开源中国 Java开发 二面 面经

1. 深入聊聊你的项目，从架构设计到技术选型的考虑 (30min)

项目背景和规模：

我负责的抽奖系统是为电商平台设计的营销工具，主要用于节日促销、新品推广等场景。系统上线后日均抽奖10万次，高峰期每秒1500次请求。注册用户50万，活跃用户5万左右。

架构演进过程：

最初是单体架构，所有功能在一个项目中。随着业务增长，出现了性能瓶颈和维护困难。我们进行了微服务改造，拆分为用户服务、活动服务、抽奖服务、奖品服务四个核心服务。

用户服务负责用户认证、权限管理、用户信息维护。活动服务负责活动的创建、配置、状态管理。抽奖服务是核心，负责抽奖逻辑、概率计算、库存扣减。奖品服务负责奖品管理、发放、物流对接。

技术选型考虑：

选择Spring Cloud作为微服务框架，因为它生态完善，社区活跃，团队熟悉。使用Nacos做注册中心和配置中心，相比Eureka更轻量，支持配置动态刷新。

数据库选择MySQL，因为抽奖数据需要强一致性，而且团队对MySQL运维经验丰富。使用主从复制实现读写分离，提高查询性能。

缓存选择Redis，用于存储活动配置、奖品库存、用户抽奖次数。Redis的高性能和丰富的数据结构非常适合这个场景。

消息队列选择RabbitMQ，用于异步处理中奖通知、奖品发放。选择RabbitMQ而不是Kafka，是因为我们的消息量不是特别大，更看重消息的可靠性和灵活的路由规则。

核心技术难点：

第一个难点是高并发下的库存扣减。我们使用Redis的Lua脚本保证原子性，避免超卖。使用分布式锁防止重复抽奖。使用限流算法控制请求速率，保护系统。

第二个难点是概率算法的设计。要支持灵活的概率配置，保证概率的准确性，还要考虑性能。我们使用区间映射法，预先计算好概率区间，抽奖时只需要生成随机数判断落在哪个区间。

第三个难点是数据一致性。Redis和数据库的数据要保持一致，异步任务失败要有补偿机制。我们使用最终一致性方案，配合定时对账和人工介入。

性能优化措施：

使用多级缓存，本地缓存加Redis缓存，减少网络IO。活动配置使用本地缓存，设置1分钟过期，大部分请求不需要访问Redis。

使用异步处理，抽奖成功后立即返回，中奖记录异步保存。使用消息队列削峰填谷，平滑处理高并发请求。

数据库优化，使用索引加速查询，使用分表减少单表数据量。中奖记录按月分表，历史数据归档到冷存储。

使用连接池复用连接，减少连接建立开销。使用线程池处理任务，避免频繁创建销毁线程。

监控和运维：

使用Prometheus采集指标，Grafana展示监控面板。监控QPS、响应时间、错误率、库存数量等关键指标。

使用Skywalking做链路追踪，快速定位性能瓶颈。使用ELK收集日志，分析用户行为和系统问题。

设置告警规则，异常时通过钉钉、短信通知。制定应急预案，系统故障时快速响应。

项目成果：

优化后系统可以稳定支持每秒1500次抽奖请求，响应时间在100毫秒以内。系统可用性达到99.9%以上，没有出现过超卖问题。用户反馈体验流畅，活动转化率提升了20%。

2. Redis的数据结构底层实现，跳表的原理

Redis数据结构：

Redis有五种基本数据结构，每种都有不同的底层实现。String底层是SDS简单动态字符串。List底层是quicklist，结合了ziplist和linkedlist。Hash底层是ziplist或hashtable。Set底层是intset或hashtable。Sorted Set底层是ziplist或skiplist加hashtable。

SDS简单动态字符串：

SDS不是C语言的字符串，而是自己实现的数据结构。它包含长度、剩余空间、字符数组三个字段。

SDS的优点是获取长度是O(1)，不需要遍历。预分配空间，减少内存重分配次数。二进制安全，可以存储任意数据。

跳表原理：

跳表是Sorted Set的底层实现之一，用于有序集合。它是一种多层链表结构，通过索引层加速查找。

最底层是完整的有序链表，包含所有元素。上层是索引层，每层的元素数量是下层的一半左右。查找时从最高层开始，找到区间后下降到下一层，直到找到目标元素。

跳表的查找、插入、删除时间复杂度都是O(log n)，和平衡树相当。但跳表实现更简单，而且支持范围查询。

跳表的插入：

插入元素时，先在最底层找到插入位置，插入元素。然后随机决定是否在上层也插入索引，概率是50%。这样保证了跳表的平衡性。

随机层数的期望是log n，所以跳表的高度是log n。空间复杂度是O(n)，因为索引层的元素总数是n + n/2 + n/4 + ... ≈ 2n。

为什么用跳表而不是红黑树：

第一是实现简单，跳表的代码比红黑树简单很多，容易理解和维护。

第二是支持范围查询，跳表可以方便地遍历一个范围内的元素。红黑树需要中序遍历，相对复杂。

第三是内存局部性好，跳表的节点在内存中相对连续，缓存友好。红黑树的节点分散，缓存命中率低。

第四是并发性能好，跳表可以用CAS实现无锁并发，红黑树需要复杂的锁机制。

ziplist压缩列表：

ziplist是一种紧凑的数据结构，用于节省内存。它是一段连续的内存，每个元素包含前一个元素的长度、编码类型、数据。

ziplist适合元素数量少、元素大小小的场景。当元素数量或大小超过阈值，会转换为其他数据结构。

ziplist的缺点是插入删除需要移动元素，时间复杂度O(n)。而且可能触发连锁更新，影响性能。

3. JVM的垃圾回收器，G1和ZGC的区别

垃圾回收器演进：

Java的垃圾回收器经历了多代演进。Serial是单线程收集器，适合单核CPU。Parallel是多线程收集器，注重吞吐量。CMS是并发收集器，追求低停顿。G1是分区收集器，可预测停顿。ZGC是低延迟收集器，停顿时间在10毫秒以内。

G1收集器：

G1把堆划分为多个大小相等的Region，每个Region可以是Eden、Survivor、Old、Humongous区。大对象直接分配到Humongous区。

G1的回收过程分为四个阶段。初始标记标记GC Roots直接关联的对象，需要短暂停顿。并发标记从GC Roots遍历对象图，和应用程序并发执行。最终标记处理并发标记期间的变化，需要短暂停顿。筛选回收根据停顿时间目标，选择回收价值最大的Region进行回收。

G1的优点是可以设置停顿时间目标，比如200毫秒。G1会尽量在这个时间内完成回收。而且没有内存碎片问题，使用复制算法整理内存。

G1适合大堆内存场景，比如几十GB的堆。对于小堆内存，G1的开销反而更大。

ZGC收集器：

ZGC是JDK 11引入的低延迟收集器，目标是停顿时间不超过10毫秒，支持TB级别的堆。

ZGC使用染色指针技术，在指针中存储对象的状态信息。通过读屏障，在访问对象时检查状态，必要时进行处理。

ZGC的回收过程几乎全部并发执行，只有初始标记和最终标记需要短暂停顿。而且停顿时间不随堆大小增加，无论堆多大，停顿时间都在10毫秒以内。

ZGC使用内存多重映射技术，同一块物理内存映射到多个虚拟地址。通过切换映射，实现并发的内存整理。

G1 vs ZGC：

停顿时间方面，G1的停顿时间在几十到几百毫秒，ZGC在10毫秒以内。ZGC的停顿时间更短，更稳定。

吞吐量方面，G1的吞吐量更高，ZGC为了低延迟牺牲了一些吞吐量。

内存开销方面，ZGC的内存开销更大，需要额外的内存存储元数据。

适用场景方面，G1适合对停顿时间要求不是特别高的场景。ZGC适合对延迟敏感的场景，比如交易系统、实时系统。

选择建议：

JDK 8推荐使用G1，设置合理的停顿时间目标。JDK 11及以上，如果对延迟要求高，可以使用ZGC。

要根据实际情况测试，不同的应用特点不同，适合的收集器也不同。要监控GC日志，分析GC频率和停顿时间，调整参数。

4. 分布式事务的实现方案，Seata的AT模式原理

分布式事务问题：

在微服务架构中，一个业务操作可能涉及多个服务，每个服务有自己的数据库。如何保证这些操作要么全部成功，要么全部失败，这就是分布式事务问题。

常见解决方案：

两阶段提交2PC是传统方案，但性能差，而且存在单点故障。TCC方案性能好，但开发成本高，需要实现Try、Confirm、Cancel三个方