java面試考點解析(4)：面向對象思想、系統架構設計

-------------------------------   1、面向對象思想  -------------------------------  

一、面向對象的特徵有哪些方面？
答：面向對象的特徵主要有如下幾個方面：
- 抽象：抽象是將一類對象的共同特徵總結出來構造類的過程，包括數據抽象和行爲抽象兩方面。抽象只關注對象有哪些屬性和行爲，並不關注這些行爲的細節是什麼。
- 繼承：繼承是從已有類獲得繼承信息建立新類的過程。提供繼承信息的類被稱爲父類（超類、基類）；獲得繼承信息的類被稱爲子類（派生類）。繼承讓變化中的軟件系統有了必定的延續性，同時繼承也是封裝程序中可變因素的重要手段（若是不能理解請閱讀閻宏博士的《Java與模式》或《設計模式精解》中關於橋樑模式的部分）。
- 封裝：一般認爲封裝是把數據和操做數據的方法綁定起來，對數據的訪問只能經過已定義的接口。面向對象的本質就是將現實世界描繪成一系列徹底自治、封閉的對象。咱們在類中編寫的方法就是對實現細節的一種封裝；咱們編寫一個類就是對數據和數據操做的封裝。能夠說，封裝就是隱藏一切可隱藏的東西，只向外界提供最簡單的編程接口（能夠想一想普通洗衣機和全自動洗衣機的差異，明顯全自動洗衣機封裝更好所以操做起來更簡單；咱們如今使用的智能手機也是封裝得足夠好的，由於幾個按鍵就搞定了全部的事情）。
- 多態性：多態性是指容許不一樣子類型的對象對同一消息做出不一樣的響應。簡單的說就是用一樣的對象引用調用一樣的方法可是作了不一樣的事情。多態性分爲編譯時的多態性和運行時的多態性。若是將對象的方法視爲對象向外界提供的服務，那麼運行時的多態性能夠解釋爲：當A系統訪問B系統提供的服務時，B系統有多種提供服務的方式，但一切對A系統來講都是透明的（就像電動剃鬚刀是A系統，它的供電系統是B系統，B系統可使用電池供電或者用交流電，甚至還有多是太陽能，A系統只會經過B類對象調用供電的方法，但並不知道供電系統的底層實現是什麼，究竟經過何種方式得到了動力）。方法重載（overload）實現的是編譯時的多態性（也稱爲前綁定），而方法重寫（override）實現的是運行時的多態性（也稱爲後綁定）。運行時的多態是面向對象最精髓的東西，要實現多態須要作兩件事：1). 方法重寫（子類繼承父類並重寫父類中已有的或抽象的方法）；2). 對象造型（用父類型引用引用子類型對象，這樣一樣的引用調用一樣的方法就會根據子類對象的不一樣而表現出不一樣的行爲）。

  

 

-------------------------------   2、系統架構設計 -------------------------------  

165. 大型網站在架構上應當考慮哪些問題？ 
答： 
- 分層：分層是處理任何複雜系統最多見的手段之一，將系統橫向切分紅若干個層面，每一個層面只承擔單一的職責，而後經過下層爲上層提供的基礎設施和服務以及上層對下層的調用來造成一個完整的複雜的系統。計算機網絡的開放系統互聯參考模型（OSI/RM）和Internet的TCP/IP模型都是分層結構，大型網站的軟件系統也可使用分層的理念將其分爲持久層（提供數據存儲和訪問服務）、業務層（處理業務邏輯，系統中最核心的部分）和表示層（系統交互、視圖展現）。須要指出的是：（1）分層是邏輯上的劃分，在物理上能夠位於同一設備上也能夠在不一樣的設備上部署不一樣的功能模塊，這樣可使用更多的計算資源來應對用戶的併發訪問；（2）層與層之間應當有清晰的邊界，這樣分層纔有意義，才更利於軟件的開發和維護。 
- 分割：分割是對軟件的縱向切分。咱們能夠將大型網站的不一樣功能和服務分割開，造成高內聚低耦合的功能模塊（單元）。在設計初期能夠作一個粗粒度的分割，將網站分割爲若干個功能模塊，後期還能夠進一步對每一個模塊進行細粒度的分割，這樣一方面有助於軟件的開發和維護，另外一方面有助於分佈式的部署，提供網站的併發處理能力和功能的擴展。 
- 分佈式：除了上面提到的內容，網站的靜態資源（JavaScript、CSS、圖片等）也能夠採用獨立分佈式部署並採用獨立的域名，這樣能夠減輕應用服務器的負載壓力，也使得瀏覽器對資源的加載更快。數據的存取也應該是分佈式的，傳統的商業級關係型數據庫產品基本上都支持分佈式部署，而新生的NoSQL產品幾乎都是分佈式的。固然，網站後臺的業務處理也要使用分佈式技術，例如查詢索引的構建、數據分析等，這些業務計算規模龐大，可使用Hadoop以及MapReduce分佈式計算框架來處理。 
- 集羣：集羣使得有更多的服務器提供相同的服務，能夠更好的提供對併發的支持。 
- 緩存：所謂緩存就是用空間換取時間的技術，將數據儘量放在距離計算最近的位置。使用緩存是網站優化的第必定律。咱們一般說的CDN、反向代理、熱點數據都是對緩存技術的使用。 
- 異步：異步是實現軟件實體之間解耦合的又一重要手段。異步架構是典型的生產者消費者模式，兩者之間沒有直接的調用關係，只要保持數據結構不變，彼此功能實現能夠隨意變化而不互相影響，這對網站的擴展很是有利。使用異步處理還能夠提升系統可用性，加快網站的響應速度（用Ajax加載數據就是一種異步技術），同時還能夠起到削峯做用（應對瞬時高併發）。&quot；能推遲處理的都要推遲處理"是網站優化的第二定律，而異步是踐行網站優化第二定律的重要手段。 
- 冗餘：各類服務器都要提供相應的冗餘服務器以便在某臺或某些服務器宕機時還能保證網站能夠正常工做，同時也提供了災難恢復的可能性。冗餘是網站高可用性的重要保證。

 

16六、你用過的網站前端優化的技術有哪些？ 

答： 
① 瀏覽器訪問優化： 
- 減小HTTP請求數量：合併CSS、合併JavaScript、合併圖片（CSS Sprite） 
- 使用瀏覽器緩存：經過設置HTTP響應頭中的Cache-Control和Expires屬性，將CSS、JavaScript、圖片等在瀏覽器中緩存，當這些靜態資源須要更新時，能夠更新HTML文件中的引用來讓瀏覽器從新請求新的資源 
- 啓用壓縮 
- CSS前置，JavaScript後置 
- 減小Cookie傳輸 
② CDN加速：CDN（Content Distribute Network）的本質仍然是緩存，將數據緩存在離用戶最近的地方，CDN一般部署在網絡運營商的機房，不只能夠提高響應速度，還能夠減小應用服務器的壓力。固然，CDN緩存的一般都是靜態資源。 
③ 反向代理：反向代理至關於應用服務器的一個門面，能夠保護網站的安全性，也能夠實現負載均衡的功能，固然最重要的是它緩存了用戶訪問的熱點資源，能夠直接從反向代理將某些內容返回給用戶瀏覽器。

16七、你使用過的應用服務器優化技術有哪些？ 
答： 
① 分佈式緩存：緩存的本質就是內存中的哈希表，若是設計一個優質的哈希函數，那麼理論上哈希表讀寫的漸近時間複雜度爲O(1)。緩存主要用來存放那些讀寫比很高、變化不多的數據，這樣應用程序讀取數據時先到緩存中讀取，若是沒有或者數據已經失效再去訪問數據庫或文件系統，並根據擬定的規則將數據寫入緩存。對網站數據的訪問也符合二八定律（Pareto分佈，冪律分佈），即80%的訪問都集中在20%的數據上，若是可以將這20%的數據緩存起來，那麼系統的性能將獲得顯著的改善。固然，使用緩存須要解決如下幾個問題： 
- 頻繁修改的數據； 
- 數據不一致與髒讀； 
- 緩存雪崩（能夠採用分佈式緩存服務器集羣加以解決，memcached是普遍採用的解決方案）； 
- 緩存預熱； 
- 緩存穿透（惡意持續請求不存在的數據）。 
② 異步操做：可使用消息隊列將調用異步化，經過異步處理將短期高併發產生的事件消息存儲在消息隊列中，從而起到削峯做用。電商網站在進行促銷活動時，能夠將用戶的訂單請求存入消息隊列，這樣能夠抵禦大量的併發訂單請求對系統和數據庫的衝擊。目前，絕大多數的電商網站即使不進行促銷活動，訂單系統都採用了消息隊列來處理。 
③ 使用集羣。 
④ 代碼優化： 
- 多線程：基於Java的Web開發基本上都經過多線程的方式響應用戶的併發請求，使用多線程技術在編程上要解決線程安全問題，主要能夠考慮如下幾個方面：A. 將對象設計爲無狀態對象（這和麪向對象的編程觀點是矛盾的，在面向對象的世界中被視爲不良設計），這樣就不會存在併發訪問時對象狀態不一致的問題。B. 在方法內部建立對象，這樣對象由進入方法的線程建立，不會出現多個線程訪問同一對象的問題。使用ThreadLocal將對象與線程綁定也是很好的作法，這一點在前面已經探討過了。C. 對資源進行併發訪問時應當使用合理的鎖機制。 
- 非阻塞I/O： 使用單線程和非阻塞I/O是目前公認的比多線程的方式更能充分發揮服務器性能的應用模式，基於Node.js構建的服務器就採用了這樣的方式。Java在JDK 1.4中就引入了NIO（Non-blocking I/O）,在Servlet 3規範中又引入了異步Servlet的概念，這些都爲在服務器端採用非阻塞I/O提供了必要的基礎。 
- 資源複用：資源複用主要有兩種方式，一是單例，二是對象池，咱們使用的數據庫鏈接池、線程池都是對象池化技術，這是典型的用空間換取時間的策略，另外一方面也實現對資源的複用，從而避免了沒必要要的建立和釋放資源所帶來的開銷。

16八、什麼是XSS攻擊？什麼是SQL注入攻擊？什麼是CSRF攻擊？ 
答： 
- XSS（Cross Site Script，跨站腳本攻擊）是向網頁中注入惡意腳本在用戶瀏覽網頁時在用戶瀏覽器中執行惡意腳本的攻擊方式。跨站腳本攻擊分有兩種形式：反射型攻擊（誘使用戶點擊一個嵌入惡意腳本的連接以達到攻擊的目標，目前有不少攻擊者利用論壇、微博發佈含有惡意腳本的URL就屬於這種方式）和持久型攻擊（將惡意腳本提交到被攻擊網站的數據庫中，用戶瀏覽網頁時，惡意腳本從數據庫中被加載到頁面執行，QQ郵箱的早期版本就曾經被利用做爲持久型跨站腳本攻擊的平臺）。XSS雖然不是什麼新鮮玩意，可是攻擊的手法卻不斷翻新，防範XSS主要有兩方面：消毒（對危險字符進行轉義）和HttpOnly（防範XSS攻擊者竊取Cookie數據）。 
- SQL注入攻擊是注入攻擊最多見的形式（此外還有OS注入攻擊（Struts 2的高危漏洞就是經過OGNL實施OS注入攻擊致使的）），當服務器使用請求參數構造SQL語句時，惡意的SQL被嵌入到SQL中交給數據庫執行。SQL注入攻擊須要攻擊者對數據庫結構有所瞭解才能進行，攻擊者想要得到表結構有多種方式：（1）若是使用開源系統搭建網站，數據庫結構也是公開的（目前有不少現成的系統能夠直接搭建論壇，電商網站，雖然方便快捷可是風險是必需要認真評估的）；（2）錯誤回顯（若是將服務器的錯誤信息直接顯示在頁面上，攻擊者能夠經過非法參數引起頁面錯誤從而經過錯誤信息瞭解數據庫結構，Web應用應當設置友好的錯誤頁，一方面符合最小驚訝原則，一方面屏蔽掉可能給系統帶來危險的錯誤回顯信息）；（3）盲注。防範SQL注入攻擊也能夠採用消毒的方式，經過正則表達式對請求參數進行驗證，此外，參數綁定也是很好的手段，這樣惡意的SQL會被當作SQL的參數而不是命令被執行，JDBC中的PreparedStatement就是支持參數綁定的語句對象，從性能和安全性上都明顯優於Statement。 
- CSRF攻擊（Cross Site Request Forgery，跨站請求僞造）是攻擊者經過跨站請求，以合法的用戶身份進行非法操做（如轉帳或發帖等）。CSRF的原理是利用瀏覽器的Cookie或服務器的Session，盜取用戶身份，其原理以下圖所示。防範CSRF的主要手段是識別請求者的身份，主要有如下幾種方式：（1）在表單中添加令牌（token）；（2）驗證碼；（3）檢查請求頭中的Referer（前面提到防圖片盜連接也是用的這種方式）。令牌和驗證都具備一次消費性的特徵，所以在原理上一致的，可是驗證碼是一種糟糕的用戶體驗，不是必要的狀況下不要輕易使用驗證碼，目前不少網站的作法是若是在短期內屢次提交一個表單未得到成功後纔要求提供驗證碼，這樣會得到較好的用戶體驗。

 

補充：防火牆的架設是Web安全的重要保障，ModSecurity是開源的Web防火牆中的佼佼者。企業級防火牆的架設應當有兩級防火牆，Web服務器和部分應用服務器能夠架設在兩級防火牆之間的DMZ，而數據和資源服務器應當架設在第二級防火牆以後。
169. 什麼是領域模型(domain model)？貧血模型(anaemic domain model)和充血模型(rich domain model)有什麼區別？ 
答：領域模型是領域內的概念類或現實世界中對象的可視化表示，又稱爲概念模型或分析對象模型，它專一於分析問題領域自己，發掘重要的業務領域概念，並創建業務領域概念之間的關係。貧血模型是指使用的領域對象中只有setter和getter方法（POJO），全部的業務邏輯都不包含在領域對象中而是放在業務邏輯層。有人將咱們這裏說的貧血模型進一步劃分紅失血模型（領域對象徹底沒有業務邏輯）和貧血模型（領域對象有少許的業務邏輯），咱們這裏就不對此加以區分了。充血模型將大多數業務邏輯和持久化放在領域對象中，業務邏輯（業務門面）只是完成對業務邏輯的封裝、事務和權限等的處理。下面兩張圖分別展現了貧血模型和充血模型的分層架構。

貧血模型 

充血模型 

貧血模型下組織領域邏輯一般使用事務腳本模式，讓每一個過程對應用戶可能要作的一個動做，每一個動做由一個過程來驅動。也就是說在設計業務邏輯接口的時候，每一個方法對應着用戶的一個操做，這種模式有如下幾個有點： 
- 它是一個大多數開發者都可以理解的簡單過程模型（適合國內的絕大多數開發者）。 
- 它可以與一個使用行數據入口或表數據入口的簡單數據訪問層很好的協做。 
- 事務邊界的顯而易見，一個事務開始於腳本的開始，終止於腳本的結束，很容易經過代理（或切面）實現聲明式事務。 
然而，事務腳本模式的缺點也是不少的，隨着領域邏輯複雜性的增長，系統的複雜性將迅速增長，程序結構將變得極度混亂。開源中國社區上有一篇很好的譯文《貧血領域模型是如何致使糟糕的軟件產生》對這個問題作了比較細緻的闡述。

170. 談一談測試驅動開發（TDD）的好處以及你的理解。 
答：TDD是指在編寫真正的功能實現代碼以前先寫測試代碼，而後根據須要重構實現代碼。在JUnit的做者Kent Beck的大做《測試驅動開發：實戰與模式解析》（Test-Driven Development: by Example）一書中有這麼一段內容：「消除恐懼和不肯定性是編寫測試驅動代碼的重要緣由」。由於編寫代碼時的恐懼會讓你當心試探，讓你迴避溝通，讓你羞於獲得反饋，讓你變得焦躁不安，而TDD是消除恐懼、讓Java開發者更加自信更加樂於溝通的重要手段。TDD會帶來的好處可能不會立刻呈現，可是你在某個時候必定會發現，這些好處包括： 
- 更清晰的代碼 — 只寫須要的代碼 
- 更好的設計 
- 更出色的靈活性 — 鼓勵程序員面向接口編程 
- 更快速的反饋 — 不會到系統上線時才知道bug的存在

補充：敏捷軟件開發的概念已經有不少年了，並且也部分的改變了軟件開發這個行業，TDD也是敏捷開發所倡導的。
TDD能夠在多個層級上應用，包括單元測試（測試一個類中的代碼）、集成測試（測試類之間的交互）、系統測試（測試運行的系統）和系統集成測試（測試運行的系統包括使用的第三方組件）。TDD的實施步驟是：紅（失敗測試）- 綠（經過測試） - 重構。關於實施TDD的詳細步驟請參考另外一篇文章《測試驅動開發之初窺門徑》。 
在使用TDD開發時，常常會遇到須要被測對象須要依賴其餘子系統的狀況，可是你但願將測試代碼跟依賴項隔離，以保證測試代碼僅僅針對當前被測對象或方法展開，這時候你須要的是測試替身。測試替身能夠分爲四類： 
- 虛設替身：只傳遞可是不會使用到的對象，通常用於填充方法的參數列表 
- 存根替身：老是返回相同的預設響應，其中可能包括一些虛設狀態 
- 假裝替身：能夠取代真實版本的可用版本（比真實版本仍是會差不少） 
- 模擬替身：能夠表示一系列指望值的對象，而且能夠提供預設響應 
Java世界中實現模擬替身的第三方工具很是多，包括EasyMock、Mockito、jMock等。

 

 

 一、Java動態代理模式

補充：代理模式是GoF提出的23種設計模式中最爲經典的模式之一，代理模式是對象的結構模式，它給某一個對象提供一個代理對象，並由代理對象控制對原對象的引用。簡單的說，代理對象能夠完成比原對象更多的職責，當須要爲原對象添加橫切關注功能時，就可使用原對象的代理對象。咱們在打開Office系列的Word文檔時，若是文檔中有插圖，當文檔剛加載時，文檔中的插圖都只是一個虛框佔位符，等用戶真正翻到某頁要查看該圖片時，纔會真正加載這張圖，這其實就是對代理模式的使用，代替真正圖片的虛框就是一個虛擬代理；Hibernate的load方法也是返回一個虛擬代理對象，等用戶真正須要訪問對象的屬性時，才向數據庫發出SQL語句得到真實對象。
說明：從JDK 1.3開始，Java提供了動態代理技術，容許開發者在運行時建立接口的代理實例，主要包括Proxy類和InvocationHandler接口。下面的例子使用動態代理爲ArrayList編寫一個代理，在添加和刪除元素時，在控制檯打印添加或刪除的元素以及ArrayList的大小：
說明：使用Java的動態代理有一個侷限性就是代理的類必需要實現接口，雖然面向接口編程是每一個優秀的Java程序都知道的規則，但現實每每不盡如人意，對於沒有實現接口的類如何爲其生成代理呢？繼承！繼承是最經典的擴展已有代碼能力的手段，雖然繼承經常被初學者濫用，但繼承也經常被進階的程序員忽視。CGLib採用很是底層的字節碼生成技術，經過爲一個類建立子類來生成代理，它彌補了Java動態代理的不足，所以Spring中動態代理和CGLib都是建立代理的重要手段，對於實現了接口的類就用動態代理爲其生成代理類，而沒有實現接口的類就用CGLib經過繼承的方式爲其建立代理。
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.List;

public class ListProxy<T> implements InvocationHandler {
private List<T> target;

public ListProxy(List<T> target) {
this.target = target;
}

@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
throws Throwable {
Object retVal = null;
System.out.println("[" + method.getName() + ": " + args[0] + "]");
retVal = method.invoke(target, args);
System.out.println("[size=" + target.size() + "]");
return retVal;
}

}

public class ProxyTest2 {

@SuppressWarnings("unchecked")public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<String>();Class<?> clazz = list.getClass();ListProxy<String> myProxy = new ListProxy<String>(list);List<String> newList = (List<String>) Proxy.newProxyInstance(clazz.getClassLoader(), clazz.getInterfaces(), myProxy);newList.add("apple");newList.add("banana");newList.add("orange");newList.remove("banana");}}