Java高级技术知识点

一、 JVM 深度调优与原理

1. 内存模型详解
   • 堆结构细分： Eden, S0/S1, Old, MetaSpace (JDK8+) 的作用与对象流转。
   • 直接内存 (Off-Heap)： ByteBuffer.allocateDirect() 的原理、使用场景（Netty, 大数据）及溢出风险。
   • 逃逸分析： JIT 如何利用它进行栈上分配、标量替换、锁消除？
2. 垃圾收集器进阶
   • CMS vs G1 vs ZGC/Shenandoah： 工作流程、停顿时间目标、适用场景对比。
   • 低延迟收集器 (ZGC/Shenandoah)： 如何实现亚毫秒级停顿？读屏障、染色指针等技术原理。
   • GC 调优实战： 如何根据应用特点（吞吐量优先/低延迟）选择并配置 GC？分析 gc.log 工具 (GCViewer, GCEasy)。
3. 类加载机制深入
   • 自定义类加载器： 实现步骤（继承 ClassLoader，重写 findClass）、应用场景（热部署、模块隔离、加密解密）。
   • 打破双亲委派： SPI 机制（如 JDBC）如何打破？Tomcat 的类加载器结构设计。
   • 模块化 (JPMS)： module-info.java 的作用，模块路径 vs 类路径，强封装性带来的影响。

二、 高并发与多线程精要

1. Java 内存模型 (JMM)
   • Happens-Before 原则： 编译器/处理器重排序规则，volatile、synchronized、final 如何建立 HB 关系。
   • 指令重排序与内存屏障： volatile 写/读插入的屏障类型（StoreStore, StoreLoad, LoadLoad, LoadStore）。
2. 并发工具库 (java.util.concurrent) 高级用法
   • AQS (AbstractQueuedSynchronizer) 原理： 核心数据结构（CLH 队列）、acquire/release 流程。ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch 如何基于 AQS 实现？
   • 并发容器详解：
     • ConcurrentHashMap JDK8 优化：摒弃分段锁，使用 CAS + synchronized + 红黑树。
     • CopyOnWriteArrayList 适用场景与写时复制开销。
     • ConcurrentSkipListMap/Set 原理（跳表）。
   • CompletableFuture 异步编程： 链式调用 (thenApply, thenAccept, thenCombine)、组合 (allOf, anyOf)、异常处理 (exceptionally, handle)。
3. 线程池深度优化
   • 合理配置参数： CPU 密集型 vs IO 密集型任务的核心线程数设置。
   • 监控与调优： 如何获取线程池运行时指标（队列积压、活跃线程数）？动态调整参数方案。
   • 规避风险： 线程池死锁、任务堆积 OOM、ThreadLocal 内存泄漏。
4. 无锁编程 (Lock-Free)
   • CAS (Compare-And-Swap) 原理与局限： ABA 问题及解决方案（版本号 AtomicStampedReference）。
   • LongAdder vs AtomicLong： 高并发写场景下为何 LongAdder 性能更优？（分散热点思想）。

三、 Java 新特性与范式演进

1. Project Loom (纤程/虚拟线程 - JDK19+)
   • 核心价值： 解决什么问题（高吞吐、低资源消耗的并发）？
   • 虚拟线程 (VirtualThread)： 与传统线程 (PlatformThread) 的区别？如何创建和使用 (Thread.startVirtualThread(), ExecutorService.newVirtualThreadPerTaskExecutor())？
   • 结构化并发 (Structured Concurrency - JDK21)： 如何简化多线程任务的生命周期管理？
2. Record 类 (JDK16+)
   • 自动生成构造器、getter、equals()、hashCode()、toString()。
   • 设计意图：透明数据载体，简化 POJO 定义。与 Lombok 的异同？
3. 模式匹配
   • instanceof 模式匹配 (JDK16+)： 简化类型检查和转换。
   • switch 表达式 (JDK14+) 和模式匹配 (JDK17 Preview, JDK21 正式)：

     // JDK17+ 模式匹配 switch (预览特性演进中)
     Object obj = ...;
     String formatted = switch (obj) {case Integer i -> String.format("int %d", i);case Long l    -> String.format("long %d", l);case Double d  -> String.format("double %f", d);case String s  -> String.format("String %s", s);case null, default -> "Unknown";
     };
     

4. 密封类 (Sealed Classes - JDK17+)
   • 限制哪些类可以继承或实现某个类/接口 (permits 关键字)。
   • 增强领域建模能力和模式匹配安全性。

四、 性能优化与诊断利器

1. 基准测试 (JMH)
   • 为什么不能用 System.currentTimeMillis() 做微基准测试？JIT 预热、死码消除问题。
   • JMH 基本注解 (@Benchmark, @Warmup, @Measurement, @State, @Fork) 的使用。
2. Profiling 工具
   • jvisualvm / JConsole： 基础监控（堆、线程、CPU）。
   • async-profiler： 低开销的 CPU/Allocation/Memory Profiler，火焰图分析。
   • Java Flight Recorder (JFR) + JDK Mission Control (JMC)： 生产级低开销诊断，记录 JVM 和应用程序的详细事件。
3. 内存分析
   • jmap + jhat / Eclipse MAT： 生成并分析堆转储 (Heap Dump)，定位内存泄漏对象和引用链。
   • jcmd： 强大的综合诊断命令（GC.heap_dump, JFR.start 等）。
4. 线上问题诊断 (Troubleshooting)
   • CPU 飙高： top -Hp + jstack 定位线程栈；async-profiler 火焰图。
   • 频繁 Full GC： 分析 GC 日志，检查内存泄漏或配置不当。
   • 死锁： jstack 检测死锁信息。
   • OOM： 获取堆转储并分析。

五、 框架与生态进阶

1. Spring 框架深度
   • Spring AOP 原理： JDK 动态代理 vs CGLIB 字节码增强。如何选择？@Aspect 注解解析流程。
   • Spring 事务传播机制 (PROPAGATION_REQUIRED, REQUIRES_NEW 等)： 源码层面如何实现？嵌套事务的本质。
   • Spring Boot 自动配置 (@EnableAutoConfiguration)： spring.factories 机制、条件注解 (@ConditionalOnClass 等)。
   • Spring Reactive (WebFlux)： Reactor 编程模型（Mono, Flux）、背压处理、与传统 Servlet 阻塞模型的对比。
2. ORM (Hibernate/JPA) 高级特性
   • 一级缓存 (Session) / 二级缓存 (SessionFactory)： 作用域、失效策略、与查询缓存的关系。
   • 延迟加载 (Lazy Loading) 原理与 N+1 问题解决方案： @BatchSize, JOIN FETCH。
   • 乐观锁 (@Version) 实现机制。
3. 分布式系统基石
   • 分布式事务： CAP/BASE 理论、2PC/3PC、TCC、Saga、最终一致性方案、Seata 框架原理。
   • 分布式锁实现： Redis (SETNX + Lua)、Zookeeper (临时顺序节点)、数据库 (唯一索引)。
   • RPC 框架 (Dubbo, gRPC)： 核心原理（动态代理、网络通信、序列化、服务发现、负载均衡）。
4. 微服务与云原生
   • 服务网格 (Service Mesh - Istio, Linkerd)： Sidecar 模式，解耦服务治理逻辑。
   • Java 云原生优化： 减少启动时间（AppCDS, GraalVM Native Image）、降低内存占用（优化依赖、JVM 参数调优）、适应弹性伸缩。
   • 可观测性 (Observability)： 分布式链路追踪 (Jaeger/Zipkin/SkyWalking)、集中式日志 (ELK/Splunk)、指标监控 (Prometheus/Grafana) 在 Java 应用中的集成。

六、 设计模式与架构思想

1. 设计模式深层理解与应用场景
   • 创建型： 工厂方法 vs 抽象工厂、建造者模式 (解决构造参数过多)、原型模式 (深拷贝/浅拷贝)。
   • 结构型： 适配器 (统一接口)、装饰器 (动态增强)、代理 (控制访问 - 静态/动态)。
   • 行为型： 策略模式 (算法替换)、责任链 (过滤器链)、观察者 (事件驱动)、模板方法 (流程骨架)。
   • 如何避免过度设计？模式组合应用。
2. DDD (领域驱动设计) 核心概念
   • 限界上下文 (Bounded Context)： 划分微服务边界的关键。
   • 实体 (Entity) / 值对象 (Value Object) / 聚合根 (Aggregate Root)： 如何识别与建模？
   • 领域事件 (Domain Event)： 实现跨聚合/限界上下文通信。
   • 六边形架构 (Hexagonal) / 整洁架构 (Clean Architecture)： 分层与依赖关系。
3. 响应式编程 (Reactive Programming)
   • 核心思想：异步非阻塞、数据流 (Stream)、背压 (Backpressure)。
   • Reactor / RxJava： Publisher/Subscriber 模型，操作符 (map, flatMap, filter, reduce)。