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Java 基础

请解释一下你对 Java 集合框架的理解，并说说 HashMap 的底层实现原理。
什么是 Java 的反射机制？它有哪些应用场景？
请解释一下你对 JUC 并发编程的理解，并说说你对线程池的理解。

JVM

请描述一下 JVM 的内存划分，以及各个区域的作用。
Java 中的垃圾回收机制是怎样的？有哪些常见的垃圾回收算法？
请解释一下强引用、软引用、弱引用和虚引用的区别。

框架

请谈谈你对 Spring IOC 和 AOP 的理解，以及它们在实际开发中的应用。
请描述一下 Bean 对象的生命周期。
Spring Boot 的自动装配原理是什么？

MySQL

请解释一下 MySQL 的索引原理，以及如何进行索引优化。
请谈谈你对 MySQL 事务的理解，以及事务的隔离级别。
什么是 MVCC？它在 MySQL 中是如何实现的？

Redis

Redis 常用的数据类型有哪些？它们分别适用于哪些场景？
请解释一下 Redis 的过期删除策略和内存淘汰策略。
Redis 的分布式锁是如何实现的？

AI写的答案

Java 基础

框架理解和 HashMap 底层原理：
- 框架理解：Java集合类主要由两个根接口Collection和Map派生出来的。 Collection派生出了三个子接口：
  1)List
  
  List代表了有序可重复集合，可直接根据元素的索引来访问
  
  2)Set
  
  Set代表无序不可重复集合，只能根据元素本身来访问
  
  3)Queue
  
  Queue是队列集合
  
  Map接口派生：
  
  Map代表的是存储key-value对的集合，可根据元素的key来访问value。
- HashMap 底层原理： HashMap 基于哈希表实现，核心是数组 + 链表（或红黑树）。
  - 存储： 当 put(key, value) 时，首先计算 key 的 hashCode，然后通过 hash 函数计算出在数组中的索引位置。
  - 冲突： 如果该位置没有元素，则直接放入；如果该位置已经有元素（哈希冲突），如果key相同，直接覆盖。则将新的 key-value 放入链表（或红黑树）中。
  - 查找： 当 get(key) 时，同样计算 key 的 hashCode 和索引位置，然后在该位置的链表（或红黑树）中查找对应的 key。
  - 扩容： 当 HashMap 中的元素数量超过负载因子（loadFactor，默认 0.75）乘以容量（capacity）时，会进行扩容，创建一个更大的数组，并将所有元素重新哈希到新的数组中。2倍。 JDK1.8 之后，当链表长度超过 8 时，会将链表转换为红黑树，以提高查找效率。
Java 反射机制：
- 定义： 反射是指在运行时动态地获取类的信息，并能动态地调用对象的方法和属性。
- 应用场景：
  - 框架开发： Spring 等框架大量使用反射来实现 IOC 和 AOP 等功能。
  - 动态代理： 动态生成代理类，实现 AOP。
  - ORM 框架： 将数据库表映射为 Java 对象。
  - 通用工具类： 编写通用的工具类，可以处理不同类型的对象。
JUC 并发编程和线程池：
- JUC 理解： java.util.concurrent 包，提供了丰富的并发工具类，包括锁、原子变量、并发集合、线程池等，用于简化并发编程。
- 线程池理解： 线程池是一种管理线程的机制，它可以重复利用线程，避免频繁创建和销毁线程的开销，提高系统性能。
  - 核心参数： 核心线程数（corePoolSize）、最大线程数（maximumPoolSize）、空闲线程存活时间（keepAliveTime）、时间单位（TimeUnit）、阻塞队列（BlockingQueue）、拒绝策略（RejectedExecutionHandler）。
  - 工作原理： 当提交一个任务时，线程池会判断是否有空闲线程，如果有则直接使用；如果没有，则判断当前线程数是否小于核心线程数，如果小于则创建新的线程；如果大于等于核心线程数，则将任务放入阻塞队列；如果阻塞队列已满，则判断当前线程数是否小于最大线程数，如果小于则创建新的线程；如果大于等于最大线程数，则执行拒绝策略。

JVM

JVM 内存划分：
- 堆（Heap）： 存放对象实例，是垃圾回收的主要区域。
- 方法区（Method Area）： 存放类信息、常量、静态变量等，也称为永久代（Permanent Generation）或元空间（Metaspace）。
- 虚拟机栈（VM Stack）： 每个线程都有一个虚拟机栈，用于存放局部变量、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
- 本地方法栈（Native Method Stack）： 与虚拟机栈类似，用于执行 Native 方法。
- 程序计数器（Program Counter Register）： 记录当前线程执行的字节码指令的地址。
垃圾回收机制：
- 目的： 自动回收不再使用的对象，释放内存空间，防止内存泄漏。
- 过程：
  - 标记： 找出所有存活的对象。
  - 清除： 回收被标记为垃圾的对象。
- 常见算法：
  - 标记-清除（Mark and Sweep）： 简单但容易产生内存碎片。
  - 复制（Copying）： 将内存分为两块，每次只使用一块，回收时将存活对象复制到另一块，然后清理当前块，避免碎片，但浪费空间。
  - 标记-整理（Mark and Compact）： 标记存活对象，然后将存活对象移动到内存的一端，清理边界外的内存，避免碎片。
  - 分代收集（Generational Collection）： 根据对象存活时间将内存分为新生代和老年代，新生代采用复制算法，老年代采用标记-清除或标记-整理算法。
强引用、软引用、弱引用和虚引用：
- 强引用（Strong Reference）： 最常见的引用类型，只要强引用存在，垃圾回收器就不会回收该对象。
- 软引用（Soft Reference）： 当内存不足时，垃圾回收器会回收软引用指向的对象。
- 弱引用（Weak Reference）： 垃圾回收器在下次垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收弱引用指向的对象。
- 虚引用（Phantom Reference）： 虚引用不影响对象的生命周期，主要用于在对象被回收时收到一个系统通知。

框架

Spring IOC 和 AOP：
- IOC（Inversion of Control）： 控制反转，将对象的创建和依赖关系的管理交给 Spring 容器，降低对象之间的耦合度。
- AOP（Aspect-Oriented Programming）： 面向切面编程，将与业务逻辑无关的通用功能（如日志、权限控制、事务管理）抽取出来，形成切面，通过配置将切面织入到目标对象中，提高代码的复用性和可维护性。
- 应用：
  - IOC： 使用 Spring 容器管理 Bean 对象，通过依赖注入（DI）建立对象之间的关系。
  - AOP： 使用 Spring AOP 实现日志记录、权限控制、事务管理等功能。
Bean 对象的生命周期：
- 实例化（Instantiation）： Spring 容器创建 Bean 对象。
- 属性赋值（Populate）： Spring 容器为 Bean 对象的属性赋值。
- 初始化（Initialization）：
  - 执行 BeanPostProcessor 的 postProcessBeforeInitialization 方法。
  - 执行 Bean 自身的初始化方法（如果实现了 InitializingBean 接口或配置了 init-method 属性）。
  - 执行 BeanPostProcessor 的 postProcessAfterInitialization 方法。
- 使用（In Use）： Bean 对象被应用程序使用。
- 销毁（Destruction）：
  - 执行 Bean 自身的销毁方法（如果实现了 DisposableBean 接口或配置了 destroy-method 属性）。
Spring Boot 自动装配原理：
- @EnableAutoConfiguration： 开启自动装配功能。
- META-INF/spring.factories： Spring Boot 会扫描 classpath 下的 META-INF/spring.factories 文件，读取需要自动装配的类。
- Conditional 注解： Spring Boot 会根据配置和环境条件，决定是否装配某个 Bean。

MySQL

索引原理和优化：
- 索引原理： 索引是一种数据结构，用于快速查找数据库表中的数据。常见的索引类型包括 B-Tree 索引、哈希索引等。
- 优化：
  - 选择合适的索引列： 经常用于查询条件的列、用于排序的列、用于连接的列。
  - 避免在索引列上进行计算： 避免使用函数、运算符等。
  - 使用覆盖索引： 查询的列都在索引中，避免回表查询。
  - 控制索引的数量： 索引过多会影响写入性能。
MySQL 事务：
- 定义： 事务是一组原子性的 SQL 操作，要么全部成功，要么全部失败。
- 特性（ACID）：
  - 原子性（Atomicity）： 事务中的所有操作要么全部成功，要么全部失败。
  - 一致性（Consistency）： 事务执行前后，数据库的状态必须保持一致。
  - 隔离性（Isolation）： 多个事务并发执行时，事务之间应该相互隔离，避免互相干扰。
  - 持久性（Durability）： 事务提交后，对数据库的修改应该永久保存。
- 隔离级别：
  - 读未提交（Read Uncommitted）： 最低的隔离级别，可能读取到其他事务未提交的数据（脏读）。
  - 读已提交（Read Committed）： 只能读取到其他事务已提交的数据，避免脏读，但可能出现不可重复读。
  - 可重复读（Repeatable Read）： 保证在同一个事务中多次读取同一数据的结果一致，避免脏读和不可重复读，但可能出现幻读。
  - 串行化（Serializable）： 最高的隔离级别，强制事务串行执行，避免所有并发问题。
MVCC：
- 定义： 多版本并发控制，是一种用于实现数据库并发控制的技术。
- 原理： 为每一行数据维护多个版本，每个版本都有一个版本号。当事务读取数据时，会读取符合条件的版本；当事务修改数据时，会创建一个新的版本。
- 作用： 提高数据库的并发性能，减少锁的竞争。

Redis

常用数据类型：
- 字符串（String）： 存储字符串数据，可以用于缓存、计数器等。
- 哈希（Hash）： 存储键值对，可以用于存储对象。
- 列表（List）： 存储有序的字符串列表，可以用于消息队列、文章列表等。
- 集合（Set）： 存储无序的字符串集合，可以用于标签、好友关系等。
- 有序集合（Sorted Set）： 存储有序的字符串集合，每个字符串都有一个分数，可以用于排行榜、优先级队列等。
过期删除策略和内存淘汰策略：
- 过期删除策略：
  - 定时删除： 创建一个定时器，定时删除过期的 key，占用 CPU 资源。
  - 惰性删除： 在访问 key 时，判断是否过期，如果过期则删除，可能导致过期 key 长期占用内存。
  - 定期删除： 每隔一段时间执行一次删除操作，在 CPU 和内存之间取得平衡。
- 内存淘汰策略：
  - noeviction： 不淘汰任何 key，当内存不足时，写入操作会报错。
  - allkeys-lru： 淘汰所有 key 中最近最少使用的 key。
  - volatile-lru： 淘汰所有设置了过期时间的 key 中最近最少使用的 key。
  - allkeys-random： 随机淘汰所有 key。
  - volatile-random： 随机淘汰所有设置了过期时间的 key。
  - volatile-ttl： 淘汰所有设置了过期时间的 key 中剩余生存时间最短的 key。
分布式锁：
- 实现方式：
  - SETNX + EXPIRE： 使用 SETNX 命令设置 key 的值，如果 key 不存在则设置成功，表示获取锁；使用 EXPIRE 命令设置 key 的过期时间，防止死锁。
  - Lua 脚本： 使用 Lua 脚本将 SETNX 和 EXPIRE 命令原子性地执行。
  - Redisson： 使用 Redisson 框架提供的分布式锁，它封装了 Lua 脚本，并提供了自动续期等功能。