Java面试——基础知识点

2022-06-24 14:57:41 浏览数 (1)

JVM

Jvm体系总体分四大块：类的加载机制、Jvm内存结构、GC算法垃圾回收、GC分析命令调优。

类的加载机制

类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构。类的加载的最终产品是位于堆区中的Class对象，Class对象封装了类在方法区内的数据结构，并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口。

类的生命周期

  • 加载：查找并加载类的二进制数据，在Java堆中也创建一个java.lang.Class类的对象；
  • 连接：连接又包含三块内容：验证、准备、解析；
    • 验证：文件格式、元数据、字节码、符号引用验证；
    • 准备，为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值；
    • 解析，把类中的符号引用转换为直接引用；
  • 初始化：为类的静态变量赋予正确的初始值；
  • 使用：new出对象程序中使用；
  • 卸载，执行垃圾回收。

类加载器

  • 启动类加载器：Bootstrap ClassLoader，负责加载存放在JDKjrelib(JDK代表JDK的安装目录，下同)下，或被-Xbootclasspath参数指定的路径中的，并且能被虚拟机识别的类库；
  • 扩展类加载器：Extension ClassLoader，它负责加载JDKjrelibext目录中，或者由java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有类库（如javax.*开头的类），开发者可以直接使用扩展类加载器；
  • 应用程序类加载器：Application ClassLoader，它负责加载用户类路径（ClassPath）所指定的类，开发者可以直接使用该类加载器。

类加载机制

  • 全盘负责：当一个类加载器负责加载某个Class时，该Class所依赖的和引用的其他Class也将由该类加载器负责载入，除非显示使用另外一个类加载器来载入；
  • 父类委托：先让父类加载器试图加载该类，只有在父类加载器无法加载该类时才尝试从自己的类路径中加载该类；
  • 缓存机制：缓存机制将会保证所有加载过的Class都会被缓存，当程序中需要使用某个Class时，类加载器先从缓存区寻找该Class，只有缓存区不存在，系统才会读取该类对应的二进制数据，并将其转换成Class对象，存入缓存区。这就是为什么修改了Class后，必须重启JVM，程序的修改才会生效。

Jvm内存结构

1、内存结构

方法区和堆是所有线程共享的内存区域；而java栈、本地方法栈、程序计数器是线程私有的内存区域。

  • 堆：是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存；
  • 方法区：与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据；
  • 程序计数器：是一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器； JVM栈：与程序计数器一样，Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程；
  • 本地方法栈：与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。

2、对象分配规则

  • 对象优先分配在Eden区，如果Eden区没有足够的空间时，虚拟机执行一次Minor GC；
  • 大对象直接进入老年代（大对象是指需要大量连续内存空间的对象）。这样做的目的是避免在Eden区和两个Survivor区之间发生大量的内存拷贝（新生代采用复制算法收集内存）；
  • 长期存活的对象进入老年代。虚拟机为每个对象定义了一个年龄计数器，如果对象经过了1次Minor GC那么对象会进入Survivor区，之后每经过一次Minor GC那么对象的年龄加1，知道达到阀值对象进入老年区；
  • 动态判断对象的年龄。如果Survivor区中相同年龄的所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入老年代；
  • 空间分配担保。每次进行Minor GC时，JVM会计算Survivor区移至老年区的对象的平均大小，如果这个值大于老年区的剩余值大小则进行一次Full GC，如果小于检查HandlePromotionFailure设置，如果true则只进行Monitor GC,如果false则进行Full GC。

GC算法、垃圾回收

1、对象存活判断

  • 引用计数：每个对象有一个引用计数属性，新增一个引用时计数加1，引用释放时计数减1，计数为0时可以回收。此方法简单，无法解决对象相互循环引用的问题；
  • 可达性分析：从GC Roots开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链。当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的，不可达对象。

2、GC算法

GC最基础的算法有三种：标记 -清除算法、复制算法、标记-压缩算法，我们常用的垃圾回收器一般都采用分代收集算法

  • 标记清除算法：“标记-清除”（Mark-Sweep）算法，如它的名字一样，算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象；
  • 复制算法：“复制”（Copying）的收集算法，它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉；
  • 标记压缩算法：标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存；
  • 分代收集算法：“分代收集”（Generational Collection）算法，把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。

3、垃圾回收器

  • Serial收集器：串行收集器是最古老，最稳定以及效率高的收集器，可能会产生较长的停顿，只使用一个线程去回收；
  • ParNew收集器：ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本；
  • Parallel收集器：Parallel Scavenge收集器类似ParNew收集器，Parallel收集器更关注系统的吞吐量；
  • Parallel Old 收集器：Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和“标记－整理”算法；
  • CMS收集器：CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器；
  • G1收集器：G1 (Garbage-First)是一款面向服务器的垃圾收集器,主要针对配备多颗处理器及大容量内存的机器. 以极高概率满足GC停顿时间要求的同时,还具备高吞吐量性能特征。

4、四种引用

  • 强引用：如果一个对象具有强引用，它就不会被垃圾回收器回收。即使当前内存空间不足，JVM也不会回收它，而是抛出 OutOfMemoryError 错误，使程序异常终止。如果想中断强引用和某个对象之间的关联，可以显式地将引用赋值为null，这样一来的话，JVM在合适的时间就会回收该对象；
  • 软引用：在使用软引用时，如果内存的空间足够，软引用就能继续被使用，而不会被垃圾回收器回收，只有在内存不足时，软引用才会被垃圾回收器回收；
  • 弱引用：具有弱引用的对象拥有的生命周期更短暂。因为当 JVM 进行垃圾回收，一旦发现弱引用对象，无论当前内存空间是否充足，都会将弱引用回收。不过由于垃圾回收器是一个优先级较低的线程，所以并不一定能迅速发现弱引用对象；
  • 虚引用：顾名思义，就是形同虚设，如果一个对象仅持有虚引用，那么它相当于没有引用，在任何时候都可能被垃圾回收器回收。

GC分析、命令调优

1、GC日志分析

摘录GC日志一部分（前部分为年轻代gc回收；后部分为full gc回收）：

代码语言：javascript复制
2016-07-05T10:43:18.093 0800: 25.395: [GC [PSYoungGen: 274931K->10738K(274944K)] 371093K->147186K(450048K), 0.0668480 secs] [Times: user=0.17 sys=0.08, real=0.07 secs] 
2016-07-05T10:43:18.160 0800: 25.462: [Full GC [PSYoungGen: 10738K->0K(274944K)] [ParOldGen: 136447K->140379K(302592K)] 147186K->140379K(577536K) [PSPermGen: 85411K->85376K(171008K)], 0.6763541 secs] [Times: user=1.75 sys=0.02, real=0.68 secs]

通过上面日志分析得出，PSYoungGen、ParOldGen、PSPermGen属于Parallel收集器

2、调优命令

Sun JDK监控和故障处理命令有jps jstat jmap jhat jstack jinfo

  • jps：JVM Process Status Tool,显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程；
  • jstat：JVM statistics Monitoring是用于监视虚拟机运行时状态信息的命令，它可以显示出虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据；
  • jmap：JVM Memory Map命令用于生成heap dump文件；
  • jhat：JVM Heap Analysis Tool命令是与jmap搭配使用，用来分析jmap生成的dump，jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器，生成dump的分析结果后，可以在浏览器中查看；
  • jstack：用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照；
  • jinfo；JVM Configuration info 这个命令作用是实时查看和调整虚拟机运行参数。

3、调优工具

常用调优工具分为两类,jdk自带监控工具：jconsole和jvisualvm，第三方有：MAT(Memory Analyzer Tool)、GChisto。

  • jconsole：Java Monitoring and Management Console是从java5开始，在JDK中自带的java监控和管理控制台，用于对JVM中内存，线程和类等的监控；
  • jvisualvm：jdk自带全能工具，可以分析内存快照、线程快照；监控内存变化、GC变化等；
  • MAT：Memory Analyzer Tool，一个基于Eclipse的内存分析工具，是一个快速、功能丰富的Java heap分析工具，它可以帮助我们查找内存泄漏和减少内存消耗；
  • GChisto：一款专业分析gc日志的工具。

volatile关键字

volatile是一个类型修饰符（type specifier），volatile的作用是作为指令关键字，确保本条指令不会因编译器的优化而省略，且要求每次直接读值。Volatile变量具有 synchronized 的可见性特性，但是不具备原子特性。

在访问volatile变量时不会执行加锁操作，因此也就不会使执行线程阻塞，因此volatile变量是一种比sychronized关键字更轻量级的同步机制。而声明变量是 volatile 的，JVM 保证了每次读变量都从内存中读，跳过 CPU cache 这一步。

当一个变量定义为 volatile 之后，将具备两种特性：

  • 保证此变量对所有的线程的可见性，这里的“可见性”，当一个线程修改了这个变量的值，volatile 保证了新值能立即同步到主内存，以及每次使用前立即从主内存刷新。但普通变量做不到这点，普通变量的值在线程间传递均需要通过主内存（详见：Java内存模型）来完成。
  • 禁止指令重排序优化。有volatile修饰的变量，赋值后多执行了一个“load addl $0x0, (%esp)”操作，这个操作相当于一个内存屏障（指令重排序时不能把后面的指令重排序到内存屏障之前的位置），只有一个CPU访问内存时，并不需要内存屏障；（什么是指令重排序：是指CPU采用了允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理）。

性能

volatile 的读性能消耗与普通变量几乎相同，但是写操作稍慢，因为它需要在本地代码中插入许多内存屏障指令来保证处理器不发生乱序执行。

作用

  • 内存可见性；
  • 有序性、禁止指令重排相关的内容。

synchronized关键字

修饰一个代码块

被修饰的代码块称为同步语句块，其作用的范围是大括号{}括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象。

修饰一个方法

被修饰的方法称为同步方法，其作用的范围是整个方法，作用的对象是调用这个方法的对象。

修改一个静态的方法

其作用的范围是整个静态方法，作用的对象是这个类的所有对象。

修改一个类

其作用的范围是synchronized后面括号括起来的部分，作用主的对象是这个类的所有对象。

HsahMap的原理

JDK版本区别

  • 在JDK1.6，JDK1.7中，HashMap采用位桶 链表实现，即使用链表处理冲突，同一hash值的链表都存储在一个链表里。
  • 在JDK1.8中，HashMap采用位桶 链表 红黑树实现，当链表长度超过阈值（8）时，将链表转换为红黑树，这样大大减少了查找时间。

原理

HashMap基于hashing原理，我们通过put()和get()方法储存和获取对象。

将键值对传递给put()方法时，它调用键对象的hashCode()方法来计算hashcode，然后找到bucket位置来储存值对象。

当获取对象时，通过键对象的equals()方法找到正确的键值对，然后返回值对象。

HashMap使用链表来解决碰撞问题，当发生碰撞了，对象将会储存在链表的下一个节点中。HashMap在每个链表节点中储存键值对对象。

当两个不同的键对象的hashcode相同时会发生什么？

它们会储存在同一个bucket位置的链表中。键对象的equals()方法用来找到键值对。

当两个对象的hashcode相同会发生什么？

因为hashcode相同，所以它们的bucket位置相同，‘碰撞’会发生。因为HashMap使用链表存储对象，这个Entry(包含有键值对的Map.Entry对象)会存储在链表中。

如果两个键的hashcode相同，如何获取值对象？

当调用get()方法，HashMap会使用键对象的hashcode找到bucket位置，找到bucket位置之后，会调用keys.equals()方法去找到链表中正确的节点，最终找到要找的值对象。

key的选取要使用不可变的、声明作final的对象，并且采用合适的equals()和hashCode()方法的话，将会减少碰撞的发生，提高效率。不可变性使得能够缓存不同键的hashcode，这将提高整个获取对象的速度，使用String，Interger这样的wrapper类作为键是非常好的选择。

如果HashMap的大小超过了负载因子(load factor)定义的容量，怎么办？

默认的负载因子大小为0.75，也就是说，当一个map填满了75%的bucket时候，和其它集合类(如ArrayList等)一样，将会创建原来HashMap大小的两倍的bucket数组，来重新调整map的大小，并将原来的对象放入新的bucket数组中。这个过程叫作rehashing，因为它调用hash方法找到新的bucket位置。

重新调整HashMap大小存在什么问题？

当重新调整HashMap大小的时候，确实存在条件竞争，因为如果两个线程都发现HashMap需要重新调整大小了，它们会同时试着调整大小。在调整大小的过程中，存储在链表中的元素的次序会反过来，因为移动到新的bucket位置的时候，HashMap并不会将元素放在链表的尾部，而是放在头部，这是为了避免尾部遍历(tail traversing)。

ConcurrentHashMap和Hashtable的区别

Hashtable和ConcurrentHashMap都可以用于多线程的环境，但是当Hashtable的大小增加到一定的时候，性能会急剧下降，因为迭代时需要被锁定很长的时间。

因为ConcurrentHashMap引入了分割(segmentation)，不论它变得多么大，仅仅需要锁定map的某个部分，而其它的线程不需要等到迭代完成才能访问map。简而言之，在迭代的过程中，ConcurrentHashMap仅仅锁定map的某个部分，而Hashtable则会锁定整个map。

深拷贝和浅拷贝

浅拷贝

被复制对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值，而所有的对其他对象的引用仍然指向原来的对象。

换言之，浅拷贝仅仅复制所考虑的对象，而不复制它所引用的对象。

深拷贝

被复制对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值，而那些引用其他对象的变量将指向被复制过的新对象，而不再是原有的那些被引用的对象。

换言之，深拷贝把要复制的对象所引用的对象都复制了一遍。

单例模式

单例模式要求类能够有返回对象一个引用(永远是同一个)和一个获得该实例的方法（必须是静态方法，通常使用getInstance这个名称）。

单例的实现主要是通过以下两个步骤

  • 将该类的构造方法定义为私有方法，这样其他处的代码就无法通过调用该类的构造方法来实例化该类的对象，只有通过该类提供的静态方法来得到该类的唯一实例；
  • 在该类内提供一个静态方法，当我们调用这个方法时，如果类持有的引用不为空就返回这个引用，如果类保持的引用为空就创建该类的实例并将实例的引用赋予该类保持的引用。

优点

系统内存中该类只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些需要频繁创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能。

缺点

当想实例化一个单例类的时候，必须要记住使用相应的获取对象的方法，而不是使用new，可能会给其他开发人员造成困扰，特别是看不到源码的时候。

适用场合

  • 需要频繁的进行创建和销毁的对象；
  • 创建对象时耗时过多或耗费资源过多，但又经常用到的对象；
  • 工具类对象；
  • 频繁访问数据库或文件的对象。

线程

进程与线程

进程是指一个内存中运行的应用程序，每个进程都有自己独立的一块内存空间，即进程空间或（虚空间）。进程不依赖于线程而独立存在，一个进程中可以启动多个线程。

线程是指进程中的一个执行流程，一个进程中可以运行多个线程。比如java.exe进程中可以运行很多线程。线程总是属于某个进程，线程没有自己的虚拟地址空间，与进程内的其他线程一起共享分配给该进程的所有资源。

Java中的线程

在 Java程序中，有两种方法创建线程：

  • 一是对 Thread 类进行派生并覆盖 run方法；
  • 二是通过实现Runnable接口创建。

线程的状态

  • 新建状态(New): 线程对象被创建后，就进入了新建状态。例如，Thread thread = new Thread()。
  • 就绪状态(Runnable): 也被称为“可执行状态”。线程对象被创建后，其它线程调用了该对象的start()方法，从而来启动该线程。例如，thread.start()。处于就绪状态的线程，随时可能被CPU调度执行。
  • 运行状态(Running) : 线程获取CPU权限进行执行。需要注意的是，线程只能从就绪状态进入到运行状态。
  • 阻塞状态(Blocked) : 阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种：
    • (01) 等待阻塞 -- 通过调用线程的wait()方法，让线程等待某工作的完成。
    • (02) 同步阻塞 -- 线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，它会进入同步阻塞状态。
    • (03) 其他阻塞 -- 通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。
  • 死亡状态(Dead): 线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

相关API

  • notify()：唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。
  • notifyAll()：唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。
  • wait()：让当前线程处于“等待(阻塞)状态”，“直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法”，当前线程被唤醒(进入“就绪状态”)，是会线程释放它所持有对象的同步锁。
  • wait(long timeout)：让当前线程处于“等待(阻塞)状态”，“直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法，或者超过指定的时间量”，当前线程被唤醒(进入“就绪状态”)。
  • wait(long timeout, int nanos)：让当前线程处于“等待(阻塞)状态”，“直到其他线程调用此对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法，或者其他某个线程中断当前线程，或者已超过某个实际时间量”，当前线程被唤醒(进入“就绪状态”)。
  • yield()：作用是让步。它能让当前线程由“运行状态”进入到“就绪状态”，从而让其它具有相同优先级的等待线程获取执行权；但是，并不能保证在当前线程调用yield()之后，其它具有相同优先级的线程就一定能获得执行权；也有可能是当前线程又进入到“运行状态”继续运行；是不会释放锁。
  • sleep() ：作用是让当前线程休眠，即当前线程会从“运行状态”进入到“休眠(阻塞)状态”。sleep()会指定休眠时间，线程休眠的时间会大于/等于该休眠时间；在线程重新被唤醒时，它会由“阻塞状态”变成“就绪状态”，从而等待cpu的调度执行。sleep也是不会释放锁的。
  • join()：是让主线程会等待子线程结束之后才能继续运行。

并行与并发

并行：多个cpu实例或者多台机器同时执行一段处理逻辑，是真正的同时。

并发：通过cpu调度算法，让用户看上去同时执行，实际上从cpu操作层面不是真正的同时。并发往往在场景中有公用的资源，那么针对这个公用的资源往往产生瓶颈，我们会用TPS或者QPS来反应这个系统的处理能力。

ThreadLocal

  • 作用：保存线程的独立变量。当使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。常用于用户登录控制，如记录session信息。
  • 实现：每个Thread都持有一个TreadLocalMap类型的变量（该类是一个轻量级的Map，功能与map一样，区别是桶里放的是entry而不是entry的链表。功能还是一个map。）以本身为key，以目标为value。
  • 主要方法是get()和set(T a)，set之后在map里维护一个threadLocal -> a，get时将a返回。

原子类

使用atomic wrapper class如AtomicInteger、AtomicBoolean、AtomicReference等，或者使用自己保证原子的操作，则等同于synchronized。

Lock类

lock在java.util.concurrent包内，主要目的是和synchronized一样， 两者都是为了解决同步问题，处理资源争端而产生的技术。共有三个实现：

代码语言：javascript复制
ReentrantLock
ReentrantReadWriteLock.ReadLock
ReentrantReadWriteLock.WriteLock

与synchronized的区别：

  • Lock不是Java语言内置的，synchronized是Java语言的关键字，因此是内置特性。Lock是一个类，通过这个类可以实现同步访问；
  • Lock和synchronized有一点非常大的不同，采用synchronized不需要用户去手动释放锁，当synchronized方法或者synchronized代码块执行完之后，系统会自动让线程释放对锁的占用；而Lock则必须要用户去手动释放锁，如果没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象。

Java8的特性

Lambda表达式

Lambda允许把函数作为一个方法的参数。

代码语言：javascript复制
Arrays.asList( "a", "b", "d" ).forEach( e -> System.out.println( e ) );
Arrays.asList( "a", "b", "d" ).forEach( ( String e ) -> System.out.println( e ) );

方法引用

方法引用提供了非常有用的语法，可以直接引用已有Java类或对象（实例）的方法或构造器。与lambda联合使用，方法引用可以使语言的构造更紧凑简洁，减少冗余代码。

默认方法

默认方法就是一个在接口里面有了一个实现的方法。

Stream API

新添加的Stream API（java.util.stream） 把真正的函数式编程风格引入到Java中。

Date Time API

加强对日期与时间的处理

Optional类

Optional 类已经成为 Java 8 类库的一部分，用来解决空指针异常。

Nashorn, JavaScript 引擎

Java 8提供了一个新的Nashorn javascript引擎，它允许我们在JVM上运行特定的javascript应用。

HTTP协议

HTTP（Hyper Text Transfer Protocol）超文本传输协议，是一种建立在TCP上的无状态连接，整个基本的工作流程是客户端发送一个HTTP请求，说明客户端想要访问的资源和请求的动作，服务端收到请求之后，服务端开始处理请求，并根据请求做出相应的动作访问服务器资源，最后通过发送HTTP响应把结果返回给客户端。

其中一个请求的开始到一个响应的结束称为事务，当一个事物结束后还会在服务端添加一条日志条目。

特点

  • 无状态：协议对客户端没有状态存储，对事物处理没有“记忆”能力，比如访问一个网站需要反复进行登录操作；
  • 无连接：HTTP/1.1之前，由于无状态特点，每次请求需要通过TCP三次握手四次挥手，和服务器重新建立连接。比如某个客户机在短时间多次请求同一个资源，服务器并不能区别是否已经响应过用户的请求，所以每次需要重新响应请求，需要耗费不必要的时间和流量；
  • 基于请求和响应：基本的特性，由客户端发起请求，服务端响应；
  • 简单快速、灵活；
  • 通信使用明文、请求和响应不会对通信方进行确认、无法保护数据的完整性。

请求

HTTP请求是客户端往服务端发送请求动作，告知服务器自己的要求。HTTP请求由状态行、请求头、请求正文三部分组成：

  • 状态行：包括请求方式Method、资源路径URL、协议版本Version；
  • 请求头：包括一些访问的域名、用户代理、Cookie等信息；
  • 请求正文：就是HTTP请求的数据。

注：请求方式Method一般有GET、POST、PUT、DELETE，含义分别是获取、修改、上传、删除，其中GET方式仅仅为获取服务器资源，方式较为简单，因此在请求方式为GET的HTTP请求数据中，请求正文部分可以省略，直接将想要获取的资源添加到URL中。

响应

服务器收到了客户端发来的HTTP请求后，根据HTTP请求中的动作要求，服务端做出具体的动作，将结果回应给客户端，称为HTTP响应。HTTP响应由三部分组成：

  • 状态行：包括协议版本Version、状态码Status Code、回应短语；
  • 响应头：包括搭建服务器的软件，发送响应的时间，回应数据的格式等信息；
  • 响应正文：就是响应的具体数据。

主要关心并且能够在客户端浏览器看得到的是三位数的状态码，不同的状态码代表不同的含义。

响应模型

服务器收到HTTP请求之后，会有多种方法响应这个请求，下面是HTTP响应的四种模型：

  • 单进程I/O模型：服务端开启一个进程，一个进程仅能处理一个请求，并且对请求顺序处理；
  • 多进程I/O模型：服务端并行开启多个进程，同样的一个进程只能处理一个请求，这样服务端就可以同时处理多个请求；
  • 复用I/O模型：服务端开启一个进程，但是同时开启多个线程，一个线程响应一个请求，同样可以达到同时处理多个请求，线程间并发执行；
  • 复用多线程I/O模型：服务端并行开启多个进程，同时每个进程开启多个线程，这样服务端可以同时处理进程数M*每个进程的线程数N个请求。

报文格式

HTTP报文是HTTP应用程序之间传输的数据块，HTTP报文分为HTTP请求报文和HTTP响应报文，但是无论哪种报文，他的整体格式是类似的，大致都是由起始、首部、主体三部分组成，起始说明报文的动作，首部说明报文的属性，主体则是报文的数据。

请求报文

响应报文

优化方案

  • TCP复用：TCP连接复用是将多个客户端的HTTP请求复用到一个服务器端TCP连接上，而HTTP复用则是一个客户端的多个HTTP请求通过一个TCP连接进行处理。前者是负载均衡设备的独特功能；而后者是HTTP 1.1协议所支持的新功能，目前被大多数浏览器所支持；
  • 内容缓存：将经常用到的内容进行缓存起来，那么客户端就可以直接在内存中获取相应的数据了；
  • 压缩：将文本数据进行压缩，减少带宽；
  • SSL加速（SSL Acceleration）：使用SSL协议对HTTP协议进行加密，在通道内加密并加速；
  • TCP缓冲：通过采用TCP缓冲技术，可以提高服务器端响应时间和处理效率，减少由于通信链路问题给服务器造成的连接负担。

HTTPS协议

原理

  • 首先HTTP请求服务端生成证书，客户端对证书的有效期、合法性、域名是否与请求的域名一致、证书的公钥（RSA加密）等进行校验；
  • 客户端如果校验通过后，就根据证书的公钥的有效， 生成随机数，随机数使用公钥进行加密（RSA加密）；
  • 消息体产生的后，对它的摘要进行MD5（或者SHA1）算法加密，此时就得到了RSA签名；
  • 发送给服务端，此时只有服务端（RSA私钥）能解密；
  • 解密得到的随机数，再用AES加密，作为密钥（此时的密钥只有客户端和服务端知道）。

特点

  • 内容加密：采用混合加密技术，中间者无法直接查看明文内容；
  • 验证身份：通过证书认证客户端访问的是自己的服务器；
  • 保护数据完整性：防止传输的内容被中间人冒充或者篡改。

HTTP和HTTPS的区别

  • HTTP的URL 以http:// 开头，而HTTPS 的URL 以https:// 开头；
  • HTTP是不安全的，而HTTPS是安全的；
  • HTTP标准端口是80而HTTPS的标准端口是443；
  • 在OSI网络模型中，HTTP工作于应用层，而HTTPS 的安全传输机制工作在传输层；
  • HTTP 无法加密，而HTTPS 对传输的数据进行加密；
  • HTTP无需证书，而HTTPS 需要CA机构wosign的颁发的SSL证书。
http https 网络安全 hashmap

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