面试 | Java 后端框架部分 #yyds干货盘点#

原创

多氯环己烷 2022-04-04 15:18:05 ©著作权

文章标签 spring 客户端服务器 文章分类 软件设计软件研发 yyds干货盘点

©著作权归作者所有：来自51CTO博客作者多氯环己烷的原创作品，请联系作者获取转载授权，否则将追究法律责任
面试 | Java 后端框架部分 #yyds干货盘点#
https://blog.51cto.com/dlhjw/5175005

@[TOC](Java 后端框架部分)

前言

本系列为面试专题，主要记录一些易混淆、易忘记的知识点；
目前共有四个部分：Java基础、计算机基础、数据库与框架；

4. 框架

4.1 Spring

1. Spring 中的 bean 的作用域：singleton(单例)、prototype(多例)、request(一次请求一个)、session(一次请求一个)、global-session(全局)；
2. @Component 和 @Bean：

比较项	@Component	@Bean
作用对象	类	方法
加载类型	通过类路径扫描	在标有该注解的方法中定义 bean
自定义		自定义性更强

3. Spring MVC：DispatcherServlet、HandlerMapping、HandlerAdapter(Handler,ModelAndView)、ViewResolver、View；
4. 设计模式：工厂(通过 BeanFactory/ApplicationContex 创建对象)、代理(Spring AOP)、单例(Bean 默认单例)、包装器(动态切换数据源)、观察者(事件驱动模型)、适配器(spring MVC);
5. AOP 代理方式：JDK动态代理(创建接口实现类)、CGLIB动态代理(创建子类的代理对象)；
6. AOP 术语：连接点(增强哪些方法)、切入点(实际被真正增强的方法)、通知(增强的类型)、切面(动词，把通知应用到切入点的过程)；
7. 事务传播行为：@Transactional。支持当前事务、不支持当前事务、其他；

4.2 Spring Boot

1. 三个注解：@Configuration、@EnableAutoConfiguration、@ComponentScan；
2. 启动过程：1.始化准备 ApplicationContext、告知服务启动、2.准备 Environment、告知 Environment 环境准备好、(打印banner)、3.Environment设置进ApplicationContext、4.初始化 ApplicationContext、告知上下文环境准备好、5.加载 Config 配置到 ApplicationContext、告知上下文环境加载完毕、6.refresh() 方法刷新应用上下文、告知应用程序启动完毕；

4.3 Zookeeper

1. 数据：结构化存储、由 Znode(key/value形式)组成、维护 stat 状态信息；
2. 节点类型：持久化节点、临时节点、有序节点、容器节点、TTL 节点；

4.4 Oauth2

1. 工作原理：第三方客户端向资源所有者（用户）申请认证请求、资源所有者同意请求返回许可、客户端根据许可向认证服务器申请认证令牌 Token、客户端根据认证令牌向资源服务器申请相关资源；

4.5 Nacos

1. SpringCloud 客户端集成 Nacos：

spring-cloud-commons 的 META-INF/spring.factories 包下包含 Spring Cloud 自动配置类的全类名；
其中有个 AutoServiceRegistrationAutoConfiguration 服务注册相关的配置类；
这个配置类注入了一个 AutoServiceRegistration 实例；
我们的 NacosAutoServiceRegistration 间接实现了这个接口(中间隔了个 AbstractAutoServiceRegistration)；
同时，AutoServiceRegistration 类实现了 EventListener 接口，说明 Nacos 通过事件监听机制注册进 Spring Cloud；
当 Webserver 初始化完成之后，调用 this.bind ( event ) 方法启用事件监听；
最终会调用 NacosServiceRegistry.register() 方法进行服务注册；
register() 方法中调用 namingService.registerInstance() 完成服务的注册。具体来说会做这几件事：
- 通过 BeatReactor.addBeatInfo() 创建心跳信息实现健康检测；
- 通过 NamingProxy.registerService()，最终使用open API 或 SDK 方式发生HTTP请求给Nacos服务器；

2. 服务的注册服务实例：

在 nacos-naming 模块下的 InstanceController 中使用接口 nacos/v1/ns/instance 接受请求；
请求参数获得 serviceName（服务名）和 namespaceId（命名空间Id）；
调用 registerInstance 注册实例；
根据服务名和命名空间id从缓存获取，service对象，没有则构建一个保存到ConcurrentHashMap 集合中（也就是 Nacos控制台的服务信息），并加到缓存；
使用定时任务对当前服务下的所有实例建立心跳检测机制；
基于数据一致性协议服务数据进行同步；

3. 服务端查询服务实例：

客户端通过sdk或api发生请求；
解析请求参数；
根据 namespaceId、serviceName 获得Service实例；
从 Service 实例中基于 srvIPs 得到所有服务提供者实例；
遍历组装 JSON 字符串并返回；

4. Nacos 服务地址动态感知原理：

客户端通过 subscribe() 方法来实现监听；
Nacos 客户端中有一个 HostReactor 类，实现服务的动态更新，基本原理是：
- 客户端发起时间订阅后，在 HostReactor 中有一个 UpdateTask 线程，每 10s 发送一次 Pull 请求，获得服务端最新的地址列表；
- 对于服务端，它和服务提供者的实例之间维持了心跳检测，一旦服务提供者出现异常，则会发送一个 Push 消息给 Nacos 客户端，也就是服务端消费者；
- 服务消费者收到请求之后，使用 HostReactor 中提供的 processServiceJSON 解析消息，并更新本地服务地址列表；

5. Spring Cloud 加载配置原理：

Nacos 的配置初始化依赖于 Spring Cloud 的配置自动加载；
Spring Cloud 的配置自动加载在 Spring Cloud 主程序类加载时加载进来；
而主程序类加载有这么几个关键的步骤：始化准备 ApplicationContext、准备 Environment、Environment 设置进 ApplicationContext、加载 Config 配置到 ApplicationContext、refresh() 方法刷新应用上下文；
其中在准备完 Environment 环境后会使用事件监听机制通知 BootstrapApplicationListener 加载 classpath 路径下查找 META-INF/spring.factories 预定义的配置类。这些配置类是 Spring Cloud 提供的；
在最后一步刷新应用上下文时会执行一些Spring Cloud非官方的操作，比如从 Nacos 服务器里加载配置文件等；（最终调用的是 NacosPropertySourceLocator.locate() 方法）
- 该方法的主要作用是：初始化 ConfigService 对象，按照顺序分别加载共享配置、扩展配置、应用名称对应的配置；

6. 客户端的长轮询定时机制

在创建 ConfigService 对象时使用反射机制创建 NacosConfigService 对象；
在 NacosConfigService 的构造方法里有规定长轮询定时机制的一些基本属性：HttpAgent、ClientWorker；
ClientWorker 创建了两个定时调度的线程池，其中一个每隔 10s 检查一次配置是否发生变化。另一个用于实现客户端的定时长轮询功能。
（配置用一个 cacheMap 来存储，key 是根据 datalD/group/tenant 拼接的值，值是配置文件）
（超过 3000 个配置集会启动多个 LongPollingRunnable 去执行）
检查配置这里先会检查本地配置，再检查服务端的配置是否发生改变，发生改变就使用 HttpAgent 调用接口请求变更配置的 id 等信息；
(等待30s)
然后在 30s 后收到一个 HttpResult，里面有存在数据变更的 Data ID、Group、Tenant；
然后通过 getServerConfig() 调用 HttpAgent 的接口请求去 Nacos 服务器上读取具体的配置内容；

7. 服务端的长轮询定时机制：

服务器使用 ConfigController 类里的 /listener 接口接受请求，然后执行主要两个逻辑：
获取客户端请求的变化的配置，使用 MD5 值校验。和执行长轮询定时机制；
长轮询定时机制首先会将客户端的长轮询请求封装成 ClientPolling；
然后使用一个 ClientLongPolling 线程池执行长轮询定时机制；
具体来说就是把 ClientLongPolling 实例放进一个 allSubs 队列中。在 29.5s 后拿出来执行任务。校验配置是否发生改变，发生改变则通过 response 返回给客户端；
返回的是存在数据变更的 Data ID、Group、Tenant；
（提前 0.5s 是避免客户端超时）；
缺点是：服务器连接会消耗资源，服务器开销；
好处是：使得客户端和服务端之间在 30s 之内数据没有发生变化的情况下一直处于连接状态。解决了轮询机制请求频繁对资源的消耗；

8. 服务器修改配置：

服务器谁配置的修改是通过监听机制实现的；
我们在 Nacos 服务器或通过 API 方式变更配置后，会发布一个 LocalDataChangeEvent 事件，该事件会被 LongPollingService 监听；
然后会使用线程池执行 DataChangeTask 任务，修改服务器上的配置；

4.6 Sentinel

1. 如何拦截请求：

SentinelWebAutoConfiguration 配置类里有个 FilterRegistrationBean；
这个 Bean 注册了个 CommonFilter；
默认情况下通过 /* 规则拦截所有的请求，并且将这些请求设置为 Sentinel 的资源；

2. Sentinel 的工作原理

Sentinel 依赖 ProcessorSlot 调用链进行工作，使用的是责任链模式，链表元素是一个 Slot 槽；
Sentinel 里给我们实现了很多 Slot 槽，其中有 FlowSlot(流控槽)、StatisticSlot(统计槽)、DegradeSlot(熔断槽)；
先调用 lookProcessChain() 方法从缓存中获取 slot 调用链，没有就创建一个；
然后以遍历链表的方式完成流控、熔断和统计等功能；
进入每个槽的方法是：xxxSlot.entry() 方法，里面都是调用两个方法(除了统计槽外)，checkXxx() 检查规则 和 fireEntry() 调用下一个Slot槽；

3. 流控槽 lowSlot：

先到 Sentinel 控制台获取流控规则；
会根据获取到的信息做一些判断和匹配，如：请求路径、是否集群、阈值类型(QPS,并发线程数)、流控类型(直接,关联,链路)、流控效果(快速失败,排队等待等)；
在代码层面根据：流控类型(Strategy) 和 针对来源(limitApp) 用 if-else 的方式给我们实现了三种场景：
- 1. 优先保证针对来源(QPS - 每秒的响应请求数)；
- 2. 优先保证规则，所有来源共用一个规则；
- 3. 其他情况(针对场景1中没有配置规则的应用来源)；
选定场景后会根据流控效果进行相应处理，有四种处理策略：
- 1. 直接拒绝：抛异常；
- 2. 匀速排队：请求以匀速的速度通过；
- 3. 冷启动：QPS阈值除以冷加载因子得预热时长，预热时长后达到QPS阈值(秒杀场景)；
- 4. 匀速+冷启动；

4. 熔断槽 DegradeSlot：

熔断功能在 Sentinel-1.8.0 版本前后有较大变化；
先根据资源名称 resourceName （请求路径）获取断路器；
循环判断每个断路器；
- 如果断路器状态为关闭(State.CLOSED)，则通过；
- 如果断路器状态为半开，则拒绝；
- 如果断路器状态为打开，则尝试转换状态为半开；
状态转为半开会重置(retry)一个超时时间，如果在这个时间内请求成功，则断路器关闭。反之打开；
断路器打开的条件根据 熔断策略 去配置，有：慢比例调用、异常比例、异常数；
断路器打开的条件如下：
- 慢比例调用：统计时间内请求数大于最小请求数 + 慢调用(响应时间大于RT)比例大于阈值；
- 异常比例：统计时间内请求数大于最小请求数 + 请求异常的比例大于阈值；
- 异常数：统计时间内的异常数目超过阈值；

5. 统计槽 StatisticSlot：

统计槽的实现与其他槽不一样，它先调用 fireEntry() 方法执行后续槽，再进行统计；
它主要统计的是两个核心指标：增加线程数 和 请求通过数；
Sentinel 使用的是滑动窗口算法来统计单位时间内的请求数；
简单来说就是用一个环形数组，数组元素表示单位时间内的请求统计量，随单位时间循环遍历数组；
具体实现来看是使用一个 ArrayMetric 指标数组，里面有个 LeapArray 环形数组， ArrayMetric 指标数组 里的所有方法都是操作 LeapArray 环形数组 的；
LeapArray 环形数组 里的元素是 WindowWrap 窗口包装类，也就是我们说的窗口，包装类包装的是 MetricBucket 指标桶；
每个 MetricBucket 指标桶 统计的是单位时间内的请求成功、失败、异常、响应时长等指标数据，指标数据存储在 LongAdder[] 数组里；
LongAdder 对象是 JDK1.8 新增的类，用于在高并发场景下代替 AtomicLong，以用空间换时间的方式降低了 CAS 失败的概率，从而提高性能；
(AtomicLong 的高并发性能问题：使用 CAS 算法，过多线程同时竞争同一个变量，大量线程会竞争失败，处于自旋状态消耗性能。LongAdder 内部维护一个 Cells 数组，把一个变量分解为多个变量，避免大量线程同时失效)；
（总结来说 LongAdder 比 AtomicLong 的有几处优化：使用Cells数组分解变量、获取资源失败时尝试获取其他原子变量的锁而不是自旋 CAS 重试、Cells 数组占用内存较大-使用惰性加载）