深入分析java web技术内幕目录一览

本文涉及的产品
全局流量管理 GTM,标准版 1个月
云解析 DNS,旗舰版 1个月
公共DNS(含HTTPDNS解析),每月1000万次HTTP解析
简介: Web请求过程 如何发起请求:browser,httpclient http解析:chrome ,cache Dns域名解析:域名缓存 cdn:负载,动态加速,回源 Java I/O I/0类库的基本架构:字节操作,字符操作,字节字符的转化 磁盘的I/O:内核空间,用户空间,同步...

Web请求过程

  • 如何发起请求:browser,httpclient
  • http解析:chrome ,cache
  • Dns域名解析:域名缓存
  • cdn:负载,动态加速,回源

Java I/O

  • I/0类库的基本架构:字节操作,字符操作,字节字符的转化
  • 磁盘的I/O:内核空间,用户空间,同步,异步,内存映射
  • 网络I/O工作机制:tcp状态转化,网络传输的因素,socket的工作机制,通信链路,数据传输
  • NIO的工作方式:BIO cpu被抢占,channel,select,selectionkey,bytebuffer,数据分发
  • I/O优化:磁盘I/O优化:raid,
  • tcp网络参数:timeout,端口范围,网络I/O:减少交互次数,减少网络传输大小,编码,同步/异步,阻塞/非阻塞。

设计模式:适配器模式(从一个接口态转成另一种接口),装饰器模式(扩展现有接口的功能)

Java编码问题

  • 常见的编码:ASCII(128),ISO-8859-1(256),GB2312,GBK,GB18030,UTF-16,UTF-8

  • 编码解码
    web中涉及的编码:

  • url编码:url编码和querystring编码分开,设置connector的编码URLEncoding="UTF-8" useBodyEncodingForURI="true".
  • Http Header编码:不可以传输费AscII字符,如果需要传输,先用URLEncoder编码,服务端再解码
  • POST表单:编码由contenttype设定,服务端用filter设置request.setCharacterEncoding解码,上传是字节流不编码。
  • JS编码:js文件的编码与html的编码不一致,所以默认设置下charset。encodeUrlComponent 两次编码解码

  • 多语言支持:Nginx 增加一个多语言转换。

Javac编译原理

  • 词法分析,语法分析,符号表构建,annotation处理,标注和语法检查,数据流分析,类型转化,字节码
  • 实现类:com.sun.tools.javac.parser.Scanner ,Parser
  • 访问者模式:将稳定的数据结构和对数据结构变化多端的操作解耦

深入class文件结构

  • jvm指令集
  • class文件头
  • 常量池
  • 类信息
  • Field和methods
  • 类属性
  • javap

深入classloader工作机制

  • classloader:class加载到jvm,类由谁加载,加载成jvm统一的对象格式
  • classloader:findClass,defineClass,resolveClass
  • 类型:Bootstrap Classloader,ExtClassloader,AppClassLoader
  • 自定义的class,类的热部署:
  • java的动态加载:jsp动态加载

JVM体系结构与工作方式

  • JVM体系结构:

    通过模拟一个计算机达到计算机所具有的功能:指令集,计算单元,寻址,寄存器,存储。

    类加载,执行引擎(解释执行,JIT本地执行,寄存器执行)不同的jvm实现不同,内存区,本地方法调用

  • JVM工作机制

    基于栈的工作机制:与平台无关,指令紧凑,减少数据量

JVM内存管理

  • 物理内存与虚拟内存:虚拟内存与物理内存 n:1 当一个虚拟内存不活跃时,会将该映射的物理内存移到磁盘文件中(页面文件)。

  • 内核空间与用户空间,

  • Java内存组件:堆,线程,类and类加载,NIO,JNI

  • JVM内存结构:寄存器,堆,栈,方法区,常量池

  • JVM内存分配:静态分配,堆分配,栈分配

  • JVM内存回收:根对象无法到达的对象可以回收(垃圾检测),分代垃圾回收 y,s1,s2,old,perm
    serial collector,parallel collector,cms collector
    cms针对old和perm区,minor gc采用多线程
    DisableExplicitGC,System.gc().变成空调,没有释放NIO,需要改成 ExplicitGCInvokesConcurrent
    direct memory 分析工具 sjdrectmem

Servlet工作原理

  • Servlet容器:tomcat的启动类 XX.startup.Tomcat,一个web应用对应一个StandardContext容器,添加的listener继承了lifecyclelistener接口
    globalwebXml>webfragement.xml>web.xml;Servlet被包装成StandardWrapper

  • Servlet实例:DefaultServlet和JspServlet

  • Servlet体系结构:采用门面设计模式拿到该拿的数据

  • Servlet如何工作:通过 XX.http.mapper 找到对应的wrapper容器,必须要要执行filter链

  • Servlet中的listener:ServletContextListener在启动后不能再添加新的,spring 的ContextLoadListener实现了该listener,初始化spring容器

  • Filter如何工作:多个filter串成一个FilterChain,url匹配:精确匹配,路劲匹配,后缀匹配

Session与Cookie

session与cookie是为了保持用户与后端服务器的交互状态,cookie的数量与大小有限制

  • 理解cookie:不超过50个,大小不超过4095

  • 理解session:standardsession对象持久化到session.ser中,必须调用sevlet容器的stop方法,request.getSession() 创建

  • cookie安全与压缩:cookie可修改(失效时间,加密,结合浏览器或ip特点的唯一key,httpOnly),有安全隐患,可以采用gzip和deflate进行压缩突破存储限制,减少带宽

  • 分布式session框架:应用可写的session项和cookie项统一管理,session分布式缓存存储,InputHttpSession
    跳转应用,sessionId在所有域名下都写入cookie中,另外根据用户的私密信息生成唯一key(比如请求ip,证书文件,浏览器信息)。

  • 表单重复提交:每次请求是带上一个token,校验token和session中的是否一致,请求后disable按钮

  • 多端session统一:cookie和session要统一,拿统一的session,二维码扫码登录:PC定时拉取该二维码登录有没有登录,手机扫完之后,发送二维码信息,用户的sessionid,发送到服务,标志校验通过,把sessionid发送到终点,唯一信息。

Tomcat的系统架构与设计模式

  • tomcat的总体设计:

    connector和container,container对应多个service,一个service可以设置多个connector

    connector负责请求数据和返回数据的封装成request和response,处理这个请求由container完成

    tomcat5中默认的connector是coyote。

    container是责任链模式,包含engine>host>context>Wrapper,容器可以在backgroudprocess中定义周期性的事件,

    其他组件:security,logger,session,mbeans,naming

  • 门面模式

不能将自己的数据过多的暴露出去,通过一层门面进行限制,httprequest和httprequestfacade

  • 观察者模式

    由 subject,concretesubject,observer组成,

    LifecycleEvent定义主题,LifecycleSupport管理event和observer的关系

  • 命令模式

把发出命令的责任和执行命令的责任分开 command,invoker,receiver组成,HttpProcessor和ContainerBase

  • 责任链模式

    责任链模式就是很多对象与对象的家引用形成一条链,例如tomcat中的pipeline和valve。

Jetty的工作原理解析

  • Jetty的基本架构:所有的扩展组件都作为handler添加到server中,有handlerwrapper和handlercollection构成

  • Jetty的启动过程:handler有父子关系,启动注册在jmx上的mbean,最后启动connector

  • 接受请求:基于http请求:connectorendpoint,ajp请求:基于ajp13parser上完成,NIO处理:监听和处理分开

  • 处理请求:ServletHolder 是 Servlet的装饰类,添加到handler中

  • 与Jboss集成:基于ajp集成

  • 与tomcat的比较:短生命周期的连接采用tomcat,长连接采用jetty

spring框架的设计理念

  • spring的骨骼架构:核心为bean,core,context,core是发现,建立和维护bean之间关系的帮助类,context是最终管理平台,bean是业务模型。

  • 核心组件:bean:BeanFactory,BeanDefinition,

ApplicationContext:继承beanfactory和resourceloader,core:资源的访问方式,context的资源加载,解析和描述委托给resolver

BeanFactoryPostProcessor和BeanPostProcessor:beanfactory和bean初始化时执行。
InitializingBean和DisposableBean 分布在bean实例创建和销毁时调用。

FactoryBean:不是预设的球模型,由用户自定义

  • AOP的特性:继承FactoryBean,以及月java Proxy实现动态代理

  • 代理模式:为实际对象创建代理对象,实际执行时,可以增加一些对原对象的额外操作。

  • 策略模式:完成某个操作有多种实现,根据不同场景选择不同的实现,例如动态代理有cglib,jdk proxy等多种实现。

Spring MVC的工作机制和设计模式

  • mvc的总体设计:dispatchServlet是核心,实现8个功能:initMultipartResolver 处理文件上传;initLocalResolver 处理应用的国际化;initThemeResolver:定义一个主题;initHandlerMappings,请求映射关系;initHandlerAdapters,根据handler类型定义不同的处理规则;initHandlerExceptionsResolvers:handler出错时统一处理;initRequestToViewNameTranslator;initViewResolver

  • control的总体设计:HandlerMapping和HandlerAdapters两个组件提供,handlerMapping管理url与handler的对应关系,所有的interceptor必须实现HandlerInterceptor。HandlerAdapter帮助定义各种handler,默认提供4种。
    整个调用从dispatch的doService方法开始。

  • Model设计:页面渲染需要的参数存储在modelmao中

  • view设计:InternalResourceViewResolver create和render页面。

  • 模板模式:大的逻辑已经定义,业务只需要实现一些具体步骤,例如spring的abstractview

Ibatis的系统架构和映射原理

将固定不变的脚本ibatis配置实现。

  • 类层次结构:交互类型的框架 client,executor,session

  • 设计策略:parametermap和resultmap,typehandler负责类型转换

  • 运行原理:session负责事务管理

  • sql解析:配置文件解析成statement

  • 对象映射:DataExchange和AccessPlan实现真正的数据映射

  • 工厂模式:DataExchangeFactory,DataSourceFactory。

Velocity工作原理

  • 总体架构:主要由app、context、runtime一些辅助类,暴露使用的有Velocity和VelocityEngine,context封装了渲染所需的变量

  • 解析:解析成JTree

  • 事件处理:判空,include,取值$

  • 常用优化:减少树节点数量,

  • 与jsp比较:ParserController将jsp编译成servlet,jsp依赖servlet环境,编译执行velocity反射执行

  • 合成模式:部分整体模式,部分和整体都实现一个方法,来实现子处理

  • 解释器模式:将一定格式的文本解释成特定的数据结构,将vm解释成AST抽象语法树。

Velocity优化实践

  • 现实存在的问题:页面大,cpu压力大,临时对象多,gc影响大,空白字符多,浪费带宽

  • 高效的模板引擎:将velocity编译java类,将反射变成直接调用,字符输出改成字节输出

  • 其他方法:去掉非中文空格,压缩tab和换行,合并相同的数据,异步渲染。

大浏览量系统的静态化设计

  • java的QPS上万很难。

  • 动静区分

  • 静态化方案选择

问题:是否一致性hash,是否使用esi,是否使用物理机,谁来压缩,网卡选择
共享cache,与应用拆分,进行回源

  • 失效:时间驱动被动失效,主动失效:监控变化,java发布,vm发布

  • cdn化,cdn分布全国,主动发purge给cache失效,二级cdn。

框架设计的思考

  • 解决什么问题,现有框架是否不能解决,是不是比其他方案好

  • 需要简化开发的框架。

  • 框架设计原则:ocp(开闭原则,扩展开放,修改关闭),LSP(里氏代换,凡是父类能用的地方,子类皆可以);
    DIP(依赖倒转)依赖抽象,不依赖于具体,ISP(接口隔离):接口尽可能单一,CARP(合成/聚合复用原则)尽可能聚合/合成使用,不使用继承。LOD(迪米特原则),一个对象应到对其他对象细节尽可能少的了解。

优化的理论基础

    • 减少程序的封装程度

    • 简单的程序复杂化

    • 减少翻译的代价

    • 变的转为不变的

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