Java工程师手册

01.面向对象

什么是面向对象

面向对象和面向过程

• 面向过程： 面向对象的概念是相对于面向过程的。我们这边解释一下什么是面向对象，什么是面向过程。其实程序设计开始的过程中并没有面向对象的概念，只有面向过程的概念。面向过程很好理解的，就是程序员接到需求的时候，把所有的功能拆成一个一个的命令，然后通过串起来执行的方式交给计算机去执行。用面向过程的玩法实现的功能一般都是一系列的函数，然后用串行的过程来实现的。 然后如果遇到需求变更的时候程序员就必须把原来的系统通读一遍，然后找出可用的函数（没有的话就写一个），之后再次调用它们，这样会导致系统越来越难以管理。
• 面向对象： 面向对象抛弃了函数，把对象作为程序的基本单元。对象就是对事物的一种抽象描述。面向对象的世界中都到都是对象。对象不仅仅有数字和能力，还能接受命令。面向对象的三大特性：继承、封装、多态。

面向对象的三大基本特征和五大基本原则

• 面向的对象的三大基本特性是：封装、集成和多态。
• 面向对象的五大基本原则是：单一职责原则、开放封闭原则、替换原则、依赖原则、接口分离原则。

平台无关性

Java如何实现的平台无关

JVM还支持哪些语言

值传递（值传递、引用传递）

为什么说 Java 中只有值传递

封装、继承、多态

什么是多态、方法重写与重载

Java 的继承与实现

构造函数与默认构造函数

类变量、成员变量和局部变量

成员变量和方法作用域

02. Java 基础知识

基本数据类型

8种基本数据类型：整型、浮点型、布尔型、字符型

整型中 byte、short、int、long 的取值范围

什么是浮点型？什么是单精度和双精度？为什么不能用浮点型表示金额？

自动拆装箱

什么是包装类型、什么是基本类型、什么是自动拆装箱

Integer 的缓存机制

String字符串的不可变性

JDK 6 和 JDK 7 中 substring 的原理及区别、

replaceFirst、replaceAll、replace 区别、

String 对“+”的重载、字符串拼接的几种方式和区别

String.valueOf 和 Integer.toString 的区别、

switch 对 String 的支持

字符串池、常量池（运行时常量池、Class 常量池）、intern

熟悉 Java 中各种关键字transient、instanceof、final、static、volatile、synchronized、const 原理及用法

集合类:常用集合类的使用、ArrayList 和 LinkedList 和 Vector 的区别 、SynchronizedList 和 Vector 的区别、HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap 区别

Set 和 List 区别？Set 如何保证元素不重复？

Java 8 中 stream 相关用法、apache 集合处理工具类的使用、不同版本的 JDK 中 HashMap 的实现的区别以及原因

Collection 和 Collections 区别

Arrays.asList 获得的 List 使用时需要注意什么

Enumeration 和 Iterator 区别

fail-fast 和 fail-safe

CopyOnWriteArrayList、ConcurrentSkipListMap

枚举：枚举的用法、枚举的实现、枚举与单例、Enum 类

Java 枚举如何比较

Switch 对枚举的支持

枚举的序列化如何实现

枚举的线程安全性问题

IO：字符流、字节流、输入流、输出流、

同步、异步、阻塞、非阻塞、Linux 5 种 IO 模型

BIO、NIO 和 AIO 的区别、三种 IO 的用法与原理、netty

反射：反射与工厂模式、反射有什么用

Class 类、java.lang.reflect.*

动态代理：静态代理、动态代理

动态代理和反射的关系

动态代理的几种实现方式

AOP

序列化：什么是序列化与反序列化、为什么序列化、序列化底层原理、序列化与单例模式、protobuf、为什么说序列化并不安全

注解

元注解、自定义注解、Java 中常用注解使用、注解与反射的结合

Spring 常用注解

JMS：什么是 Java 消息服务、JMS 消息传送模型

JMX：java.lang.management.、 javax.management.

泛型：泛型与继承、类型擦除、泛型中 KTVE? Object 等的含义、泛型各种用法

限定通配符和非限定通配符、上下界限定符 extends 和 super

List 和原始类型 List 之间的区别?

List<?> 和 List 之间的区别是什么?

单元测试：junit、mock、mockito、内存数据库（h2）

正则表达式：java.lang.util.regex.*

常用的 Java 工具库：commons.lang、commons.*…、 guava-libraries、 netty

API & SPI**API、API 和 SPI 的关系和区别

如何定义 SPI、SPI 的实现原理

异常：异常类型、正确处理异常、自定义异常

Error 和 Exception

异常链、try-with-resources

finally 和 return 的执行顺序

时间处理：时区、冬令时和夏令时、时间戳、Java 中时间 API

格林威治时间、CET,UTC,GMT,CST 几种常见时间的含义和关系

SimpleDateFormat 的线程安全性问题

Java 8 中的时间处理

如何在东八区的计算机上获取美国时间

编码方式：Unicode、有了 Unicode 为啥还需要 UTF-8

GBK、GB2312、GB18030 之间的区别

UTF8、UTF16、UTF32 区别

URL 编解码、Big Endian 和 Little Endian

如何解决乱码问题

语法糖：Java 中语法糖原理、解语法糖

语法糖：switch 支持 String 与枚举、泛型、自动装箱与拆箱、方法变长参数、枚举、内部类、条件编译、 断言、数值字面量、for-each、try-with-resource、Lambda 表达式

03.阅读源代码

String、Integer、Long、Enum、

BigDecimal、ThreadLocal、ClassLoader & URLClassLoader、

ArrayList & LinkedList、

HashMap & LinkedHashMap & TreeMap & CouncurrentHashMap、HashSet & LinkedHashSet & TreeSet

04.Java并发编程、并发与并行

什么是并发、什么是并行

并发与并行的区别

什么是线程，与进程的区别**

线程的实现、线程的状态、优先级、线程调度、创建线程的多种方式、守护线程

线程与进程的区别

线程池：自己设计线程池、submit() 和 execute()、线程池原理

为什么不允许使用 Executors 创建线程池

线程安全：死锁、死锁如何排查、线程安全和内存模型的关系

锁：CAS、乐观锁与悲观锁、数据库相关锁机制、分布式锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁、monitor、

锁优化、锁消除、锁粗化、自旋锁、可重入锁、阻塞锁、死锁

死锁：什么是死锁

死锁如何解决

synchronized：synchronized 是如何实现的？

synchronized 和 lock 之间关系、不使用 synchronized 如何实现一个线程安全的单例

Synchronized 和原子性、可见性和有序性之间的关系

volatile、happens-before、内存屏障、编译器指令重排和 CPU 指令重

volatile 的实现原理

Volatile 和原子性、可见性和有序性之间的关系

有了 symchronized 为什么还需要 volatile

sleep 和 wait

wait 和 notify

notify 和 notifyAll**

ThreadLocal

写一个死锁的程序

写代码来解决生产者消费者问题

并方包

Thread、Runnable、Callable、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Atomic*、Semaphore、CountDownLatch、ConcurrentHashMap、Executors

2.底层篇

01.JVM：JVM内存结构、class 文件格式、运行时数据区：堆、栈、方法区、直接内存、运行时常量池

堆和栈区别

Java 中的对象一定在堆上分配吗？

Java 内存模型

计算机内存模型、缓存一致性、MESI 协议

可见性、原子性、顺序性、happens-before、

内存屏障、synchronized、volatile、final、锁

垃圾回收——GC 算法：标记清除、引用计数、复制、标记压缩、分代回收、增量式回收

GC 参数、对象存活的判定、垃圾收集器（CMS、G1、ZGC、Epsilon）

JVM 参数及调优 -Xmx、-Xmn、-Xms、Xss、-XX:SurvivorRatio、

-XX:PermSize、-XX:MaxPermSize、-XX:MaxTenuringThreshold

Java 对象模型：oop-klass、对象头

HotSpot：即时编译器、编译优化

虚拟机性能监控与故障处理工具：jps, jstack, jmap, jstat, jconsole, jinfo, jhat, javap, btrace, TProfiler

Arthas

02.类加载机制

classLoader、类加载过程、双亲委派（破坏双亲委派）、模块化（jboss modules、osgi、jigsaw）

03.编译与反编译

什么是编译（前端编译、后端编译）、什么是反编译

JIT、JIT 优化（逃逸分析、栈上分配、标量替换、锁优化）

编译工具：javac

反编译工具：javap 、jad 、CRF

3.进阶篇

01.Java底层知识:字节码、class 文件格式

CPU 缓存，L1，L2，L3 和伪共享

尾递归

位运算

用位运算实现加、减、乘、除、取余

02.设计模式-设计模式的六大原则:

开闭原则（Open Close Principle）

里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）

依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）

接口隔离原则（Interface Segregation Principle）

迪米特法则（最少知道原则）（Demeter Principle）

合成复用原则（Composite Reuse Principle）

了解23种设计模式

创建型模式：单例模式、抽象工厂模式、建造者模式、工厂模式、原型模式。

结构型模式：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。

行为型模式：模版方法模式、命令模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式（Interpreter 模式）、状态模式、策略模式、职责链模式(责任链模式)、访问者模式。

会使用常用设计模式

单例的七种写法：懒汉——线程不安全、懒汉——线程安全、饿汉、饿汉——变种、静态内部类、枚举、双重校验锁

工厂模式、适配器模式、策略模式、模板方法模式、观察者模式、外观模式、代理模式等必会

不用 synchronized 和 lock，实现线程安全的单例模式

实现 AOP

实现 IOC

nio 和 reactor 设计模式

03.网络编程知识: tcp、udp、http、https 等常用协议

三次握手与四次关闭、流量控制和拥塞控制、OSI 七层模型、tcp 粘包与拆包

http/1.0 http/1.1 http/2 之前的区别

http 中 get 和 post 区别

常见的 web 请求返回的状态码

404、302、301、500分别代表什么

http/3

Java RMI，Socket，HttpClient

cookie 与 session

cookie 被禁用，如何实现 session

用 Java 写一个简单的静态文件的 HTTP 服务器

了解 nginx 和 apache 服务器的特性并搭建一个对应的服务器

用 Java 实现 FTP、SMTP 协议

进程间通讯的方式

什么是 CDN？如果实现？

DNS

什么是 DNS 、记录类型: A 记录、CNAME 记录、AAAA 记录等

域名解析、根域名服务器

DNS 污染、DNS 劫持、公共 DNS：114 DNS、Google DNS、OpenDNS

反向代理

正向代理、反向代理

反向代理服务器

04.框架知识：Servlet

生命周期

线程安全问题

filter 和 listener

web.xml 中常用配置及作用

Hibernate

什么是 OR Mapping

Hibernate 的懒加载

Hibernate 的缓存机制

Hibernate / Ibatis / MyBatis 之间的区别

Spring

Bean 的初始化

AOP 原理

实现 Spring 的IOC

Spring 四种依赖注入方式

Spring MVC

什么是 MVC

Spring mvc 与 Struts mvc 的区别

Spring Boot

Spring Boot 2.0、起步依赖、自动配置、

Spring Boot 的 starter 原理，自己实现一个 starter

Spring Security

Spring Cloud

服务发现与注册：Eureka、Zookeeper、Consul

负载均衡：Feign、Spring Cloud Loadbalance

服务配置：Spring Cloud Config

服务限流与熔断：Hystrix

服务链路追踪：Dapper

服务网关、安全、消息

05.应用服务器知识

JBoss

tomcat

jetty

Weblogic

06.工具

git & svn

maven & gradle

Intellij IDEA

常用插件：Maven Helper 、FindBugs-IDEA、阿里巴巴代码规约检测、GsonFormat

Lombok plugin、.ignore、Mybatis plugin

4.高级篇

01.新技术

Java 8

lambda 表达式、Stream API、时间 API

Java 9

Jigsaw、Jshell、Reactive Streams

Java 10

局部变量类型推断、G1 的并行 Full GC、ThreadLocal 握手机制

Java 11

ZGC、Epsilon、增强 var

Spring 5

响应式编程

Spring Boot 2.0

HTTP/2

HTTP/3

02.性能优化

使用单例、使用 Future 模式、使用线程池

选择就绪、减少上下文切换、减少锁粒度、数据压缩、结果缓存

03.线上问题分析

dump 获取

线程 Dump、内存 Dump、gc 情况

dump 分析

分析死锁、分析内存泄露

dump 分析及获取工具

jstack、jstat、jmap、jhat、Arthas

自己编写各种 outofmemory，stackoverflow 程序

HeapOutOfMemory、 Young OutOfMemory、MethodArea OutOfMemory、ConstantPool OutOfMemory、

DirectMemory OutOfMemory、Stack OutOfMemory Stack OverFlow

Arthas

jvm 相关、class/classloader 相关、monitor/watch/trace 相关、

Options、管道、后台异步任务

— 文档：https://alibaba.github.io/arthas/advanced-use.html

常见问题解决思路

内存溢出、线程死锁、类加载冲突

使用工具尝试解决以下问题，并写下总结

当一个 Java 程序响应很慢时如何查找问题

当一个 Java 程序频繁 FullGC 时如何解决问题

如何查看垃圾回收日志

当一个 Java 应用发生 OutOfMemory 时该如何解决

如何判断是否出现死锁

如何判断是否存在内存泄露

使用 Arthas 快速排查 Spring Boot 应用404/401问题

使用 Arthas 排查线上应用日志打满问题

利用 Arthas 排查 Spring Boot 应用 NoSuchMethodError

04.编译原理知识

编译与反编译

Java 代码的编译与反编译

Java 的反编译工具

javap 、jad 、CRF

即时编译器

编译过程

词法分析，语法分析（LL 算法，递归下降算法，LR 算法）

语义分析，运行时环境，中间代码，代码生成，代码优化

05.操作系统知识

Linux 的常用命令

进程间通信

进程同步

生产者消费者问题、哲学家就餐问题、读者写者问题

缓冲区溢出

分段和分页

虚拟内存与主存

虚拟内存管理

换页算法

06.数据库知识

MySQL 执行引擎

MySQL 执行计划

如何查看执行计划，如何根据执行计划进行 SQL 优化

索引

Hash 索引、B 树索引（B+树、和B树、R树）

普通索引、唯一索引

覆盖索引、最左前缀原则、索引下推

SQL 优化

数据库事务和隔离级别

事务的隔离级别、事务能不能实现锁的功能

数据库锁

行锁、表锁、使用数据库锁实现乐观锁、

连接

内连接，左连接，右连接

数据库主备搭建

binlog

redolog

内存数据库

h2

分库分表

读写分离

常用的 NoSql 数据库

redis、memcached

分别使用数据库锁、NoSql 实现分布式锁

性能调优

数据库连接池

07.数据结构与算法知识

简单的数据结构

栈、队列、链表、数组、哈希表、

栈和队列的相同和不同之处

栈通常采用的两种存储结构

树

二叉树、字典树、平衡树、排序树、

B树、B+ 树、R 树、多路树、红黑树

堆

大根堆、小根堆

图

有向图、无向图、拓扑

排序算法

稳定的排序：冒泡排序、插入排序、鸡尾酒排序、桶排序、计数排序、归并排序、原地归并排序、二叉排序树排序、鸽巢排序、基数排序、侏儒排序、图书馆排序、块排序

不稳定的排序：选择排序、希尔排序、Clover 排序算法、梳排序、堆排序、平滑排序、快速排序、内省排序、耐心排序

各种排序算法和时间复杂度

两个栈实现队列，和两个队列实现栈

深度优先和广度优先搜索

全排列、贪心算法、KMP 算法、hash 算法

海量数据处理

分治，hash 映射，堆排序，双层桶划分，Bloom Filter，bitmap，数据库索引，mapreduce 等。

08.大数据知识

Zookeeper

基本概念、常见用法

Solr，Lucene，ElasticSearch

在 linux 上部署 solr，solrcloud，新增、删除、查询索引

Storm，流式计算，了解 Spark，S4

在 linux 上部署 storm，用 zookeeper 做协调，运行 storm hello world，local 和 remote 模式运行调试 storm topology。

Hadoop，离线计算

HDFS、MapReduce

分布式日志收集 flume，kafka，logstash

数据挖掘，mahout

09.网络安全知识

XSS

XSS 的防御

CSRF

注入攻击

SQL 注入、XML 注入、CRLF 注入

文件上传漏洞

加密与解密

对称加密、非对称加密、哈希算法、加盐哈希算法

MD5，SHA1、DES、AES、RSA、DSA

彩虹表

DDOS攻击

DOS 攻击、DDOS 攻击

memcached 为什么可以导致 DDos 攻击、什么是反射型 DDoS

如何通过 Hash 碰撞进行 DOS 攻击

SSL、TLS，HTTPS

用 openssl 签一个证书部署到 apache 或 nginx

5.架构篇

01.分布式

数据一致性、服务治理、服务降级

分布式事务

2PC、3PC、CAP、BASE、 可靠消息最终一致性、最大努力通知、TCC

Dubbo

服务注册、服务发现，服务治理 http://dubbo.apache.org/zh-cn/

分布式数据库

怎样打造一个分布式数据库、什么时候需要分布式数据库、

mycat、otter、HBase

分布式文件系统

mfs、fastdfs

分布式缓存

缓存一致性、缓存命中率、缓存冗余

限流降级

Hystrix、Sentinal

算法

共识算法、Raft 协议、Paxos 算法与 Raft 算法、

拜占庭问题与算法、2PC、3PC

02.微服务

SOA、康威定律

ServiceMesh

sidecar

Docker & Kubernets

Spring Boot

Spring Cloud

03.高并发

分库分表

CDN 技术

消息队列

ActiveMQ

04.监控

监控什么

CPU、内存、磁盘 I/O、网络 I/O 等

监控手段

进程监控、语义监控、机器资源监控、数据波动

监控数据采集

日志、埋点

Dapper

05.负载均衡

tomcat 负载均衡、Nginx 负载均衡

四层负载均衡、七层负载均衡

06.DNS

DNS 原理、DNS 的设计

07.CDN数据一致性

6.扩展篇

01.云计算

IaaS、SaaS、PaaS、虚拟化技术、openstack、Serverlsess

02.搜索引擎Solr、Lucene、Nutch、Elasticsearch

03.权限管理Shiro

04.区块链

哈希算法、Merkle 树、公钥密码算法、共识算法、

Raft 协议、Paxos 算法与 Raft 算法、拜占庭问题与算法、消息认证码与数字签名

比特币

挖矿、共识机制、闪电网络、侧链、热点问题、分叉

以太坊

超级账

05.人工智能

数学基础、机器学习、人工神经网络、深度学习、应用场景。

常用框架

TensorFlow、DeepLearning4J

06.loT

07.量子计算

08.AR & VR

09.其他语言

Groovy、Python、Go、NodeJs、Swift、Rust

7.推荐书籍

• 《深入理解 Java 虚拟机》
• 《Effective Java》
• 《深入分析 Java Web 技术内幕》
• 《大型网站技术架构》
• 《代码整洁之道》
• 《架构整洁之道》
• 《Head First 设计模式》
• 《maven 实战》
• 《区块链原理、设计与应用》
• 《Java 并发编程实战》
• 《鸟哥的 Linux 私房菜》
• 《从Paxos 到 Zookeeper》
• 《架构即未来》