博客记录-day059-一些问题与回答+RPC协议

Gladiator1
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一、Java全栈知识体系-Java基础

1、问题与回答

1.1 静态内部类与顶级类有什么区别?

一个公共的顶级类的源文件名称与类名相同，而嵌套静态类没有这个要求。一个嵌套类位于顶级类内部，需要使用顶级类的名称来引用嵌套静态类，如 HashMap.Entry 是一个嵌套静态类，HashMap 是一个顶级类，Entry是一个嵌套静态类。

1.2 Java 中，Serializable 与 Externalizable 的区别?

Serializable 接口是一个序列化 Java 类的接口，以便于它们可以在网络上传输或者可以将它们的状态保存在磁盘上，是 JVM 内嵌的默认序列化方式，成本高、脆弱而且不安全。Externalizable 允许你控制整个序列化过程，指定特定的二进制格式，增加安全机制。

1.3 说出 JDK 1.7 中的三个新特性?

虽然 JDK 1.7 不像 JDK 5 和 8 一样的大版本，但是，还是有很多新的特性，如 try-with-resource 语句，这样你在使用流或者资源的时候，就不需要手动关闭，Java 会自动关闭。Fork-Join 池某种程度上实现 Java 版的 Map-reduce。允许 Switch 中有 String 变量和文本。菱形操作符(<>)用于泛型推断，不再需要在变量声明的右边申明泛型，因此可以写出可读写更强、更简洁的代码。另一个值得一提的特性是改善异常处理，如允许在同一个 catch 块中捕获多个异常。

1.4 说出 5 个 JDK 1.8 引入的新特性?

Java 8 在 Java 历史上是一个开创新的版本，下面 JDK 8 中 5 个主要的特性: Lambda 表达式，允许像对象一样传递匿名函数 Stream API，充分利用现代多核 CPU，可以写出很简洁的代码 Date 与 Time API，最终，有一个稳定、简单的日期和时间库可供你使用 扩展方法，现在，接口中可以有静态、默认方法。 重复注解，现在你可以将相同的注解在同一类型上使用多次。

下述包含 Java 面试过程中关于 SOLID 的设计原则，OOP 基础，如类，对象，接口，继承，多态，封装，抽象以及更高级的一些概念，如组合、聚合及关联。也包含了 GOF 设计模式的问题。

1.5 接口是什么? 为什么要使用接口而不是直接使用具体类?

接口用于定义 API。它定义了类必须得遵循的规则。同时，它提供了一种抽象，因为客户端只使用接口，这样可以有多重实现，如 List 接口，你可以使用可随机访问的 ArrayList，也可以使用方便插入和删除的 LinkedList。接口中不允许普通方法，以此来保证抽象，但是 Java 8 中你可以在接口声明静态方法和默认普通方法。

1.6 Java 中，抽象类与接口之间有什么不同?

Java 中，抽象类和接口有很多不同之处，但是最重要的一个是 Java 中限制一个类只能继承一个类，但是可以实现多个接口。抽象类可以很好的定义一个家族类的默认行为，而接口能更好的定义类型，有助于后面实现多态机制。

1.7 Object有哪些公用方法?

clone equals hashcode wait notify notifyall finalize toString getClass 除了clone和finalize其他均为公共方法。

11个方法，wait被重载了两次

1.8 equals与==的区别

区别1. ==是一个运算符 equals是Object类的方法

区别2. 比较时的区别

  • 用于基本类型的变量比较时:==用于比较值是否相等，equals不能直接用于基本数据类型的比较，需要转换为其对应的包装类型。
  • 用于引用类型的比较时。==和equals都是比较栈内存中的地址是否相等 。相等为true 否则为false。但是通常会重写equals方法去实现对象内容的比较。

1.9 String、StringBuffer与StringBuilder的区别

第一点: 可变和适用范围。String对象是不可变的，而StringBuffer和StringBuilder是可变字符序列。每次对String的操作相当于生成一个新的String对象，而对StringBuffer和StringBuilder的操作是对对象本身的操作，而不会生成新的对象，所以对于频繁改变内容的字符串避免使用String，因为频繁的生成对象将会对系统性能产生影响。

第二点: 线程安全。String由于有final修饰，是immutable的，安全性是简单而纯粹的。StringBuilder和StringBuffer的区别在于StringBuilder不保证同步，也就是说如果需要线程安全需要使用StringBuffer，不需要同步的StringBuilder效率更高。

1.10 switch能否用String做参数

Java1.7开始支持，但实际这是一颗Java语法糖。除此之外，byte，short，int，枚举均可用于switch，而boolean和浮点型不可以。

1.11 接口与抽象类

  • 一个子类只能继承一个抽象类, 但能实现多个接口
  • 抽象类可以有构造方法, 接口没有构造方法
  • 抽象类可以有普通成员变量, 接口没有普通成员变量
  • 抽象类和接口都可有静态成员变量, 抽象类中静态成员变量访问类型任意，接口只能public static final(默认)
  • 抽象类可以没有抽象方法, 抽象类可以有普通方法；接口在JDK8之前都是抽象方法，在JDK8可以有default方法，在JDK9中允许有私有普通方法
  • 抽象类可以有静态方法；接口在JDK8之前不能有静态方法，在JDK8中可以有静态方法，且只能被接口类直接调用（不能被实现类的对象调用）
  • 抽象类中的方法可以是public、protected; 接口方法在JDK8之前只有public abstract，在JDK8可以有default方法，在JDK9中允许有private方法

1.12 抽象类和最终类

抽象类可以没有抽象方法, 最终类可以没有最终方法

最终类不能被继承, 最终方法不能被重写(可以重载)

1.13 异常

相关的关键字 throw、throws、try...catch、finally

  • throws 用在方法签名上, 以便抛出的异常可以被调用者处理
  • throw 方法内部通过throw抛出异常
  • try 用于检测包住的语句块, 若有异常, catch子句捕获并执行catch块

1.14 关于finally

  • finally不管有没有异常都要处理
  • 当try和catch中有return时，finally仍然会执行，finally比return先执行
  • 不管有木有异常抛出, finally在return返回前执行
  • finally是在return后面的表达式运算后执行的(此时并没有返回运算后的值，而是先把要返回的值保存起来，不管finally中的代码怎么样，返回的值都不会改变，仍然是之前保存的值)，所以函数返回值是在finally执行前确定的

注意: finally中最好不要包含return，否则程序会提前退出，返回值不是try或catch中保存的返回值

finally不执行的几种情况: 程序提前终止如调用了System.exit, 病毒，断电

1.15 受检查异常和运行时异常

  • 受检查的异常(checked exceptions),其必须被try...catch语句块所捕获, 或者在方法签名里通过throws子句声明。受检查的异常必须在编译时被捕捉处理,命名为Checked Exception是因为Java编译器要进行检查, Java虚拟机也要进行检查, 以确保这个规则得到遵守。

常见的checked exception: ClassNotFoundException IOException FileNotFoundException EOFException

  • 运行时异常(runtime exceptions), 需要程序员自己分析代码决定是否捕获和处理,比如空指针,被0除...

常见的runtime exception: NullPointerException ArithmeticException ClassCastException IllegalArgumentException IllegalStateException IndexOutOfBoundsException NoSuchElementException

  • Error的，则属于严重错误，如系统崩溃、虚拟机错误、动态链接失败等，这些错误无法恢复或者不可能捕捉，将导致应用程序中断，Error不需要捕获。

1.16 super出现在父类的子类中。有三种存在方式

  • super.xxx(xxx为变量名或对象名)意思是获取父类中xxx的变量或引用
  • super.xxx(); (xxx为方法名)意思是直接访问并调用父类中的方法
  • super() 调用父类构造

注: super只能指代其直接父类

1.17 this() & super()在构造方法中的区别

  • 调用super()必须写在子类构造方法的第一行, 否则编译不通过
  • super从子类调用父类构造, this在同一类中调用其他构造均需要放在第一行
  • 尽管可以用this调用一个构造器, 却不能调用2个
  • this和super不能出现在同一个构造器中, 否则编译不通过
  • this()、super()都指的对象,不可以在static环境中使用
  • 本质this指向本对象的指针。super是一个关键字

1.18 构造内部类和静态内部类对象

public class Enclosingone {
	public class Insideone {}
	public static class Insideone{}
}

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
	// 构造内部类对象需要外部类的引用
	Enclosingone.Insideone obj1 = new Enclosingone().new Insideone();
	// 构造静态内部类的对象
	Enclosingone.Insideone obj2 = new Enclosingone.Insideone();
	}
}

静态内部类不需要有指向外部类的引用。但非静态内部类需要持有对外部类的引用。非静态内部类能够访问外部类的静态和非静态成员。静态内部类不能访问外部类的非静态成员，只能访问外部类的静态成员。

1.19 序列化

声明为static和transient类型的数据不能被序列化， 反序列化需要一个无参构造函数

1.20 Java移位运算符

java中有三种移位运算符

  • << :左移运算符,x << 1,相当于x乘以2(不溢出的情况下),低位补0
  • >> :带符号右移,x >> 1,相当于x除以2,正数高位补0,负数高位补1
  • >>> :无符号右移,忽略符号位,空位都以0补齐

1.21 形参&实参

形式参数可被视为local variable.形参和局部变量一样都不能离开方法。只有在方法中使用，不会在方法外可见。 形式参数只能用final修饰符，其它任何修饰符都会引起编译器错误。但是用这个修饰符也有一定的限制，就是在方法中不能对参数做任何修改。不过一般情况下，一个方法的形参不用final修饰。只有在特殊情况下，那就是: 方法内部类。一个方法内的内部类如果使用了这个方法的参数或者局部变量的话，这个参数或局部变量应该是final。 形参的值在调用时根据调用者更改，实参则用自身的值更改形参的值(指针、引用皆在此列)，也就是说真正被传递的是实参。

1.22 局部变量为什么要初始化

局部变量是指类方法中的变量，必须初始化。局部变量运行时被分配在栈中，量大，生命周期短，如果虚拟机给每个局部变量都初始化一下，是一笔很大的开销，但变量不初始化为默认值就使用是不安全的。出于速度和安全性两个方面的综合考虑，解决方案就是虚拟机不初始化，但要求编写者一定要在使用前给变量赋值。

1.23 Java语言的鲁棒性

Java在编译和运行程序时，都要对可能出现的问题进行检查，以消除错误的产生。它提供自动垃圾收集来进行内存管理，防止程序员在管理内存时容易产生的错误。通过集成的面向对象的例外处理机制，在编译时，Java揭示出可能出现但未被处理的异常，帮助程序员正确地进行选择以防止系统的崩溃。另外，Java在编译时还可捕获类型声明中的许多常见错误，防止动态运行时不匹配问题的出现。

二、小林-图解网络-既然有 HTTP 协议，为什么还要有 RPC？

1、从 TCP 聊起

作为一个程序员，假设我们需要在 A 电脑的进程发一段数据到 B 电脑的进程，我们一般会在代码里使用 Socket 进行编程。

这时候，我们可选项一般也就 TCP 和 UDP 二选一。TCP 可靠，UDP 不可靠。除非是马总这种神级程序员（早期 QQ 大量使用 UDP），否则，只要稍微对可靠性有些要求，普通人一般无脑选 TCP 就对了。

类似下面这样。

fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

其中 SOCK_STREAM，是指使用字节流传输数据，说白了就是 TCP 协议。

在定义了 Socket 之后，我们就可以愉快的对这个 Socket 进行操作，比如用 bind() 绑定 IP 端口，用 connect() 发起建连。

在连接建立之后，我们就可以使用 send() 发送数据，recv() 接收数据。

光这样一个纯裸的 TCP 连接，就可以做到收发数据了，那是不是就够了？

不行，这么用会有问题。

2、使用纯裸 TCP 会有什么问题

八股文常背，TCP 是有三个特点，面向连接、可靠、基于字节流。

TCP 是什么

这三个特点真的概括的非常精辟，这个八股文我们没白背。

每个特点展开都能聊一篇文章，而今天我们需要关注的是基于字节流这一点。

字节流可以理解为一个双向的通道里流淌的数据，这个数据其实就是我们常说的二进制数据，简单来说就是一大堆 01 串。纯裸 TCP 收发的这些 01 串之间是没有任何边界的，你根本不知道到哪个地方才算一条完整消息。

01 二进制字节流

正因为这个没有任何边界的特点，所以当我们选择使用 TCP 发送"夏洛"和"特烦恼"的时候，接收端收到的就是"夏洛特烦恼"，这时候接收端没发区分你是想要表达"夏洛"+"特烦恼"还是"夏洛特"+"烦恼"。

消息对比

这就是所谓的粘包问题。

说这个的目的是为了告诉大家，纯裸 TCP 是不能直接拿来用的，你需要在这个基础上加入一些自定义的规则，用于区分消息边界。

于是我们会把每条要发送的数据都包装一下，比如加入消息头，消息头里写清楚一个完整的包长度是多少，根据这个长度可以继续接收数据，截取出来后它们就是我们真正要传输的消息体。

消息边界长度标志

而这里头提到的消息头，还可以放各种东西，比如消息体是否被压缩过和消息体格式之类的，只要上下游都约定好了，互相都认就可以了，这就是所谓的协议。

每个使用 TCP 的项目都可能会定义一套类似这样的协议解析标准，他们可能有区别，但原理都类似。

于是基于 TCP，就衍生了非常多的协议，比如 HTTP 和 RPC。

3、HTTP 和 RPC

我们回过头来看网络的分层图。

四层网络协议

TCP 是传输层的协议，而基于 TCP 造出来的 HTTP 和各类 RPC 协议，它们都只是定义了不同消息格式的应用层协议而已。

HTTP 协议（Hyper Text Transfer Protocol），又叫做超文本传输协议。我们用的比较多，平时上网在浏览器上敲个网址就能访问网页，这里用到的就是 HTTP 协议。

HTTP调用

而 RPC（Remote Procedure Call），又叫做远程过程调用。它本身并不是一个具体的协议，而是一种调用方式。

举个例子，我们平时调用一个本地方法就像下面这样。

 res = localFunc(req)

如果现在这不是个本地方法，而是个远端服务器暴露出来的一个方法 remoteFunc，如果我们还能像调用本地方法那样去调用它，这样就可以屏蔽掉一些网络细节，用起来更方便，岂不美哉？

 res = remoteFunc(req)

RPC可以像调用本地方法那样调用远端方法

基于这个思路，大佬们造出了非常多款式的 RPC 协议，比如比较有名的gRPC，thrift。

值得注意的是，虽然大部分 RPC 协议底层使用 TCP，但实际上它们不一定非得使用 TCP，改用 UDP 或者 HTTP，其实也可以做到类似的功能。

基于TCP协议的HTTP和RPC协议

到这里，我们回到文章标题的问题。

既然有 HTTP 协议，为什么还要有 RPC？

其实，TCP 是70年代出来的协议，而 HTTP 是 90 年代才开始流行的。而直接使用裸 TCP 会有问题，可想而知，这中间这么多年有多少自定义的协议，而这里面就有80年代出来的 RPC。

所以我们该问的不是既然有 HTTP 协议为什么要有 RPC，而是为什么有 RPC 还要有 HTTP 协议。

那既然有 RPC 了，为什么还要有 HTTP 呢？

现在电脑上装的各种联网软件，比如 xx管家，xx卫士，它们都作为客户端（Client）需要跟服务端（Server）建立连接收发消息，此时都会用到应用层协议，在这种 Client/Server (C/S) 架构下，它们可以使用自家造的 RPC 协议，因为它只管连自己公司的服务器就 ok 了。

但有个软件不同，浏览器（Browser） ，不管是 Chrome 还是 IE，它们不仅要能访问自家公司的服务器（Server） ，还需要访问其他公司的网站服务器，因此它们需要有个统一的标准，不然大家没法交流。于是，HTTP 就是那个时代用于统一 Browser/Server (B/S)  的协议。

也就是说在多年以前，HTTP 主要用于 B/S 架构，而 RPC 更多用于 C/S 架构。但现在其实已经没分那么清了，B/S 和 C/S 在慢慢融合。很多软件同时支持多端，比如某度云盘，既要支持网页版，还要支持手机端和 PC 端，如果通信协议都用 HTTP 的话，那服务器只用同一套就够了。而 RPC 就开始退居幕后，一般用于公司内部集群里，各个微服务之间的通讯。

那这么说的话，都用 HTTP 得了，还用什么 RPC？

仿佛又回到了文章开头的样子，那这就要从它们之间的区别开始说起。

4、HTTP 和 RPC 有什么区别

我们来看看 RPC 和 HTTP 区别比较明显的几个点。

4.1 服务发现

首先要向某个服务器发起请求，你得先建立连接，而建立连接的前提是，你得知道 IP 地址和端口。这个找到服务对应的 IP 端口的过程，其实就是服务发现。

在 HTTP 中，你知道服务的域名，就可以通过 DNS 服务去解析得到它背后的 IP 地址，默认 80 端口。

而 RPC 的话，就有些区别，一般会有专门的中间服务去保存服务名和IP信息，比如 Consul 或者 Etcd，甚至是 Redis。想要访问某个服务，就去这些中间服务去获得 IP 和端口信息。由于 DNS 也是服务发现的一种，所以也有基于 DNS 去做服务发现的组件，比如CoreDNS。

可以看出服务发现这一块，两者是有些区别，但不太能分高低。

4.2 底层连接形式

以主流的 HTTP/1.1 协议为例，其默认在建立底层 TCP 连接之后会一直保持这个连接（Keep Alive），之后的请求和响应都会复用这条连接。

而 RPC 协议，也跟 HTTP 类似，也是通过建立 TCP 长链接进行数据交互，但不同的地方在于，RPC 协议一般还会再建个连接池，在请求量大的时候，建立多条连接放在池内，要发数据的时候就从池里取一条连接出来，用完放回去，下次再复用，可以说非常环保。

connection_pool

由于连接池有利于提升网络请求性能，所以不少编程语言的网络库里都会给 HTTP 加个连接池，比如 Go 就是这么干的。

可以看出这一块两者也没太大区别，所以也不是关键。

4.3 传输的内容

基于 TCP 传输的消息，说到底，无非都是消息头 Header 和消息体 Body。

Header 是用于标记一些特殊信息，其中最重要的是消息体长度。

Body 则是放我们真正需要传输的内容，而这些内容只能是二进制 01 串，毕竟计算机只认识这玩意。所以 TCP 传字符串和数字都问题不大，因为字符串可以转成编码再变成 01 串，而数字本身也能直接转为二进制。但结构体呢，我们得想个办法将它也转为二进制 01 串，这样的方案现在也有很多现成的，比如 Json，Protobuf。

这个将结构体转为二进制数组的过程就叫序列化，反过来将二进制数组复原成结构体的过程叫反序列化。

序列化和反序列化

对于主流的 HTTP/1.1，虽然它现在叫超文本协议，支持音频视频，但 HTTP 设计初是用于做网页文本展示的，所以它传的内容以字符串为主。Header 和 Body 都是如此。在 Body 这块，它使用 Json 来序列化结构体数据。

我们可以随便截个图直观看下。

HTTP 报文

可以看到这里面的内容非常多的冗余，显得非常啰嗦。最明显的，像 Header 里的那些信息，其实如果我们约定好头部的第几位是 Content-Type，就不需要每次都真的把"Content-Type"这个字段都传过来，类似的情况其实在 body 的 Json 结构里也特别明显。

而 RPC，因为它定制化程度更高，可以采用体积更小的 Protobuf 或其他序列化协议去保存结构体数据，同时也不需要像 HTTP 那样考虑各种浏览器行为，比如 302 重定向跳转啥的。因此性能也会更好一些，这也是在公司内部微服务中抛弃 HTTP，选择使用 RPC 的最主要原因。

HTTP 原理

RPC 原理

当然上面说的 HTTP，其实特指的是现在主流使用的 HTTP/1.1，HTTP/2 在前者的基础上做了很多改进，所以性能可能比很多 RPC 协议还要好，甚至连 gRPC 底层都直接用的 HTTP/2。

那么问题又来了，为什么既然有了 HTTP/2，还要有 RPC 协议？

这个是由于 HTTP/2 是 2015 年出来的。那时候很多公司内部的 RPC 协议都已经跑了好些年了，基于历史原因，一般也没必要去换了。

5、总结

  • 纯裸 TCP 是能收发数据，但它是个无边界的数据流，上层需要定义消息格式用于定义消息边界。于是就有了各种协议，HTTP 和各类 RPC 协议就是在 TCP 之上定义的应用层协议。
  • RPC 本质上不算是协议，而是一种调用方式，而像 gRPC 和 Thrift 这样的具体实现，才是协议，它们是实现了 RPC 调用的协议。目的是希望程序员能像调用本地方法那样去调用远端的服务方法。同时 RPC 有很多种实现方式，不一定非得基于 TCP 协议。
  • 从发展历史来说，HTTP 主要用于 B/S 架构，而 RPC 更多用于 C/S 架构。但现在其实已经没分那么清了，B/S 和 C/S 在慢慢融合。很多软件同时支持多端，所以对外一般用 HTTP 协议，而内部集群的微服务之间则采用 RPC 协议进行通讯。
  • RPC 其实比 HTTP 出现的要早，且比目前主流的 HTTP/1.1 性能要更好，所以大部分公司内部都还在使用 RPC。
  • HTTP/2.0 在 HTTP/1.1 的基础上做了优化，性能可能比很多 RPC 协议都要好，但由于是这几年才出来的，所以也不太可能取代掉 RPC。
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