newTable[i] = e;
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||||
e = next;
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||||
} while (e != null);
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}
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}
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}
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```
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### 4. null 值
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### 4. null 值
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get() 操作需要分成两种情况，key 为 null 和不为 null，从中可以看出 HashMap 允许插入 null 作为键。
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get() 操作需要分成两种情况，key 为 null 和不为 null，从中可以看出 HashMap 允许插入 null 作为键。
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```java
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||||
public V get(Object key) {
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||||
if (key == null)
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||||
return getForNullKey();
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||||
int hash = hash(key.hashCode());
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||||
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) {
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||||
Object k;
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||||
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
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||||
return e.value;
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}
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return null;
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||||
public V get(Object key) {
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||||
if (key == null)
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||||
return getForNullKey();
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int hash = hash(key.hashCode());
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||||
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) {
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||||
Object k;
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||||
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
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return e.value;
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}
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return null;
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}
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```
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put() 操作也需要根据 key 是否为 null 做不同的处理，需要注意的是如果本来没有 key 为 null 的键值对，新插入一个 key 为 null 的键值对时默认是放在数组的 0 位置，这是因为 null 不能计算 hash 值，也就无法知道应该放在哪个链表上。
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||||
put() 操作也需要根据 key 是否为 null 做不同的处理，需要注意的是如果本来没有 key 为 null 的键值对，新插入一个 key 为 null 的键值对时默认是放在数组的 0 位置，这是因为 null 不能计算 hash 值，也就无法知道应该放在哪个链表上。
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```java
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public V put(K key, V value) {
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||||
if (key == null)
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return putForNullKey(value);
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int hash = hash(key.hashCode());
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int i = indexFor(hash, table.length);
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||||
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
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||||
Object k;
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||||
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
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V oldValue = e.value;
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e.value = value;
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e.recordAccess(this);
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return oldValue;
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}
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}
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public V put(K key, V value) {
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if (key == null)
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return putForNullKey(value);
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int hash = hash(key.hashCode());
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||||
int i = indexFor(hash, table.length);
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||||
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
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||||
Object k;
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||||
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
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||||
V oldValue = e.value;
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||||
e.value = value;
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||||
e.recordAccess(this);
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||||
return oldValue;
|
||||
}
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||||
}
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||||
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||||
modCount++;
|
||||
addEntry(hash, key, value, i);
|
||||
return null;
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||||
modCount++;
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||||
addEntry(hash, key, value, i);
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||||
return null;
|
||||
}
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||||
```
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```java
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private V putForNullKey(V value) {
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for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
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if (e.key == null) {
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||||
V oldValue = e.value;
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||||
e.value = value;
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||||
e.recordAccess(this);
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||||
return oldValue;
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}
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}
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modCount++;
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||||
addEntry(0, null, value, 0);
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return null;
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private V putForNullKey(V value) {
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||||
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
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if (e.key == null) {
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||||
V oldValue = e.value;
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||||
e.value = value;
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||||
e.recordAccess(this);
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||||
return oldValue;
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}
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}
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modCount++;
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addEntry(0, null, value, 0);
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return null;
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}
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```
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### 5. 与 HashTable 的区别
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### 5. 与 HashTable 的区别
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- HashMap 几乎可以等价于 Hashtable，除了 HashMap 是非 synchronized 的，并可以接受 null(HashMap 可以接受为 null 的键值 (key) 和值 (value)，而 Hashtable 则不行)。
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||||
- HashMap 是非 synchronized，而 Hashtable 是 synchronized，这意味着 Hashtable 是线程安全的，多个线程可以共享一个 Hashtable；而如果没有正确的同步的话，多个线程是不能共享 HashMap 的。Java 5 提供了 ConcurrentHashMap，它是 HashTable 的替代，比 HashTable 的扩展性更好。
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||||
- 另一个区别是 HashMap 的迭代器 (Iterator) 是 fail-fast 迭代器，而 Hashtable 的 enumerator 迭代器不是 fail-fast 的。所以当有其它线程改变了 HashMap 的结构（增加或者移除元素），将会抛出 ConcurrentModificationException，但迭代器本身的 remove() 方法移除元素则不会抛出 ConcurrentModificationException 异常。但这并不是一个一定发生的行为，要看 JVM。这条同样也是 Enumeration 和 Iterator 的区别。
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||||
- 由于 Hashtable 是线程安全的也是 synchronized，所以在单线程环境下它比 HashMap 要慢。如果你不需要同步，只需要单一线程，那么使用 HashMap 性能要好过 Hashtable。
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||||
- HashMap 不能保证随着时间的推移 Map 中的元素次序是不变的。
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- HashMap 几乎可以等价于 Hashtable，除了 HashMap 是非 synchronized 的，并可以接受 null(HashMap 可以接受为 null 的键值 (key) 和值 (value)，而 Hashtable 则不行)。
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- HashMap 是非 synchronized，而 Hashtable 是 synchronized，这意味着 Hashtable 是线程安全的，多个线程可以共享一个 Hashtable；而如果没有正确的同步的话，多个线程是不能共享 HashMap 的。Java 5 提供了 ConcurrentHashMap，它是 HashTable 的替代，比 HashTable 的扩展性更好。
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- 另一个区别是 HashMap 的迭代器 (Iterator) 是 fail-fast 迭代器，而 Hashtable 的 enumerator 迭代器不是 fail-fast 的。所以当有其它线程改变了 HashMap 的结构（增加或者移除元素），将会抛出 ConcurrentModificationException，但迭代器本身的 remove() 方法移除元素则不会抛出 ConcurrentModificationException 异常。但这并不是一个一定发生的行为，要看 JVM。这条同样也是 Enumeration 和 Iterator 的区别。
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- 由于 Hashtable 是线程安全的也是 synchronized，所以在单线程环境下它比 HashMap 要慢。如果你不需要同步，只需要单一线程，那么使用 HashMap 性能要好过 Hashtable。
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- HashMap 不能保证随着时间的推移 Map 中的元素次序是不变的。
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> [What is difference between HashMap and Hashtable in Java?](http://javarevisited.blogspot.hk/2010/10/difference-between-hashmap-and.html)
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> [What is difference between HashMap and Hashtable in Java?](http://javarevisited.blogspot.hk/2010/10/difference-between-hashmap-and.html)
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## LinkedHashMap
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## LinkedHashMap
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[LinkedHashMap.java](https://github.com/CyC2018/JDK-Source-Code/tree/master/src/HashMap.java)
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## ConcurrentHashMap
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## ConcurrentHashMap
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[ConcurrentHashMap.java](https://github.com/CyC2018/JDK-Source-Code/tree/master/src/HashMap.java)
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[探索 ConcurrentHashMap 高并发性的实现机制](https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/java-lo-concurrenthashmap/)
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[探索 ConcurrentHashMap 高并发性的实现机制](https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/java-lo-concurrenthashmap/)
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# 五、参考资料
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# 五、参考资料
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- Java 编程思想
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- Java 编程思想
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1035
notes/Java 并发.md
1035
notes/Java 并发.md
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6537
notes/Leetcode 题解.md
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1453
notes/Linux.md
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343
notes/MySQL.md
343
notes/MySQL.md
@ -1,12 +1,37 @@
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[TOC]
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<!-- GFM-TOC -->
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* [一、存储引擎](#一存储引擎)
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* [InnoDB](#innodb)
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* [MyISAM](#myisam)
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* [比较](#比较)
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* [二、数据类型](#二数据类型)
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* [整型](#整型)
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* [浮点数](#浮点数)
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* [字符串](#字符串)
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* [时间和日期](#时间和日期)
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||||
* [三、索引](#三索引)
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* [索引分类](#索引分类)
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* [索引的优点](#索引的优点)
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* [索引优化](#索引优化)
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* [B-Tree 和 B+Tree 原理](#b-tree-和-b+tree-原理)
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||||
* [四、查询性能优化](#四查询性能优化)
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||||
* [五、分库与分表](#五分库与分表)
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||||
* [原因](#原因)
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||||
* [实现方式](#实现方式)
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||||
* [Merge 存储引擎](#merge-存储引擎)
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||||
* [存在的问题](#存在的问题)
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||||
* [分表与分区的不同](#分表与分区的不同)
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||||
* [六、故障转移和故障恢复](#六故障转移和故障恢复)
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* [参考资料](#参考资料)
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<!-- GFM-TOC -->
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# 一、存储引擎
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## InnoDB
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# 一、存储引擎
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InnoDB 是 MySQL 默认的事务型存储引擎，只有在需要 InnoDB 不支持的特性时，才考虑使用其它存储引擎。
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## InnoDB
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采用 MVCC 来支持高并发，并且实现了四个标准的隔离级别，默认级别是可重复读。
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InnoDB 是 MySQL 默认的事务型存储引擎，只有在需要 InnoDB 不支持的特性时，才考虑使用其它存储引擎。
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采用 MVCC 来支持高并发，并且实现了四个标准的隔离级别，默认级别是可重复读。
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表是基于聚簇索引建立的，它对主键的查询性能有很高的提升。
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@ -14,9 +39,9 @@ InnoDB 是 MySQL 默认的事务型存储引擎，只有在需要 InnoDB
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通过一些机制和工具支持真正的热备份。
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## MyISAM
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## MyISAM
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MyISAM 提供了大量的特性，包括全文索引、压缩、空间函数（GIS）等。但 MyISAM 不支持事务和行级锁，而且崩溃后无法安全恢复。
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MyISAM 提供了大量的特性，包括全文索引、压缩、空间函数（GIS）等。但 MyISAM 不支持事务和行级锁，而且崩溃后无法安全恢复。
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只能对整张表加锁，而不是针对行。
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@ -24,69 +49,69 @@ MyISAM 提供了大量的特性，包括全文索引、压缩、空间函数（
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可以包含动态或者静态的行。
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如果指定了 DELAY_KEY_WRITE 选项，在每次修改执行完成时，不会立即将修改的索引数据写入磁盘，而是会写到内存中的键缓冲区，只有在清理键缓冲区或者关闭表的时候才会将对应的索引块写入磁盘。这种方式可以极大的提升写入性能，但是在数据库或者主机崩溃时会造成索引损坏，需要执行修复操作。
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如果指定了 DELAY_KEY_WRITE 选项，在每次修改执行完成时，不会立即将修改的索引数据写入磁盘，而是会写到内存中的键缓冲区，只有在清理键缓冲区或者关闭表的时候才会将对应的索引块写入磁盘。这种方式可以极大的提升写入性能，但是在数据库或者主机崩溃时会造成索引损坏，需要执行修复操作。
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如果表在创建并导入数据以后，不会再进行修改操作，那么这样的表适合采用 MyISAM 压缩表。
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如果表在创建并导入数据以后，不会再进行修改操作，那么这样的表适合采用 MyISAM 压缩表。
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对于只读数据，或者表比较小、可以容忍修复操作，则依然可以继续使用 MyISAM。
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对于只读数据，或者表比较小、可以容忍修复操作，则依然可以继续使用 MyISAM。
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MyISAM 设计简单，数据以紧密格式存储，所以在某些场景下性能很好。
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MyISAM 设计简单，数据以紧密格式存储，所以在某些场景下性能很好。
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## 比较
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## 比较
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1. 事务：InnoDB 是事务型的。
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2. 备份：InnoDB 支持在线热备份。
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3. 崩溃恢复：MyISAM 崩溃后发生损坏的概率比 InnoDB 高很多，而且恢复的速度也更慢。
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4. 并发：MyISAM 只支持表级锁，而 InnoDB 还支持行级锁。
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5. 其它特性：MyISAM 支持全文索引，地理空间索引。
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1. 事务：InnoDB 是事务型的。
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2. 备份：InnoDB 支持在线热备份。
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3. 崩溃恢复：MyISAM 崩溃后发生损坏的概率比 InnoDB 高很多，而且恢复的速度也更慢。
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4. 并发：MyISAM 只支持表级锁，而 InnoDB 还支持行级锁。
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5. 其它特性：MyISAM 支持全文索引，地理空间索引。
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# 二、数据类型
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# 二、数据类型
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## 整型
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## 整型
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TINYINT, SMALLINT, MEDIUMINT, INT, BIGINT 分别使用 8, 16, 24, 32, 64 位存储空间，一般情况下越小的列越好。
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TINYINT, SMALLINT, MEDIUMINT, INT, BIGINT 分别使用 8, 16, 24, 32, 64 位存储空间，一般情况下越小的列越好。
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||||
INT(11) 中的数字只是规定了交互工具显示字符的个数，对于存储和计算来说是没有意义的。
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INT(11) 中的数字只是规定了交互工具显示字符的个数，对于存储和计算来说是没有意义的。
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## 浮点数
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## 浮点数
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FLOAT 和 DOUBLE 为浮点类型，DECIMAL 为高精度小数类型。CPU 原生支持浮点运算，但是不支持 DECIMAl 类型的计算，因此 DECIMAL 的计算比浮点类型需要更高的代价。
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FLOAT 和 DOUBLE 为浮点类型，DECIMAL 为高精度小数类型。CPU 原生支持浮点运算，但是不支持 DECIMAl 类型的计算，因此 DECIMAL 的计算比浮点类型需要更高的代价。
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FLOAT、DOUBLE 和 DECIMAL 都可以指定列宽，例如 DECIMAL(18, 9) 表示总共 18 位，取 9 位存储小数部分，剩下 9 位存储整数部分。
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FLOAT、DOUBLE 和 DECIMAL 都可以指定列宽，例如 DECIMAL(18, 9) 表示总共 18 位，取 9 位存储小数部分，剩下 9 位存储整数部分。
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## 字符串
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## 字符串
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主要有 CHAR 和 VARCHAR 两种类型，一种是定长的，一种是变长的。
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主要有 CHAR 和 VARCHAR 两种类型，一种是定长的，一种是变长的。
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VARCHAR 这种变长类型能够节省空间，因为只需要存储必要的内容。但是在执行 UPDATE 时可能会使行变得比原来长，当超出一个页所能容纳的大小时，就要执行额外的操作。MyISAM 会将行拆成不同的片段存储，而 InnoDB 则需要分裂页来使行放进页内。
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VARCHAR 这种变长类型能够节省空间，因为只需要存储必要的内容。但是在执行 UPDATE 时可能会使行变得比原来长，当超出一个页所能容纳的大小时，就要执行额外的操作。MyISAM 会将行拆成不同的片段存储，而 InnoDB 则需要分裂页来使行放进页内。
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VARCHAR 会保留字符串末尾的空格，而 CHAR 会删除。
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VARCHAR 会保留字符串末尾的空格，而 CHAR 会删除。
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## 时间和日期
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## 时间和日期
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MySQL 提供了两种相似的日期时间类型：DATATIME 和 TIMESTAMP。
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MySQL 提供了两种相似的日期时间类型：DATATIME 和 TIMESTAMP。
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### 1. DATATIME
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### 1. DATATIME
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能够保存从 1001 年到 9999 年的日期和时间，精度为秒，使用 8 字节的存储空间。
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能够保存从 1001 年到 9999 年的日期和时间，精度为秒，使用 8 字节的存储空间。
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它与时区无关。
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默认情况下，MySQL 以一种可排序的、无歧义的格式显示 DATATIME 值，例如“2008-01-16 22:37:08”，这是 ANSI 标准定义的日期和时间表示方法。
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默认情况下，MySQL 以一种可排序的、无歧义的格式显示 DATATIME 值，例如“2008-01-16 22:37:08”，这是 ANSI 标准定义的日期和时间表示方法。
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### 2. TIMESTAMP
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### 2. TIMESTAMP
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和 UNIX 时间戳相同，保存从 1970 年 1 月 1 日午夜（格林威治时间）以来的秒数，使用 4 个字节，只能表示从 1970 年 到 2038 年。
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和 UNIX 时间戳相同，保存从 1970 年 1 月 1 日午夜（格林威治时间）以来的秒数，使用 4 个字节，只能表示从 1970 年 到 2038 年。
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它和时区有关。
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MySQL 提供了 FROM_UNIXTIME() 函数把 UNIX 时间戳转换为日期，并提供了 UNIX_TIMESTAMP() 函数把日期转换为 UNIX 时间戳。
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MySQL 提供了 FROM_UNIXTIME() 函数把 UNIX 时间戳转换为日期，并提供了 UNIX_TIMESTAMP() 函数把日期转换为 UNIX 时间戳。
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默认情况下，如果插入时没有指定 TIMESTAMP 列的值，会将这个值设置为当前时间。
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默认情况下，如果插入时没有指定 TIMESTAMP 列的值，会将这个值设置为当前时间。
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应该尽量使用 TIMESTAMP，因为它比 DATETIME 空间效率更高。
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应该尽量使用 TIMESTAMP，因为它比 DATETIME 空间效率更高。
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# 三、索引
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# 三、索引
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索引是在存储引擎层实现的，而不是在服务器层实现的，所以不同存储引擎具有不同的索引类型和实现。
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@ -94,282 +119,282 @@ MySQL 提供了 FROM_UNIXTIME() 函数把 UNIX 时间戳转换为日期，
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对于非常小的表、大部分情况下简单的全表扫描比建立索引更高效。对于中到大型的表，索引就非常有效。但是对于特大型的表，建立和使用索引的代价将会随之增长。这种情况下，需要用到一种技术可以直接区分出需要查询的一组数据，而不是一条记录一条记录地匹配，例如可以使用分区技术。
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## 索引分类
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## 索引分类
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### 1. B-Tree 索引
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### 1. B-Tree 索引
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B-Tree 索引是大多数 MySQL 存储引擎的默认索引类型。
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B-Tree 索引是大多数 MySQL 存储引擎的默认索引类型。
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因为不再需要进行全表扫描，只需要对树进行搜索即可，因此查找速度快很多。
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可以指定多个列作为索引列，多个索引列共同组成键。B-Tree 索引适用于全键值、键值范围和键前缀查找，其中键前缀查找只适用于最左前缀查找。
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可以指定多个列作为索引列，多个索引列共同组成键。B-Tree 索引适用于全键值、键值范围和键前缀查找，其中键前缀查找只适用于最左前缀查找。
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除了用于查找，还可以用于排序和分组。
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如果不是按照索引列的顺序进行查找，则无法使用索引。
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### 2. 哈希索引
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### 2. 哈希索引
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基于哈希表实现，优点是查找非常快。
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在 MySQL 中只有 Memory 引擎显式支持哈希索引。
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在 MySQL 中只有 Memory 引擎显式支持哈希索引。
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InnoDB 引擎有一个特殊的功能叫“自适应哈希索引”，当某个索引值被使用的非常频繁时，会在 B-Tree 索引之上再创建一个哈希索引，这样就让 B-Tree 索引具有哈希索引的一些优点，比如快速的哈希查找。
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InnoDB 引擎有一个特殊的功能叫“自适应哈希索引”，当某个索引值被使用的非常频繁时，会在 B-Tree 索引之上再创建一个哈希索引，这样就让 B-Tree 索引具有哈希索引的一些优点，比如快速的哈希查找。
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限制：哈希索引只包含哈希值和行指针，而不存储字段值，所以不能使用索引中的值来避免读取行。不过，访问内存中的行的速度很快，所以大部分情况下这一点对性能影响并不明显；无法用于分组与排序；只支持精确查找，无法用于部分查找和范围查找；如果哈希冲突很多，查找速度会变得很慢。
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### 3. 空间索引（R-Tree）
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### 3. 空间索引（R-Tree）
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MyISAM 存储引擎支持空间索引，可以用于地理数据存储。
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MyISAM 存储引擎支持空间索引，可以用于地理数据存储。
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空间索引会从所有维度来索引数据，可以有效地使用任意维度来进行组合查询。
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### 4. 全文索引
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### 4. 全文索引
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MyISAM 存储引擎支持全文索引，用于查找文本中的关键词，而不是直接比较索引中的值。
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MyISAM 存储引擎支持全文索引，用于查找文本中的关键词，而不是直接比较索引中的值。
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使用 MATCH AGAINST，而不是普通的 WHERE。
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使用 MATCH AGAINST，而不是普通的 WHERE。
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## 索引的优点
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## 索引的优点
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- 大大减少了服务器需要扫描的数据量；
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- 大大减少了服务器需要扫描的数据量；
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- 帮助服务器避免进行排序和创建临时表；
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- 帮助服务器避免进行排序和创建临时表；
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- 将随机 I/O 变为顺序 I/O。
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- 将随机 I/O 变为顺序 I/O。
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## 索引优化
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## 索引优化
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### 1. 独立的列
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### 1. 独立的列
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在进行查询时，索引列不能是表达式的一部分，也不能是函数的参数，否则无法使用索引。
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例如下面的查询不能使用 actor_id 列的索引：
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例如下面的查询不能使用 actor_id 列的索引：
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```sql
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SELECT actor_id FROM sakila.actor WHERE actor_id + 1 = 5;
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SELECT actor_id FROM sakila.actor WHERE actor_id + 1 = 5;
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```
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### 2. 前缀索引
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### 2. 前缀索引
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对于 BLOB、TEXT 和 VARCHAR 类型的列，必须使用前缀索引，只索引开始的部分字符。
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对于 BLOB、TEXT 和 VARCHAR 类型的列，必须使用前缀索引，只索引开始的部分字符。
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对于前缀长度的选取需要根据 **索引选择性** 来确定：不重复的索引值和记录总数的比值。选择性越高，查询效率也越高。最大值为 1 ，此时每个记录都有唯一的索引与其对应。
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对于前缀长度的选取需要根据 **索引选择性** 来确定：不重复的索引值和记录总数的比值。选择性越高，查询效率也越高。最大值为 1 ，此时每个记录都有唯一的索引与其对应。
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### 3. 多列索引
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### 3. 多列索引
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在需要使用多个列作为条件进行查询时，使用多列索引比使用多个单列索引性能更好。例如下面的语句中，最好把 actor_id 和 film_id 设置为多列索引。
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在需要使用多个列作为条件进行查询时，使用多列索引比使用多个单列索引性能更好。例如下面的语句中，最好把 actor_id 和 film_id 设置为多列索引。
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```sql
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SELECT film_id, actor_ id FROM sakila.film_actor
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WhERE actor_id = 1 AND film_id = 1;
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SELECT film_id, actor_ id FROM sakila.film_actor
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||||
WhERE actor_id = 1 AND film_id = 1;
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```
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### 4. 索引列的顺序
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### 4. 索引列的顺序
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让选择性最强的索引列放在前面，例如下面显示的结果中 customer_id 的选择性比 staff_id 更高，因此最好把 customer_id 列放在多列索引的前面。
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让选择性最强的索引列放在前面，例如下面显示的结果中 customer_id 的选择性比 staff_id 更高，因此最好把 customer_id 列放在多列索引的前面。
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```sql
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SELECT COUNT(DISTINCT staff_id)/COUNT(*) AS staff_id_selectivity,
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COUNT(DISTINCT customer_id)/COUNT(*) AS customer_id_selectivity,
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SELECT COUNT(DISTINCT staff_id)/COUNT(*) AS staff_id_selectivity,
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COUNT(DISTINCT customer_id)/COUNT(*) AS customer_id_selectivity,
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COUNT(*)
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FROM payment;
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FROM payment;
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```
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```html
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staff_id_selectivity: 0.0001
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customer_id_selectivity: 0.0373
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COUNT(*): 16049
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staff_id_selectivity: 0.0001
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customer_id_selectivity: 0.0373
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COUNT(*): 16049
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```
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### 5. 聚簇索引
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### 5. 聚簇索引
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<div align="center"> <img src="../pics//b9e9ae8c-e216-4c01-b267-a50dbeb98fa4.jpg"/> </div><br>
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聚簇索引并不是一种索引类型，而是一种数据存储方式。
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术语“聚簇”表示数据行和相邻的键值紧密地存储在一起，InnoDB 的聚簇索引的数据行存放在 B-Tree 的叶子页中。
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术语“聚簇”表示数据行和相邻的键值紧密地存储在一起，InnoDB 的聚簇索引的数据行存放在 B-Tree 的叶子页中。
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因为无法把数据行存放在两个不同的地方，所以一个表只能有一个聚簇索引。
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#### 优点
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#### 优点
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1. 可以把相关数据保存在一起，减少 I/O 操作；
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2. 因为数据保存在 B-Tree 中，因此数据访问更快。
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1. 可以把相关数据保存在一起，减少 I/O 操作；
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2. 因为数据保存在 B-Tree 中，因此数据访问更快。
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#### 缺点
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#### 缺点
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1. 聚簇索引最大限度提高了 I/O 密集型应用的性能，但是如果数据全部放在内存，就没必要用聚簇索引。
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2. 插入速度严重依赖于插入顺序，按主键的顺序插入是最快的。
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3. 更新操作代价很高，因为每个被更新的行都会移动到新的位置。
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4. 当插入到某个已满的页中，存储引擎会将该页分裂成两个页面来容纳该行，页分裂会导致表占用更多的磁盘空间。
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5. 如果行比较稀疏，或者由于页分裂导致数据存储不连续时，聚簇索引可能导致全表扫描速度变慢。
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1. 聚簇索引最大限度提高了 I/O 密集型应用的性能，但是如果数据全部放在内存，就没必要用聚簇索引。
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2. 插入速度严重依赖于插入顺序，按主键的顺序插入是最快的。
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3. 更新操作代价很高，因为每个被更新的行都会移动到新的位置。
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4. 当插入到某个已满的页中，存储引擎会将该页分裂成两个页面来容纳该行，页分裂会导致表占用更多的磁盘空间。
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5. 如果行比较稀疏，或者由于页分裂导致数据存储不连续时，聚簇索引可能导致全表扫描速度变慢。
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### 6. 覆盖索引
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### 6. 覆盖索引
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索引包含所有需要查询的字段的值。
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#### 优点
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#### 优点
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1. 因为索引条目通常远小于数据行的大小，所以若只读取索引，能大大减少数据访问量。
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||||
2. 一些存储引擎（例如 MyISAM）在内存中只缓存索引，而数据依赖于操作系统来缓存。因此，只访问索引可以不使用系统调用（通常比较费时）。
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3. 对于 InnoDB 引擎，若二级索引能够覆盖查询，则无需访问聚簇索引。
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1. 因为索引条目通常远小于数据行的大小，所以若只读取索引，能大大减少数据访问量。
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2. 一些存储引擎（例如 MyISAM）在内存中只缓存索引，而数据依赖于操作系统来缓存。因此，只访问索引可以不使用系统调用（通常比较费时）。
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3. 对于 InnoDB 引擎，若二级索引能够覆盖查询，则无需访问聚簇索引。
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## B-Tree 和 B+Tree 原理
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## B-Tree 和 B+Tree 原理
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### 1. B-Tree
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### 1. B-Tree
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<div align="center"> <img src="../pics//5ed71283-a070-4b21-85ae-f2cbfd6ba6e1.jpg"/> </div><br>
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为了描述 B-Tree，首先定义一条数据记录为一个二元组 [key, data]，key 为记录的键，data 为数据记录除 key 外的数据。
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为了描述 B-Tree，首先定义一条数据记录为一个二元组 [key, data]，key 为记录的键，data 为数据记录除 key 外的数据。
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B-Tree 是满足下列条件的数据结构：
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B-Tree 是满足下列条件的数据结构：
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- 所有叶节点具有相同的深度，也就是说 B-Tree 是平衡的；
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- 一个节点中的 key 从左到右非递减排列；
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- 如果某个指针的左右相邻 key 分别是 key<sub>i</sub> 和 key<sub>i+1</sub>，且不为 null，则该指针指向节点的所有 key 大于 key<sub>i</sub> 且小于 key<sub>i+1</sub>。
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- 所有叶节点具有相同的深度，也就是说 B-Tree 是平衡的；
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- 一个节点中的 key 从左到右非递减排列；
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- 如果某个指针的左右相邻 key 分别是 key<sub>i</sub> 和 key<sub>i+1</sub>，且不为 null，则该指针指向节点的所有 key 大于 key<sub>i</sub> 且小于 key<sub>i+1</sub>。
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在 B-Tree 中按 key 检索数据的算法非常直观：首先从根节点进行二分查找，如果找到则返回对应节点的 data，否则对相应区间的指针指向的节点递归进行查找，直到找到节点或找到 null 指针，前者查找成功，后者查找失败。
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在 B-Tree 中按 key 检索数据的算法非常直观：首先从根节点进行二分查找，如果找到则返回对应节点的 data，否则对相应区间的指针指向的节点递归进行查找，直到找到节点或找到 null 指针，前者查找成功，后者查找失败。
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由于插入删除新的数据记录会破坏 B-Tree 的性质，因此在插入删除时，需要对树进行一个分裂、合并、转移等操作以保持 B-Tree 性质。
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由于插入删除新的数据记录会破坏 B-Tree 的性质，因此在插入删除时，需要对树进行一个分裂、合并、转移等操作以保持 B-Tree 性质。
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### 2. B+Tree
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### 2. B+Tree
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<div align="center"> <img src="../pics//63cd5b50-d6d8-4df6-8912-ef4a1dd5ba13.jpg"/> </div><br>
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与 B-Tree 相比，B+Tree 有以下不同点：
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与 B-Tree 相比，B+Tree 有以下不同点：
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- 每个节点的指针上限为 2d 而不是 2d+1；
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- 内节点不存储 data，只存储 key，叶子节点不存储指针。
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- 每个节点的指针上限为 2d 而不是 2d+1；
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- 内节点不存储 data，只存储 key，叶子节点不存储指针。
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### 3. 带有顺序访问指针的 B+Tree
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### 3. 带有顺序访问指针的 B+Tree
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<div align="center"> <img src="../pics//1ee5f0a5-b8df-43b9-95ab-c516c54ec797.jpg"/> </div><br>
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一般在数据库系统或文件系统中使用的 B+Tree 结构都在经典 B+Tree 基础上进行了优化，在叶子节点增加了顺序访问指针，做这个优化的目的是为了提高区间访问的性能。
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一般在数据库系统或文件系统中使用的 B+Tree 结构都在经典 B+Tree 基础上进行了优化，在叶子节点增加了顺序访问指针，做这个优化的目的是为了提高区间访问的性能。
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### 4. 为什么使用 B-Tree 和 B+Tree
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### 4. 为什么使用 B-Tree 和 B+Tree
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红黑树等数据结构也可以用来实现索引，但是文件系统及数据库系统普遍采用 B-/+Tree 作为索引结构。
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红黑树等数据结构也可以用来实现索引，但是文件系统及数据库系统普遍采用 B-/+Tree 作为索引结构。
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页是计算机管理存储器的逻辑块，硬件及操作系统往往将主存和磁盘存储区分割为连续的大小相等的块，每个存储块称为一页（在许多操作系统中，页得大小通常为 4k），主存和磁盘以页为单位交换数据。
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页是计算机管理存储器的逻辑块，硬件及操作系统往往将主存和磁盘存储区分割为连续的大小相等的块，每个存储块称为一页（在许多操作系统中，页得大小通常为 4k），主存和磁盘以页为单位交换数据。
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一般来说，索引本身也很大，不可能全部存储在内存中，因此索引往往以索引文件的形式存储的磁盘上。为了减少磁盘 I/O，磁盘往往不是严格按需读取，而是每次都会预读。这样做的理论依据是计算机科学中著名的局部性原理：当一个数据被用到时，其附近的数据也通常会马上被使用。数据库系统的设计者巧妙利用了磁盘预读原理，将一个节点的大小设为等于一个页，这样每个节点只需要一次 I/O 就可以完全载入。B-Tree 中一次检索最多需要 h-1 次 I/O（根节点常驻内存），渐进复杂度为 O(h)=O(logdN)。一般实际应用中，出度 d 是非常大的数字，通常超过 100，因此 h 非常小（通常不超过 3）。而红黑树这种结构，h 明显要深的多。并且于逻辑上很近的节点（父子）物理上可能很远，无法利用局部性，效率明显比 B-Tree 差很多。
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一般来说，索引本身也很大，不可能全部存储在内存中，因此索引往往以索引文件的形式存储的磁盘上。为了减少磁盘 I/O，磁盘往往不是严格按需读取，而是每次都会预读。这样做的理论依据是计算机科学中著名的局部性原理：当一个数据被用到时，其附近的数据也通常会马上被使用。数据库系统的设计者巧妙利用了磁盘预读原理，将一个节点的大小设为等于一个页，这样每个节点只需要一次 I/O 就可以完全载入。B-Tree 中一次检索最多需要 h-1 次 I/O（根节点常驻内存），渐进复杂度为 O(h)=O(logdN)。一般实际应用中，出度 d 是非常大的数字，通常超过 100，因此 h 非常小（通常不超过 3）。而红黑树这种结构，h 明显要深的多。并且于逻辑上很近的节点（父子）物理上可能很远，无法利用局部性，效率明显比 B-Tree 差很多。
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B+Tree 更适合外存索引，原因和内节点出度 d 有关。由于 B+Tree 内节点去掉了 data 域，因此可以拥有更大的出度，拥有更好的性能。
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B+Tree 更适合外存索引，原因和内节点出度 d 有关。由于 B+Tree 内节点去掉了 data 域，因此可以拥有更大的出度，拥有更好的性能。
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# 四、查询性能优化
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# 四、查询性能优化
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### Explain
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### Explain
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用来分析 SQL 语句，分析结果中比较重要的字段有：
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用来分析 SQL 语句，分析结果中比较重要的字段有：
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- select_type : 查询类型，有简单查询、联合查询和子查询
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- select_type : 查询类型，有简单查询、联合查询和子查询
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- key : 使用的索引
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- key : 使用的索引
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- rows : 扫描的行数
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- rows : 扫描的行数
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### 减少返回的列
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### 减少返回的列
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慢查询主要是因为访问了过多数据，除了访问过多行之外，也包括访问过多列。
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最好不要使用 SELECT * 语句，要根据需要选择查询的列。
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最好不要使用 SELECT * 语句，要根据需要选择查询的列。
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### 减少返回的行
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### 减少返回的行
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最好使用 LIMIT 语句来取出想要的那些行。
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最好使用 LIMIT 语句来取出想要的那些行。
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还可以建立索引来减少条件语句的全表扫描。例如对于下面的语句，不使用索引的情况下需要进行全表扫描，而使用索引只需要扫描几行记录即可，使用 Explain 语句可以通过观察 rows 字段来看出这种差异。
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还可以建立索引来减少条件语句的全表扫描。例如对于下面的语句，不使用索引的情况下需要进行全表扫描，而使用索引只需要扫描几行记录即可，使用 Explain 语句可以通过观察 rows 字段来看出这种差异。
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```sql
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SELECT * FROM sakila.film_actor WHERE film_id = 1;
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SELECT * FROM sakila.film_actor WHERE film_id = 1;
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```
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### 拆分大的 DELETE 或 INSERT 语句
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### 拆分大的 DELETE 或 INSERT 语句
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如果一次性执行的话，可能一次锁住很多数据、占满整个事务日志、耗尽系统资源、阻塞很多小的但重要的查询。
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```sql
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DELEFT FROM messages WHERE create < DATE_SUB(NOW(), INTERVAL 3 MONTH);
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DELEFT FROM messages WHERE create < DATE_SUB(NOW(), INTERVAL 3 MONTH);
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```
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```sql
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rows_affected = 0
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do {
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rows_affected = do_query(
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"DELETE FROM messages WHERE create < DATE_SUB(NOW(), INTERVAL 3 MONTH) LIMIT 10000")
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} while rows_affected > 0
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rows_affected = 0
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do {
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rows_affected = do_query(
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"DELETE FROM messages WHERE create < DATE_SUB(NOW(), INTERVAL 3 MONTH) LIMIT 10000")
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} while rows_affected > 0
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```
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# 五、分库与分表
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# 五、分库与分表
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## 原因
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## 原因
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随着时间和业务的发展，数据库中的表会越来越多，并且表中的数据量也会越来越大，那么读写操作的开销也会随着增大。
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## 实现方式
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## 实现方式
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### 1. 垂直切分
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### 1. 垂直切分
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将表按功能模块、关系密切程度划分出来，部署到不同的库上。例如，我们会建立商品数据库 payDB、用户数据库 userDB 等，分别用来存储项目与商品有关的表和与用户有关的表。
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将表按功能模块、关系密切程度划分出来，部署到不同的库上。例如，我们会建立商品数据库 payDB、用户数据库 userDB 等，分别用来存储项目与商品有关的表和与用户有关的表。
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### 2. 水平切分
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### 2. 水平切分
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把表中的数据按照某种规则存储到多个结构相同的表中，例如按 id 的散列值、性别等进行划分。
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把表中的数据按照某种规则存储到多个结构相同的表中，例如按 id 的散列值、性别等进行划分。
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### 3. 切分的选择
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### 3. 切分的选择
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如果数据库中的表太多，并且项目各项业务逻辑清晰，那么垂直切分是首选。
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如果数据库的表不多，但是单表的数据量很大，应该选择水平切分。
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## Merge 存储引擎
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## Merge 存储引擎
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该存储引擎支持分表。
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## 存在的问题
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## 存在的问题
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### 1. 事务问题
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### 1. 事务问题
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在执行分库分表之后，由于数据存储到了不同的库上，数据库事务管理出现了困难。如果依赖数据库本身的分布式事务管理功能去执行事务，将付出高昂的性能代价；如果由应用程序去协助控制，形成程序逻辑上的事务，又会造成编程方面的负担。
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### 2. 跨库跨表连接问题
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### 2. 跨库跨表连接问题
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在执行了分库分表之后，难以避免会将原本逻辑关联性很强的数据划分到不同的表、不同的库上。这时，表的连接操作将受到限制，我们无法连接位于不同分库的表，也无法连接分表粒度不同的表，导致原本只需要一次查询就能够完成的业务需要进行多次才能完成。
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### 3. 额外的数据管理负担和数据运算压力
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### 3. 额外的数据管理负担和数据运算压力
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最显而易见的就是数据的定位问题和数据的增删改查的重复执行问题，这些都可以通过应用程序解决，但必然引起额外的逻辑运算。
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## 分表与分区的不同
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## 分表与分区的不同
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分表，就是将一张表分成多个小表，这些小表拥有不同的表名；而分区是将一张表的数据分为多个区块，这些区块可以存储在同一个磁盘上，也可以存储在不同的磁盘上，这种方式下表仍然只有一个。
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# 六、故障转移和故障恢复
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# 六、故障转移和故障恢复
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故障转移也叫做切换，当主库出现故障时就切换到备库，使备库成为主库。故障恢复顾名思义就是从故障中恢复过来，并且保证数据的正确性。
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### 提升备库或切换角色
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### 提升备库或切换角色
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提升一台备库为主库，或者在一个主-主复制结构中调整主动和被动角色。
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### 虚拟 IP 地址和 IP 托管
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### 虚拟 IP 地址和 IP 托管
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为 MySQL 实例指定一个逻辑 IP 地址，当 MySQL 实例失效时，可以将 IP 地址转移到另一台 MySQL 服务器上。
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为 MySQL 实例指定一个逻辑 IP 地址，当 MySQL 实例失效时，可以将 IP 地址转移到另一台 MySQL 服务器上。
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### 中间件解决方案
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### 中间件解决方案
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通过代理，可以路由流量到可以使用的服务器上。
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<div align="center"> <img src="../pics//fabd5fa0-b75e-48d0-9e2c-31471945ceb9.jpg"/> </div><br>
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### 在应用中处理故障转移
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### 在应用中处理故障转移
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将故障转移整合到应用中可能导致应用变得太过笨拙。
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# 参考资料
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# 参考资料
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||||
- 高性能 MySQL
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||||
- [MySQL 索引背后的数据结构及算法原理 ](http://blog.codinglabs.org/articles/theory-of-mysql-index.html)
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||||
- [20+ 条 MySQL 性能优化的最佳经验 ](https://www.jfox.info/20-tiao-mysql-xing-nen-you-hua-de-zui-jia-jing-yan.html)
|
||||
- [数据库为什么分库分表？mysql的分库分表方案](https://www.i3geek.com/archives/1108)
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||||
- 高性能 MySQL
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||||
- [MySQL 索引背后的数据结构及算法原理 ](http://blog.codinglabs.org/articles/theory-of-mysql-index.html)
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||||
- [20+ 条 MySQL 性能优化的最佳经验 ](https://www.jfox.info/20-tiao-mysql-xing-nen-you-hua-de-zui-jia-jing-yan.html)
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||||
- [数据库为什么分库分表？mysql的分库分表方案](https://www.i3geek.com/archives/1108)
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500
notes/Redis.md
500
notes/Redis.md
@ -1,193 +1,235 @@
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[TOC]
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<!-- GFM-TOC -->
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||||
* [一、Redis 是什么](#一redis-是什么)
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* [二、五种基本类型](#二五种基本类型)
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||||
* [1. STRING](#1-string)
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||||
* [2. LIST](#2-list)
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||||
* [3. SET](#3-set)
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||||
* [4. HASH](#4-hash)
|
||||
* [5. ZSET](#5-zset)
|
||||
* [三、键的过期时间](#三键的过期时间)
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||||
* [四、发布与订阅](#四发布与订阅)
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||||
* [五、事务](#五事务)
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||||
* [六、持久化](#六持久化)
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||||
* [1. 快照持久化](#1-快照持久化)
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||||
* [2. AOF 持久化](#2-aof-持久化)
|
||||
* [七、复制](#七复制)
|
||||
* [从服务器连接主服务器的过程](#从服务器连接主服务器的过程)
|
||||
* [主从链](#主从链)
|
||||
* [八、处理故障](#八处理故障)
|
||||
* [九、分片](#九分片)
|
||||
* [1. 客户端分片](#1-客户端分片)
|
||||
* [2. 代理分片](#2-代理分片)
|
||||
* [3. 服务器分片](#3-服务器分片)
|
||||
* [十、事件](#十事件)
|
||||
* [事件类型](#事件类型)
|
||||
* [事件的调度与执行](#事件的调度与执行)
|
||||
* [十一、Redis 与 Memcached 的区别](#十一redis-与-memcached-的区别)
|
||||
* [数据类型](#数据类型)
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||||
* [数据持久化](#数据持久化)
|
||||
* [分布式](#分布式)
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* [内存管理机制](#内存管理机制)
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||||
* [十二、Redis 适用场景](#十二redis-适用场景)
|
||||
* [缓存](#缓存)
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||||
* [消息队列](#消息队列)
|
||||
* [计数器](#计数器)
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||||
* [好友关系](#好友关系)
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||||
* [十三、数据淘汰策略](#十三数据淘汰策略)
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||||
* [十四、一个简单的论坛系统分析](#十四一个简单的论坛系统分析)
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* [文章信息](#文章信息)
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* [点赞功能](#点赞功能)
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* [对文章进行排序](#对文章进行排序)
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* [参考资料](#参考资料)
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<!-- GFM-TOC -->
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# 一、Redis 是什么
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Redis 是速度非常快的非关系型（NoSQL）内存键值数据库，可以存储键和五种不同类型的值之间的映射。
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# 一、Redis 是什么
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Redis 是速度非常快的非关系型（NoSQL）内存键值数据库，可以存储键和五种不同类型的值之间的映射。
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五种类型数据类型为：字符串、列表、集合、有序集合、散列表。
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Redis 支持很多特性，例如将内存中的数据持久化到硬盘中，使用复制来扩展读性能，使用分片来扩展写性能。
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Redis 支持很多特性，例如将内存中的数据持久化到硬盘中，使用复制来扩展读性能，使用分片来扩展写性能。
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# 二、五种基本类型
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# 二、五种基本类型
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| 数据类型 | 可以存储的值 | 操作 |
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| -- | -- | -- |
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| STRING | 字符串、整数或者浮点数 | 对整个字符串或者字符串的其中一部分执行操作</br> 对整数和浮点数执行自增或者自减操作 |
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| LIST | 链表 | 从两端压入或者弹出元素</br> 读取单个或者多个元素</br> 进行修剪，只保留一个范围内的元素 |
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| SET | 无序集合 | 添加、获取、移除单个元素</br> 检查一个元素是否存在于集合中</br> 计算交集、并集、差集</br> 从集合里面随机获取元素 |
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| HASH | 包含键值对的无序散列表 | 添加、获取、移除单个键值对</br> 获取所有键值对</br> 检查某个键是否存在|
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| ZSET | 有序集合 | 添加、获取、删除元素个元素</br> 根据分值范围或者成员来获取元素</br> 计算一个键的排名 |
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| 数据类型 | 可以存储的值 | 操作 |
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| -- | -- | -- |
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| STRING | 字符串、整数或者浮点数 | 对整个字符串或者字符串的其中一部分执行操作</br> 对整数和浮点数执行自增或者自减操作 |
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| LIST | 链表 | 从两端压入或者弹出元素</br> 读取单个或者多个元素</br> 进行修剪，只保留一个范围内的元素 |
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| SET | 无序集合 | 添加、获取、移除单个元素</br> 检查一个元素是否存在于集合中</br> 计算交集、并集、差集</br> 从集合里面随机获取元素 |
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| HASH | 包含键值对的无序散列表 | 添加、获取、移除单个键值对</br> 获取所有键值对</br> 检查某个键是否存在|
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| ZSET | 有序集合 | 添加、获取、删除元素个元素</br> 根据分值范围或者成员来获取元素</br> 计算一个键的排名 |
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||||
> [What Redis data structures look like](https://redislabs.com/ebook/part-1-getting-started/chapter-1-getting-to-know-redis/1-2-what-redis-data-structures-look-like/)
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||||
> [What Redis data structures look like](https://redislabs.com/ebook/part-1-getting-started/chapter-1-getting-to-know-redis/1-2-what-redis-data-structures-look-like/)
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||||
## 1. STRING
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## 1. STRING
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<img src="index_files/6019b2db-bc3e-4408-b6d8-96025f4481d6.png" width="400"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//6019b2db-bc3e-4408-b6d8-96025f4481d6.png" width="400"/> </div><br>
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||||
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||||
```html
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||||
> set hello world
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||||
> set hello world
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||||
OK
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||||
> get hello
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||||
> get hello
|
||||
"world"
|
||||
> del hello
|
||||
(integer) 1
|
||||
> get hello
|
||||
> del hello
|
||||
(integer) 1
|
||||
> get hello
|
||||
(nil)
|
||||
```
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||||
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||||
## 2. LIST
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||||
## 2. LIST
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||||
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||||
<img src="index_files/fb327611-7e2b-4f2f-9f5b-38592d408f07.png" width="400"/>
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||||
<div align="center"> <img src="../pics//fb327611-7e2b-4f2f-9f5b-38592d408f07.png" width="400"/> </div><br>
|
||||
|
||||
```html
|
||||
> rpush list-key item
|
||||
(integer) 1
|
||||
> rpush list-key item2
|
||||
(integer) 2
|
||||
> rpush list-key item
|
||||
(integer) 3
|
||||
> rpush list-key item
|
||||
(integer) 1
|
||||
> rpush list-key item2
|
||||
(integer) 2
|
||||
> rpush list-key item
|
||||
(integer) 3
|
||||
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||||
> lrange list-key 0 -1
|
||||
1) "item"
|
||||
2) "item2"
|
||||
3) "item"
|
||||
> lrange list-key 0 -1
|
||||
1) "item"
|
||||
2) "item2"
|
||||
3) "item"
|
||||
|
||||
> lindex list-key 1
|
||||
> lindex list-key 1
|
||||
"item2"
|
||||
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||||
> lpop list-key
|
||||
> lpop list-key
|
||||
"item"
|
||||
|
||||
> lrange list-key 0 -1
|
||||
1) "item2"
|
||||
2) "item"
|
||||
> lrange list-key 0 -1
|
||||
1) "item2"
|
||||
2) "item"
|
||||
```
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||||
## 3. SET
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||||
## 3. SET
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<img src="index_files/cd5fbcff-3f35-43a6-8ffa-082a93ce0f0e.png" width="400"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//cd5fbcff-3f35-43a6-8ffa-082a93ce0f0e.png" width="400"/> </div><br>
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||||
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||||
```html
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||||
> sadd set-key item
|
||||
(integer) 1
|
||||
> sadd set-key item2
|
||||
(integer) 1
|
||||
> sadd set-key item3
|
||||
(integer) 1
|
||||
> sadd set-key item
|
||||
(integer) 0
|
||||
> sadd set-key item
|
||||
(integer) 1
|
||||
> sadd set-key item2
|
||||
(integer) 1
|
||||
> sadd set-key item3
|
||||
(integer) 1
|
||||
> sadd set-key item
|
||||
(integer) 0
|
||||
|
||||
> smembers set-key
|
||||
1) "item"
|
||||
2) "item2"
|
||||
3) "item3"
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||||
> smembers set-key
|
||||
1) "item"
|
||||
2) "item2"
|
||||
3) "item3"
|
||||
|
||||
> sismember set-key item4
|
||||
(integer) 0
|
||||
> sismember set-key item
|
||||
(integer) 1
|
||||
> sismember set-key item4
|
||||
(integer) 0
|
||||
> sismember set-key item
|
||||
(integer) 1
|
||||
|
||||
> srem set-key item2
|
||||
(integer) 1
|
||||
> srem set-key item2
|
||||
(integer) 0
|
||||
> srem set-key item2
|
||||
(integer) 1
|
||||
> srem set-key item2
|
||||
(integer) 0
|
||||
|
||||
> smembers set-key
|
||||
1) "item"
|
||||
2) "item3"
|
||||
> smembers set-key
|
||||
1) "item"
|
||||
2) "item3"
|
||||
```
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||||
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||||
## 4. HASH
|
||||
## 4. HASH
|
||||
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||||
<img src="index_files/7bd202a7-93d4-4f3a-a878-af68ae25539a.png" width="400"/>
|
||||
<div align="center"> <img src="../pics//7bd202a7-93d4-4f3a-a878-af68ae25539a.png" width="400"/> </div><br>
|
||||
|
||||
```html
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||||
> hset hash-key sub-key1 value1
|
||||
(integer) 1
|
||||
> hset hash-key sub-key2 value2
|
||||
(integer) 1
|
||||
> hset hash-key sub-key1 value1
|
||||
(integer) 0
|
||||
> hset hash-key sub-key1 value1
|
||||
(integer) 1
|
||||
> hset hash-key sub-key2 value2
|
||||
(integer) 1
|
||||
> hset hash-key sub-key1 value1
|
||||
(integer) 0
|
||||
|
||||
> hgetall hash-key
|
||||
1) "sub-key1"
|
||||
2) "value1"
|
||||
3) "sub-key2"
|
||||
4) "value2"
|
||||
> hgetall hash-key
|
||||
1) "sub-key1"
|
||||
2) "value1"
|
||||
3) "sub-key2"
|
||||
4) "value2"
|
||||
|
||||
> hdel hash-key sub-key2
|
||||
(integer) 1
|
||||
> hdel hash-key sub-key2
|
||||
(integer) 0
|
||||
> hdel hash-key sub-key2
|
||||
(integer) 1
|
||||
> hdel hash-key sub-key2
|
||||
(integer) 0
|
||||
|
||||
> hget hash-key sub-key1
|
||||
> hget hash-key sub-key1
|
||||
"value1"
|
||||
|
||||
> hgetall hash-key
|
||||
1) "sub-key1"
|
||||
2) "value1"
|
||||
> hgetall hash-key
|
||||
1) "sub-key1"
|
||||
2) "value1"
|
||||
```
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||||
|
||||
## 5. ZSET
|
||||
## 5. ZSET
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||||
<img src="index_files/1202b2d6-9469-4251-bd47-ca6034fb6116.png" width="400"/>
|
||||
<div align="center"> <img src="../pics//1202b2d6-9469-4251-bd47-ca6034fb6116.png" width="400"/> </div><br>
|
||||
|
||||
```html
|
||||
> zadd zset-key 728 member1
|
||||
(integer) 1
|
||||
> zadd zset-key 982 member0
|
||||
(integer) 1
|
||||
> zadd zset-key 982 member0
|
||||
(integer) 0
|
||||
> zadd zset-key 728 member1
|
||||
(integer) 1
|
||||
> zadd zset-key 982 member0
|
||||
(integer) 1
|
||||
> zadd zset-key 982 member0
|
||||
(integer) 0
|
||||
|
||||
> zrange zset-key 0 -1 withscores
|
||||
1) "member1"
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||||
2) "728"
|
||||
3) "member0"
|
||||
4) "982"
|
||||
> zrange zset-key 0 -1 withscores
|
||||
1) "member1"
|
||||
2) "728"
|
||||
3) "member0"
|
||||
4) "982"
|
||||
|
||||
> zrangebyscore zset-key 0 800 withscores
|
||||
1) "member1"
|
||||
2) "728"
|
||||
> zrangebyscore zset-key 0 800 withscores
|
||||
1) "member1"
|
||||
2) "728"
|
||||
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||||
> zrem zset-key member1
|
||||
(integer) 1
|
||||
> zrem zset-key member1
|
||||
(integer) 0
|
||||
> zrem zset-key member1
|
||||
(integer) 1
|
||||
> zrem zset-key member1
|
||||
(integer) 0
|
||||
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||||
> zrange zset-key 0 -1 withscores
|
||||
1) "member0"
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||||
2) "982"
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||||
> zrange zset-key 0 -1 withscores
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||||
1) "member0"
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||||
2) "982"
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```
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# 三、键的过期时间
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# 三、键的过期时间
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Redis 可以为每个键设置过期时间，当键过期时，会自动删除该键。
|
||||
Redis 可以为每个键设置过期时间，当键过期时，会自动删除该键。
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||||
对于散列表这种容器，只能为整个键设置过期时间（整个散列表），而不能为键里面的单个元素设置过期时间。
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过期时间对于清理缓存数据非常有用。
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# 四、发布与订阅
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# 四、发布与订阅
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发布与订阅实际上是观察者模式，订阅者订阅了频道之后，发布者向频道发送字符串消息会被所有订阅者接收到。
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发布与订阅有一些问题，很少使用它，而是使用替代的解决方案。问题如下：
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1. 如果订阅者读取消息的速度很慢，会使得消息不断积压在发布者的输出缓存区中，造成内存占用过多；
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2. 如果订阅者在执行订阅的过程中网络出现问题，那么就会丢失断线期间发送的所有消息。
|
||||
1. 如果订阅者读取消息的速度很慢，会使得消息不断积压在发布者的输出缓存区中，造成内存占用过多；
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||||
2. 如果订阅者在执行订阅的过程中网络出现问题，那么就会丢失断线期间发送的所有消息。
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# 五、事务
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# 五、事务
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Redis 最简单的事务实现方式是使用 MULTI 和 EXEC 命令将事务操作包围起来。
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Redis 最简单的事务实现方式是使用 MULTI 和 EXEC 命令将事务操作包围起来。
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||||
MULTI 和 EXEC 中的操作将会一次性发送给服务器，而不是一条一条发送，这种方式称为流水线，它可以减少客户端与服务器之间的网络通信次数从而提升性能。
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||||
MULTI 和 EXEC 中的操作将会一次性发送给服务器，而不是一条一条发送，这种方式称为流水线，它可以减少客户端与服务器之间的网络通信次数从而提升性能。
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# 六、持久化
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# 六、持久化
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Redis 是内存型数据库，为了保证数据在断电后不会丢失，需要将内存中的数据持久化到硬盘上。
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Redis 是内存型数据库，为了保证数据在断电后不会丢失，需要将内存中的数据持久化到硬盘上。
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## 1. 快照持久化
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## 1. 快照持久化
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将某个时间点的所有数据都存放到硬盘上。
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||||
@ -195,224 +237,224 @@ Redis 是内存型数据库，为了保证数据在断电后不会丢失，需
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如果系统发生故障，将会丢失最后一次创建快照之后的数据。并且如果数据量很大，保存快照的时间也会很长。
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## 2. AOF 持久化
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## 2. AOF 持久化
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AOF 持久化将写命令添加到 AOF 文件（Append Only File）的末尾。
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AOF 持久化将写命令添加到 AOF 文件（Append Only File）的末尾。
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||||
对硬盘的文件进行写入时，写入的内容首先会被存储到缓冲区，然后由操作系统决定什么时候将该内容同步到硬盘，用户可以调用 file.flush() 方法请求操作系统尽快将缓冲区存储的数据同步到硬盘。因此将写命令添加到 AOF 文件时，要根据需求来保证何时将添加的数据同步到硬盘上，有以下同步选项：
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对硬盘的文件进行写入时，写入的内容首先会被存储到缓冲区，然后由操作系统决定什么时候将该内容同步到硬盘，用户可以调用 file.flush() 方法请求操作系统尽快将缓冲区存储的数据同步到硬盘。因此将写命令添加到 AOF 文件时，要根据需求来保证何时将添加的数据同步到硬盘上，有以下同步选项：
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| 选项 | 同步频率 |
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| -- | -- |
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| always | 每个写命令都同步 |
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| everysec | 每秒同步一次 |
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| no | 让操作系统来决定何时同步 |
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| 选项 | 同步频率 |
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| -- | -- |
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| always | 每个写命令都同步 |
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| everysec | 每秒同步一次 |
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| no | 让操作系统来决定何时同步 |
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always 选项会严重减低服务器的性能；everysec 选项比较合适，可以保证系统奔溃时只会丢失一秒左右的数据，并且 Redis 每秒执行一次同步对服务器性能几乎没有任何影响；no 选项并不能给服务器性能带来多大的提升，而且也会增加系统奔溃时数据丢失的数量。
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always 选项会严重减低服务器的性能；everysec 选项比较合适，可以保证系统奔溃时只会丢失一秒左右的数据，并且 Redis 每秒执行一次同步对服务器性能几乎没有任何影响；no 选项并不能给服务器性能带来多大的提升，而且也会增加系统奔溃时数据丢失的数量。
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||||
随着服务器写请求的增多，AOF 文件会越来越大；Redis 提供了一种将 AOF 重写的特性，能够去除 AOF 文件中的冗余写命令。
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随着服务器写请求的增多，AOF 文件会越来越大；Redis 提供了一种将 AOF 重写的特性，能够去除 AOF 文件中的冗余写命令。
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# 七、复制
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# 七、复制
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通过使用 slaveof host port 命令来让一个服务器成为另一个服务器的从服务器。
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通过使用 slaveof host port 命令来让一个服务器成为另一个服务器的从服务器。
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一个从服务器只能有一个主服务器，并且不支持主主复制。
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||||
## 从服务器连接主服务器的过程
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## 从服务器连接主服务器的过程
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1. 主服务器创建快照文件，发送给从服务器，并在发送期间使用缓冲区记录执行的写命令。快照文件发送完毕之后，开始向从服务器发送存储在缓冲区中的写命令；
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1. 主服务器创建快照文件，发送给从服务器，并在发送期间使用缓冲区记录执行的写命令。快照文件发送完毕之后，开始向从服务器发送存储在缓冲区中的写命令；
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||||
2. 从服务器丢弃所有旧数据，载入主服务器发来的快照文件，之后从服务器开始接受主服务器发来的写命令；
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2. 从服务器丢弃所有旧数据，载入主服务器发来的快照文件，之后从服务器开始接受主服务器发来的写命令；
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3. 主服务器每执行一次写命令，就向从服务器发送相同的写命令。
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3. 主服务器每执行一次写命令，就向从服务器发送相同的写命令。
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## 主从链
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## 主从链
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随着负载不断上升，主服务器可能无法很快地更新所有从服务器，或者重新连接和重新同步从服务器将导致系统超载。为了解决这个问题，可以创建一个中间层来分担主服务器的复制工作。中间层的服务器是最上层服务器的从服务器，又是最下层服务器的主服务器。
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<img src="index_files/395a9e83-b1a1-4a1d-b170-d081e7bb5bab.png" width="600"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//395a9e83-b1a1-4a1d-b170-d081e7bb5bab.png" width="600"/> </div><br>
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# 八、处理故障
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# 八、处理故障
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要用到持久化文件来恢复服务器的数据。
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持久化文件可能因为服务器出错也有错误，因此要先对持久化文件进行验证和修复。对 AOF 文件就行验证和修复很容易，修复操作将第一个出错命令和其后的所有命令都删除；但是只能验证快照文件，无法对快照文件进行修复，因为快照文件进行了压缩，出现在快照文件中间的错误可能会导致整个快照文件的剩余部分无法读取。
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持久化文件可能因为服务器出错也有错误，因此要先对持久化文件进行验证和修复。对 AOF 文件就行验证和修复很容易，修复操作将第一个出错命令和其后的所有命令都删除；但是只能验证快照文件，无法对快照文件进行修复，因为快照文件进行了压缩，出现在快照文件中间的错误可能会导致整个快照文件的剩余部分无法读取。
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当主服务器出现故障时，Redis 常用的做法是新开一台服务器作为主服务器，具体步骤如下：假设 A 为主服务器，B 为从服务器，当 A 出现故障时，让 B 生成一个快照文件，将快照文件发送给 C，并让 C 恢复快照文件的数据。最后，让 B 成为 C 的从服务器。
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当主服务器出现故障时，Redis 常用的做法是新开一台服务器作为主服务器，具体步骤如下：假设 A 为主服务器，B 为从服务器，当 A 出现故障时，让 B 生成一个快照文件，将快照文件发送给 C，并让 C 恢复快照文件的数据。最后，让 B 成为 C 的从服务器。
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# 九、分片
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# 九、分片
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Redis 中的分片类似于 MySQL 的分表操作，分片是将数据划分为多个部分的方法，对数据的划分可以基于键包含的 ID、基于键的哈希值，或者基于以上两者的某种组合。通过对数据进行分片，用户可以将数据存储到多台机器里面，也可以从多台机器里面获取数据，这种方法在解决某些问题时可以获得线性级别的性能提升。
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Redis 中的分片类似于 MySQL 的分表操作，分片是将数据划分为多个部分的方法，对数据的划分可以基于键包含的 ID、基于键的哈希值，或者基于以上两者的某种组合。通过对数据进行分片，用户可以将数据存储到多台机器里面，也可以从多台机器里面获取数据，这种方法在解决某些问题时可以获得线性级别的性能提升。
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||||
假设有 4 个 Reids 实例 R0，R1，R2，R3，还有很多表示用户的键 user:1，user:2，... 等等，有不同的方式来选择一个指定的键存储在哪个实例中。最简单的方式是范围分片，例如用户 id 从 0~1000 的存储到实例 R0 中，用户 id 从 1001~2000 的存储到实例 R1 中，等等。但是这样需要维护一张映射范围表，维护操作代价很高。还有一种方式是哈希分片，使用 CRC32 哈希函数将键转换为一个数字，再对实例数量求模就能知道应该存储的实例。
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假设有 4 个 Reids 实例 R0，R1，R2，R3，还有很多表示用户的键 user:1，user:2，... 等等，有不同的方式来选择一个指定的键存储在哪个实例中。最简单的方式是范围分片，例如用户 id 从 0\~1000 的存储到实例 R0 中，用户 id 从 1001\~2000 的存储到实例 R1 中，等等。但是这样需要维护一张映射范围表，维护操作代价很高。还有一种方式是哈希分片，使用 CRC32 哈希函数将键转换为一个数字，再对实例数量求模就能知道应该存储的实例。
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## 1. 客户端分片
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## 1. 客户端分片
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客户端使用一致性哈希等算法决定键应当分布到哪个节点。
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## 2. 代理分片
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## 2. 代理分片
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将客户端请求发送到代理上，由代理转发请求到正确的节点上。
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## 3. 服务器分片
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## 3. 服务器分片
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Redis Cluster。
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Redis Cluster。
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# 十、事件
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# 十、事件
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## 事件类型
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## 事件类型
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### 1. 文件事件
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### 1. 文件事件
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服务器有许多套接字，事件产生时会对这些套接字进行操作，服务器通过监听套接字来处理事件。常见的文件事件有：客户端的连接事件；客户端的命令请求事件；服务器向客户端返回命令结果的事件；
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### 2. 时间事件
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### 2. 时间事件
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又分为两类：定时事件是让一段程序在指定的时间之内执行一次；周期性时间是让一段程序每隔指定时间就执行一次。
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## 事件的调度与执行
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## 事件的调度与执行
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服务器需要不断监听文件事件的套接字才能得到待处理的文件事件，但是不能监听太久，否则时间事件无法在规定的时间内执行，因此监听时间应该根据距离现在最近的时间事件来决定。
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||||
事件调度与执行由 aeProcessEvents 函数负责，伪代码如下：
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事件调度与执行由 aeProcessEvents 函数负责，伪代码如下：
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```python
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def aeProcessEvents():
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def aeProcessEvents():
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# 获取到达时间离当前时间最接近的时间事件
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time_event = aeSearchNearestTimer()
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||||
# 获取到达时间离当前时间最接近的时间事件
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time_event = aeSearchNearestTimer()
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||||
# 计算最接近的时间事件距离到达还有多少毫秒
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||||
remaind_ms = time_event.when - unix_ts_now()
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||||
# 计算最接近的时间事件距离到达还有多少毫秒
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||||
remaind_ms = time_event.when - unix_ts_now()
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||||
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||||
# 如果事件已到达，那么 remaind_ms 的值可能为负数，将它设为 0
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if remaind_ms < 0:
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remaind_ms = 0
|
||||
# 如果事件已到达，那么 remaind_ms 的值可能为负数，将它设为 0
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||||
if remaind_ms < 0:
|
||||
remaind_ms = 0
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||||
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||||
# 根据 remaind_ms 的值，创建 timeval
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||||
timeval = create_timeval_with_ms(remaind_ms)
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||||
# 根据 remaind_ms 的值，创建 timeval
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||||
timeval = create_timeval_with_ms(remaind_ms)
|
||||
|
||||
# 阻塞并等待文件事件产生，最大阻塞时间由传入的 timeval 决定
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||||
aeApiPoll(timeval)
|
||||
# 阻塞并等待文件事件产生，最大阻塞时间由传入的 timeval 决定
|
||||
aeApiPoll(timeval)
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# 处理所有已产生的文件事件
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procesFileEvents()
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# 处理所有已产生的文件事件
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procesFileEvents()
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# 处理所有已到达的时间事件
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processTimeEvents()
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# 处理所有已到达的时间事件
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processTimeEvents()
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```
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将 aeProcessEvents 函数置于一个循环里面，加上初始化和清理函数，就构成了 Redis 服务器的主函数，伪代码如下：
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将 aeProcessEvents 函数置于一个循环里面，加上初始化和清理函数，就构成了 Redis 服务器的主函数，伪代码如下：
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```python
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def main():
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def main():
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# 初始化服务器
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init_server()
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# 初始化服务器
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init_server()
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# 一直处理事件，直到服务器关闭为止
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while server_is_not_shutdown():
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aeProcessEvents()
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# 一直处理事件，直到服务器关闭为止
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while server_is_not_shutdown():
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aeProcessEvents()
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# 服务器关闭，执行清理操作
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clean_server()
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# 服务器关闭，执行清理操作
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clean_server()
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```
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从事件处理的角度来看，服务器运行流程如下：
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<div align="center"> <img src="../pics//73b73189-9e95-47e5-91d0-9378b8462e15.png"/> </div><br>
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# 十一、Redis 与 Memcached 的区别
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# 十一、Redis 与 Memcached 的区别
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两者都是非关系型内存键值数据库。有以下主要不同：
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## 数据类型
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## 数据类型
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Memcached 仅支持字符串类型，而 Redis 支持五种不同种类的数据类型，使得它可以更灵活地解决问题。
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Memcached 仅支持字符串类型，而 Redis 支持五种不同种类的数据类型，使得它可以更灵活地解决问题。
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## 数据持久化
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## 数据持久化
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Redis 支持两种持久化策略：RDB 快照和 AOF 日志，而 Memcached 不支持持久化。
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Redis 支持两种持久化策略：RDB 快照和 AOF 日志，而 Memcached 不支持持久化。
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## 分布式
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## 分布式
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Memcached 不支持分布式，只能通过在客户端使用像一致性哈希这样的分布式算法来实现分布式存储，这种方式在存储和查询时都需要先在客户端计算一次数据所在的节点。
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Memcached 不支持分布式，只能通过在客户端使用像一致性哈希这样的分布式算法来实现分布式存储，这种方式在存储和查询时都需要先在客户端计算一次数据所在的节点。
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Redis Cluster 实现了分布式的支持。
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Redis Cluster 实现了分布式的支持。
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## 内存管理机制
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## 内存管理机制
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在 Redis 中，并不是所有数据都一直存储在内存中，可以将一些很久没用的 value 交换到磁盘。而 Memcached 的数据则会一直在内存中。
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在 Redis 中，并不是所有数据都一直存储在内存中，可以将一些很久没用的 value 交换到磁盘。而 Memcached 的数据则会一直在内存中。
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Memcached 将内存分割成特定长度的块来存储数据，以完全解决内存碎片的问题，但是这种方式会使得内存的利用率不高，例如块的大小为 128 bytes，只存储 100 bytes 的数据，那么剩下的 28 bytes 就浪费掉了。
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Memcached 将内存分割成特定长度的块来存储数据，以完全解决内存碎片的问题，但是这种方式会使得内存的利用率不高，例如块的大小为 128 bytes，只存储 100 bytes 的数据，那么剩下的 28 bytes 就浪费掉了。
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# 十二、Redis 适用场景
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# 十二、Redis 适用场景
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## 缓存
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## 缓存
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适用 Redis 作为缓存，将热点数据放到内存中。
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适用 Redis 作为缓存，将热点数据放到内存中。
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## 消息队列
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## 消息队列
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Redis 的 List 类型是双向链表，很适合用于消息队列。
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Redis 的 List 类型是双向链表，很适合用于消息队列。
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## 计数器
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## 计数器
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Redis 这种内存数据库才能支持计数器的频繁读写操作。
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Redis 这种内存数据库才能支持计数器的频繁读写操作。
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## 好友关系
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## 好友关系
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使用 set 类型的交集很容易就可以知道两个用户的共同好友。
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使用 set 类型的交集很容易就可以知道两个用户的共同好友。
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# 十三、数据淘汰策略
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# 十三、数据淘汰策略
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可以设置内存最大使用量，当内存使用量超过时施行淘汰策略，具体有 6 种淘汰策略。
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可以设置内存最大使用量，当内存使用量超过时施行淘汰策略，具体有 6 种淘汰策略。
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| 策略 | 描述 |
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| -- | -- |
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| volatile-lru | 从已设置过期时间的数据集中挑选最近最少使用的数据淘汰 |
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| volatile-ttl | 从已设置过期时间的数据集中挑选将要过期的数据淘汰 |
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|volatile-random | 从已设置过期时间的数据集中任意选择数据淘汰 |
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| allkeys-lru | 从所有数据集中挑选最近最少使用的数据淘汰 |
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| allkeys-random | 从所有数据集中任意选择数据进行淘汰 |
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| no-envicition | 禁止驱逐数据 |
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| 策略 | 描述 |
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| -- | -- |
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| volatile-lru | 从已设置过期时间的数据集中挑选最近最少使用的数据淘汰 |
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| volatile-ttl | 从已设置过期时间的数据集中挑选将要过期的数据淘汰 |
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|volatile-random | 从已设置过期时间的数据集中任意选择数据淘汰 |
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| allkeys-lru | 从所有数据集中挑选最近最少使用的数据淘汰 |
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| allkeys-random | 从所有数据集中任意选择数据进行淘汰 |
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| no-envicition | 禁止驱逐数据 |
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如果使用 Redis 来缓存数据时，要保证所有数据都是热点数据，可以将内存最大使用量设置为热点数据占用的内存量，然后启用 allkeys-lru 淘汰策略，将最近最少使用的数据淘汰。
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如果使用 Redis 来缓存数据时，要保证所有数据都是热点数据，可以将内存最大使用量设置为热点数据占用的内存量，然后启用 allkeys-lru 淘汰策略，将最近最少使用的数据淘汰。
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# 十四、一个简单的论坛系统分析
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# 十四、一个简单的论坛系统分析
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该论坛系统功能如下：
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- 可以发布文章；
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- 可以对文章进行点赞；
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- 在首页可以按文章的发布时间或者文章的点赞数进行排序显示；
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- 可以发布文章；
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- 可以对文章进行点赞；
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- 在首页可以按文章的发布时间或者文章的点赞数进行排序显示；
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## 文章信息
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## 文章信息
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文章包括标题、作者、赞数等信息，在关系型数据库中很容易构建一张表来存储这些信息，在 Redis 中可以使用 HASH 来存储每种信息以及其对应的值的映射。
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文章包括标题、作者、赞数等信息，在关系型数据库中很容易构建一张表来存储这些信息，在 Redis 中可以使用 HASH 来存储每种信息以及其对应的值的映射。
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Redis 没有关系型数据库中的表这一概念来将同类型的数据存放在一起，而是使用命名空间的方式来实现这一功能。键名的前面部分存储命名空间，后面部分的内容存储 ID，通常使用 : 来进行分隔。例如下面的 HASH 的键名为 article:92617，其中 article 为命名空间，ID 为 92617。
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Redis 没有关系型数据库中的表这一概念来将同类型的数据存放在一起，而是使用命名空间的方式来实现这一功能。键名的前面部分存储命名空间，后面部分的内容存储 ID，通常使用 : 来进行分隔。例如下面的 HASH 的键名为 article:92617，其中 article 为命名空间，ID 为 92617。
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<img src="index_files/7c54de21-e2ff-402e-bc42-4037de1c1592.png" width="400"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//7c54de21-e2ff-402e-bc42-4037de1c1592.png" width="400"/> </div><br>
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## 点赞功能
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## 点赞功能
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当有用户为一篇文章点赞时，除了要对该文章的 votes 字段进行加 1 操作，还必须记录该用户已经对该文章进行了点赞，防止用户点赞次数超过 1。可以建立文章的已投票用户集合来进行记录。
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当有用户为一篇文章点赞时，除了要对该文章的 votes 字段进行加 1 操作，还必须记录该用户已经对该文章进行了点赞，防止用户点赞次数超过 1。可以建立文章的已投票用户集合来进行记录。
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为了节约内存，规定一篇文章发布满一周之后，就不能再对它进行投票，而文章的已投票集合也会被删除，可以为文章的已投票集合设置一个一周的过期时间就能实现这个规定。
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<img src="index_files/485fdf34-ccf8-4185-97c6-17374ee719a0.png" width="400"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//485fdf34-ccf8-4185-97c6-17374ee719a0.png" width="400"/> </div><br>
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## 对文章进行排序
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## 对文章进行排序
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为了按发布时间和点赞数进行排序，可以建立一个文章发布时间的有序集合和一个文章点赞数的有序集合。（下图中的 score 就是这里所说的点赞数；下面所示的有序集合分值并不直接是时间和点赞数，而是根据时间和点赞数间接计算出来的）
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为了按发布时间和点赞数进行排序，可以建立一个文章发布时间的有序集合和一个文章点赞数的有序集合。（下图中的 score 就是这里所说的点赞数；下面所示的有序集合分值并不直接是时间和点赞数，而是根据时间和点赞数间接计算出来的）
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<img src="index_files/f7d170a3-e446-4a64-ac2d-cb95028f81a8.png" width="800"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//f7d170a3-e446-4a64-ac2d-cb95028f81a8.png" width="800"/> </div><br>
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# 参考资料
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# 参考资料
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- Redis 实战
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- Reids 设计与实现
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||||
- [REDIS IN ACTION](https://redislabs.com/ebook/foreword/)
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||||
- [论述 Redis 和 Memcached 的差异](http://www.cnblogs.com/loveincode/p/7411911.html)
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||||
- [Redis 3.0 中文版- 分片](http://wiki.jikexueyuan.com/project/redis-guide)
|
||||
- [Redis 应用场景](http://www.scienjus.com/redis-use-case/)
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||||
- Redis 实战
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- Reids 设计与实现
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||||
- [REDIS IN ACTION](https://redislabs.com/ebook/foreword/)
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||||
- [论述 Redis 和 Memcached 的差异](http://www.cnblogs.com/loveincode/p/7411911.html)
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||||
- [Redis 3.0 中文版- 分片](http://wiki.jikexueyuan.com/project/redis-guide)
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||||
- [Redis 应用场景](http://www.scienjus.com/redis-use-case/)
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721
notes/SQL.md
721
notes/SQL.md
File diff suppressed because it is too large
Load Diff
149
notes/一致性协议.md
149
notes/一致性协议.md
@ -1,148 +1,155 @@
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[TOC]
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<!-- GFM-TOC -->
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* [一、两阶段提交协议](#一两阶段提交协议)
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* [二、Paxos 协议](#二paxos-协议)
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||||
* [三、Raft 协议](#三raft-协议)
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||||
* [四、拜占庭将军问题](#四拜占庭将军问题)
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||||
* [五、参考资料](#五参考资料)
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<!-- GFM-TOC -->
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# 一、两阶段提交协议
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Two-phase Commit（2PC）。
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# 一、两阶段提交协议
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可以保证一个事务跨越多个节点时保持 ACID 特性。
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Two-phase Commit（2PC）。
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可以保证一个事务跨越多个节点时保持 ACID 特性。
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两类节点：协调者（Coordinator）和参与者（Participants），协调者只有一个，参与者可以有多个。
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## 运行过程
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## 运行过程
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1. 准备阶段：协调者询问参与者事务是否执行成功；
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1. 准备阶段：协调者询问参与者事务是否执行成功；
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2. 提交阶段：如果事务在每个参与者上都执行成功，协调者发送通知让参与者提交事务；否则，协调者发送通知让参与者回滚事务。
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2. 提交阶段：如果事务在每个参与者上都执行成功，协调者发送通知让参与者提交事务；否则，协调者发送通知让参与者回滚事务。
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<div align="center"> <img src="../pics//07717718-1230-4347-aa18-2041c315e670.jpg"/> </div><br>
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需要注意的是，在准备阶段，参与者执行了事务，但是还未提交。只有在提交阶段协接收到协调者发来的通知后，才进行提交或者回滚。
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## 存在的问题
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## 存在的问题
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- 参与者发生故障。解决方案：可以给事务设置一个超时时间，如果某个参与者一直不响应，那么认为事务执行失败。
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- 参与者发生故障。解决方案：可以给事务设置一个超时时间，如果某个参与者一直不响应，那么认为事务执行失败。
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- 协调者发生故障。解决方案：将操作日志同步到备用协调者，让备用协调者接替后续工作。
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- 协调者发生故障。解决方案：将操作日志同步到备用协调者，让备用协调者接替后续工作。
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# 二、Paxos 协议
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# 二、Paxos 协议
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用于达成共识性问题，即对多个节点产生的值，该算法能保证只选出唯一一个值。
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主要有三类节点：
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1. 提议者（Proposer）：提议一个值；
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2. 接受者（Acceptor）：对每个提议进行投票；
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3. 告知者（Learner）：被告知投票的结果，不参与投票的过程。
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1. 提议者（Proposer）：提议一个值；
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2. 接受者（Acceptor）：对每个提议进行投票；
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3. 告知者（Learner）：被告知投票的结果，不参与投票的过程。
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<div align="center"> <img src="../pics//0aaf4630-d2a2-4783-b3f7-a2b6a7dfc01b.jpg"/> </div><br>
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## 执行过程
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## 执行过程
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规定一个提议包含两个字段：[n, v]，其中 n 为序号（具有唯一性），v 为提议值。
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规定一个提议包含两个字段：[n, v]，其中 n 为序号（具有唯一性），v 为提议值。
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下图演示了两个 Proposer 和三个 Acceptor 的系统中运行该算法的初始过程，每个 Proposer 都会向每个 Acceptor 发送提议请求。
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下图演示了两个 Proposer 和三个 Acceptor 的系统中运行该算法的初始过程，每个 Proposer 都会向每个 Acceptor 发送提议请求。
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<img src="index_files/2bf2fd8f-5ade-48ba-a2b3-74195ac77c4b.png" width="500"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//2bf2fd8f-5ade-48ba-a2b3-74195ac77c4b.png" width="500"/> </div><br>
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当 Acceptor 接收到一个提议请求，包含的提议为 [n1, v1]，并且之前还未接收过提议请求，那么发送一个提议响应，设置当前接收的提议为 [n1, v1]，并且保证以后不会再接受提议值小于 n1 的提议。
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当 Acceptor 接收到一个提议请求，包含的提议为 [n1, v1]，并且之前还未接收过提议请求，那么发送一个提议响应，设置当前接收的提议为 [n1, v1]，并且保证以后不会再接受提议值小于 n1 的提议。
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如下图，Acceptor X 在收到 [n=2, v=8] 的提议请求时，由于之前没有接收过提议，因此就发送一个 [no previous] 的提议响应，并且设置当前接收的提议为 [n=2, v=8]，并且保证以后不会再接受提议值小于 2 的提议。其它的 Acceptor 类似。
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如下图，Acceptor X 在收到 [n=2, v=8] 的提议请求时，由于之前没有接收过提议，因此就发送一个 [no previous] 的提议响应，并且设置当前接收的提议为 [n=2, v=8]，并且保证以后不会再接受提议值小于 2 的提议。其它的 Acceptor 类似。
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<img src="index_files/3f5bba4b-7813-4aea-b578-970c7e3f6bf3.jpg" width="600"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//3f5bba4b-7813-4aea-b578-970c7e3f6bf3.jpg" width="600"/> </div><br>
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如果 Acceptor 接受到一个提议请求，包含的提议为 [n2, v2]，并且之前已经接收过提议 [n1, v1]。如果 n1 > n2，那么就丢弃该提议请求；否则，发送提议响应，该提议响应包含之前已经接收过的提议 [n1, v1]，设置当前接收的提议为 [n2, v2]，并且保证以后不会再接受提议值小于 n2 的提议。
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如果 Acceptor 接受到一个提议请求，包含的提议为 [n2, v2]，并且之前已经接收过提议 [n1, v1]。如果 n1 > n2，那么就丢弃该提议请求；否则，发送提议响应，该提议响应包含之前已经接收过的提议 [n1, v1]，设置当前接收的提议为 [n2, v2]，并且保证以后不会再接受提议值小于 n2 的提议。
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如下图，Acceptor Z 收到 Proposer A 发来的 [n=2, v=8] 的提议请求，由于之前已经接收过 [n=4, v=5] 的提议，并且 n > 2，因此就抛弃该提议请求；Acceptor X 收到 Proposer B 发来的 [n=4, v=5] 的提议请求，因为之前接收的提议为 [n=2, v=8]，并且 2 <= 4，因此就发送 [n=2, v=8] 的提议响应，设置当前接收的提议为 [n=4, v=5]，并且保证以后不会再接受提议值小于 4 的提议。Acceptor Y 类似。
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如下图，Acceptor Z 收到 Proposer A 发来的 [n=2, v=8] 的提议请求，由于之前已经接收过 [n=4, v=5] 的提议，并且 n > 2，因此就抛弃该提议请求；Acceptor X 收到 Proposer B 发来的 [n=4, v=5] 的提议请求，因为之前接收的提议为 [n=2, v=8]，并且 2 <= 4，因此就发送 [n=2, v=8] 的提议响应，设置当前接收的提议为 [n=4, v=5]，并且保证以后不会再接受提议值小于 4 的提议。Acceptor Y 类似。
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<img src="index_files/9b829410-86c4-40aa-ba8d-9e8e26c0eeb8.jpg" width="600"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//9b829410-86c4-40aa-ba8d-9e8e26c0eeb8.jpg" width="600"/> </div><br>
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当一个 Proposer 接收到超过一半 Acceptor 的提议响应时，就可以发送接受请求。
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当一个 Proposer 接收到超过一半 Acceptor 的提议响应时，就可以发送接受请求。
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如下图，Proposer A 接受到两个提议响应之后，就发送 [n=2, v=8] 接受请求。该接受请求会被所有 Acceptor 丢弃，因为此时所有 Acceptor 都保证不接受提议值小于 4 的提议。Proposer B 过后也收到了两个提议响应，因此也开始发送接受请求。需要注意的是，接受请求的 v 需要取它收到的最大 v 值，也就是 8。因此它发送 [n=4, v=8] 的接受请求。
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如下图，Proposer A 接受到两个提议响应之后，就发送 [n=2, v=8] 接受请求。该接受请求会被所有 Acceptor 丢弃，因为此时所有 Acceptor 都保证不接受提议值小于 4 的提议。Proposer B 过后也收到了两个提议响应，因此也开始发送接受请求。需要注意的是，接受请求的 v 需要取它收到的最大 v 值，也就是 8。因此它发送 [n=4, v=8] 的接受请求。
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<img src="index_files/2c4556e4-0751-4377-ab08-e7b89d697ca7.png" width="400"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//2c4556e4-0751-4377-ab08-e7b89d697ca7.png" width="400"/> </div><br>
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Acceptor 接收到接受请求时，如果提议号大于等于该 Acceptor 承诺的最小提议号，那么就发送通知给所有的 Learner。当 Learner 发现有大多数的 Acceptor 接收了某个提议，那么该提议的提议值就被 Paxos 选择出来。
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Acceptor 接收到接受请求时，如果提议号大于等于该 Acceptor 承诺的最小提议号，那么就发送通知给所有的 Learner。当 Learner 发现有大多数的 Acceptor 接收了某个提议，那么该提议的提议值就被 Paxos 选择出来。
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<img src="index_files/8adb2591-d3f1-4632-84cb-823fb9c5eb09.jpg" width="500"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//8adb2591-d3f1-4632-84cb-823fb9c5eb09.jpg" width="500"/> </div><br>
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## 约束条件
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## 约束条件
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### 1. 正确性
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### 1. 正确性
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只有一个提议值会生效。
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因为 Paxos 协议要求每个生效的提议被多数 Acceptor 接收，并且 Acceptor 不会接受两个不同的提议，因此可以保证正确性。
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因为 Paxos 协议要求每个生效的提议被多数 Acceptor 接收，并且 Acceptor 不会接受两个不同的提议，因此可以保证正确性。
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### 2. 可终止性
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### 2. 可终止性
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最后总会有一个提议生效。
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Paxos 协议能够让 Proposer 发送的提议朝着能被大多数 Acceptor 接受的那个提议靠拢，因此能够保证可终止性。
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Paxos 协议能够让 Proposer 发送的提议朝着能被大多数 Acceptor 接受的那个提议靠拢，因此能够保证可终止性。
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# 三、Raft 协议
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# 三、Raft 协议
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Raft 和 Poxas 类似，但是更容易理解，也更容易实现。
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Raft 和 Poxas 类似，但是更容易理解，也更容易实现。
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Raft 主要是用来竞选主节点。
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Raft 主要是用来竞选主节点。
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## 单个 Candidate 的竞选
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## 单个 Candidate 的竞选
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有三种节点：Follower、Candidate 和 Leader。Leader 会周期性的发送心跳包给 Follower。每个 Follower 都设置了一个随机的竞选超时时间，一般为 150ms~300ms，如果在这个时间内没有收到 Leader 的心跳包，就会变成 Candidate，进入竞选阶段。
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有三种节点：Follower、Candidate 和 Leader。Leader 会周期性的发送心跳包给 Follower。每个 Follower 都设置了一个随机的竞选超时时间，一般为 150ms\~300ms，如果在这个时间内没有收到 Leader 的心跳包，就会变成 Candidate，进入竞选阶段。
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① 下图表示一个分布式系统的最初阶段，此时只有 Follower，没有 Leader。Follower A 等待一个随机的竞选超时时间之后，没收到 Leader 发来的心跳包，因此进入竞选阶段。
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① 下图表示一个分布式系统的最初阶段，此时只有 Follower，没有 Leader。Follower A 等待一个随机的竞选超时时间之后，没收到 Leader 发来的心跳包，因此进入竞选阶段。
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<div align="center"> <img src="../pics//111521118015898.gif"/> </div><br>
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② 此时 A 发送投票请求给其它所有节点。
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② 此时 A 发送投票请求给其它所有节点。
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<div align="center"> <img src="../pics//111521118445538.gif"/> </div><br>
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③ 其它节点会对请求进行回复，如果超过一半的节点回复了，那么该 Candidate 就会变成 Leader。
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③ 其它节点会对请求进行回复，如果超过一半的节点回复了，那么该 Candidate 就会变成 Leader。
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<div align="center"> <img src="../pics//111521118483039.gif"/> </div><br>
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④ 之后 Leader 会周期性地发送心跳包给 Follower，Follower 接收到心跳包，会重新开始计时。
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④ 之后 Leader 会周期性地发送心跳包给 Follower，Follower 接收到心跳包，会重新开始计时。
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<div align="center"> <img src="../pics//111521118640738.gif"/> </div><br>
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## 多个 Candidate 竞选
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## 多个 Candidate 竞选
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① 如果有多个 Follower 成为 Candidate，并且所获得票数相同，那么就需要重新开始投票，例如下图中 Candidate B 和 Candidate D 都获得两票，因此需要重新开始投票。
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① 如果有多个 Follower 成为 Candidate，并且所获得票数相同，那么就需要重新开始投票，例如下图中 Candidate B 和 Candidate D 都获得两票，因此需要重新开始投票。
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<div align="center"> <img src="../pics//111521119203347.gif"/> </div><br>
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② 当重新开始投票时，由于每个节点设置的随机竞选超时时间不同，因此能下一次再次出现多个 Candidate 并获得同样票数的概率很低。
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② 当重新开始投票时，由于每个节点设置的随机竞选超时时间不同，因此能下一次再次出现多个 Candidate 并获得同样票数的概率很低。
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<div align="center"> <img src="../pics//111521119368714.gif"/> </div><br>
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## 日志复制
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## 日志复制
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① 来自客户端的修改都会被传入 Leader。注意该修改还未被提交，只是写入日志中。
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① 来自客户端的修改都会被传入 Leader。注意该修改还未被提交，只是写入日志中。
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<div align="center"> <img src="../pics//7.gif"/> </div><br>
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② Leader 会把修改复制到所有 Follower。
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② Leader 会把修改复制到所有 Follower。
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<div align="center"> <img src="../pics//9.gif"/> </div><br>
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③ Leader 会等待大多数的 Follower 也进行了修改，然后才将修改提交。
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③ Leader 会等待大多数的 Follower 也进行了修改，然后才将修改提交。
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<div align="center"> <img src="../pics//10.gif"/> </div><br>
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④ 此时 Leader 会通知的所有 Follower 让它们也提交修改，此时所有节点的值达成一致。
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④ 此时 Leader 会通知的所有 Follower 让它们也提交修改，此时所有节点的值达成一致。
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<div align="center"> <img src="../pics//11.gif"/> </div><br>
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# 四、拜占庭将军问题
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# 四、拜占庭将军问题
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||||
> [拜占庭将军问题深入探讨](http://www.8btc.com/baizhantingjiangjun)
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> [拜占庭将军问题深入探讨](http://www.8btc.com/baizhantingjiangjun)
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||||
# 五、参考资料
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# 五、参考资料
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||||
|
||||
- 杨传辉. 大规模分布式存储系统: 原理解析与架构实战[M]. 机械工业出版社, 2013.
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||||
- [区块链技术指南](https://www.gitbook.com/book/yeasy/blockchain_guide/details)
|
||||
- [NEAT ALGORITHMS - PAXOS](http://harry.me/blog/2014/12/27/neat-algorithms-paxos/)
|
||||
- [Raft: Understandable Distributed Consensus](http://thesecretlivesofdata.com/raft)
|
||||
- [Paxos By Example](https://angus.nyc/2012/paxos-by-example/)
|
||||
- 杨传辉. 大规模分布式存储系统: 原理解析与架构实战[M]. 机械工业出版社, 2013.
|
||||
- [区块链技术指南](https://www.gitbook.com/book/yeasy/blockchain_guide/details)
|
||||
- [NEAT ALGORITHMS - PAXOS](http://harry.me/blog/2014/12/27/neat-algorithms-paxos/)
|
||||
- [Raft: Understandable Distributed Consensus](http://thesecretlivesofdata.com/raft)
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||||
- [Paxos By Example](https://angus.nyc/2012/paxos-by-example/)
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||||
329
notes/代码可读性.md
329
notes/代码可读性.md
@ -1,6 +1,21 @@
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||||
[TOC]
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<!-- GFM-TOC -->
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||||
* [一、可读性的重要性](#一可读性的重要性)
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||||
* [二、用名字表达代码含义](#二用名字表达代码含义)
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||||
* [三、名字不能带来歧义](#三名字不能带来歧义)
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||||
* [四、良好的代码风格](#四良好的代码风格)
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||||
* [五、编写注释](#五编写注释)
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||||
* [六、如何编写注释](#六如何编写注释)
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||||
* [七、提高控制流的可读性](#七提高控制流的可读性)
|
||||
* [八、拆分长表达式](#八拆分长表达式)
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||||
* [九、变量与可读性](#九变量与可读性)
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||||
* [十、抽取函数](#十抽取函数)
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||||
* [十一、一次只做一件事](#十一一次只做一件事)
|
||||
* [十二、用自然语言表述代码](#十二用自然语言表述代码)
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||||
* [十三、减少代码量](#十三减少代码量)
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<!-- GFM-TOC -->
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# 一、可读性的重要性
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# 一、可读性的重要性
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编程有很大一部分时间是在阅读代码，不仅要阅读自己的代码，而且要阅读别人的代码。因此，可读性良好的代码能够大大提高编程效率。
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@ -8,50 +23,50 @@
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只有在核心领域为了效率才可以放弃可读性，否则可读性是第一位。
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# 二、用名字表达代码含义
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# 二、用名字表达代码含义
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一些比较有表达力的单词：
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| 单词 | 可替代单词 |
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| --- | --- |
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| send | deliver、dispatch、announce、distribute、route |
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| find | search、extract、locate、recover |
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| start| launch、create、begin、open|
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||||
| make | create、set up、build、generate、compose、add、new |
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||||
| 单词 | 可替代单词 |
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||||
| --- | --- |
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||||
| send | deliver、dispatch、announce、distribute、route |
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||||
| find | search、extract、locate、recover |
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||||
| start| launch、create、begin、open|
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||||
| make | create、set up、build、generate、compose、add、new |
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||||
使用 i、j、k 作为循环迭代器的名字过于简单，user_i、member_i 这种名字会更有表达力。因为循环层次越多，代码越难理解，有表达力的迭代器名字可读性会更高
|
||||
使用 i、j、k 作为循环迭代器的名字过于简单，user_i、member_i 这种名字会更有表达力。因为循环层次越多，代码越难理解，有表达力的迭代器名字可读性会更高
|
||||
|
||||
为名字添加形容词等信息能让名字更具有表达力，但是名字也会变长。名字长短的准则是：作用域越大，名字越长。因此只有在短作用域才能使用一些简单名字。
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# 三、名字不能带来歧义
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# 三、名字不能带来歧义
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起完名字要思考一下别人会对这个名字有何解读，会不会误解了原本想表达的含义。
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|
||||
用 min、max 表示数量范围；用 first、last 表示访问空间的包含范围，begin、end 表示访问空间的排除范围，即 end 不包含尾部。
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||||
用 min、max 表示数量范围；用 first、last 表示访问空间的包含范围，begin、end 表示访问空间的排除范围，即 end 不包含尾部。
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||||
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||||
<div align="center"> <img src="../pics//05907ab4-42c5-4b5e-9388-6617f6c97bea.jpg"/> </div><br>
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||||
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||||
布尔相关的命名加上 is、can、should、has 等前缀。
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||||
布尔相关的命名加上 is、can、should、has 等前缀。
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# 四、良好的代码风格
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# 四、良好的代码风格
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适当的空行和缩进。
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排列整齐的注释：
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```java
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int a = 1; // 注释
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int b = 11; // 注释
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||||
int c = 111; // 注释
|
||||
int a = 1; // 注释
|
||||
int b = 11; // 注释
|
||||
int c = 111; // 注释
|
||||
```
|
||||
|
||||
语句顺序不能随意，比如与 html 表单相关联的变量的赋值应该和表单在 html 中的顺序一致；
|
||||
语句顺序不能随意，比如与 html 表单相关联的变量的赋值应该和表单在 html 中的顺序一致；
|
||||
|
||||
把相关的代码按块组织起来放在一起。
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||||
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||||
# 五、编写注释
|
||||
# 五、编写注释
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||||
阅读代码首先会注意到注释，如果注释没太大作用，那么就会浪费代码阅读的时间。那些能直接看出含义的代码不需要写注释，特别是并不需要为每个方法都加上注释，比如那些简单的 getter 和 setter 方法，为这些方法写注释反而让代码可读性更差。
|
||||
阅读代码首先会注意到注释，如果注释没太大作用，那么就会浪费代码阅读的时间。那些能直接看出含义的代码不需要写注释，特别是并不需要为每个方法都加上注释，比如那些简单的 getter 和 setter 方法，为这些方法写注释反而让代码可读性更差。
|
||||
|
||||
不能因为有注释就随便起个名字，而是争取起个好名字而不写注释。
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||||
|
||||
@ -59,210 +74,210 @@ int c = 111; // 注释
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||||
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||||
注释用来提醒一些特殊情况。
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||||
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||||
用 TODO 等做标记：
|
||||
用 TODO 等做标记：
|
||||
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||||
| 标记 | 用法 |
|
||||
| 标记 | 用法 |
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||||
|---|---|
|
||||
|TODO| 待做 |
|
||||
|FIXME| 待修复 |
|
||||
|HACH| 粗糙的解决方案 |
|
||||
|XXX| 危险！这里有重要的问题 |
|
||||
|TODO| 待做 |
|
||||
|FIXME| 待修复 |
|
||||
|HACH| 粗糙的解决方案 |
|
||||
|XXX| 危险！这里有重要的问题 |
|
||||
|
||||
# 六、如何编写注释
|
||||
# 六、如何编写注释
|
||||
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||||
尽量简洁明了：
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||||
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||||
```java
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||||
// The first String is student's name
|
||||
// The Second Integer is student's score
|
||||
Map<String, Integer> scoreMap = new HashMap<>();
|
||||
// The first String is student's name
|
||||
// The Second Integer is student's score
|
||||
Map<String, Integer> scoreMap = new HashMap<>();
|
||||
```
|
||||
|
||||
```java
|
||||
// Student' name -> Student's score
|
||||
Map<String, Integer> scoreMap = new HashMap<>();
|
||||
// Student' name -> Student's score
|
||||
Map<String, Integer> scoreMap = new HashMap<>();
|
||||
```
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||||
|
||||
添加测试用例来说明：
|
||||
|
||||
```java
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||||
//...
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||||
// Example: add(1, 2), return 3
|
||||
int add(int x, int y) {
|
||||
return x + y;
|
||||
// Example: add(1, 2), return 3
|
||||
int add(int x, int y) {
|
||||
return x + y;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
在很复杂的函数调用中对每个参数标上名字：
|
||||
|
||||
```java
|
||||
int a = 1;
|
||||
int b = 2;
|
||||
int num = add(\* x = *\ a, \* y = *\ b);
|
||||
int a = 1;
|
||||
int b = 2;
|
||||
int num = add(\* x = *\ a, \* y = *\ b);
|
||||
```
|
||||
|
||||
使用专业名词来缩短概念上的解释，比如用设计模式名来说明代码。
|
||||
|
||||
# 七、提高控制流的可读性
|
||||
# 七、提高控制流的可读性
|
||||
|
||||
条件表达式中，左侧是变量，右侧是常数。比如下面第一个语句正确：
|
||||
|
||||
```java
|
||||
if(len < 10)
|
||||
if(10 > len)
|
||||
if(len < 10)
|
||||
if(10 > len)
|
||||
```
|
||||
|
||||
if / else 条件语句，逻辑的处理顺序为：① 正逻辑；② 关键逻辑；③ 简单逻辑。
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||||
if / else 条件语句，逻辑的处理顺序为：① 正逻辑；② 关键逻辑；③ 简单逻辑。
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||||
|
||||
```java
|
||||
if(a == b) {
|
||||
// 正逻辑
|
||||
} else{
|
||||
// 反逻辑
|
||||
if(a == b) {
|
||||
// 正逻辑
|
||||
} else{
|
||||
// 反逻辑
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
只有在逻辑简单的情况下使用 ? : 三目运算符来使代码更紧凑，否则应该拆分成 if / else；
|
||||
只有在逻辑简单的情况下使用 ? : 三目运算符来使代码更紧凑，否则应该拆分成 if / else；
|
||||
|
||||
do / while 的条件放在后面，不够简单明了，并且会有一些迷惑的地方，最好使用 while 来代替。
|
||||
do / while 的条件放在后面，不够简单明了，并且会有一些迷惑的地方，最好使用 while 来代替。
|
||||
|
||||
如果只有一个 goto 目标，那么 goto 尚且还能接受，但是过于复杂的 goto 会让代码可读性特别差，应该避免使用 goto。
|
||||
如果只有一个 goto 目标，那么 goto 尚且还能接受，但是过于复杂的 goto 会让代码可读性特别差，应该避免使用 goto。
|
||||
|
||||
在嵌套的循环中，用一些 return 语句往往能减少嵌套的层数。
|
||||
在嵌套的循环中，用一些 return 语句往往能减少嵌套的层数。
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||||
|
||||
# 八、拆分长表达式
|
||||
# 八、拆分长表达式
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||||
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||||
长表达式的可读性很差，可以引入一些解释变量从而拆分表达式：
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||||
|
||||
```python
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||||
if line.split(':')[0].strip() == "root":
|
||||
...
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||||
if line.split(':')[0].strip() == "root":
|
||||
...
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||||
```
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||||
```python
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||||
username = line.split(':')[0].strip()
|
||||
if username == "root":
|
||||
...
|
||||
username = line.split(':')[0].strip()
|
||||
if username == "root":
|
||||
...
|
||||
```
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||||
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||||
使用摩根定理简化一些逻辑表达式：
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||||
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```java
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||||
if(!a && !b) {
|
||||
...
|
||||
if(!a && !b) {
|
||||
...
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
```java
|
||||
if(!(a || b)) {
|
||||
...
|
||||
if(!(a || b)) {
|
||||
...
|
||||
}
|
||||
```
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||||
|
||||
# 九、变量与可读性
|
||||
# 九、变量与可读性
|
||||
|
||||
**去除控制流变量**。在循环中通过使用 break 或者 return 可以减少控制流变量的使用。
|
||||
**去除控制流变量** 。在循环中通过使用 break 或者 return 可以减少控制流变量的使用。
|
||||
|
||||
```java
|
||||
boolean done = false;
|
||||
while(/* condition */ && !done) {
|
||||
...
|
||||
if(...) {
|
||||
done = true;
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
boolean done = false;
|
||||
while(/* condition */ && !done) {
|
||||
...
|
||||
if(...) {
|
||||
done = true;
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
```
|
||||
while(/* condition */) {
|
||||
...
|
||||
if(...) {
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
while(/* condition */) {
|
||||
...
|
||||
if(...) {
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
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||||
|
||||
**减小变量作用域**。作用域越小，越容易定位到变量所有使用的地方。
|
||||
**减小变量作用域** 。作用域越小，越容易定位到变量所有使用的地方。
|
||||
|
||||
JavaScript 可以用闭包减小作用域。以下代码中 submit_form 是函数变量，submitted 变量控制函数不会被提交两次。第一个实现中 submitted 是全局变量，第二个实现把 submitted 放到匿名函数中，从而限制了起作用域范围。
|
||||
JavaScript 可以用闭包减小作用域。以下代码中 submit_form 是函数变量，submitted 变量控制函数不会被提交两次。第一个实现中 submitted 是全局变量，第二个实现把 submitted 放到匿名函数中，从而限制了起作用域范围。
|
||||
|
||||
```js
|
||||
submitted = false;
|
||||
var submit_form = function(form_name) {
|
||||
if(submitted) {
|
||||
return;
|
||||
}
|
||||
submitted = true;
|
||||
submitted = false;
|
||||
var submit_form = function(form_name) {
|
||||
if(submitted) {
|
||||
return;
|
||||
}
|
||||
submitted = true;
|
||||
};
|
||||
```
|
||||
|
||||
```js
|
||||
var submit_form = (function() {
|
||||
var submitted = false;
|
||||
return function(form_name) {
|
||||
if(submitted) {
|
||||
return;
|
||||
}
|
||||
submitted = true;
|
||||
}
|
||||
}()); // () 使得外层匿名函数立即执行
|
||||
var submit_form = (function() {
|
||||
var submitted = false;
|
||||
return function(form_name) {
|
||||
if(submitted) {
|
||||
return;
|
||||
}
|
||||
submitted = true;
|
||||
}
|
||||
}()); // () 使得外层匿名函数立即执行
|
||||
```
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||||
|
||||
JavaScript 中没有用 var 声明的变量都是全局变量，而全局变量很容易造成迷惑，因此应当总是用 var 来声明变量。
|
||||
JavaScript 中没有用 var 声明的变量都是全局变量，而全局变量很容易造成迷惑，因此应当总是用 var 来声明变量。
|
||||
|
||||
变量定义的位置应当离它使用的位置最近。
|
||||
|
||||
**实例解析**
|
||||
**实例解析**
|
||||
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||||
在一个网页中有以下文本输入字段：
|
||||
|
||||
```html
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||||
<input type = "text" id = "input1" value = "a">
|
||||
<input type = "text" id = "input2" value = "b">
|
||||
<input type = "text" id = "input3" value = "">
|
||||
<input type = "text" id = "input4" value = "d">
|
||||
<input type = "text" id = "input1" value = "a">
|
||||
<input type = "text" id = "input2" value = "b">
|
||||
<input type = "text" id = "input3" value = "">
|
||||
<input type = "text" id = "input4" value = "d">
|
||||
```
|
||||
|
||||
现在要接受一个字符串并把它放到第一个空的 input 字段中，初始实现如下：
|
||||
现在要接受一个字符串并把它放到第一个空的 input 字段中，初始实现如下：
|
||||
|
||||
```js
|
||||
var setFirstEmptyInput = function(new_alue) {
|
||||
var found = false;
|
||||
var i = 1;
|
||||
var elem = document.getElementById('input' + i);
|
||||
while(elem != null) {
|
||||
if(elem.value === '') {
|
||||
found = true;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
i++;
|
||||
elem = document.getElementById('input' + i);
|
||||
}
|
||||
if(found) elem.value = new_value;
|
||||
return elem;
|
||||
var setFirstEmptyInput = function(new_alue) {
|
||||
var found = false;
|
||||
var i = 1;
|
||||
var elem = document.getElementById('input' + i);
|
||||
while(elem != null) {
|
||||
if(elem.value === '') {
|
||||
found = true;
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||||
break;
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||||
}
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i++;
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||||
elem = document.getElementById('input' + i);
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||||
}
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||||
if(found) elem.value = new_value;
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||||
return elem;
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}
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```
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以上实现有以下问题：
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- found 可以去除；
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- elem 作用域过大；
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- 可以用 for 循环代替 while 循环；
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||||
- found 可以去除；
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||||
- elem 作用域过大；
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||||
- 可以用 for 循环代替 while 循环；
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```js
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||||
var setFirstEmptyInput = function(new_value) {
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for(var i = 1; true; i++) {
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var elem = document.getElementById('input' + i);
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||||
if(elem === null) {
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||||
return null;
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||||
}
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||||
if(elem.value === '') {
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||||
elem.value = new_value;
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||||
return elem;
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||||
}
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||||
}
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||||
var setFirstEmptyInput = function(new_value) {
|
||||
for(var i = 1; true; i++) {
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||||
var elem = document.getElementById('input' + i);
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||||
if(elem === null) {
|
||||
return null;
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||||
}
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||||
if(elem.value === '') {
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||||
elem.value = new_value;
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return elem;
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}
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}
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};
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```
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# 十、抽取函数
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# 十、抽取函数
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工程学就是把大问题拆分成小问题再把这些问题的解决方案放回一起。
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@ -271,38 +286,38 @@ var setFirstEmptyInput = function(new_value) {
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介绍性的代码：
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```java
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int findClostElement(int[] arr) {
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int clostIdx;
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int clostDist = Interger.MAX_VALUE;
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||||
for(int i = 0; i < arr.length; i++) {
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||||
int x = ...;
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||||
int y = ...;
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||||
int z = ...;
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int value = x * y * z;
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||||
int dist = Math.sqrt(Math.pow(value, 2), Math.pow(arr[i], 2));
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if(dist < clostDist) {
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clostIdx = i;
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||||
clostDist = value;
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}
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}
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||||
return clostIdx;
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int findClostElement(int[] arr) {
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||||
int clostIdx;
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||||
int clostDist = Interger.MAX_VALUE;
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||||
for(int i = 0; i < arr.length; i++) {
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||||
int x = ...;
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||||
int y = ...;
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||||
int z = ...;
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||||
int value = x * y * z;
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||||
int dist = Math.sqrt(Math.pow(value, 2), Math.pow(arr[i], 2));
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||||
if(dist < clostDist) {
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||||
clostIdx = i;
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||||
clostDist = value;
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}
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}
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||||
return clostIdx;
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||||
}
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```
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以上代码中循环部分主要计算距离，这部分不属于代码高层次目标，高层次目标是寻找最小距离的值，因此可以把这部分代替提取到独立的函数中。这样做也带来一个额外的好处有：可以单独进行测试、可以快速找到程序错误并修改。
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```java
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public int findClostElement(int[] arr) {
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int clostIdx;
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||||
int clostDist = Interger.MAX_VALUE;
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||||
for(int i = 0; i < arr.length; i++) {
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||||
int dist = computDist(arr, i);
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||||
if(dist < clostDist) {
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||||
clostIdx = i;
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||||
clostDist = value;
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||||
}
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||||
}
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||||
return clostIdx;
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||||
public int findClostElement(int[] arr) {
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||||
int clostIdx;
|
||||
int clostDist = Interger.MAX_VALUE;
|
||||
for(int i = 0; i < arr.length; i++) {
|
||||
int dist = computDist(arr, i);
|
||||
if(dist < clostDist) {
|
||||
clostIdx = i;
|
||||
clostDist = value;
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||||
}
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||||
}
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||||
return clostIdx;
|
||||
}
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```
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@ -310,17 +325,17 @@ public int findClostElement(int[] arr) {
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函数抽取也用于减小代码的冗余。
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# 十一、一次只做一件事
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# 十一、一次只做一件事
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只做一件事的代码很容易让人知道其要做的事；
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基本流程：列出代码所做的所有任务；把每个任务拆分到不同的函数，或者不同的段落。
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# 十二、用自然语言表述代码
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# 十二、用自然语言表述代码
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先用自然语言书写代码逻辑，也就是伪代码，然后再写代码，这样代码逻辑会更清晰。
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# 十三、减少代码量
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# 十三、减少代码量
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不要过度设计，编码过程会有很多变化，过度设计的内容到最后往往是无用的。
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@ -1,14 +1,14 @@
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# Google Java Style Guide
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# Google Java Style Guide
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||||
- http://www.hawstein.com/posts/google-java-style.html
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||||
- http://google.github.io/styleguide/javaguide.html
|
||||
- http://www.hawstein.com/posts/google-java-style.html
|
||||
- http://google.github.io/styleguide/javaguide.html
|
||||
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||||
# Google C++ Style Guide
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||||
# Google C++ Style Guide
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||||
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||||
- http://zh-google-styleguide.readthedocs.io/en/latest/google-cpp-styleguide/contents/
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||||
- http://google.github.io/styleguide/cppguide.html
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||||
- http://zh-google-styleguide.readthedocs.io/en/latest/google-cpp-styleguide/contents/
|
||||
- http://google.github.io/styleguide/cppguide.html
|
||||
|
||||
# Google Python Style Guide
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||||
# Google Python Style Guide
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||||
- http://zh-google-styleguide.readthedocs.io/en/latest/google-python-styleguide/contents/
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||||
- http://google.github.io/styleguide/pyguide.html
|
||||
- http://zh-google-styleguide.readthedocs.io/en/latest/google-python-styleguide/contents/
|
||||
- http://google.github.io/styleguide/pyguide.html
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||||
145
notes/分布式基础.md
145
notes/分布式基础.md
@ -1,36 +1,59 @@
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||||
[TOC]
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<!-- GFM-TOC -->
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||||
* [一、基本概念](#一基本概念)
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||||
* [异常](#异常)
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||||
* [超时](#超时)
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||||
* [衡量指标](#衡量指标)
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||||
* [二、数据分布](#二数据分布)
|
||||
* [哈希分布](#哈希分布)
|
||||
* [顺序分布](#顺序分布)
|
||||
* [三、负载均衡](#三负载均衡)
|
||||
* [四、复制](#四复制)
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||||
* [强同步复制协议](#强同步复制协议)
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||||
* [异步复制协议](#异步复制协议)
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||||
* [五、CAP](#五cap)
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||||
* [六、BASE](#六base)
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||||
* [基本可用](#基本可用)
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||||
* [软状态](#软状态)
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||||
* [最终一致性](#最终一致性)
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||||
* [七、容错](#七容错)
|
||||
* [故障检测](#故障检测)
|
||||
* [故障恢复](#故障恢复)
|
||||
* [八、CDN 架构](#八cdn-架构)
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||||
* [参考资料](#参考资料)
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<!-- GFM-TOC -->
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# 一、基本概念
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## 异常
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# 一、基本概念
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### 1. 服务器宕机
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## 异常
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### 1. 服务器宕机
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内存错误、服务器停电等都会导致服务器宕机，此时节点无法正常工作，称为不可用。
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服务器宕机会导致节点失去所有内存信息，因此需要将内存信息保存到持久化介质上。
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### 2. 网络异常
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### 2. 网络异常
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||||
有一种特殊的网络异常称为 **网络分区**，即集群的所有节点被划分为多个区域，每个区域内部可以通信，但是区域之间无法通信。
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有一种特殊的网络异常称为 **网络分区** ，即集群的所有节点被划分为多个区域，每个区域内部可以通信，但是区域之间无法通信。
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||||
### 3. 磁盘故障
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### 3. 磁盘故障
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磁盘故障是一种发生概率很高的异常。
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使用冗余机制，将数据存储到多台服务器。
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## 超时
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## 超时
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在分布式系统中，一个请求除了成功和失败两种状态，还存在着超时状态。
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<div align="center"> <img src="../pics//b0e8ef47-2f23-4379-8c64-10d5cb44d438.jpg"/> </div><br>
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||||
可以将服务器的操作设计为具有 **幂等性**，即执行多次的结果与执行一次的结果相同。如果使用这种方式，当出现超时的时候，可以不断地重新请求直到成功。
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可以将服务器的操作设计为具有 **幂等性** ，即执行多次的结果与执行一次的结果相同。如果使用这种方式，当出现超时的时候，可以不断地重新请求直到成功。
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## 衡量指标
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## 衡量指标
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### 1. 性能
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### 1. 性能
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常见的性能指标有：吞吐量、响应时间。
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@ -38,77 +61,77 @@
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这两个指标往往是矛盾的，追求高吞吐的系统，往往很难做到低响应时间，解释如下：
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- 在无并发的系统中，吞吐量为响应时间的倒数，例如响应时间为 10 ms，那么吞吐量为 100 req/s，因此高吞吐也就意味着低响应时间。
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- 在无并发的系统中，吞吐量为响应时间的倒数，例如响应时间为 10 ms，那么吞吐量为 100 req/s，因此高吞吐也就意味着低响应时间。
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||||
- 但是在并发的系统中，由于一个请求在调用 I/O 资源的时候，需要进行等待。服务器端一般使用的是异步等待方式，即等待的请求被阻塞之后不需要一直占用 CPU 资源。这种方式能大大提高 CPU 资源的利用率，例如上面的例子中，单个请求在无并发的系统中响应时间为 10 ms，如果在并发的系统中，那么吞吐量将大于 100 req/s。因此为了追求高吞吐量，通常会提高并发程度。但是并发程度的增加，会导致请求的平均响应时间也增加，因为请求不能马上被处理，需要和其它请求一起进行并发处理，响应时间自然就会增高。
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- 但是在并发的系统中，由于一个请求在调用 I/O 资源的时候，需要进行等待。服务器端一般使用的是异步等待方式，即等待的请求被阻塞之后不需要一直占用 CPU 资源。这种方式能大大提高 CPU 资源的利用率，例如上面的例子中，单个请求在无并发的系统中响应时间为 10 ms，如果在并发的系统中，那么吞吐量将大于 100 req/s。因此为了追求高吞吐量，通常会提高并发程度。但是并发程度的增加，会导致请求的平均响应时间也增加，因为请求不能马上被处理，需要和其它请求一起进行并发处理，响应时间自然就会增高。
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### 2. 可用性
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### 2. 可用性
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可用性指系统在面对各种异常时可以提供正常服务的能力。可以用系统可用时间占总时间的比值来衡量，4 个 9 的可用性表示系统 99.99% 的时间是可用的。
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可用性指系统在面对各种异常时可以提供正常服务的能力。可以用系统可用时间占总时间的比值来衡量，4 个 9 的可用性表示系统 99.99% 的时间是可用的。
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### 3. 一致性
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### 3. 一致性
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可以从两个角度理解一致性：从客户端的角度，读写操作是否满足某种特性；从服务器的角度，多个数据副本之间是否一致。
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有以下三种一致性模型：
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1. 强一致性：新数据写入之后，在任何数据副本上都能读取到最新值；
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2. 弱一致性：新数据写入之后，不能保证在数据副本上能读取到最新值；
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3. 最终一致性：新数据写入之后，只能保证过一了一个时间窗口才能读取到最新值；
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1. 强一致性：新数据写入之后，在任何数据副本上都能读取到最新值；
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2. 弱一致性：新数据写入之后，不能保证在数据副本上能读取到最新值；
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3. 最终一致性：新数据写入之后，只能保证过一了一个时间窗口才能读取到最新值；
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### 4. 可扩展性
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### 4. 可扩展性
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指系统通过扩展集群服务器规模来提高性能的能力。理想的分布式系统需要实现“线性可扩展”，即随着集群规模的增加，系统的整体性能也会线程增加。
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# 二、数据分布
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# 二、数据分布
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分布式系统的数据分布在多个节点中，常用的数据分布方式有哈希分布和顺序分布。
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## 哈希分布
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## 哈希分布
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哈希分布就是将数据计算哈希值之后，按照哈希值分配到不同的节点上。例如有 N 个节点，数据的主键为 key，则将该数据分配的节点序号为：hash(key)%N。
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哈希分布就是将数据计算哈希值之后，按照哈希值分配到不同的节点上。例如有 N 个节点，数据的主键为 key，则将该数据分配的节点序号为：hash(key)%N。
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传统的哈希分布算法存在一个问题：当节点数量变化时，也就是 N 值变化，那么几乎所有的数据都需要重新分布，将导致大量的数据迁移。
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传统的哈希分布算法存在一个问题：当节点数量变化时，也就是 N 值变化，那么几乎所有的数据都需要重新分布，将导致大量的数据迁移。
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#### 一致性哈希
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#### 一致性哈希
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Distributed Hash Table（DHT）：对于哈希空间 0~2<sup>n</sup>，将该哈希空间看成一个哈希环，将每个节点都配置到哈希环上。每个数据对象通过哈希取模得到哈希值之后，存放到哈希环中顺时针方向第一个大于等于该哈希值的节点上。
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Distributed Hash Table（DHT）：对于哈希空间 0\~2<sup>n</sup>，将该哈希空间看成一个哈希环，将每个节点都配置到哈希环上。每个数据对象通过哈希取模得到哈希值之后，存放到哈希环中顺时针方向第一个大于等于该哈希值的节点上。
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<div align="center"> <img src="../pics//d2d34239-e7c1-482b-b33e-3170c5943556.jpg"/> </div><br>
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一致性哈希的优点是在加入或者删除节点时只会影响到哈希环中相邻的节点，例如下图中新增节点 X，只需要将数据对象 C 重新存放到节点 X 上即可，对于节点 A、B、D 都没有影响。
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一致性哈希的优点是在加入或者删除节点时只会影响到哈希环中相邻的节点，例如下图中新增节点 X，只需要将数据对象 C 重新存放到节点 X 上即可，对于节点 A、B、D 都没有影响。
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<div align="center"> <img src="../pics//91ef04e4-923a-4277-99c0-6be4ce81e5ac.jpg"/> </div><br>
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## 顺序分布
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## 顺序分布
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哈希分布式破坏了数据的有序性，顺序分布则不会。
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顺序分布的数据划分为多个连续的部分，按一定策略分布到不同节点上。例如下图中，User 表的主键范围为 1 ~ 7000，使用顺序分布可以将其划分成多个子表，对应的主键范围为 1 ~ 1000，1001 ~ 2000，...，6001 ~ 7000。
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顺序分布的数据划分为多个连续的部分，按一定策略分布到不同节点上。例如下图中，User 表的主键范围为 1 \~ 7000，使用顺序分布可以将其划分成多个子表，对应的主键范围为 1 \~ 1000，1001 \~ 2000，...，6001 \~ 7000。
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其中 Meta 表是为了支持更大的集群规模，它将原来的一层索引结分成两层，使用 Meta 表来维护 User 子表所在的节点，从而减轻 Root 节点的负担。
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其中 Meta 表是为了支持更大的集群规模，它将原来的一层索引结分成两层，使用 Meta 表来维护 User 子表所在的节点，从而减轻 Root 节点的负担。
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<div align="center"> <img src="../pics//8f64e9c5-7682-4feb-9312-dea09514e160.jpg"/> </div><br>
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# 三、负载均衡
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# 三、负载均衡
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衡量负载的因素很多，如 CPU、内存、磁盘等资源使用情况、读写请求数等。分布式系统应当能够自动负载均衡，当某个节点的负载较高，将它的部分数据迁移到其它节点。
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衡量负载的因素很多，如 CPU、内存、磁盘等资源使用情况、读写请求数等。分布式系统应当能够自动负载均衡，当某个节点的负载较高，将它的部分数据迁移到其它节点。
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每个集群都有一个总控节点，其它节点为工作节点，由总控节点根据全局负载信息进行整体调度，工作节点定时发送心跳包（Heartbeat）将节点负载相关的信息发送给总控节点。
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一个新上线的工作节点，由于其负载较低，如果不加控制，总控节点会将大量数据同时迁移到该节点上，造成该节点一段时间内无法工作。因此负载均衡操作需要平滑进行，新加入的节点需要较长的一段时间来达到比较均衡的状态。
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# 四、复制
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# 四、复制
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复制是保证分布式系统高可用的基础，让一个数据存储多个副本，当某个副本所在的节点出现故障时，能够自动切换到其它副本上，从而实现故障恢复。
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多个副本通常有一个为主副本，其它为备副本。主副本用来处理写请求，备副本主要用来处理读请求，实现读写分离。主副本将同步操作日志发送给备副本，备副本通过回放操作日志获取最新修改。
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<div align="center"> <img src="../pics//44e4a7ab-215c-41a1-8e34-f55f6c09e517.jpg"/> </div><br>
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主备副本之间有两种复制协议，一种是强同步复制协议，一种是异步复制协议。
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## 强同步复制协议
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## 强同步复制协议
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要求主副本将同步操作日志发给备副本之后进行等待，要求至少一个备副本返回成功后，才开始修改主副本，修改完成之后通知客户端操作成功。
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@ -116,7 +139,7 @@ Distributed Hash Table（DHT）：对于哈希空间 0~2<sup>n</sup>，将该
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缺点：可用性差，因为主副本需要等待，那么整个分布式系统的可用时间就会降低。
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## 异步复制协议
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## 异步复制协议
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主副本将同步操作日志发给备副本之后不需要进行等待，直接修改主副本并通知客户端操作成功。
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@ -124,60 +147,60 @@ Distributed Hash Table（DHT）：对于哈希空间 0~2<sup>n</sup>，将该
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缺点：一致性差。
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# 五、CAP
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# 五、CAP
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分布式系统不可能同时满足一致性（C：Consistency）、可用性（A：Availability）和分区容忍性（P：Partition tolerance），最多只能同时满足其中两项。这三个概念上文中已经提到。
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分布式系统不可能同时满足一致性（C：Consistency）、可用性（A：Availability）和分区容忍性（P：Partition tolerance），最多只能同时满足其中两项。这三个概念上文中已经提到。
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在设计分布式系统时，需要根据实际需求弱化某一要求。因此就有了下图中的三种设计：CA、CP 和 AP。
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在设计分布式系统时，需要根据实际需求弱化某一要求。因此就有了下图中的三种设计：CA、CP 和 AP。
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<img src="index_files/f50bc364-fdc2-4a46-9b8f-f8f5b6add3b8.jpg" width="300"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//f50bc364-fdc2-4a46-9b8f-f8f5b6add3b8.jpg" width="300"/> </div><br>
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需要注意的是，分区容忍性必不可少，因为需要总是假设网络是不可靠的。因此实际上设计分布式系统需要在一致性和可用性之间做权衡。
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# 六、BASE
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# 六、BASE
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BASE 是 Basically Available（基本可用）、Soft state（软状态）和 Eventually consistent（最终一致性）三个短语的缩写。BASE 理论是对 CAP 中一致性和可用性权衡的结果，是基于 CAP 定理逐步演化而来的。BASE 理论的核心思想是：即使无法做到强一致性，但每个应用都可以根据自身业务特点，采用适当的方式来使系统达到最终一致性。
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BASE 是 Basically Available（基本可用）、Soft state（软状态）和 Eventually consistent（最终一致性）三个短语的缩写。BASE 理论是对 CAP 中一致性和可用性权衡的结果，是基于 CAP 定理逐步演化而来的。BASE 理论的核心思想是：即使无法做到强一致性，但每个应用都可以根据自身业务特点，采用适当的方式来使系统达到最终一致性。
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## 基本可用
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## 基本可用
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指分布式系统在出现故障的时候，保证核心可用，允许损失部分可用性。
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例如，电商在做促销时，服务层可能只提供降级服务，部分用户可能会被引导到降级页面上。
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## 软状态
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## 软状态
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指允许系统存在中间状态，而该中间状态不会影响系统整体可用性，即不同节点的数据副本之间进行同步的过程允许存在延时。
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## 最终一致性
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## 最终一致性
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指所有的数据副本，在经过一段时间的同步之后，最终都能够达到一致的状态。
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强一致性需要保证数据副本实时一致，而最终一致性只需要保证过一段时间是一致的。
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ACID 是传统数据库系统常用的设计理论，追求强一致性模型。BASE 常用于大型分布式系统，只需要保证最终一致性。在实际的分布式场景中，不同业务单元和组件对一致性的要求是不同的，因此 ACID 和 BASE 往往会结合在一起使用。
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ACID 是传统数据库系统常用的设计理论，追求强一致性模型。BASE 常用于大型分布式系统，只需要保证最终一致性。在实际的分布式场景中，不同业务单元和组件对一致性的要求是不同的，因此 ACID 和 BASE 往往会结合在一起使用。
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# 七、容错
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# 七、容错
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分布式系统故障发生的概率很大，为了实现高可用以及减少人工运维成本，需要实现自动化容错。
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## 故障检测
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## 故障检测
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通过 **租约机制** 来对故障进行检测。假设节点 A 为主控节点，节点 A 向节点 B 发送租约，节点 B 在租约规定的期限内才能提供服务。期限快到达时，节点 B 需要向 A 重新申请租约。
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通过 **租约机制** 来对故障进行检测。假设节点 A 为主控节点，节点 A 向节点 B 发送租约，节点 B 在租约规定的期限内才能提供服务。期限快到达时，节点 B 需要向 A 重新申请租约。
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如果过期，那么 B 不再提供服务，并且 A 也能知道 B 此时可能发生故障并已经停止服务。可以看到，通过这种机制，A 和 B 都能对 B 发生故障这一事实达成一致。
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如果过期，那么 B 不再提供服务，并且 A 也能知道 B 此时可能发生故障并已经停止服务。可以看到，通过这种机制，A 和 B 都能对 B 发生故障这一事实达成一致。
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## 故障恢复
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## 故障恢复
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当某个节点故障时，就将它上面的服务迁移到其它节点。
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# 八、CDN 架构
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# 八、CDN 架构
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CND 通过将内容发布到靠近用户的边缘节点，使不同地域的用户在访问相同网页时可以就近获取。不仅可以减轻服务器的负担，也可以提高用户的访问速度。
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CND 通过将内容发布到靠近用户的边缘节点，使不同地域的用户在访问相同网页时可以就近获取。不仅可以减轻服务器的负担，也可以提高用户的访问速度。
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从下图可以看出，DNS 在对域名解析时不再向用户返回源服务器的 IP 地址，而是返回边缘节点的 IP 地址，所以用户最终访问的是边缘节点。边缘节点会先从源服务器中获取用户所需的数据，如果请求成功，边缘节点会将页面缓存下来，下次用户访问时可以直接读取。
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从下图可以看出，DNS 在对域名解析时不再向用户返回源服务器的 IP 地址，而是返回边缘节点的 IP 地址，所以用户最终访问的是边缘节点。边缘节点会先从源服务器中获取用户所需的数据，如果请求成功，边缘节点会将页面缓存下来，下次用户访问时可以直接读取。
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<div align="center"> <img src="../pics//dbd60b1f-b700-4da6-a993-62578e892333.jpg"/> </div><br>
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# 参考资料
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# 参考资料
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- 杨传辉. 大规模分布式存储系统: 原理解析与架构实战[M]. 机械工业出版社, 2013.
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- 杨传辉. 大规模分布式存储系统: 原理解析与架构实战[M]. 机械工业出版社, 2013.
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354
notes/分布式问题分析.md
354
notes/分布式问题分析.md
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[TOC]
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<!-- GFM-TOC -->
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* [一、谈谈业务中使用分布式的场景](#一谈谈业务中使用分布式的场景)
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* [二、分布式事务](#二分布式事务)
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* [产生原因](#产生原因)
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* [应用场景](#应用场景)
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* [解决方案](#解决方案)
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* [三、负载均衡的算法与实现](#三负载均衡的算法与实现)
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* [算法](#算法)
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* [实现](#实现)
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* [四、分布式锁](#四分布式锁)
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* [使用场景](#使用场景)
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* [实现方式](#实现方式)
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* [五、分布式 Session](#五分布式-session)
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* [1. 粘性 Session](#1-粘性-session)
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* [2. 服务器 Session 复制](#2-服务器-session-复制)
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* [3. Session 共享机制](#3-session-共享机制)
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* [4. Session 持久化到数据库](#4-session-持久化到数据库)
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* [5. Terracotta 实现 Session 复制](#5-terracotta-实现-session-复制)
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* [六、分库与分表带来的分布式困境与应对之策](#六分库与分表带来的分布式困境与应对之策)
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* [事务问题](#事务问题)
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* [查询问题](#查询问题)
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* [ID 唯一性](#id-唯一性)
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* [参考资料](#参考资料)
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<!-- GFM-TOC -->
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# 一、谈谈业务中使用分布式的场景
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# 一、谈谈业务中使用分布式的场景
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分布式主要是为了提供可扩展性以及高可用性，业务中使用分布式的场景主要有分布式存储以及分布式计算。
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分布式存储中可以将数据分片到多个节点上，不仅可以提高性能（可扩展性），同时也可以使用多个节点对同一份数据进行备份。
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至于分布式计算，就是将一个大的计算任务分解成小任务分配到多台节点上去执行，再汇总每个小任务的执行结果得到最终结果。MapReduce 是分布式计算的最好例子。
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至于分布式计算，就是将一个大的计算任务分解成小任务分配到多台节点上去执行，再汇总每个小任务的执行结果得到最终结果。MapReduce 是分布式计算的最好例子。
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# 二、分布式事务
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# 二、分布式事务
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指事务的操作位于不同的节点上，需要保证事务的 AICD 特性。
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指事务的操作位于不同的节点上，需要保证事务的 AICD 特性。
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## 产生原因
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## 产生原因
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- 数据库分库分表；
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- SOA 架构，比如一个电商网站将订单业务和库存业务分离出来放到不同的节点上。
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- 数据库分库分表；
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- SOA 架构，比如一个电商网站将订单业务和库存业务分离出来放到不同的节点上。
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## 应用场景
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## 应用场景
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- 下单：减少库存、更新订单状态。库存和订单不在不同一个数据库，因此涉及分布式事务。
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- 支付：买家账户扣款、卖家账户入账。买家和卖家账户信息不在同一个数据库，因此涉及分布式事务。
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- 下单：减少库存、更新订单状态。库存和订单不在不同一个数据库，因此涉及分布式事务。
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- 支付：买家账户扣款、卖家账户入账。买家和卖家账户信息不在同一个数据库，因此涉及分布式事务。
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## 解决方案
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## 解决方案
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### 1. 两阶段提交协议
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### 1. 两阶段提交协议
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[两阶段提交](https://github.com/CyC2018/Interview-Notebook/blob/master/notes/%E4%B8%80%E8%87%B4%E6%80%A7%E5%8D%8F%E8%AE%AE.md#%E4%B8%A4%E9%98%B6%E6%AE%B5%E6%8F%90%E4%BA%A4%E5%8D%8F%E8%AE%AE)
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两阶段提交协议可以很好得解决分布式事务问题，它可以使用 XA 来实现，XA 它包含两个部分：事务管理器和本地资源管理器。其中本地资源管理器往往由数据库实现，比如 Oracle、DB2 这些商业数据库都实现了 XA 接口；而事务管理器作为全局的协调者，负责各个本地资源的提交和回滚。
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两阶段提交协议可以很好得解决分布式事务问题，它可以使用 XA 来实现，XA 它包含两个部分：事务管理器和本地资源管理器。其中本地资源管理器往往由数据库实现，比如 Oracle、DB2 这些商业数据库都实现了 XA 接口；而事务管理器作为全局的协调者，负责各个本地资源的提交和回滚。
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### 2. 消息中间件
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### 2. 消息中间件
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消息中间件也可称作消息系统 (MQ)，它本质上是一个暂存转发消息的一个中间件。在分布式应用当中，我们可以把一个业务操作转换成一个消息，比如支付宝的余额转入余额宝操作，支付宝系统执行减少余额操作之后向消息系统发送一个消息，余额宝系统订阅这条消息然后进行增加余额宝操作。
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消息中间件也可称作消息系统 (MQ)，它本质上是一个暂存转发消息的一个中间件。在分布式应用当中，我们可以把一个业务操作转换成一个消息，比如支付宝的余额转入余额宝操作，支付宝系统执行减少余额操作之后向消息系统发送一个消息，余额宝系统订阅这条消息然后进行增加余额宝操作。
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**（一）消息处理模型**
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**（一）消息处理模型**
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<font size=3>**点对点**</font></br>
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<font size=3> **点对点** </font></br>
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<img src="index_files/96b63e13-e2d8-4ddb-9aa1-a38959ca96e5.jpg" width="600"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//96b63e13-e2d8-4ddb-9aa1-a38959ca96e5.jpg" width="600"/> </div><br>
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<font size=3>**发布/订阅**</font></br>
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<font size=3> **发布/订阅** </font></br>
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<img src="index_files/654acfed-a6a5-4fc7-8f40-3fdcae57bae8.jpg" width="700"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//654acfed-a6a5-4fc7-8f40-3fdcae57bae8.jpg" width="700"/> </div><br>
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**（二）消息的可靠性**
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**（二）消息的可靠性**
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消息的发送端的可靠性：发送端完成操作后一定能将消息成功发送到消息系统。
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消息的接收端的可靠性：接收端仅且能够从消息中间件成功消费一次消息。
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<font size=3>**发送端的可靠性**</font></br>
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<font size=3> **发送端的可靠性** </font></br>
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在本地数据建一张消息表，将消息数据与业务数据保存在同一数据库实例里，这样就可以利用本地数据库的事务机制。事务提交成功后，将消息表中的消息转移到消息中间件，若转移消息成功则删除消息表中的数据，否则继续重传。
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<font size=3>**接收端的可靠性**</font></br>
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<font size=3> **接收端的可靠性** </font></br>
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保证接收端处理消息的业务逻辑具有幂等性：只要具有幂等性，那么消费多少次消息，最后处理的结果都是一样的。
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保证消息具有唯一编号，并使用一张日志表来记录已经消费的消息编号。
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# 三、负载均衡的算法与实现
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# 三、负载均衡的算法与实现
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## 算法
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## 算法
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### 1. 轮询（Round Robin）
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### 1. 轮询（Round Robin）
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轮询算法把每个请求轮流发送到每个服务器上。下图中，一共有 6 个客户端产生了 6 个请求，这 6 个请求按 (1, 2, 3, 4, 5, 6) 的顺序发送。最后，(1, 3, 5) 的请求会被发送到服务器 1，(2, 4, 6) 的请求会被发送到服务器 2。
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轮询算法把每个请求轮流发送到每个服务器上。下图中，一共有 6 个客户端产生了 6 个请求，这 6 个请求按 (1, 2, 3, 4, 5, 6) 的顺序发送。最后，(1, 3, 5) 的请求会被发送到服务器 1，(2, 4, 6) 的请求会被发送到服务器 2。
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<div align="center"> <img src="../pics//2766d04f-7dad-42e4-99d1-60682c9d5c61.jpg"/> </div><br>
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该算法比较适合每个服务器的性能差不多的场景，如果有性能存在差异的情况下，那么性能较差的服务器可能无法承担多大的负载。下图中，服务器 2 的性能比服务器 1 差，那么服务器 2 可能无法承担多大的负载。
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该算法比较适合每个服务器的性能差不多的场景，如果有性能存在差异的情况下，那么性能较差的服务器可能无法承担多大的负载。下图中，服务器 2 的性能比服务器 1 差，那么服务器 2 可能无法承担多大的负载。
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### 2. 加权轮询（Weighted Round Robbin）
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### 2. 加权轮询（Weighted Round Robbin）
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加权轮询是在轮询的基础上，根据服务器的性能差异，为服务器赋予一定的权值。例如下图中，服务器 1 被赋予的权值为 5，服务器 2 被赋予的权值为 1，那么 (1, 2, 3, 4, 5) 请求会被发送到服务器 1，(6) 请求会被发送到服务器 2。
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加权轮询是在轮询的基础上，根据服务器的性能差异，为服务器赋予一定的权值。例如下图中，服务器 1 被赋予的权值为 5，服务器 2 被赋予的权值为 1，那么 (1, 2, 3, 4, 5) 请求会被发送到服务器 1，(6) 请求会被发送到服务器 2。
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### 3. 最少连接（least Connections）
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### 3. 最少连接（least Connections）
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由于每个请求的连接时间不一样，使用轮询或者加权轮询算法的话，可能会让一台服务器当前连接数多大，而另一台服务器的连接多小，造成负载不均衡。例如下图中，(1, 3, 5) 请求会被发送到服务器 1，但是 (1, 3) 很快就断开连接，此时只有 (5) 请求连接服务器 1；(2, 4, 6) 请求被发送到服务器 2，只有 (2) 的连接断开。该系统继续运行时，服务器 2 会承担多大的负载。
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由于每个请求的连接时间不一样，使用轮询或者加权轮询算法的话，可能会让一台服务器当前连接数多大，而另一台服务器的连接多小，造成负载不均衡。例如下图中，(1, 3, 5) 请求会被发送到服务器 1，但是 (1, 3) 很快就断开连接，此时只有 (5) 请求连接服务器 1；(2, 4, 6) 请求被发送到服务器 2，只有 (2) 的连接断开。该系统继续运行时，服务器 2 会承担多大的负载。
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最少连接算法就是将请求发送给当前最少连接数的服务器上。例如下图中，服务器 1 当前连接数最小，那么新到来的请求 6 就会被发送到服务器 1 上。
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最少连接算法就是将请求发送给当前最少连接数的服务器上。例如下图中，服务器 1 当前连接数最小，那么新到来的请求 6 就会被发送到服务器 1 上。
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### 4. 加权最小连接（Weighted Least Connection）
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### 4. 加权最小连接（Weighted Least Connection）
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在最小连接的基础上，根据服务器的性能为每台服务器分配权重，根据权重计算出每台服务器能处理的连接数。
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### 5. 随机算法（Random）
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### 5. 随机算法（Random）
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把请求随机发送到服务器上。和轮询算法类似，该算法比较适合服务器性能差不多的场景。
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## 实现
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## 实现
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### 1. DNS 解析
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### 1. DNS 解析
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使用 DNS 作为负载均衡器，根据负载情况返回不同服务器的 IP 地址。大型网站基本使用了这种方式最为第一级负载均衡手段，然后在内部使用其它方式做第二级负载均衡。
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使用 DNS 作为负载均衡器，根据负载情况返回不同服务器的 IP 地址。大型网站基本使用了这种方式最为第一级负载均衡手段，然后在内部使用其它方式做第二级负载均衡。
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<img src="index_files/42e17a80-b9fc-42a2-9ba8-68364fae3710.jpg" width="500"/>
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### 2. 修改 MAC 地址
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### 2. 修改 MAC 地址
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使用 LVS（Linux Virtual Server）这种链路层负载均衡器，根据负载情况修改请求的 MAC 地址。
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使用 LVS（Linux Virtual Server）这种链路层负载均衡器，根据负载情况修改请求的 MAC 地址。
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<img src="index_files/6fea6dd4-9232-4df8-abdf-f1b528a18b17.jpg" width="500"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//6fea6dd4-9232-4df8-abdf-f1b528a18b17.jpg" width="500"/> </div><br>
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### 3. 修改 IP 地址
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### 3. 修改 IP 地址
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在网络层修改请求的目的 IP 地址。
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在网络层修改请求的目的 IP 地址。
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### 4. HTTP 重定向
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### 4. HTTP 重定向
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HTTP 重定向负载均衡服务器收到 HTTP 请求之后会返回服务器的地址，并将该地址写入 HTTP 重定向响应中返回给浏览器，浏览器收到后需要再次发送请求。
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HTTP 重定向负载均衡服务器收到 HTTP 请求之后会返回服务器的地址，并将该地址写入 HTTP 重定向响应中返回给浏览器，浏览器收到后需要再次发送请求。
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<img src="index_files/9208563b-014d-4745-aa1c-492c9f7f7a7f.jpg" width="500"/>
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### 5. 反向代理
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### 5. 反向代理
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正向代理：发生在客户端，是由用户主动发起的。比如翻墙，客户端通过主动访问代理服务器，让代理服务器获得需要的外网数据，然后转发回客户端。
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反向代理：发生在服务器端，用户不知道代理的存在。
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# 四、分布式锁
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# 四、分布式锁
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Java 提供了两种内置的锁的实现，一种是由 JVM 实现的 synchronized 和 JDK 提供的 Lock，当你的应用是单机或者说单进程应用时，可以使用 synchronized 或 Lock 来实现锁。当应用涉及到多机、多进程共同完成时，那么这时候就需要一个全局锁来实现多个进程之间的同步。
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Java 提供了两种内置的锁的实现，一种是由 JVM 实现的 synchronized 和 JDK 提供的 Lock，当你的应用是单机或者说单进程应用时，可以使用 synchronized 或 Lock 来实现锁。当应用涉及到多机、多进程共同完成时，那么这时候就需要一个全局锁来实现多个进程之间的同步。
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## 使用场景
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## 使用场景
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在服务器端使用分布式部署的情况下，一个服务可能分布在不同的节点撒花姑娘，比如订单服务分布式在节点 A 和节点 B 上。如果多个客户端同时对一个服务进行请求时，就需要使用分布式锁。例如当 APP 端的请求路由到了节点 A，WEB 端被路由到了 B 服务，这时对共享资源进行使用时需要使用分布式锁。
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在服务器端使用分布式部署的情况下，一个服务可能分布在不同的节点撒花姑娘，比如订单服务分布式在节点 A 和节点 B 上。如果多个客户端同时对一个服务进行请求时，就需要使用分布式锁。例如当 APP 端的请求路由到了节点 A，WEB 端被路由到了 B 服务，这时对共享资源进行使用时需要使用分布式锁。
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## 实现方式
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## 实现方式
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### 1. 数据库分布式锁
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### 1. 数据库分布式锁
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**（一）基于 MySQL 锁表**
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**（一）基于 MySQL 锁表**
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该实现方式完全依靠数据库唯一索引来实现。当想要获得锁时，就向数据库中插入一条记录，释放锁时就删除这条记录。如果记录具有唯一索引，就不会同时插入同一条记录。这种方式存在以下几个问题：
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1. 锁没有失效时间，解锁失败会导致死锁，其他线程无法再获得锁。
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2. 只能是非阻塞锁，插入失败直接就报错了，无法重试。
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3. 不可重入，同一线程在没有释放锁之前无法再获得锁。
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1. 锁没有失效时间，解锁失败会导致死锁，其他线程无法再获得锁。
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2. 只能是非阻塞锁，插入失败直接就报错了，无法重试。
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3. 不可重入，同一线程在没有释放锁之前无法再获得锁。
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**（二）采用乐观锁增加版本号**
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**（二）采用乐观锁增加版本号**
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根据版本号来判断更新之前有没有其他线程更新过，如果被更新过，则获取锁失败。
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### 2. Redis 分布式锁
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### 2. Redis 分布式锁
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**（一）基于 SETNX、EXPIRE**
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**（一）基于 SETNX、EXPIRE**
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使用 SETNX（set if not exist）命令插入一个键值对时，如果 Key 已经存在，那么会返回 False，否则插入成功并返回 True。因此客户端在尝试获得锁时，先使用 SETNX 向 Redis 中插入一个记录，如果返回 True 表示获得锁，返回 False 表示已经有客户端占用锁。
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使用 SETNX（set if not exist）命令插入一个键值对时，如果 Key 已经存在，那么会返回 False，否则插入成功并返回 True。因此客户端在尝试获得锁时，先使用 SETNX 向 Redis 中插入一个记录，如果返回 True 表示获得锁，返回 False 表示已经有客户端占用锁。
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EXPIRE 可以为一个键值对设置一个过期时间，从而避免了死锁的发生。
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EXPIRE 可以为一个键值对设置一个过期时间，从而避免了死锁的发生。
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**（二）RedLock 算法**
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**（二）RedLock 算法**
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ReadLock 算法使用了多个 Redis 实例来实现分布式锁，这是为了保证在发生单点故障时还可用。
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ReadLock 算法使用了多个 Redis 实例来实现分布式锁，这是为了保证在发生单点故障时还可用。
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1. 尝试从 N 个相互独立 Redis 实例获取锁，如果一个实例不可用，应该尽快尝试下一个。
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2. 计算获取锁消耗的时间，只有当这个时间小于锁的过期时间，并且从大多数（N/2+1）实例上获取了锁，那么就认为锁获取成功了。
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3. 如果锁获取失败，会到每个实例上释放锁。
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1. 尝试从 N 个相互独立 Redis 实例获取锁，如果一个实例不可用，应该尽快尝试下一个。
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2. 计算获取锁消耗的时间，只有当这个时间小于锁的过期时间，并且从大多数（N/2+1）实例上获取了锁，那么就认为锁获取成功了。
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3. 如果锁获取失败，会到每个实例上释放锁。
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### 3. Zookeeper 分布式锁
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### 3. Zookeeper 分布式锁
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Zookeeper 是一个为分布式应用提供一致性服务的软件，例如配置管理、分布式协同以及命名的中心化等，这些都是分布式系统中非常底层而且是必不可少的基本功能，但是如果自己实现这些功能而且要达到高吞吐、低延迟同时还要保持一致性和可用性，实际上非常困难。
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Zookeeper 是一个为分布式应用提供一致性服务的软件，例如配置管理、分布式协同以及命名的中心化等，这些都是分布式系统中非常底层而且是必不可少的基本功能，但是如果自己实现这些功能而且要达到高吞吐、低延迟同时还要保持一致性和可用性，实际上非常困难。
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**（一）抽象模型**
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**（一）抽象模型**
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Zookeeper 提供了一种树形结构级的命名空间，/app1/p_1 节点表示它的父节点为 /app1。
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Zookeeper 提供了一种树形结构级的命名空间，/app1/p_1 节点表示它的父节点为 /app1。
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<img src="index_files/31d99967-1171-448e-8531-bccf5c14cffe.jpg" width="400"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//31d99967-1171-448e-8531-bccf5c14cffe.jpg" width="400"/> </div><br>
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**（二）节点类型**
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**（二）节点类型**
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- 永久节点：不会因为会话结束或者超时而消失；
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- 临时节点：如果会话结束或者超时就会消失；
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- 有序节点：会在节点名的后面加一个数字后缀，并且是有序的，例如生成的有序节点为 /lock/node-0000000000，它的下一个有序节点则为 /lock/node-0000000001，依次类推。
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- 永久节点：不会因为会话结束或者超时而消失；
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- 临时节点：如果会话结束或者超时就会消失；
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- 有序节点：会在节点名的后面加一个数字后缀，并且是有序的，例如生成的有序节点为 /lock/node-0000000000，它的下一个有序节点则为 /lock/node-0000000001，依次类推。
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**（三）监听器**
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**（三）监听器**
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为一个节点注册监听器，在节点状态发生改变时，会给客户端发送消息。
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**（四）分布式锁实现**
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**（四）分布式锁实现**
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1. 创建一个锁目录 /lock。
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1. 在 /lock 下创建临时的且有序的子节点，第一个客户端对应的子节点为 /lock/lock-0000000000，第二个为 /lock/lock-0000000001，以此类推。
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2. 客户端获取 /lock 下的子节点列表，判断自己创建的子节点是否为当前子节点列表中序号最小的子节点，如果是则认为获得锁，否则监听自己的前一个子节点，获得子节点的变更通知后重复此步骤直至获得锁；
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3. 执行业务代码，完成后，删除对应的子节点。
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1. 创建一个锁目录 /lock。
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1. 在 /lock 下创建临时的且有序的子节点，第一个客户端对应的子节点为 /lock/lock-0000000000，第二个为 /lock/lock-0000000001，以此类推。
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2. 客户端获取 /lock 下的子节点列表，判断自己创建的子节点是否为当前子节点列表中序号最小的子节点，如果是则认为获得锁，否则监听自己的前一个子节点，获得子节点的变更通知后重复此步骤直至获得锁；
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3. 执行业务代码，完成后，删除对应的子节点。
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**（五）会话超时**
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**（五）会话超时**
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如果一个已经获得锁的会话超时了，因为创建的是临时节点，因此该会话对应的临时节点会被删除，其它会话就可以获得锁了。可以看到，Zookeeper 分布式锁不会出现数据库分布式锁的死锁问题。
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如果一个已经获得锁的会话超时了，因为创建的是临时节点，因此该会话对应的临时节点会被删除，其它会话就可以获得锁了。可以看到，Zookeeper 分布式锁不会出现数据库分布式锁的死锁问题。
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**（六）羊群效应**
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**（六）羊群效应**
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在步骤二，一个节点未获得锁，需要监听监听自己的前一个子节点，这是因为如果监听所有的子节点，那么任意一个子节点状态改变，其它所有子节点都会收到通知，而我们只希望它的下一个子节点收到通知。
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# 五、分布式 Session
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# 五、分布式 Session
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如果不做任何处理的话，用户将出现频繁登录的现象，比如集群中存在 A、B 两台服务器，用户在第一次访问网站时，Nginx 通过其负载均衡机制将用户请求转发到 A 服务器，这时 A 服务器就会给用户创建一个 Session。当用户第二次发送请求时，Nginx 将其负载均衡到 B 服务器，而这时候 B 服务器并不存在 Session，所以就会将用户踢到登录页面。这将大大降低用户体验度，导致用户的流失，这种情况是项目绝不应该出现的。
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如果不做任何处理的话，用户将出现频繁登录的现象，比如集群中存在 A、B 两台服务器，用户在第一次访问网站时，Nginx 通过其负载均衡机制将用户请求转发到 A 服务器，这时 A 服务器就会给用户创建一个 Session。当用户第二次发送请求时，Nginx 将其负载均衡到 B 服务器，而这时候 B 服务器并不存在 Session，所以就会将用户踢到登录页面。这将大大降低用户体验度，导致用户的流失，这种情况是项目绝不应该出现的。
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## 1. 粘性 Session
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## 1. 粘性 Session
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### 原理
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### 原理
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粘性 Session 是指将用户锁定到某一个服务器上，比如上面说的例子，用户第一次请求时，负载均衡器将用户的请求转发到了 A 服务器上，如果负载均衡器设置了粘性 Session 的话，那么用户以后的每次请求都会转发到 A 服务器上，相当于把用户和 A 服务器粘到了一块，这就是粘性 Session 机制。
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粘性 Session 是指将用户锁定到某一个服务器上，比如上面说的例子，用户第一次请求时，负载均衡器将用户的请求转发到了 A 服务器上，如果负载均衡器设置了粘性 Session 的话，那么用户以后的每次请求都会转发到 A 服务器上，相当于把用户和 A 服务器粘到了一块，这就是粘性 Session 机制。
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### 优点
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### 优点
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简单，不需要对 Session 做任何处理。
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简单，不需要对 Session 做任何处理。
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### 缺点
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### 缺点
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缺乏容错性，如果当前访问的服务器发生故障，用户被转移到第二个服务器上时，他的 Session 信息都将失效。
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缺乏容错性，如果当前访问的服务器发生故障，用户被转移到第二个服务器上时，他的 Session 信息都将失效。
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### 适用场景
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### 适用场景
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- 发生故障对客户产生的影响较小；
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- 服务器发生故障是低概率事件。
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- 发生故障对客户产生的影响较小；
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- 服务器发生故障是低概率事件。
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## 2. 服务器 Session 复制
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## 2. 服务器 Session 复制
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### 原理
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### 原理
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任何一个服务器上的 Session 发生改变，该节点会把这个 Session 的所有内容序列化，然后广播给所有其它节点，不管其他服务器需不需要 Session，以此来保证 Session 同步。
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任何一个服务器上的 Session 发生改变，该节点会把这个 Session 的所有内容序列化，然后广播给所有其它节点，不管其他服务器需不需要 Session，以此来保证 Session 同步。
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### 优点
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### 优点
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可容错，各个服务器间 Session 能够实时响应。
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可容错，各个服务器间 Session 能够实时响应。
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### 缺点
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### 缺点
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会对网络负荷造成一定压力，如果 Session 量大的话可能会造成网络堵塞，拖慢服务器性能。
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会对网络负荷造成一定压力，如果 Session 量大的话可能会造成网络堵塞，拖慢服务器性能。
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### 实现方式
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### 实现方式
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1. 设置 Tomcat 的 server.xml 开启 tomcat 集群功能。
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2. 在应用里增加信息：通知应用当前处于集群环境中，支持分布式，即在 web.xml 中添加<distributable/> 选项。
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1. 设置 Tomcat 的 server.xml 开启 tomcat 集群功能。
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2. 在应用里增加信息：通知应用当前处于集群环境中，支持分布式，即在 web.xml 中添加<distributable/> 选项。
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## 3. Session 共享机制
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## 3. Session 共享机制
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使用分布式缓存方案比如 Memcached、Redis，但是要求 Memcached 或 Redis 必须是集群。
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使用分布式缓存方案比如 Memcached、Redis，但是要求 Memcached 或 Redis 必须是集群。
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使用 Session 共享也分两种机制，两种情况如下：
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使用 Session 共享也分两种机制，两种情况如下：
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### 3.1 粘性 Session 共享机制
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### 3.1 粘性 Session 共享机制
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和粘性 Session 一样，一个用户的 Session 会绑定到一个 Tomcat 上。Memcached 只是起到备份作用。
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和粘性 Session 一样，一个用户的 Session 会绑定到一个 Tomcat 上。Memcached 只是起到备份作用。
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<img src="index_files/93a28704-6401-4671-9758-051fadfbeb47.jpg" width="400"/>
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### 3.2 非粘性 Session 共享机制
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### 3.2 非粘性 Session 共享机制
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#### 原理
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#### 原理
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Tomcat 本身不存储 Session，而是存入 Memcached 中。Memcached 集群构建主从复制架构。
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Tomcat 本身不存储 Session，而是存入 Memcached 中。Memcached 集群构建主从复制架构。
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<img src="index_files/ce0fa5d0-866b-46e6-a873-8eb1f78c2882.jpg" width="400"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//ce0fa5d0-866b-46e6-a873-8eb1f78c2882.jpg" width="400"/> </div><br>
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#### 优点
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#### 优点
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可容错，Session 实时响应。
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可容错，Session 实时响应。
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#### 实现方式
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#### 实现方式
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用开源的 msm 插件解决 Tomcat 之间的 Session 共享：Memcached_Session_Manager（MSM）
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用开源的 msm 插件解决 Tomcat 之间的 Session 共享：Memcached_Session_Manager（MSM）
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## 4. Session 持久化到数据库
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## 4. Session 持久化到数据库
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### 原理
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### 原理
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拿出一个数据库，专门用来存储 Session 信息。保证 Session 的持久化。
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拿出一个数据库，专门用来存储 Session 信息。保证 Session 的持久化。
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### 优点
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### 优点
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服务器出现问题，Session 不会丢失
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服务器出现问题，Session 不会丢失
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### 缺点
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### 缺点
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如果网站的访问量很大，把 Session 存储到数据库中，会对数据库造成很大压力，还需要增加额外的开销维护数据库。
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如果网站的访问量很大，把 Session 存储到数据库中，会对数据库造成很大压力，还需要增加额外的开销维护数据库。
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## 5. Terracotta 实现 Session 复制
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## 5. Terracotta 实现 Session 复制
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### 原理
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### 原理
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Terracotta 的基本原理是对于集群间共享的数据，当在一个节点发生变化的时候，Terracotta 只把变化的部分发送给 Terracotta 服务器，然后由服务器把它转发给真正需要这个数据的节点。它是服务器 Session 复制的优化。
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Terracotta 的基本原理是对于集群间共享的数据，当在一个节点发生变化的时候，Terracotta 只把变化的部分发送给 Terracotta 服务器，然后由服务器把它转发给真正需要这个数据的节点。它是服务器 Session 复制的优化。
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### 优点
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### 优点
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这样对网络的压力就非常小，各个节点也不必浪费 CPU 时间和内存进行大量的序列化操作。把这种集群间数据共享的机制应用在 Session 同步上，既避免了对数据库的依赖，又能达到负载均衡和灾难恢复的效果。
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这样对网络的压力就非常小，各个节点也不必浪费 CPU 时间和内存进行大量的序列化操作。把这种集群间数据共享的机制应用在 Session 同步上，既避免了对数据库的依赖，又能达到负载均衡和灾难恢复的效果。
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# 六、分库与分表带来的分布式困境与应对之策
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# 六、分库与分表带来的分布式困境与应对之策
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<div align="center"> <img src="../pics//f3d3e072-e947-43e9-b999-22385fd569a0.jpg"/> </div><br>
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## 事务问题
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## 事务问题
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使用分布式事务。
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## 查询问题
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## 查询问题
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使用汇总表。
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## ID 唯一性
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## ID 唯一性
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- 使用全局唯一 ID：GUID。
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- 为每个分片指定一个 ID 范围。
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- 分布式 ID 生成器 (如 Twitter 的 [Snowflake](https://twitter.github.io/twitter-server/) 算法)。
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- 使用全局唯一 ID：GUID。
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- 为每个分片指定一个 ID 范围。
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- 分布式 ID 生成器 (如 Twitter 的 [Snowflake](https://twitter.github.io/twitter-server/) 算法)。
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# 参考资料
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# 参考资料
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||||
- [Comparing Load Balancing Algorithms](http://www.jscape.com/blog/load-balancing-algorithms)
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||||
- [负载均衡算法及手段](https://segmentfault.com/a/1190000004492447)
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||||
- [集群/分布式环境下 5 种 Session 处理策略](http://blog.csdn.net/u010028869/article/details/50773174?ref=myread)
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||||
- [浅谈分布式锁](http://www.linkedkeeper.com/detail/blog.action?bid=1023)
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||||
- [深入理解分布式事务](https://juejin.im/entry/577c6f220a2b5800573492be)
|
||||
- [分布式系统的事务处理](https://coolshell.cn/articles/10910.html)
|
||||
- [关于分布式事务](http://blog.csdn.net/suifeng3051/article/details/52691210)
|
||||
- [基于 Zookeeper 的分布式锁](http://www.dengshenyu.com/java/%E5%88%86%E5%B8%83%E5%BC%8F%E7%B3%BB%E7%BB%9F/2017/10/23/zookeeper-distributed-lock.html)
|
||||
- [How Sharding Works](https://medium.com/@jeeyoungk/how-sharding-works-b4dec46b3f6)
|
||||
- [服务端指南 数据存储篇 | MySQL（09） 分库与分表带来的分布式困境与应对之策](http://blog.720ui.com/2017/mysql_core_09_multi_db_table2/ "服务端指南 数据存储篇 | MySQL（09） 分库与分表带来的分布式困境与应对之策")
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||||
- [How to create unique row ID in sharded databases?](https://stackoverflow.com/questions/788829/how-to-create-unique-row-id-in-sharded-databases)
|
||||
- [Comparing Load Balancing Algorithms](http://www.jscape.com/blog/load-balancing-algorithms)
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||||
- [负载均衡算法及手段](https://segmentfault.com/a/1190000004492447)
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||||
- [集群/分布式环境下 5 种 Session 处理策略](http://blog.csdn.net/u010028869/article/details/50773174?ref=myread)
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- [浅谈分布式锁](http://www.linkedkeeper.com/detail/blog.action?bid=1023)
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- [深入理解分布式事务](https://juejin.im/entry/577c6f220a2b5800573492be)
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- [分布式系统的事务处理](https://coolshell.cn/articles/10910.html)
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||||
- [关于分布式事务](http://blog.csdn.net/suifeng3051/article/details/52691210)
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- [基于 Zookeeper 的分布式锁](http://www.dengshenyu.com/java/%E5%88%86%E5%B8%83%E5%BC%8F%E7%B3%BB%E7%BB%9F/2017/10/23/zookeeper-distributed-lock.html)
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||||
- [How Sharding Works](https://medium.com/@jeeyoungk/how-sharding-works-b4dec46b3f6)
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- [服务端指南 数据存储篇 | MySQL（09） 分库与分表带来的分布式困境与应对之策](http://blog.720ui.com/2017/mysql_core_09_multi_db_table2/ "服务端指南 数据存储篇 | MySQL（09） 分库与分表带来的分布式困境与应对之策")
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||||
- [How to create unique row ID in sharded databases?](https://stackoverflow.com/questions/788829/how-to-create-unique-row-id-in-sharded-databases)
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3260
notes/剑指 offer 题解.md
3260
notes/剑指 offer 题解.md
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notes/数据库系统原理.md
570
notes/数据库系统原理.md
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[TOC]
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<!-- GFM-TOC -->
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* [一、事务](#一事务)
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* [概念](#概念)
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* [四大特性](#四大特性)
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* [二、并发一致性问题](#二并发一致性问题)
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* [问题](#问题)
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* [解决方法](#解决方法)
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* [三、封锁](#三封锁)
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* [封锁粒度](#封锁粒度)
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* [封锁类型](#封锁类型)
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* [封锁协议](#封锁协议)
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* [四、隔离级别](#四隔离级别)
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* [五、多版本并发控制](#五多版本并发控制)
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* [版本号](#版本号)
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* [Undo 日志](#undo-日志)
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* [实现过程](#实现过程)
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* [六、Next-Key Locks](#六next-key-locks)
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* [Record Locks](#record-locks)
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* [Grap Locks](#grap-locks)
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||||
* [Next-Key Locks](#next-key-locks)
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* [七、关系数据库设计理论](#七关系数据库设计理论)
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* [函数依赖](#函数依赖)
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* [异常](#异常)
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* [范式](#范式)
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* [八、数据库系统概述](#八数据库系统概述)
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* [基本术语](#基本术语)
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* [数据库的三层模式和两层映像](#数据库的三层模式和两层映像)
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||||
* [九、关系数据库建模](#九关系数据库建模)
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||||
* [ER 图](#er-图)
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* [十、约束](#十约束)
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* [参考资料](#参考资料)
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<!-- GFM-TOC -->
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# 一、事务
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## 概念
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# 一、事务
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## 概念
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事务指的是满足 ACID 特性的一系列操作。在数据库中，可以通过 Commit 提交一个事务，也可以使用 Rollback 进行回滚。
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<div align="center"> <img src="../pics//4f4deaf4-8487-4de2-9d62-5ad017ee9589.png"/> </div><br>
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## 四大特性
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事务指的是满足 ACID 特性的一系列操作。在数据库中，可以通过 Commit 提交一个事务，也可以使用 Rollback 进行回滚。
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<img src="index_files/fd945daf-4a6c-4f20-b9c2-5390f5955ce5.jpg" width="500"/>
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## 四大特性
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### 1. 原子性（Atomicity）
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<div align="center"> <img src="../pics//fd945daf-4a6c-4f20-b9c2-5390f5955ce5.jpg" width="500"/> </div><br>
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### 1. 原子性（Atomicity）
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事务被视为不可分割的最小单元，要么全部提交成功，要么全部失败回滚。
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### 2. 一致性（Consistency）
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### 2. 一致性（Consistency）
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事务执行前后都保持一致性状态。在一致性状态下，所有事务对一个数据的读取结果都是相同的。
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### 3. 隔离性（Isolation）
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### 3. 隔离性（Isolation）
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一个事务所做的修改在最终提交以前，对其它事务是不可见的。
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### 4. 持久性（Durability）
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### 4. 持久性（Durability）
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一旦事务提交，则其所做的修改将会永远保存到数据库中。即使系统发生崩溃，事务执行的结果也不能丢失。可以通过数据库备份和恢复来保证持久性。
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# 二、并发一致性问题
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# 二、并发一致性问题
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在并发环境下，一个事务如果受到另一个事务的影响，那么事务操作就无法满足一致性条件。
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## 问题
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## 问题
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### 1. 丢失修改
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### 1. 丢失修改
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T<sub>1</sub> 和 T<sub>2</sub> 两个事务都对一个数据进行修改，T<sub>1</sub> 先修改，T<sub>2</sub> 随后修改，T<sub>2</sub> 的修改覆盖了 T<sub>1</sub> 的修改。
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T<sub>1</sub> 和 T<sub>2</sub> 两个事务都对一个数据进行修改，T<sub>1</sub> 先修改，T<sub>2</sub> 随后修改，T<sub>2</sub> 的修改覆盖了 T<sub>1</sub> 的修改。
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### 2. 读脏数据
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### 2. 读脏数据
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T<sub>1</sub> 修改一个数据，T<sub>2</sub> 随后读取这个数据。如果 T<sub>1</sub> 撤销了这次修改，那么 T<sub>2</sub> 读取的数据是脏数据。
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T<sub>1</sub> 修改一个数据，T<sub>2</sub> 随后读取这个数据。如果 T<sub>1</sub> 撤销了这次修改，那么 T<sub>2</sub> 读取的数据是脏数据。
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<img src="index_files/d1ab24fa-1a25-4804-aa91-513df55cbaa6.jpg" width="800"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//d1ab24fa-1a25-4804-aa91-513df55cbaa6.jpg" width="800"/> </div><br>
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### 3. 不可重复读
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### 3. 不可重复读
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T<sub>2</sub> 读取一个数据，T<sub>1</sub> 对该数据做了修改。如果 T<sub>2</sub> 再次读取这个数据，此时读取的结果和和第一次读取的结果不同。
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T<sub>2</sub> 读取一个数据，T<sub>1</sub> 对该数据做了修改。如果 T<sub>2</sub> 再次读取这个数据，此时读取的结果和和第一次读取的结果不同。
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<img src="index_files/d0175e0c-859e-4991-b263-8378e52f7ee5.jpg" width="800"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//d0175e0c-859e-4991-b263-8378e52f7ee5.jpg" width="800"/> </div><br>
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### 4. 幻影读
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### 4. 幻影读
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T<sub>1</sub> 读取某个范围的数据，T<sub>2</sub> 在这个范围内插入新的数据，T<sub>1</sub> 再次读取这个范围的数据，此时读取的结果和和第一次读取的结果不同。
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T<sub>1</sub> 读取某个范围的数据，T<sub>2</sub> 在这个范围内插入新的数据，T<sub>1</sub> 再次读取这个范围的数据，此时读取的结果和和第一次读取的结果不同。
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<img src="index_files/d589eca6-c7cf-49c5-ac96-8e4ca0cccadd.jpg" width="800"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//d589eca6-c7cf-49c5-ac96-8e4ca0cccadd.jpg" width="800"/> </div><br>
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## 解决方法
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## 解决方法
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产生并发不一致性问题主要原因是破坏了事务的隔离性，解决方法是通过并发控制来保证隔离性。
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在没有并发的情况下，事务以串行的方式执行，互不干扰，因此可以保证隔离性。在并发的情况下，如果能通过并发控制，让事务的执行结果和某一个串行执行的结果相同，就认为事务的执行结果满足隔离性要求，也就是说是正确的。把这种事务执行方式称为 **可串行化调度**。
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||||
在没有并发的情况下，事务以串行的方式执行，互不干扰，因此可以保证隔离性。在并发的情况下，如果能通过并发控制，让事务的执行结果和某一个串行执行的结果相同，就认为事务的执行结果满足隔离性要求，也就是说是正确的。把这种事务执行方式称为 **可串行化调度** 。
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||||
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||||
**并发控制可以通过封锁来实现，但是封锁操作都要用户自己控制，相当复杂。数据库管理系统提供了事务的隔离级别，让用户以一种更轻松的方式处理并发一致性问题。**
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**并发控制可以通过封锁来实现，但是封锁操作都要用户自己控制，相当复杂。数据库管理系统提供了事务的隔离级别，让用户以一种更轻松的方式处理并发一致性问题。**
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# 三、封锁
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# 三、封锁
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## 封锁粒度
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## 封锁粒度
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<img src="index_files/1a851e90-0d5c-4d4f-ac54-34c20ecfb903.jpg" width="300"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//1a851e90-0d5c-4d4f-ac54-34c20ecfb903.jpg" width="300"/> </div><br>
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应该尽量只锁定需要修改的那部分数据，而不是所有的资源。锁定的数据量越少，发生锁争用的可能就越小，系统的并发程度就越高。
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但是加锁需要消耗资源，锁的各种操作，包括获取锁，检查锁是否已经解除、释放锁，都会增加系统开销。因此封锁粒度越小，系统开销就越大。需要在锁开销以及数据安全性之间做一个权衡。
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||||
MySQL 中提供了两种封锁粒度：行级锁以及表级锁。
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MySQL 中提供了两种封锁粒度：行级锁以及表级锁。
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## 封锁类型
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## 封锁类型
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### 1. 排它锁与共享锁
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### 1. 排它锁与共享锁
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- 排它锁（Exclusive），简写为 X 锁，又称写锁。
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- 共享锁（Shared），简写为 S 锁，又称读锁。
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- 排它锁（Exclusive），简写为 X 锁，又称写锁。
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- 共享锁（Shared），简写为 S 锁，又称读锁。
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有以下两个规定：
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1. 一个事务对数据对象 A 加了 X 锁，就可以对 A 进行读取和更新。加锁期间其它事务不能对 A 加任何锁。
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2. 一个事务对数据对象 A 加了 S 锁，可以对 A 进行读取操作，但是不能进行更新操作。加锁期间其它事务能对 A 加 S 锁，但是不能加 X 锁。
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1. 一个事务对数据对象 A 加了 X 锁，就可以对 A 进行读取和更新。加锁期间其它事务不能对 A 加任何锁。
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2. 一个事务对数据对象 A 加了 S 锁，可以对 A 进行读取操作，但是不能进行更新操作。加锁期间其它事务能对 A 加 S 锁，但是不能加 X 锁。
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锁的兼容关系如下：
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| - | X | S |
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| :--: | :--: | :--: |
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| - | X | S |
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| :--: | :--: | :--: |
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|X|Yes|No|
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|S|No|No|
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### 2. 意向锁
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### 2. 意向锁
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||||
意向锁（Intention Locks）可以支持多粒度封锁。它本身是一个表锁，通过在原来的 X/S 锁之上引入了 IX/IS，用来表示一个事务想要在某个数据行上加 X 锁或 S 锁。
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意向锁（Intention Locks）可以支持多粒度封锁。它本身是一个表锁，通过在原来的 X/S 锁之上引入了 IX/IS，用来表示一个事务想要在某个数据行上加 X 锁或 S 锁。
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有以下两个规定：
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1. 一个事务在获得某个数据行对象的 S 锁之前，必须先获得 IS 锁或者更强的锁；
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2. 一个事务在获得某个数据行对象的 X 锁之前，必须先获得 IX 锁。
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||||
1. 一个事务在获得某个数据行对象的 S 锁之前，必须先获得 IS 锁或者更强的锁；
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||||
2. 一个事务在获得某个数据行对象的 X 锁之前，必须先获得 IX 锁。
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各种锁的兼容关系如下：
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| - | X | IX | S | IS |
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| :--: | :--: | :--: | :--: | :--: |
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|X |No |No |No | No|
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|IX |No |YES|No | Yes|
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|S |No |No |Yes| Yes|
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||||
|IS |No |Yes|Yes| Yes|
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| - | X | IX | S | IS |
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| :--: | :--: | :--: | :--: | :--: |
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|X |No |No |No | No|
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|IX |No |YES|No | Yes|
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|S |No |No |Yes| Yes|
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|IS |No |Yes|Yes| Yes|
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## 封锁协议
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## 封锁协议
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### 1. 三级封锁协议
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### 1. 三级封锁协议
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**一级封锁协议**
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**一级封锁协议**
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||||
事务 T 要修改数据 A 时必须加 X 锁，直到事务结束才释放锁。
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||||
事务 T 要修改数据 A 时必须加 X 锁，直到事务结束才释放锁。
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||||
可以解决丢失修改问题，因为不能同时有两个事务对同一个数据进行修改，那么一个事务的修改就不会被覆盖。
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||||
| T<sub>1</sub> | T<sub>1</sub> |
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||||
| :--: | :--: |
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||||
| lock-x(A) | |
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||||
| read A=20 | |
|
||||
| | lock-x(A) |
|
||||
| | wait |
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||||
| write A=19 | |
|
||||
| commit | |
|
||||
| unlock-x(A) | |
|
||||
| | obtain |
|
||||
| | read A=19 |
|
||||
| | write A=21 |
|
||||
| | commit |
|
||||
| | unlock-x(A)|
|
||||
| T<sub>1</sub> | T<sub>1</sub> |
|
||||
| :--: | :--: |
|
||||
| lock-x(A) | |
|
||||
| read A=20 | |
|
||||
| | lock-x(A) |
|
||||
| | wait |
|
||||
| write A=19 | |
|
||||
| commit | |
|
||||
| unlock-x(A) | |
|
||||
| | obtain |
|
||||
| | read A=19 |
|
||||
| | write A=21 |
|
||||
| | commit |
|
||||
| | unlock-x(A)|
|
||||
|
||||
**二级封锁协议**
|
||||
**二级封锁协议**
|
||||
|
||||
在一级的基础上，要求读取数据 A 时必须加 S 锁，读取完马上释放 S 锁。
|
||||
在一级的基础上，要求读取数据 A 时必须加 S 锁，读取完马上释放 S 锁。
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||||
|
||||
可以解决读脏数据问题，因为如果一个事务在对数据 A 进行修改，根据 1 级封锁协议，会加 X 锁，那么就不能再加 S 锁了，也就是不会读入数据。
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||||
可以解决读脏数据问题，因为如果一个事务在对数据 A 进行修改，根据 1 级封锁协议，会加 X 锁，那么就不能再加 S 锁了，也就是不会读入数据。
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||||
|
||||
| T<sub>1</sub> | T<sub>1</sub> |
|
||||
| :--: | :--: |
|
||||
| lock-x(A) | |
|
||||
| read A=20 | |
|
||||
| write A=19 | |
|
||||
| | lock-s(A) |
|
||||
| | wait |
|
||||
| rollback | |
|
||||
| A=20 | |
|
||||
| unlock-x(A) | |
|
||||
| | obtain |
|
||||
| | read A=20 |
|
||||
| | commit |
|
||||
| | unlock-s(A)|
|
||||
| T<sub>1</sub> | T<sub>1</sub> |
|
||||
| :--: | :--: |
|
||||
| lock-x(A) | |
|
||||
| read A=20 | |
|
||||
| write A=19 | |
|
||||
| | lock-s(A) |
|
||||
| | wait |
|
||||
| rollback | |
|
||||
| A=20 | |
|
||||
| unlock-x(A) | |
|
||||
| | obtain |
|
||||
| | read A=20 |
|
||||
| | commit |
|
||||
| | unlock-s(A)|
|
||||
|
||||
**三级封锁协议**
|
||||
**三级封锁协议**
|
||||
|
||||
在二级的基础上，要求读取数据 A 时必须加 S 锁，直到事务结束了才能释放 S 锁。
|
||||
在二级的基础上，要求读取数据 A 时必须加 S 锁，直到事务结束了才能释放 S 锁。
|
||||
|
||||
可以解决不可重复读的问题，因为读 A 时，其它事务不能对 A 加 X 锁，从而避免了在读的期间数据发生改变。
|
||||
可以解决不可重复读的问题，因为读 A 时，其它事务不能对 A 加 X 锁，从而避免了在读的期间数据发生改变。
|
||||
|
||||
| T<sub>1</sub> | T<sub>1</sub> |
|
||||
| :--: | :--: |
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||||
| lock-s(A) | |
|
||||
| read A=20 | |
|
||||
| |lock-x(A) |
|
||||
| | wait |
|
||||
| read A=20| |
|
||||
| commit | |
|
||||
| unlock-s(A) | |
|
||||
| | obtain |
|
||||
| | read A=20 |
|
||||
| | write A=19|
|
||||
| | commit |
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||||
| | unlock-X(A)|
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||||
| T<sub>1</sub> | T<sub>1</sub> |
|
||||
| :--: | :--: |
|
||||
| lock-s(A) | |
|
||||
| read A=20 | |
|
||||
| |lock-x(A) |
|
||||
| | wait |
|
||||
| read A=20| |
|
||||
| commit | |
|
||||
| unlock-s(A) | |
|
||||
| | obtain |
|
||||
| | read A=20 |
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||||
| | write A=19|
|
||||
| | commit |
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||||
| | unlock-X(A)|
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### 2. 两段锁协议
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||||
### 2. 两段锁协议
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||||
加锁和解锁分为两个阶段进行，事务 T 对数据 A 进行读或者写操作之前，必须先获得对 A 的封锁，并且在释放一个封锁之前，T 不能再获得任何的其它锁。
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||||
加锁和解锁分为两个阶段进行，事务 T 对数据 A 进行读或者写操作之前，必须先获得对 A 的封锁，并且在释放一个封锁之前，T 不能再获得任何的其它锁。
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||||
|
||||
事务遵循两段锁协议是保证并发操作可串行化调度的充分条件。例如以下操作满足两段锁协议，它是可串行化调度。
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@ -196,364 +228,364 @@ lock-x(A)...lock-s(B)...lock-s(c)...unlock(A)...unlock(C)...unlock(B)
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lock-x(A)...unlock(A)...lock-s(B)...unlock(B)...lock-s(c)...unlock(C)...
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```
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# 四、隔离级别
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# 四、隔离级别
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<font size=4> **1. 未提交读（READ UNCOMMITTED）**</font> </br>
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<font size=4> **1. 未提交读（READ UNCOMMITTED）** </font> </br>
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||||
事务中的修改，即使没有提交，对其它事务也是可见的。
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<font size=4> **2. 提交读（READ COMMITTED）**</font> </br>
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||||
<font size=4> **2. 提交读（READ COMMITTED）** </font> </br>
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||||
一个事务只能读取已经提交的事务所做的修改。换句话说，一个事务所做的修改在提交之前对其它事务是不可见的。
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<font size=4> **3. 可重复读（REPEATABLE READ）**</font> </br>
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<font size=4> **3. 可重复读（REPEATABLE READ）** </font> </br>
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||||
保证在同一个事务中多次读取同样数据的结果是一样的。
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||||
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||||
<font size=4> **4. 可串行化（SERIALIXABLE）**</font> </br>
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||||
<font size=4> **4. 可串行化（SERIALIXABLE）** </font> </br>
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||||
强制事务串行执行。
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<font size=4> **四个隔离级别的对比**</font> </br>
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<font size=4> **四个隔离级别的对比** </font> </br>
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| 隔离级别 | 脏读 | 不可重复读 | 幻影读 |
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| :---: | :---: | :---:| :---: |
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| 未提交读 | YES | YES | YES |
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| 提交读 | NO | YES | YES |
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| 可重复读 | NO | NO | YES |
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| 可串行化 | NO | NO | NO |
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| 隔离级别 | 脏读 | 不可重复读 | 幻影读 |
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| :---: | :---: | :---:| :---: |
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| 未提交读 | YES | YES | YES |
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| 提交读 | NO | YES | YES |
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| 可重复读 | NO | NO | YES |
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| 可串行化 | NO | NO | NO |
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# 五、多版本并发控制
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# 五、多版本并发控制
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（Multi-Version Concurrency Control, MVCC）是 MySQL 的 InnoDB 存储引擎实现隔离级别的一种具体方式，它的基本思想是通过保存每个数据行的多个版本，一个事务对数据行做修改时，其它事务可以读取之前的一个版本，并且都是读取相同的版本，从而保证多个事务对同一个数据行读取的结果是一致的。
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||||
（Multi-Version Concurrency Control, MVCC）是 MySQL 的 InnoDB 存储引擎实现隔离级别的一种具体方式，它的基本思想是通过保存每个数据行的多个版本，一个事务对数据行做修改时，其它事务可以读取之前的一个版本，并且都是读取相同的版本，从而保证多个事务对同一个数据行读取的结果是一致的。
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||||
InnoDB 的 MVCC 在读取和修改数据行时无需加锁，这属于乐观锁的一种实现。正因为无需加锁，因此性能上也会更好。
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InnoDB 的 MVCC 在读取和修改数据行时无需加锁，这属于乐观锁的一种实现。正因为无需加锁，因此性能上也会更好。
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||||
|
||||
InnoDB 的 MVCC 可以用于实现提交读和可重复读这两种隔离级别。而对于未提交读隔离级别，它总是读取最新的数据行，无需使用 MVCC；可串行化隔离级别需要对所有读取的行都加锁，单纯使用 MVCC 无法实现。
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||||
InnoDB 的 MVCC 可以用于实现提交读和可重复读这两种隔离级别。而对于未提交读隔离级别，它总是读取最新的数据行，无需使用 MVCC；可串行化隔离级别需要对所有读取的行都加锁，单纯使用 MVCC 无法实现。
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||||
## 版本号
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## 版本号
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- 系统版本号：是一个递增的数字，每开始一个新的事务，系统版本号就会自动递增。
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- 事务版本号：事务开始时的系统版本号。
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- 系统版本号：是一个递增的数字，每开始一个新的事务，系统版本号就会自动递增。
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- 事务版本号：事务开始时的系统版本号。
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InooDB 的 MVCC 在每行记录后面都保存着两个隐藏的列，用来存储两个版本号：
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InooDB 的 MVCC 在每行记录后面都保存着两个隐藏的列，用来存储两个版本号：
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- 创建版本号：指示创建一个数据行的快照时的系统版本号；
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- 删除版本号：如果该快照的删除版本号大于当前事务版本号表示该快照有效，否则表示该快照已经被删除了。
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- 创建版本号：指示创建一个数据行的快照时的系统版本号；
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- 删除版本号：如果该快照的删除版本号大于当前事务版本号表示该快照有效，否则表示该快照已经被删除了。
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## Undo 日志
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## Undo 日志
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InnoDB 的 MVCC 使用到的快照存储在 Undo 日志中，该日志通过回滚指针把一个数据行（Record）的所有快照连接起来。
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InnoDB 的 MVCC 使用到的快照存储在 Undo 日志中，该日志通过回滚指针把一个数据行（Record）的所有快照连接起来。
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<div align="center"> <img src="../pics//e41405a8-7c05-4f70-8092-e961e28d3112.jpg"/> </div><br>
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## 实现过程
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## 实现过程
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### 1. SELECT
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### 1. SELECT
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该操作必须保证多个事务读取到同一个数据行的快照。但是也有例外，如果有一个事务正在修改该数据行，那么它可以读取事务本身所做的修改，而不用和其它事务的读取结果一致。
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当开始新一个事务时，该事务的版本号肯定会大于所有数据行快照的创建版本号，理解这一点很关键。
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把没对一个数据行做修改的事务称为 T<sub>1</sub>，T<sub>1</sub> 所要读取的数据行快照的创建版本号必须小于当前事务的版本号，因为如果大于或者等于当前事务的版本号，那么表示该数据行快照是其它事务的最新修改，因此不能去读取它。
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把没对一个数据行做修改的事务称为 T<sub>1</sub>，T<sub>1</sub> 所要读取的数据行快照的创建版本号必须小于当前事务的版本号，因为如果大于或者等于当前事务的版本号，那么表示该数据行快照是其它事务的最新修改，因此不能去读取它。
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除了上面的要求，T<sub>1</sub> 所要读取的数据行快照的删除版本号必须小于当前事务版本号，因为如果大于或者等于当前事务版本号，那么表示该数据行快照是已经被删除的，不应该去读取它。
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除了上面的要求，T<sub>1</sub> 所要读取的数据行快照的删除版本号必须小于当前事务版本号，因为如果大于或者等于当前事务版本号，那么表示该数据行快照是已经被删除的，不应该去读取它。
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### 2. INSERT
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### 2. INSERT
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将系统版本号作为数据行快照的创建版本号。
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### 3. DELETE
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### 3. DELETE
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将系统版本号作为数据行快照的删除版本号。
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### 4. UPDATE
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### 4. UPDATE
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将系统版本号作为更新后的数据行快照的创建版本号，同时将系统版本号作为作为更新前的数据行快照的删除版本号。可以理解为新执行 DELETE 后执行 INSERT。
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将系统版本号作为更新后的数据行快照的创建版本号，同时将系统版本号作为作为更新前的数据行快照的删除版本号。可以理解为新执行 DELETE 后执行 INSERT。
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# 六、Next-Key Locks
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# 六、Next-Key Locks
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以下内容都是针对 MySQL 的 InnoDB 存储引擎来讨论的。
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以下内容都是针对 MySQL 的 InnoDB 存储引擎来讨论的。
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MVCC 不能解决幻读问题，Next-Key Locks 就是为了解决这个问题而存在的。在可重复读隔离级别下使用 Next-Key Locks，就可以防止幻读的出现。
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MVCC 不能解决幻读问题，Next-Key Locks 就是为了解决这个问题而存在的。在可重复读隔离级别下使用 Next-Key Locks，就可以防止幻读的出现。
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## Record Locks
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## Record Locks
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锁定的对象时索引，而不是数据。如果表没有设置索引，InnoDB 会自动在主键上创建隐藏的聚集索引，因此 Record Lock 依然可以使用。
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锁定的对象时索引，而不是数据。如果表没有设置索引，InnoDB 会自动在主键上创建隐藏的聚集索引，因此 Record Lock 依然可以使用。
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## Grap Locks
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## Grap Locks
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锁定一个范围内的索引，例如当一个事务执行以下语句，其它事务就不能在 t.c1 中插入 15。
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锁定一个范围内的索引，例如当一个事务执行以下语句，其它事务就不能在 t.c1 中插入 15。
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```sql
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SELECT c1 FROM t WHERE c1 BETWEEN 10 and 20 FOR UPDATE;
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SELECT c1 FROM t WHERE c1 BETWEEN 10 and 20 FOR UPDATE;
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```
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## Next-Key Locks
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## Next-Key Locks
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它是 Record Locks 和 Gap Locks 的结合。在 user 中有以下记录：
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它是 Record Locks 和 Gap Locks 的结合。在 user 中有以下记录：
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```sql
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| id | last_name | first_name | age |
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| id | last_name | first_name | age |
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|------|-------------|--------------|-------|
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| 4 | stark | tony | 21 |
|
||||
| 1 | tom | hiddleston | 30 |
|
||||
| 3 | morgan | freeman | 40 |
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||||
| 5 | jeff | dean | 50 |
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| 2 | donald | trump | 80 |
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| 4 | stark | tony | 21 |
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| 1 | tom | hiddleston | 30 |
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| 3 | morgan | freeman | 40 |
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| 5 | jeff | dean | 50 |
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||||
| 2 | donald | trump | 80 |
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+------|-------------|--------------|-------+
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```
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那么就需要锁定以下范围：
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```sql
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(-∞, 21]
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(21, 30]
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(30, 40]
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(40, 50]
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(50, 80]
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||||
(80, ∞)
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(-∞, 21]
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||||
(21, 30]
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(30, 40]
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||||
(40, 50]
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||||
(50, 80]
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||||
(80, ∞)
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```
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# 七、关系数据库设计理论
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# 七、关系数据库设计理论
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## 函数依赖
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## 函数依赖
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记 A->B 表示 A 函数决定 B，也可以说 B 函数依赖于 A。
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记 A->B 表示 A 函数决定 B，也可以说 B 函数依赖于 A。
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||||
如果 {A1，A2，... ，An} 是关系的一个或多个属性的集合，该集合决定了关系的其它所有属性并且是最小的，那么该集合就称为键码。
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如果 {A1，A2，... ，An} 是关系的一个或多个属性的集合，该集合决定了关系的其它所有属性并且是最小的，那么该集合就称为键码。
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||||
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||||
对于 W->A，如果能找到 W 的真子集 W'，使得 W'-> A，那么 W->A 就是部分函数依赖，否则就是完全函数依赖；
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||||
对于 W->A，如果能找到 W 的真子集 W'，使得 W'-> A，那么 W->A 就是部分函数依赖，否则就是完全函数依赖；
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## 异常
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## 异常
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||||
以下的学生课程关系的函数依赖为 Sno, Cname -> Sname, Sdept, Mname, Grade，键码为 {Sno, Cname}。也就是说，确定学生和课程之后，就能确定其它信息。
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以下的学生课程关系的函数依赖为 Sno, Cname -> Sname, Sdept, Mname, Grade，键码为 {Sno, Cname}。也就是说，确定学生和课程之后，就能确定其它信息。
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| Sno | Sname | Sdept | Mname | Cname | Grade |
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| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |:---:|
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| 1 | 学生-1 | 学院-1 | 院长-1 | 课程-1 | 90 |
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| 2 | 学生-2 | 学院-2 | 院长-2 | 课程-2 | 80 |
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||||
| 2 | 学生-2 | 学院-2 | 院长-2 | 课程-1 | 100 |
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||||
| Sno | Sname | Sdept | Mname | Cname | Grade |
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||||
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |:---:|
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| 1 | 学生-1 | 学院-1 | 院长-1 | 课程-1 | 90 |
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| 2 | 学生-2 | 学院-2 | 院长-2 | 课程-2 | 80 |
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| 2 | 学生-2 | 学院-2 | 院长-2 | 课程-1 | 100 |
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||||
不符合范式的关系，会产生很多异常，主要有以下四种异常：
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1. 冗余数据，例如学生-2 出现了两次。
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2. 修改异常，修改了一个记录中的信息，但是另一个记录中相同的信息却没有被修改。
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||||
3. 删除异常，删除一个信息，那么也会丢失其它信息。例如如果删除了课程-1，需要删除第二行和第三行，那么学生-1 的信息就会丢失。
|
||||
4. 插入异常，例如想要插入一个学生的信息，如果这个学生还没选课，那么就无法插入。
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||||
1. 冗余数据，例如学生-2 出现了两次。
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||||
2. 修改异常，修改了一个记录中的信息，但是另一个记录中相同的信息却没有被修改。
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||||
3. 删除异常，删除一个信息，那么也会丢失其它信息。例如如果删除了课程-1，需要删除第二行和第三行，那么学生-1 的信息就会丢失。
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||||
4. 插入异常，例如想要插入一个学生的信息，如果这个学生还没选课，那么就无法插入。
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## 范式
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||||
## 范式
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||||
范式理论是为了解决以上提到四种异常。高级别范式的依赖于低级别的范式。
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<img src="index_files/c2d343f7-604c-4856-9a3c-c71d6f67fecc.png" width="300"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//c2d343f7-604c-4856-9a3c-c71d6f67fecc.png" width="300"/> </div><br>
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### 1. 第一范式 (1NF)
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### 1. 第一范式 (1NF)
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属性不可分；
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||||
### 2. 第二范式 (2NF)
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||||
### 2. 第二范式 (2NF)
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||||
每个非主属性完全函数依赖于键码。
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||||
可以通过分解来满足。
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<font size=4>**分解前**</font><br>
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||||
<font size=4> **分解前** </font><br>
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| Sno | Sname | Sdept | Mname | Cname | Grade |
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||||
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |:---:|
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||||
| 1 | 学生-1 | 学院-1 | 院长-1 | 课程-1 | 90 |
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||||
| 2 | 学生-2 | 学院-2 | 院长-2 | 课程-2 | 80 |
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||||
| 2 | 学生-2 | 学院-2 | 院长-2 | 课程-1 | 100 |
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||||
| Sno | Sname | Sdept | Mname | Cname | Grade |
|
||||
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |:---:|
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||||
| 1 | 学生-1 | 学院-1 | 院长-1 | 课程-1 | 90 |
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||||
| 2 | 学生-2 | 学院-2 | 院长-2 | 课程-2 | 80 |
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||||
| 2 | 学生-2 | 学院-2 | 院长-2 | 课程-1 | 100 |
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||||
以上学生课程关系中，{Sno, Cname} 为键码，有如下函数依赖：
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||||
以上学生课程关系中，{Sno, Cname} 为键码，有如下函数依赖：
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||||
- Sno, Cname -> Sname, Sdept, Mname
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||||
- Son -> Sname, Sdept
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||||
- Sdept -> Mname
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||||
- Sno -> Manme
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||||
- Sno, Cname-> Grade
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||||
- Sno, Cname -> Sname, Sdept, Mname
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||||
- Son -> Sname, Sdept
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||||
- Sdept -> Mname
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||||
- Sno -> Manme
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||||
- Sno, Cname-> Grade
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||||
Grade 完全函数依赖于键码，它没有任何冗余数据，每个学生的每门课都有特定的成绩。
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||||
Grade 完全函数依赖于键码，它没有任何冗余数据，每个学生的每门课都有特定的成绩。
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||||
|
||||
Sname, Sdept 和 Manme 都函数依赖于 Sno，而部分依赖于键码。当一个学生选修了多门课时，这些数据就会出现多次，造成大量冗余数据。
|
||||
Sname, Sdept 和 Manme 都函数依赖于 Sno，而部分依赖于键码。当一个学生选修了多门课时，这些数据就会出现多次，造成大量冗余数据。
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||||
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||||
<font size=4>**分解后**</font><br>
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<font size=4> **分解后** </font><br>
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关系-1
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||||
| Sno | Sname | Sdept | Mname |
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||||
| :---: | :---: | :---: | :---: |
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||||
| 1 | 学生-1 | 学院-1 | 院长-1 |
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||||
| 2 | 学生-2 | 学院-2 | 院长-2 |
|
||||
| Sno | Sname | Sdept | Mname |
|
||||
| :---: | :---: | :---: | :---: |
|
||||
| 1 | 学生-1 | 学院-1 | 院长-1 |
|
||||
| 2 | 学生-2 | 学院-2 | 院长-2 |
|
||||
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||||
有以下函数依赖：
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- Sno -> Sname, Sdept, Mname
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||||
- Sdept -> Mname
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||||
- Sno -> Sname, Sdept, Mname
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||||
- Sdept -> Mname
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关系-2
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| Sno | Cname | Grade |
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||||
| :---: | :---: |:---:|
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| 1 | 课程-1 | 90 |
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||||
| 2 | 课程-2 | 80 |
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||||
| 2 | 课程-1 | 100 |
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||||
| Sno | Cname | Grade |
|
||||
| :---: | :---: |:---:|
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||||
| 1 | 课程-1 | 90 |
|
||||
| 2 | 课程-2 | 80 |
|
||||
| 2 | 课程-1 | 100 |
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||||
有以下函数依赖：
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||||
- Sno, Cname -> Grade
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||||
- Sno, Cname -> Grade
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### 3. 第三范式 (3NF)
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||||
### 3. 第三范式 (3NF)
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非主属性不传递依赖于键码。
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||||
上面的关系-1 中存在以下传递依赖：Sno -> Sdept -> Mname，可以进行以下分解：
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上面的关系-1 中存在以下传递依赖：Sno -> Sdept -> Mname，可以进行以下分解：
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关系-11
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| Sno | Sname | Sdept |
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| :---: | :---: | :---: |
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| 1 | 学生-1 | 学院-1 |
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| 2 | 学生-2 | 学院-2 |
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||||
| Sno | Sname | Sdept |
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| :---: | :---: | :---: |
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| 1 | 学生-1 | 学院-1 |
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||||
| 2 | 学生-2 | 学院-2 |
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||||
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关系-12
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||||
| Sdept | Mname |
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| :---: | :---: |
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||||
| 学院-1 | 院长-1 |
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||||
| 学院-2 | 院长-2 |
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||||
| Sdept | Mname |
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||||
| :---: | :---: |
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| 学院-1 | 院长-1 |
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||||
| 学院-2 | 院长-2 |
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### 4. BC 范式（BCNF）
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||||
### 4. BC 范式（BCNF）
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||||
所有属性不传递依赖于键码。
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||||
关系 STC(Sname, Tname, Cname, Grade) 的四个属性分别为学生姓名、教师姓名、课程名和成绩，它的键码为 (Sname, Cname, Tname)，有以下函数依赖：
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||||
关系 STC(Sname, Tname, Cname, Grade) 的四个属性分别为学生姓名、教师姓名、课程名和成绩，它的键码为 (Sname, Cname, Tname)，有以下函数依赖：
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||||
- Sname, Cname -> Tname
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||||
- Sname, Cname -> Grade
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||||
- Sname, Tname -> Cname
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||||
- Sname, Tname -> Grade
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||||
- Tname -> Cname
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||||
- Sname, Cname -> Tname
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||||
- Sname, Cname -> Grade
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- Sname, Tname -> Cname
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||||
- Sname, Tname -> Grade
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||||
- Tname -> Cname
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存在着以下函数传递依赖：
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- Sname -> Tname -> Cname
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- Sname -> Tname -> Cname
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||||
可以分解成 SC(Sname, Cname, Grade) 和 ST(Sname, Tname)，对于 ST，属性之间是多对多关系，无函数依赖。
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可以分解成 SC(Sname, Cname, Grade) 和 ST(Sname, Tname)，对于 ST，属性之间是多对多关系，无函数依赖。
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# 八、数据库系统概述
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# 八、数据库系统概述
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## 基本术语
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## 基本术语
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### 1. 数据模型
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### 1. 数据模型
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由数据结构、数据操作和完整性三个要素组成。
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### 2. 数据库系统
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### 2. 数据库系统
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数据库系统包含所有与数据库相关的内容，包括数据库、数据库管理系统、应用程序以及数据库管理员和用户，还包括相关的硬件和软件。
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## 数据库的三层模式和两层映像
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## 数据库的三层模式和两层映像
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- 外模式：局部逻辑结构
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- 模式：全局逻辑结构
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- 内模式：物理结构
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- 外模式：局部逻辑结构
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- 模式：全局逻辑结构
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- 内模式：物理结构
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<img src="index_files/20150928140509757.png" width="600"/>
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<div align="center"> <img src="../pics//20150928140509757.png" width="600"/> </div><br>
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### 1. 外模式
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### 1. 外模式
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又称用户模式，是用户和数据库系统的接口，特定的用户只能访问数据库系统提供给他的外模式中的数据。例如不同的用户创建了不同数据库，那么一个用户只能访问他有权限访问的数据库。
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一个数据库可以有多个外模式，一个用户只能有一个外模式，但是一个外模式可以给多个用户使用。
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### 2. 模式
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### 2. 模式
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可以分为概念模式和逻辑模式，概念模式可以用概念-关系来描述；逻辑模式使用特定的数据模式（比如关系模型）来描述数据的逻辑结构，这种逻辑结构包括数据的组成、数据项的名称、类型、取值范围。不仅如此，逻辑模式还要描述数据之间的关系、数据的完整性与安全性要求。
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### 3. 内模式
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||||
### 3. 内模式
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又称为存储模式，描述记录的存储方式，例如索引的组织方式、数据是否压缩以及是否加密等等。
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### 4. 外模式/模式映像
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### 4. 外模式/模式映像
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把外模式的局部逻辑结构和模式的全局逻辑结构联系起来。该映像可以保证数据和应用程序的逻辑独立性。
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### 5. 模式/内模式映像
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### 5. 模式/内模式映像
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||||
把模式的全局逻辑结构和内模式的物理结构联系起来，该映像可以保证数据和应用程序的物理独立性。
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# 九、关系数据库建模
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# 九、关系数据库建模
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## ER 图
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## ER 图
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Entity-Relationship，有三个组成部分：实体、属性、联系。
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### 1. 实体的三种联系
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### 1. 实体的三种联系
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联系包含一对一，一对多，多对多三种。
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||||
如果 A 到 B 是一对多关系，那么画个带箭头的线段指向 B；如果是一对一，画两个带箭头的线段；如果是多对多，画两个不带箭头的线段。下图的 Course 和 Student 是一对多的关系。
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||||
如果 A 到 B 是一对多关系，那么画个带箭头的线段指向 B；如果是一对一，画两个带箭头的线段；如果是多对多，画两个不带箭头的线段。下图的 Course 和 Student 是一对多的关系。
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<div align="center"> <img src="../pics//292b4a35-4507-4256-84ff-c218f108ee31.jpg"/> </div><br>
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### 2. 表示出现多次的关系
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||||
### 2. 表示出现多次的关系
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一个实体在联系出现几次，就要用几条线连接。下图表示一个课程的先修关系，先修关系出现两个 Course 实体，第一个是先修课程，后一个是后修课程，因此需要用两条线来表示这种关系。
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||||
一个实体在联系出现几次，就要用几条线连接。下图表示一个课程的先修关系，先修关系出现两个 Course 实体，第一个是先修课程，后一个是后修课程，因此需要用两条线来表示这种关系。
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<div align="center"> <img src="../pics//8b798007-e0fb-420c-b981-ead215692417.jpg"/> </div><br>
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### 3. 联系的多向性
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### 3. 联系的多向性
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虽然老师可以开设多门课，并且可以教授多名学生，但是对于特定的学生和课程，只有一个老师教授，这就构成了一个三元联系。
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<div align="center"> <img src="../pics//423f2a40-bee1-488e-b460-8e76c48ee560.png"/> </div><br>
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一般只使用二元联系，可以把多元关系转换为二元关系。
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<div align="center"> <img src="../pics//de9b9ea0-1327-4865-93e5-6f805c48bc9e.png"/> </div><br>
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### 4. 表示子类
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### 4. 表示子类
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用一个三角形和两条线来连接类和子类，与子类有关的属性和联系都连到子类上，而与父类和子类都有关的连到父类上。
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<div align="center"> <img src="../pics//7ec9d619-fa60-4a2b-95aa-bf1a62aad408.jpg"/> </div><br>
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||||
## 十、约束
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## 十、约束
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### 1. 键码
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### 1. 键码
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用于唯一表示一个实体。
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||||
键码可以由多个属性构成，每个构成键码的属性称为码。
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### 2. 单值约束
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||||
### 2. 单值约束
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||||
某个属性的值是唯一的。
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### 3. 引用完整性约束
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||||
### 3. 引用完整性约束
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||||
一个实体的属性引用的值在另一个实体的某个属性中存在。
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### 4. 域约束
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### 4. 域约束
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某个属性的值在特定范围之内。
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### 5. 一般约束
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||||
### 5. 一般约束
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比如大小约束，数量约束。
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||||
# 参考资料
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||||
# 参考资料
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||||
- 史嘉权. 数据库系统概论[M]. 清华大学出版社有限公司, 2006.
|
||||
- 施瓦茨. 高性能MYSQL(第3版)[M]. 电子工业出版社, 2013.
|
||||
- [The InnoDB Storage Engine](https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-storage-engine.html)
|
||||
- [Transaction isolation levels](https://www.slideshare.net/ErnestoHernandezRodriguez/transaction-isolation-levels)
|
||||
- [Concurrency Control](http://scanftree.com/dbms/2-phase-locking-protocol)
|
||||
- [The Nightmare of Locking, Blocking and Isolation Levels!](https://www.slideshare.net/brshristov/the-nightmare-of-locking-blocking-and-isolation-levels-46391666)
|
||||
- [三级模式与两级映像](http://blog.csdn.net/d2457638978/article/details/48783923)
|
||||
- [Database Normalization and Normal Forms with an Example](https://aksakalli.github.io/2012/03/12/database-normalization-and-normal-forms-with-an-example.html)
|
||||
- [The basics of the InnoDB undo logging and history system](https://blog.jcole.us/2014/04/16/the-basics-of-the-innodb-undo-logging-and-history-system/)
|
||||
- [MySQL locking for the busy web developer](https://www.brightbox.com/blog/2013/10/31/on-mysql-locks/)
|
||||
- [浅入浅出 MySQL 和 InnoDB](https://draveness.me/mysql-innodb)
|
||||
- 史嘉权. 数据库系统概论[M]. 清华大学出版社有限公司, 2006.
|
||||
- 施瓦茨. 高性能MYSQL(第3版)[M]. 电子工业出版社, 2013.
|
||||
- [The InnoDB Storage Engine](https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-storage-engine.html)
|
||||
- [Transaction isolation levels](https://www.slideshare.net/ErnestoHernandezRodriguez/transaction-isolation-levels)
|
||||
- [Concurrency Control](http://scanftree.com/dbms/2-phase-locking-protocol)
|
||||
- [The Nightmare of Locking, Blocking and Isolation Levels!](https://www.slideshare.net/brshristov/the-nightmare-of-locking-blocking-and-isolation-levels-46391666)
|
||||
- [三级模式与两级映像](http://blog.csdn.net/d2457638978/article/details/48783923)
|
||||
- [Database Normalization and Normal Forms with an Example](https://aksakalli.github.io/2012/03/12/database-normalization-and-normal-forms-with-an-example.html)
|
||||
- [The basics of the InnoDB undo logging and history system](https://blog.jcole.us/2014/04/16/the-basics-of-the-innodb-undo-logging-and-history-system/)
|
||||
- [MySQL locking for the busy web developer](https://www.brightbox.com/blog/2013/10/31/on-mysql-locks/)
|
||||
- [浅入浅出 MySQL 和 InnoDB](https://draveness.me/mysql-innodb)
|
||||
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||||
362
notes/正则表达式.md
362
notes/正则表达式.md
@ -1,6 +1,18 @@
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||||
[TOC]
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<!-- GFM-TOC -->
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||||
* [一、概述](#一概述)
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* [二、匹配单个字符](#二匹配单个字符)
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* [三、匹配一组字符](#三匹配一组字符)
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* [四、使用元字符](#四使用元字符)
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||||
* [五、重复匹配](#五重复匹配)
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||||
* [六、位置匹配](#六位置匹配)
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||||
* [七、使用子表达式](#七使用子表达式)
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||||
* [八、回溯引用](#八回溯引用)
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||||
* [九、前后查找](#九前后查找)
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||||
* [十、嵌入条件](#十嵌入条件)
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<!-- GFM-TOC -->
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# 一、概述
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||||
# 一、概述
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||||
正则表达式用于文本内容的查找和替换。
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@ -10,379 +22,379 @@
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[正则表达式在线工具](http://tool.chinaz.com/regex)
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# 二、匹配单个字符
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||||
# 二、匹配单个字符
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正则表达式一般是区分大小写的，但是也有些实现是不区分。
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**.** 可以用来匹配任何的单个字符，但是在绝大多数实现里面，不能匹配换行符；
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**.** 可以用来匹配任何的单个字符，但是在绝大多数实现里面，不能匹配换行符；
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||||
|
||||
**\\** 是元字符，表示它有特殊的含义，而不是字符本身的含义。如果需要匹配 . ，那么要用 \ 进行转义，即在 . 前面加上 \ 。
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||||
**\\** 是元字符，表示它有特殊的含义，而不是字符本身的含义。如果需要匹配 . ，那么要用 \ 进行转义，即在 . 前面加上 \ 。
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**正则表达式**
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**正则表达式**
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```
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nam.
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```
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**匹配结果**
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**匹配结果**
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My **name** is Zheng.
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My **name** is Zheng.
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# 三、匹配一组字符
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# 三、匹配一组字符
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**[ ]** 定义一个字符集合；
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**[ ]** 定义一个字符集合；
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||||
0-9、a-z 定义了一个字符区间，区间使用 ASCII 码来确定。字符区间只能用在 [ ] 之间，因此 **-** 元字符只有在 [ ] 之间才是元字符，在 [ ] 之外就是一个普通字符；
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0-9、a-z 定义了一个字符区间，区间使用 ASCII 码来确定。字符区间只能用在 [ ] 之间，因此 **-** 元字符只有在 [ ] 之间才是元字符，在 [ ] 之外就是一个普通字符；
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||||
**^** 是取非操作，必须在 [ ] 字符集合中使用；
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**^** 是取非操作，必须在 [ ] 字符集合中使用；
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**应用**
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||||
**应用**
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匹配以 abc 为开头，并且最后一个字母不为数字的字符串：
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匹配以 abc 为开头，并且最后一个字母不为数字的字符串：
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**正则表达式**
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**正则表达式**
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```
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abc[^0-9]
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```
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**匹配结果**
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**匹配结果**
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1. **abcd**
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2. abc1
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3. abc2
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1. **abcd**
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2. abc1
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3. abc2
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# 四、使用元字符
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# 四、使用元字符
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## 匹配空白字符
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||||
## 匹配空白字符
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| 元字符 | 说明 |
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| ------------ | ------------ |
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| [\b] | 回退（删除）一个字符 |
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||||
| \f | 换页符 |
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||||
| \n | 换行符 |
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||||
| \r | 回车符 |
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||||
| \t | 制表符 |
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||||
| \v | 垂直制表符 |
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| 元字符 | 说明 |
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| ------------ | ------------ |
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| [\b] | 回退（删除）一个字符 |
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| \f | 换页符 |
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| \n | 换行符 |
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| \r | 回车符 |
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| \t | 制表符 |
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| \v | 垂直制表符 |
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||||
\r\n 是 Windows 中的文本行结束标签，在 Unix/Linux 则是 \n ；\r\n\r\n 可以匹配 Windows 下的空白行，因为它将匹配两个连续的行尾标签，而这正是两条记录之间的空白行；
|
||||
\r\n 是 Windows 中的文本行结束标签，在 Unix/Linux 则是 \n ；\r\n\r\n 可以匹配 Windows 下的空白行，因为它将匹配两个连续的行尾标签，而这正是两条记录之间的空白行；
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||||
|
||||
. 是元字符，前提是没有对它们进行转义； f 和 n 也是元字符，但是前提是对他们进行了转义。
|
||||
. 是元字符，前提是没有对它们进行转义； f 和 n 也是元字符，但是前提是对他们进行了转义。
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||||
|
||||
## 匹配特定的字符类别
|
||||
## 匹配特定的字符类别
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||||
### 1. 数字元字符
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||||
### 1. 数字元字符
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||||
|
||||
| 元字符 | 说明 |
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||||
| ------------ | ------------ |
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||||
| \d | 数字字符，等价于 [0-9] |
|
||||
| \D | 非数字字符，等价于 [^0-9] |
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||||
| 元字符 | 说明 |
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||||
| ------------ | ------------ |
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||||
| \d | 数字字符，等价于 [0-9] |
|
||||
| \D | 非数字字符，等价于 [^0-9] |
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||||
|
||||
### 2. 字母数字元字符
|
||||
### 2. 字母数字元字符
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||||
|
||||
| 元字符 | 说明 |
|
||||
| ------------ | ------------ |
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||||
| \w | 大小写字母，下划线和数字，等价于 [a-zA-Z0-9\_] |
|
||||
| \W | 对 \w 取非 |
|
||||
| 元字符 | 说明 |
|
||||
| ------------ | ------------ |
|
||||
| \w | 大小写字母，下划线和数字，等价于 [a-zA-Z0-9\_] |
|
||||
| \W | 对 \w 取非 |
|
||||
|
||||
### 3. 空白字符元字符
|
||||
### 3. 空白字符元字符
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||||
|
||||
| 元字符 | 说明 |
|
||||
| ------------ | ------------ |
|
||||
| \s | 任何一个空白字符，等价于 [\f\n\r\t\v] |
|
||||
| \S | 对 \s 取非 |
|
||||
| 元字符 | 说明 |
|
||||
| ------------ | ------------ |
|
||||
| \s | 任何一个空白字符，等价于 [\f\n\r\t\v] |
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||||
| \S | 对 \s 取非 |
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||||
|
||||
\x 匹配十六进制字符，\0 匹配八进制，例如 \x0A 对应 ASCII 字符 10 ，等价于 \n，也就是它会匹配 \n 。
|
||||
\x 匹配十六进制字符，\0 匹配八进制，例如 \x0A 对应 ASCII 字符 10 ，等价于 \n，也就是它会匹配 \n 。
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||||
|
||||
## 使用 POSIX 字符类
|
||||
## 使用 POSIX 字符类
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||||
|
||||
| 字符类 | 说明 |
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||||
| --- | --- |
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||||
| [:alnum:] | 字母数字字符 |
|
||||
| [:alpha:] | 字母字符 |
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||||
| [:cntrl:] | 控制字符 |
|
||||
| [:digit:] | 数字字符 |
|
||||
| [:graph:] | 非空白字符 ( 非空格、控制字符等 ) |
|
||||
| [:lower:] | 小写字母 |
|
||||
| [:print:] | 与 [:graph:] 相似，但是包含空格字符 |
|
||||
| [:punct:] | 标点字符 |
|
||||
| [:space:] | 所有的空白字符 ( 换行符、空格、制表符 ) |
|
||||
| [:upper:] | 大写字母 |
|
||||
| [:xdigit:] | 允许十六进制的数字 (0-9a-fA-F) |
|
||||
| 字符类 | 说明 |
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||||
| --- | --- |
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||||
| [:alnum:] | 字母数字字符 |
|
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| [:alpha:] | 字母字符 |
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||||
| [:cntrl:] | 控制字符 |
|
||||
| [:digit:] | 数字字符 |
|
||||
| [:graph:] | 非空白字符 ( 非空格、控制字符等 ) |
|
||||
| [:lower:] | 小写字母 |
|
||||
| [:print:] | 与 [:graph:] 相似，但是包含空格字符 |
|
||||
| [:punct:] | 标点字符 |
|
||||
| [:space:] | 所有的空白字符 ( 换行符、空格、制表符 ) |
|
||||
| [:upper:] | 大写字母 |
|
||||
| [:xdigit:] | 允许十六进制的数字 (0-9a-fA-F) |
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||||
|
||||
并不是所有正则表达式实现都支持 POSIX 字符类，也不一定使用它。
|
||||
并不是所有正则表达式实现都支持 POSIX 字符类，也不一定使用它。
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||||
|
||||
使用时需要用两对方括号，例如 [[:alpha:]]。
|
||||
使用时需要用两对方括号，例如 [[:alpha:]]。
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||||
|
||||
# 五、重复匹配
|
||||
# 五、重复匹配
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||||
|
||||
**\+** 匹配 1 个或者多个字符， **\*** 匹配 0 个或者多个，**?** 匹配 0 个或者 1 个。
|
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**\+** 匹配 1 个或者多个字符， **\*** 匹配 0 个或者多个，**?** 匹配 0 个或者 1 个。
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||||
|
||||
**应用**
|
||||
**应用**
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||||
匹配邮箱地址。
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**正则表达式**
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||||
**正则表达式**
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||||
```
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||||
[\w.]+@\w+.\w+
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||||
```
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||||
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||||
[\w.] 匹配的是字母数字或者 . ，在其后面加上 + ，表示匹配多次。在字符集合 [ ] 里，. 不是元字符；
|
||||
[\w.] 匹配的是字母数字或者 . ，在其后面加上 + ，表示匹配多次。在字符集合 [ ] 里，. 不是元字符；
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||||
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||||
**匹配结果**
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||||
**匹配结果**
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**abc.def<span>@</span>qq.com**
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**abc.def<span>@</span>qq.com**
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||||
|
||||
为了可读性，常常把转义的字符放到字符集合 [ ] 中，但是含义是相同的。
|
||||
为了可读性，常常把转义的字符放到字符集合 [ ] 中，但是含义是相同的。
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||||
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||||
```
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||||
\w+@\w+.\w+
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||||
[\w]+@[\w]+.[\w]+
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```
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||||
**{n}** 匹配 n 个字符，**{m, n}** 匹配 m~n 个字符，**{m,}** 至少匹配 m 个字符；
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**{n}** 匹配 n 个字符，**{m, n}** 匹配 m\~n 个字符，**{m,}** 至少匹配 m 个字符；
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||||
|
||||
\* 和 + 都是贪婪型元字符，会匹配最多的内容，在元字符后面加 ? 可以转换为懒惰型元字符，例如 \*?、+? 和 {m, n}? 。
|
||||
\* 和 + 都是贪婪型元字符，会匹配最多的内容，在元字符后面加 ? 可以转换为懒惰型元字符，例如 \*?、+? 和 {m, n}? 。
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||||
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||||
**正则表达式**
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||||
**正则表达式**
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||||
```
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a.+c
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||||
```
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||||
由于 + 是贪婪型的，因此 .+ 会匹配更可能多的内容，所以会把整个 abcabcabc 文本都匹配，而不是只匹配前面的 abc 文本。用懒惰型可以实现匹配前面的。
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||||
由于 + 是贪婪型的，因此 .+ 会匹配更可能多的内容，所以会把整个 abcabcabc 文本都匹配，而不是只匹配前面的 abc 文本。用懒惰型可以实现匹配前面的。
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||||
**匹配结果**
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||||
**匹配结果**
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||||
**abcabcabc**
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**abcabcabc**
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# 六、位置匹配
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# 六、位置匹配
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## 单词边界
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## 单词边界
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||||
**\b** 可以匹配一个单词的边界，边界是指位于 \w 和 \W 之间的位置；**\B** 匹配一个不是单词边界的位置。
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**\b** 可以匹配一个单词的边界，边界是指位于 \w 和 \W 之间的位置；**\B** 匹配一个不是单词边界的位置。
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||||
\b 只匹配位置，不匹配字符，因此 \babc\b 匹配出来的结果为 3 个字符。
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||||
\b 只匹配位置，不匹配字符，因此 \babc\b 匹配出来的结果为 3 个字符。
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||||
## 字符串边界
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## 字符串边界
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||||
**^** 匹配整个字符串的开头，**$** 匹配结尾。
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**^** 匹配整个字符串的开头，**$** 匹配结尾。
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||||
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||||
^ 元字符在字符集合中用作求非，在字符集合外用作匹配字符串的开头。
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||||
^ 元字符在字符集合中用作求非，在字符集合外用作匹配字符串的开头。
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|
||||
使用 (?m) 来打开分行匹配模式，在该模式下，换行被当做字符串的边界。
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||||
使用 (?m) 来打开分行匹配模式，在该模式下，换行被当做字符串的边界。
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||||
**应用**
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**应用**
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||||
匹配代码中以 // 开始的注释行
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匹配代码中以 // 开始的注释行
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**正则表达式**
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||||
**正则表达式**
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```
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(?m)^\s*//.*$
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```
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||||
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||||
如果没用 (?m)，则只会匹配 // 注释 1 以及之后的所有内容，因为 * 是贪婪型的。用了分行匹配模式之后，换行符被当成是字符串分隔符，因此能正确匹配出两个注释内容。
|
||||
如果没用 (?m)，则只会匹配 // 注释 1 以及之后的所有内容，因为 * 是贪婪型的。用了分行匹配模式之后，换行符被当成是字符串分隔符，因此能正确匹配出两个注释内容。
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||||
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||||
**匹配结果**
|
||||
**匹配结果**
|
||||
|
||||
1. public void fun() {
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||||
2. **// 注释 1**
|
||||
3. int a = 1;
|
||||
4. int b = 2;
|
||||
5. **// 注释 2**
|
||||
6. int c = a + b;
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||||
7. }
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||||
1. public void fun() {
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||||
2. **// 注释 1**
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||||
3. int a = 1;
|
||||
4. int b = 2;
|
||||
5. **// 注释 2**
|
||||
6. int c = a + b;
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||||
7. }
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||||
# 七、使用子表达式
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||||
# 七、使用子表达式
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||||
使用 **( )** 定义一个子表达式。子表达式的内容可以当成一个独立元素，即可以将它看成一个字符，并且使用 * 等元字符。
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||||
使用 **( )** 定义一个子表达式。子表达式的内容可以当成一个独立元素，即可以将它看成一个字符，并且使用 * 等元字符。
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||||
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||||
子表达式可以嵌套，但是嵌套层次过深会变得很难理解。
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||||
**正则表达式**
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**正则表达式**
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```
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(ab) {2,}
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(ab) {2,}
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```
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**匹配结果**
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**匹配结果**
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**ababab**
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**ababab**
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**|** 是或元字符，它把左边和右边所有的部分都看成单独的两个部分，两个部分只要有一个匹配就行。
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||||
**|** 是或元字符，它把左边和右边所有的部分都看成单独的两个部分，两个部分只要有一个匹配就行。
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||||
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||||
```
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||||
(19|20)\d{2}
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||||
```
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||||
**匹配结果**
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||||
**匹配结果**
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||||
1. **1900**
|
||||
2. **2010**
|
||||
3. 1020
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1. **1900**
|
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2. **2010**
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3. 1020
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||||
**应用**
|
||||
**应用**
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||||
匹配 IP 地址。IP 地址中每部分都是 0-255 的数字，用正则表达式匹配时以下情况是合法的：
|
||||
匹配 IP 地址。IP 地址中每部分都是 0-255 的数字，用正则表达式匹配时以下情况是合法的：
|
||||
|
||||
1. 一位或者两位的数字
|
||||
2. 1 开头的三位数
|
||||
3. 2 开头，第 2 位是 0-4 的三位数
|
||||
4. 25 开头，第 3 位是 0-5 的三位数
|
||||
1. 一位或者两位的数字
|
||||
2. 1 开头的三位数
|
||||
3. 2 开头，第 2 位是 0-4 的三位数
|
||||
4. 25 开头，第 3 位是 0-5 的三位数
|
||||
|
||||
**正则表达式**
|
||||
**正则表达式**
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||||
|
||||
```
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(((\d{1,2})|(1\d{2})|(2[0-4]\d)|(25[0-5]))\.) {3}(((\d{1,2})|(1\d{2})|(2[0-4]\d)|(25[0-5])))
|
||||
(((\d{1,2})|(1\d{2})|(2[0-4]\d)|(25[0-5]))\.) {3}(((\d{1,2})|(1\d{2})|(2[0-4]\d)|(25[0-5])))
|
||||
```
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||||
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||||
**匹配结果**
|
||||
**匹配结果**
|
||||
|
||||
1. **192.168.0.1**
|
||||
2. 555.555.555.555
|
||||
1. **192.168.0.1**
|
||||
2. 555.555.555.555
|
||||
|
||||
# 八、回溯引用
|
||||
# 八、回溯引用
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||||
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||||
回溯引用使用 **\n** 来引用某个子表达式，其中 n 代表的是子表达式的序号，从 1 开始。它和子表达式匹配的内容一致，比如子表达式匹配到 abc ，那么回溯引用部分也需要匹配 abc 。
|
||||
回溯引用使用 **\n** 来引用某个子表达式，其中 n 代表的是子表达式的序号，从 1 开始。它和子表达式匹配的内容一致，比如子表达式匹配到 abc ，那么回溯引用部分也需要匹配 abc 。
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||||
|
||||
**应用**
|
||||
**应用**
|
||||
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||||
匹配 HTML 中合法的标题元素。
|
||||
匹配 HTML 中合法的标题元素。
|
||||
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||||
**正则表达式**
|
||||
**正则表达式**
|
||||
|
||||
\1 将回溯引用子表达式 (h[1-6]) 匹配的内容，也就是说必须和子表达式匹配的内容一致。
|
||||
\1 将回溯引用子表达式 (h[1-6]) 匹配的内容，也就是说必须和子表达式匹配的内容一致。
|
||||
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```
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<(h[1-6])>\w*?</\1>
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```
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**匹配结果**
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**匹配结果**
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1. **<h1>x</h1>**
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2. **<h2>x</h2>**
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3. <h3>x</h1>
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1. **<h1>x</h1>**
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||||
2. **<h2>x</h2>**
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3. <h3>x</h1>
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||||
## 替换
|
||||
## 替换
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||||
需要用到两个正则表达式。
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**应用**
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**应用**
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修改电话号码格式。
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||||
**文本**
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**文本**
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||||
313-555-1234
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||||
**查找正则表达式**
|
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**查找正则表达式**
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||||
```
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(\d{3})(-)(\d{3})(-)(\d{4})
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```
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||||
**替换正则表达式**
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**替换正则表达式**
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||||
在第一个子表达式查找的结果加上 () ，然后加一个空格，在第三个和第五个字表达式查找的结果中间加上 - 进行分隔。
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在第一个子表达式查找的结果加上 () ，然后加一个空格，在第三个和第五个字表达式查找的结果中间加上 - 进行分隔。
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||||
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||||
```
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($1) $3-$5
|
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($1) $3-$5
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```
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**结果**
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||||
**结果**
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||||
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||||
(313) 555-1234
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||||
(313) 555-1234
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||||
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||||
## 大小写转换
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||||
## 大小写转换
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||||
| 元字符 | 说明 |
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| ---| ---|
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||||
| \l | 把下个字符转换为小写 |
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| \u| 把下个字符转换为大写 |
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||||
| \L | 把\L 和\E 之间的字符全部转换为小写 |
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||||
| \U | 把\U 和\E 之间的字符全部转换为大写 |
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||||
| \E | 结束\L 或者\U |
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||||
| 元字符 | 说明 |
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||||
| ---| ---|
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||||
| \l | 把下个字符转换为小写 |
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||||
| \u| 把下个字符转换为大写 |
|
||||
| \L | 把\L 和\E 之间的字符全部转换为小写 |
|
||||
| \U | 把\U 和\E 之间的字符全部转换为大写 |
|
||||
| \E | 结束\L 或者\U |
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||||
|
||||
**应用**
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||||
**应用**
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||||
把文本的第二个和第三个字符转换为大写。
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**文本**
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**文本**
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abcd
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**查找**
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**查找**
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```
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(\w)(\w{2})(\w)
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```
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**替换**
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**替换**
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```
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$1\U$2\E$3
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```
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**结果**
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**结果**
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aBCd
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# 九、前后查找
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# 九、前后查找
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前后查找规定了匹配的内容首尾应该匹配的内容，但是又不包含首尾匹配的内容。向前查找用 **?=** 来定义，它规定了尾部匹配的内容，这个匹配的内容在 ?= 之后定义。所谓向前查找，就是规定了一个匹配的内容，然后以这个内容为尾部向前面查找需要匹配的内容。向后匹配用 ?<= 定义。
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||||
前后查找规定了匹配的内容首尾应该匹配的内容，但是又不包含首尾匹配的内容。向前查找用 **?=** 来定义，它规定了尾部匹配的内容，这个匹配的内容在 ?= 之后定义。所谓向前查找，就是规定了一个匹配的内容，然后以这个内容为尾部向前面查找需要匹配的内容。向后匹配用 ?<= 定义。
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**应用**
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**应用**
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||||
查找出邮件地址 @ 字符前面的部分。
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查找出邮件地址 @ 字符前面的部分。
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**正则表达式**
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**正则表达式**
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```
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\w+(?=@)
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```
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**结果**
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**结果**
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**abc**@qq.com
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**abc** @qq.com
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||||
对向前和向后查找取非，只要把 = 替换成 ! 即可，比如 (?=) 替换成 (?!) 。取非操作使得匹配那些首尾不符合要求的内容。
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||||
对向前和向后查找取非，只要把 = 替换成 ! 即可，比如 (?=) 替换成 (?!) 。取非操作使得匹配那些首尾不符合要求的内容。
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# 十、嵌入条件
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# 十、嵌入条件
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## 回溯引用条件
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||||
## 回溯引用条件
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条件判断为某个子表达式是否匹配，如果匹配则需要继续匹配条件表达式后面的内容。
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**正则表达式**
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||||
**正则表达式**
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||||
子表达式 (\\() 匹配一个左括号，其后的 ? 表示匹配 0 个或者 1 个。 ?(1) 为条件，当子表达式 1 匹配时条件成立，需要执行 \) 匹配，也就是匹配右括号。
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||||
子表达式 (\\() 匹配一个左括号，其后的 ? 表示匹配 0 个或者 1 个。 ?(1) 为条件，当子表达式 1 匹配时条件成立，需要执行 \) 匹配，也就是匹配右括号。
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```
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(\()?abc(?(1)\))
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```
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**结果**
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**结果**
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1. **(abc)**
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2. **abc**
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3. (abc
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1. **(abc)**
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2. **abc**
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||||
3. (abc
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## 前后查找条件
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||||
## 前后查找条件
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条件为定义的首尾是否匹配，如果匹配，则继续执行后面的匹配。注意，首尾不包含在匹配的内容中。
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**正则表达式**
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||||
**正则表达式**
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||||
?(?=-) 为前向查找条件，只有在以 - 为前向查找的结尾能匹配 \d{5} ，才继续匹配 -\d{4} 。
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||||
?(?=-) 为前向查找条件，只有在以 - 为前向查找的结尾能匹配 \d{5} ，才继续匹配 -\d{4} 。
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```
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\d{5}(?(?=-)-\d{4})
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```
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**结果**
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**结果**
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||||
1. **11111**
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2. 22222-
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3. **33333-4444**
|
||||
1. **11111**
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||||
2. 22222-
|
||||
3. **33333-4444**
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||||
1866
notes/算法.md
1866
notes/算法.md
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837
notes/计算机操作系统.md
837
notes/计算机操作系统.md
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810
notes/计算机网络.md
810
notes/计算机网络.md
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1993
notes/设计模式.md
1993
notes/设计模式.md
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1018
notes/重构.md
1018
notes/重构.md
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327
notes/面向对象思想.md
327
notes/面向对象思想.md
@ -1,336 +1,349 @@
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||||
[TOC]
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<!-- GFM-TOC -->
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||||
* [一、设计原则](#一设计原则)
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||||
* [S.O.L.I.D](#solid)
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||||
* [其他常见原则](#其他常见原则)
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||||
* [二、三大特性](#二三大特性)
|
||||
* [封装](#封装)
|
||||
* [继承](#继承)
|
||||
* [多态](#多态)
|
||||
* [三、UML](#三uml)
|
||||
* [类图](#类图)
|
||||
* [时序图](#时序图)
|
||||
* [参考资料](#参考资料)
|
||||
<!-- GFM-TOC -->
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||||
# 一、设计原则
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||||
# 一、设计原则
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||||
设计原则可以帮助我们避免那些糟糕的设计。
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||||
## S.O.L.I.D
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||||
## S.O.L.I.D
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| 简写 | 全拼 | 中文翻译 |
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| -- | -- | -- |
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||||
| SRP | The Single Responsibility Principle | 单一责任原则 |
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||||
| OCP | The Open Closed Principle | 开放封闭原则 |
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||||
| LSP | The Liskov Substitution Principle | 里氏替换原则 |
|
||||
| ISP | The Interface Segregation Principle | 接口分离原则 |
|
||||
| DIP | The Dependency Inversion Principle | 依赖倒置原则 |
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||||
| 简写 | 全拼 | 中文翻译 |
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| -- | -- | -- |
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| SRP | The Single Responsibility Principle | 单一责任原则 |
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| OCP | The Open Closed Principle | 开放封闭原则 |
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||||
| LSP | The Liskov Substitution Principle | 里氏替换原则 |
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||||
| ISP | The Interface Segregation Principle | 接口分离原则 |
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||||
| DIP | The Dependency Inversion Principle | 依赖倒置原则 |
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||||
### 1. 单一责任原则
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### 1. 单一责任原则
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||||
> 修改一个类的原因应该只有一个。
|
||||
> 修改一个类的原因应该只有一个。
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||||
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||||
换句话说就是让一个类只负责一件事，当这个类需要做过多事情的时候，就需要分解这个类。
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||||
如果一个类承担的职责过多，就等于把这些职责耦合在了一起，一个职责的变化可能会削弱这个类完成其它职责的能力。
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||||
### 2. 开放封闭原则
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||||
### 2. 开放封闭原则
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||||
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||||
> 类应该对扩展开放，对修改关闭。
|
||||
> 类应该对扩展开放，对修改关闭。
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||||
|
||||
扩展就是添加新功能的意思，因此该原则要求在添加新功能时不需要修改代码。
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||||
符合开闭原则最典型的设计模式是装饰者模式，它可以动态地将责任附加到对象上，而不用去修改类的代码。
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||||
### 3. 里氏替换原则
|
||||
### 3. 里氏替换原则
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||||
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||||
> 子类对象必须能够替换掉所有父类对象。
|
||||
> 子类对象必须能够替换掉所有父类对象。
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||||
|
||||
继承是一种 IS-A 关系，子类需要能够当成父类来使用，并且需要比父类更特殊。
|
||||
继承是一种 IS-A 关系，子类需要能够当成父类来使用，并且需要比父类更特殊。
|
||||
|
||||
如果不满足这个原则，那么各个子类的行为上就会有很大差异，增加继承体系的复杂度。
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||||
### 4. 接口分离原则
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||||
### 4. 接口分离原则
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||||
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||||
> 不应该强迫客户依赖于它们不用的方法。
|
||||
> 不应该强迫客户依赖于它们不用的方法。
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|
||||
因此使用多个专门的接口比使用单一的总接口总要好。
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|
||||
### 5. 依赖倒置原则
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||||
### 5. 依赖倒置原则
|
||||
|
||||
> 高层模块不应该依赖于低层模块，二者都应该依赖于抽象。
|
||||
> 抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象。
|
||||
> 高层模块不应该依赖于低层模块，二者都应该依赖于抽象。
|
||||
> 抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象。
|
||||
|
||||
高层模块包含一个应用程序中重要的策略选择和业务模块，如果高层模块依赖于底层模块，那么底层模块的改动就会直接影响到高层模块，从而迫使高层模块也需要改动。
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||||
依赖于抽象意味着：
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||||
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||||
- 任何变量都不应该持有一个指向具体类的指针或者引用；
|
||||
- 任何类都不应该从具体类派生；
|
||||
- 任何方法都不应该覆写它的任何基类中的已经实现的方法。
|
||||
- 任何变量都不应该持有一个指向具体类的指针或者引用；
|
||||
- 任何类都不应该从具体类派生；
|
||||
- 任何方法都不应该覆写它的任何基类中的已经实现的方法。
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||||
## 其他常见原则
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||||
## 其他常见原则
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除了上述的经典原则，在实际开发中还有下面这些常见的设计原则。
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| 简写 | 全拼 | 中文翻译 |
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| -- | -- | -- |
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|LOD| The Law of Demeter | 迪米特法则 |
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|CRP| The Composite Reuse Principle | 合成复用原则 |
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||||
|CCP| The Common Closure Principle | 共同封闭原则 |
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||||
|SAP| The Stable Abstractions Principle | 稳定抽象原则 |
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||||
|SDP| The Stable Dependencies Principle | 稳定依赖原则 |
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| 简写 | 全拼 | 中文翻译 |
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| -- | -- | -- |
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|LOD| The Law of Demeter | 迪米特法则 |
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|CRP| The Composite Reuse Principle | 合成复用原则 |
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|CCP| The Common Closure Principle | 共同封闭原则 |
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||||
|SAP| The Stable Abstractions Principle | 稳定抽象原则 |
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||||
|SDP| The Stable Dependencies Principle | 稳定依赖原则 |
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### 1. 迪米特法则
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### 1. 迪米特法则
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||||
迪米特法则又叫作最少知道原则（Least Knowledge Principle 简写LKP），就是说一个对象应当对其他对象有尽可能少的了解，不和陌生人说话。
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||||
迪米特法则又叫作最少知道原则（Least Knowledge Principle 简写LKP），就是说一个对象应当对其他对象有尽可能少的了解，不和陌生人说话。
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||||
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||||
### 2. 合成复用原则
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||||
### 2. 合成复用原则
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||||
尽量使用对象组合，而不是继承来达到复用的目的。
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### 3. 共同封闭原则
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||||
### 3. 共同封闭原则
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||||
一起修改的类，应该组合在一起（同一个包里）。如果必须修改应用程序里的代码，我们希望所有的修改都发生在一个包里（修改关闭），而不是遍布在很多包里。
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### 4. 稳定抽象原则
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||||
### 4. 稳定抽象原则
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||||
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||||
最稳定的包应该是最抽象的包，不稳定的包应该是具体的包，即包的抽象程度跟它的稳定性成正比。
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### 5. 稳定依赖原则
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||||
### 5. 稳定依赖原则
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||||
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||||
包之间的依赖关系都应该是稳定方向依赖的，包要依赖的包要比自己更具有稳定性。
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# 二、三大特性
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# 二、三大特性
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## 封装
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||||
## 封装
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||||
利用抽象数据类型将数据和基于数据的操作封装在一起，使其构成一个不可分割的独立实体。数据被保护在抽象数据类型的内部，尽可能地隐藏内部的细节，只保留一些对外接口使之与外部发生联系。用户无需知道对象内部的细节，但可以通过对象对外提供的接口来访问该对象。
|
||||
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||||
封装有三大好处：
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||||
1. 减少耦合
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||||
2. 隐藏内部细节，因此内部结构可以自由修改
|
||||
3. 可以对成员进行更精确的控制
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||||
1. 减少耦合
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||||
2. 隐藏内部细节，因此内部结构可以自由修改
|
||||
3. 可以对成员进行更精确的控制
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||||
|
||||
以下 Person 类封装 name、gender、age 等属性，外界只能通过 get() 方法获取一个 Person 对象的 name 属性和 gender 属性，而无法获取 age 属性，但是 age 属性可以供 work() 方法使用。
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||||
以下 Person 类封装 name、gender、age 等属性，外界只能通过 get() 方法获取一个 Person 对象的 name 属性和 gender 属性，而无法获取 age 属性，但是 age 属性可以供 work() 方法使用。
|
||||
|
||||
注意到 gender 属性使用 int 数据类型进行存储，封装使得用户注意不到这种实现细节。并且在需要修改 gender 属性使用的数据类型时，也可以在不影响客户端代码的情况下进行。
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||||
注意到 gender 属性使用 int 数据类型进行存储，封装使得用户注意不到这种实现细节。并且在需要修改 gender 属性使用的数据类型时，也可以在不影响客户端代码的情况下进行。
|
||||
|
||||
```java
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||||
public class Person {
|
||||
private String name;
|
||||
private int gender;
|
||||
private int age;
|
||||
public class Person {
|
||||
private String name;
|
||||
private int gender;
|
||||
private int age;
|
||||
|
||||
public String getName() {
|
||||
return name;
|
||||
}
|
||||
public String getName() {
|
||||
return name;
|
||||
}
|
||||
|
||||
public String getGender() {
|
||||
return gender == 0 ? "man" : "woman";
|
||||
}
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||||
public String getGender() {
|
||||
return gender == 0 ? "man" : "woman";
|
||||
}
|
||||
|
||||
public void work() {
|
||||
if(18 <= age && age <= 50) {
|
||||
System.out.println(name + " is working very hard!");
|
||||
} else {
|
||||
System.out.println(name + " can't work any more!");
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
public void work() {
|
||||
if(18 <= age && age <= 50) {
|
||||
System.out.println(name + " is working very hard!");
|
||||
} else {
|
||||
System.out.println(name + " can't work any more!");
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
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||||
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||||
## 继承
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||||
## 继承
|
||||
|
||||
继承实现了 **IS-A** 关系，例如 Cat 和 Animal 就是一种 IS-A 关系，因此 Cat 可以继承自 Animal，从而获得 Animal 非 private 的属性和方法。
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||||
继承实现了 **IS-A** 关系，例如 Cat 和 Animal 就是一种 IS-A 关系，因此 Cat 可以继承自 Animal，从而获得 Animal 非 private 的属性和方法。
|
||||
|
||||
Cat 可以当做 Animal 来使用，也就是说可以使用 Animal 引用 Cat 对象。父类引用指向子类对象称为 **向上转型**。
|
||||
Cat 可以当做 Animal 来使用，也就是说可以使用 Animal 引用 Cat 对象。父类引用指向子类对象称为 **向上转型** 。
|
||||
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||||
```java
|
||||
Animal animal = new Cat();
|
||||
Animal animal = new Cat();
|
||||
```
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||||
继承应该遵循里氏替换原则，子类对象必须能够替换掉所有父类对象。
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## 多态
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||||
## 多态
|
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多态分为编译时多态和运行时多态。编译时多态主要指方法的重载，运行时多态指程序中定义的对象引用所指向的具体类型在运行期间才确定。
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||||
运行时多态有三个条件：
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1. 继承
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2. 覆盖
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3. 向上转型
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1. 继承
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||||
2. 覆盖
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||||
3. 向上转型
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||||
下面的代码中，乐器类（Instrument）有两个子类：Wind 和 Percussion，它们都覆盖了父类的 play() 方法，并且在 main() 方法中使用父类 Instrument 来引用 Wind 和 Percussion 对象。在 Instrument 引用调用 play() 方法时，会执行实际引用对象所在类的 play() 方法，而不是 Instrument 类的方法。
|
||||
下面的代码中，乐器类（Instrument）有两个子类：Wind 和 Percussion，它们都覆盖了父类的 play() 方法，并且在 main() 方法中使用父类 Instrument 来引用 Wind 和 Percussion 对象。在 Instrument 引用调用 play() 方法时，会执行实际引用对象所在类的 play() 方法，而不是 Instrument 类的方法。
|
||||
|
||||
```java
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||||
public class Instrument {
|
||||
public void play() {
|
||||
System.out.println("Instument is playing...");
|
||||
}
|
||||
public class Instrument {
|
||||
public void play() {
|
||||
System.out.println("Instument is playing...");
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
public class Wind extends Instrument {
|
||||
public void play() {
|
||||
System.out.println("Wind is playing...");
|
||||
}
|
||||
public class Wind extends Instrument {
|
||||
public void play() {
|
||||
System.out.println("Wind is playing...");
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
public class Percussion extends Instrument {
|
||||
public void play() {
|
||||
System.out.println("Percussion is playing...");
|
||||
}
|
||||
public class Percussion extends Instrument {
|
||||
public void play() {
|
||||
System.out.println("Percussion is playing...");
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
public class Music {
|
||||
public static void main(String[] args) {
|
||||
List<Instrument> instruments = new ArrayList<>();
|
||||
instruments.add(new Wind());
|
||||
instruments.add(new Percussion());
|
||||
for(Instrument instrument : instruments) {
|
||||
instrument.play();
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
public class Music {
|
||||
public static void main(String[] args) {
|
||||
List<Instrument> instruments = new ArrayList<>();
|
||||
instruments.add(new Wind());
|
||||
instruments.add(new Percussion());
|
||||
for(Instrument instrument : instruments) {
|
||||
instrument.play();
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
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||||
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||||
# 三、UML
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||||
# 三、UML
|
||||
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||||
## 类图
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||||
## 类图
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||||
### 1. 继承相关
|
||||
### 1. 继承相关
|
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||||
继承有两种形式 : 泛化（Generalize）和实现（Realize），表现为 IS-A 关系。
|
||||
继承有两种形式 : 泛化（Generalize）和实现（Realize），表现为 IS-A 关系。
|
||||
|
||||
#### 泛化关系 (Generalize)
|
||||
#### 泛化关系 (Generalize)
|
||||
|
||||
从具体类中继承。
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||||
|
||||
<div align="center"> <img src="../pics//29badd92-109f-4f29-abb9-9857f5973928.png"/> </div><br>
|
||||
|
||||
#### 实现关系 (Realize)
|
||||
#### 实现关系 (Realize)
|
||||
|
||||
从抽象类或者接口中继承。
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||||
|
||||
<div align="center"> <img src="../pics//4b16e1d3-3a60-472c-9756-2f31b1c48abe.png"/> </div><br>
|
||||
|
||||
### 2. 整体和部分
|
||||
### 2. 整体和部分
|
||||
|
||||
#### 聚合关系 (Aggregation)
|
||||
#### 聚合关系 (Aggregation)
|
||||
|
||||
表示整体由部分组成，但是整体和部分不是强依赖的，整体不存在了部分还是会存在。以下表示 B 由 A 组成：
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表示整体由部分组成，但是整体和部分不是强依赖的，整体不存在了部分还是会存在。以下表示 B 由 A 组成：
|
||||
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||||
<div align="center"> <img src="../pics//34259bb8-ca3a-4872-8771-9e946782d9c3.png"/> </div><br>
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||||
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||||
#### 组合关系 (Composition)
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#### 组合关系 (Composition)
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和聚合不同，组合中整体和部分是强依赖的，整体不存在了部分也不存在了。比如公司和部门，公司没了部门就不存在了。但是公司和员工就属于聚合关系了，因为公司没了员工还在。
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<div align="center"> <img src="../pics//7dda050d-ac35-4f47-9f51-18f18ed6fa9a.png"/> </div><br>
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### 3. 相互联系
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### 3. 相互联系
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#### 关联关系 (Association)
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#### 关联关系 (Association)
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表示不同类对象之间有关联，这是一种静态关系，与运行过程的状态无关，在最开始就可以确定。因此也可以用 1 对 1、多对 1、多对多这种关联关系来表示。比如学生和学校就是一种关联关系，一个学校可以有很多学生，但是一个学生只属于一个学校，因此这是一种多对一的关系，在运行开始之前就可以确定。
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表示不同类对象之间有关联，这是一种静态关系，与运行过程的状态无关，在最开始就可以确定。因此也可以用 1 对 1、多对 1、多对多这种关联关系来表示。比如学生和学校就是一种关联关系，一个学校可以有很多学生，但是一个学生只属于一个学校，因此这是一种多对一的关系，在运行开始之前就可以确定。
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<div align="center"> <img src="../pics//4ccd294c-d6b2-421b-839e-d88336ff5fb7.png"/> </div><br>
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#### 依赖关系 (Dependency)
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#### 依赖关系 (Dependency)
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和关联关系不同的是 , 依赖关系是在运行过程中起作用的。一般依赖作为类的构造器或者方法的参数传入。双向依赖时一种不好的设计。
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和关联关系不同的是 , 依赖关系是在运行过程中起作用的。一般依赖作为类的构造器或者方法的参数传入。双向依赖时一种不好的设计。
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<div align="center"> <img src="../pics//47ca2614-509f-476e-98fc-50ec9f9d43c0.png"/> </div><br>
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## 时序图
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## 时序图
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### 1. 定义
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### 1. 定义
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时序图描述了对象之间传递消息的时间顺序，它用来表示用例的行为顺序。它的主要作用是通过对象间的交互来描述用例（注意是对象），从而寻找类的操作。
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### 2. 赤壁之战时序图
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### 2. 赤壁之战时序图
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从虚线从上往下表示时间的推进。
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<div align="center"> <img src="../pics//80c5aff8-fc46-4810-aeaa-215b5c60a003.png"/> </div><br>
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可见，通过时序图可以知道每个类具有以下操作：
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```java
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publc class 刘备 {
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public void 应战 ();
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publc class 刘备 {
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public void 应战 ();
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}
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publc class 孔明 {
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public void 拟定策略 ();
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public void 联合孙权 ();
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private void 借东风火攻 ();
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publc class 孔明 {
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public void 拟定策略 ();
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public void 联合孙权 ();
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private void 借东风火攻 ();
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}
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public class 关羽 {
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public void 防守荊州 ();
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public class 关羽 {
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public void 防守荊州 ();
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}
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public class 张飞 {
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public void 防守荆州前线 ();
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public class 张飞 {
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public void 防守荆州前线 ();
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}
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public class 孙权 {
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public void 领兵相助 ();
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public class 孙权 {
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public void 领兵相助 ();
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}
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```
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### 3. 活动图、时序图之间的关系
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### 3. 活动图、时序图之间的关系
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活动图示从用户的角度来描述用例；
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时序图是从计算机的角度（对象间的交互）描述用例。
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### 4. 类图与时序图的关系
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### 4. 类图与时序图的关系
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类图描述系统的静态结构，时序图描述系统的动态行为。
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### 5. 时序图的组成
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### 5. 时序图的组成
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#### 对象
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#### 对象
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有三种表现形式
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<div align="center"> <img src="../pics//25b8adad-2ef6-4f30-9012-c306b4e49897.png"/> </div><br>
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在画图时，应该遵循以下原则：
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1. 把交互频繁的对象尽可能地靠拢。
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1. 把交互频繁的对象尽可能地靠拢。
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2. 把初始化整个交互活动的对象（有时是一个参与者）放置在最左边。
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2. 把初始化整个交互活动的对象（有时是一个参与者）放置在最左边。
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#### 生命线
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#### 生命线
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生命线从对象的创建开始到对象销毁时终止
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<div align="center"> <img src="../pics//b7b0eac6-e7ea-4fb6-8bfb-95fec6f235e2.png"/> </div><br>
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#### 消息
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#### 消息
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对象之间的交互式通过发送消息来实现的。
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消息有 4 种类型：
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消息有 4 种类型：
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1\. 简单消息，不区分同步异步。
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1\. 简单消息，不区分同步异步。
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<div align="center"> <img src="../pics//a13b62da-0fa8-4224-a615-4cadacc08871.png"/> </div><br>
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2\. 同步消息，发送消息之后需要暂停活动来等待回应。
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2\. 同步消息，发送消息之后需要暂停活动来等待回应。
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<div align="center"> <img src="../pics//33821037-dc40-4266-901c-e5b38e618426.png"/> </div><br>
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3\. 异步消息，发送消息之后不需要等待。
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3\. 异步消息，发送消息之后不需要等待。
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<div align="center"> <img src="../pics//dec6c6cc-1b5f-44ed-b8fd-464fcf849dac.png"/> </div><br>
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4\. 返回消息，可选。
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4\. 返回消息，可选。
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#### 激活
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#### 激活
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生命线上的方框表示激活状态，其它时间处于休眠状态。
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<div align="center"> <img src="../pics//6ab5de9b-1c1e-4118-b2c3-fb6c7ed7de6f.png"/> </div><br>
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# 参考资料
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# 参考资料
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- Java 编程思想
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- 敏捷软件开发：原则、模式与实践
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||||
- [面向对象设计的 SOLID 原则](http://www.cnblogs.com/shanyou/archive/2009/09/21/1570716.html)
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||||
- [看懂 UML 类图和时序图](http://design-patterns.readthedocs.io/zh_CN/latest/read_uml.html#generalization)
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||||
- [UML 系列——时序图（顺序图）sequence diagram](http://www.cnblogs.com/wolf-sun/p/UML-Sequence-diagram.html)
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||||
- [面向对象编程三大特性 ------ 封装、继承、多态](http://blog.csdn.net/jianyuerensheng/article/details/51602015)
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- Java 编程思想
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- 敏捷软件开发：原则、模式与实践
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- [面向对象设计的 SOLID 原则](http://www.cnblogs.com/shanyou/archive/2009/09/21/1570716.html)
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- [看懂 UML 类图和时序图](http://design-patterns.readthedocs.io/zh_CN/latest/read_uml.html#generalization)
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- [UML 系列——时序图（顺序图）sequence diagram](http://www.cnblogs.com/wolf-sun/p/UML-Sequence-diagram.html)
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- [面向对象编程三大特性 ------ 封装、继承、多态](http://blog.csdn.net/jianyuerensheng/article/details/51602015)
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