Java 核心特性与性能优化

课程大纲

第一天上午：Java Core

第一部分 JDK 核心 API 总览（1 - 11）

· 主要内容

Java 基础类库：Java 语言（Lang）、数学（Math）、集合（Collections）、并发（Concurrency）和反射（Relfection）

Java 其他类库：Java I/O、Java Beans、序列化（Serialization）、管理扩展（JMX）和网络（Networking）

第二部分 Java API 实践

·主要内容

通用框架：介绍 JDK 中常见的工具方法，以及精选 Apache Commons 工程，减少重复劳动，提升开发效率和质量

集合框架：主要讨论 JDK 中常见的数据结构的使用场景以及常见问题，包括 Apache commons-collection

配置外部化：介绍从 Java SE 到 Java EE 配置外部化的实例，杜绝硬编码的方式，实现一套代码到处运行，并且结合流行的开源框架展开讨论，如 log4j(logback)、Spring Framework、Dubbo 等

第一天下午 Java API 设计

第一部分 Java 通用 API 设计

·主要内容

类/接口设计：介绍类、抽象类、接口命名、访问性设计以及“封装性、派生性、多态性”技巧

枚举设计：理解枚举引入的意义以及变化，介绍 JDK 中常见枚举的设计

泛型设计：了解泛型使用场景以及限制，通过 JDK 以及开源项目领悟其中的设计模式

方法设计：介绍方法命名、返回类型、参数类型、名称以及数量的设计模式

函数式设计：讨论函数式设计技巧，如 Supplier、Consumer 以及 Function 在日常开发中的运用

模块设计：Java 9 模块化类库迁移、依赖管理分析、迁移案例等、模块解析、模块API 设计

第二部分 Java 设计模式

·主要内容

GoF 23 设计模式：通过实例和开源实现的方式讲解 GoF 23 设计模式

扩展设计模式：Fluent 、Reactive、Stream、模块驱动等设计模式

开源框架的设计模式：介绍 Spring Framework 对 GoF 23 设计模式的运用，以及其特殊的，简介 Catalina 引擎设计、JSP 模板解析引擎 - Jasper 设计

第二天上午：Java 并发框架（J.U.C）实践

·主要内容

Java 并发锁：介绍包括重进入锁（ReentrantLock）、重进入读写锁（ReentrantReadWriteLock）、邮票锁（StampedLock）等运用

Java 原子操作：理解 Atomic* API 以及 *Adder API 使用场景

Java 并发限制：包括 CountDownLatch、CyclicBarrier 以及 Semaphore

Java 线程池：掌握 Executor、ThreadPoolExecutor 、ScheduledExecutorService 以及 Callable 和 Future API 正确使用

第二天下午：Java 并发原理

·主要内容

Java 同步原语：从 JDK 级别到 JVM 级别，深度分析和理解 Java synchronized 、volatile 以及 CAS 操作等同步原语

Java 内存模型：理解 Happens-before 、以及内存屏蔽在 Java 实践中的运用

Java 并发 AQS 原理：通过分析 Java 线程池实现理解 AQS 实现原理

第三天上午：JVM 原理

第一部分 Java 类加载和内存管理

·主要内容

Java Class：讲解 Java Class 解析、校验以及加载的过程

Class 与 ClassLoader 之间的关系：通过源码级别理解 Class 与 ClassLoader 之间的关系

ClassLoader 双亲委派原理：通过底层实现理解双亲委派的设计和局限性

Java 类存储：Java 类对象存储细节

Java 内存区域：介绍 Java 内存区域的组成，深入讨论 Java Heap、方法区、JVM Stack 等职责范围以及设计目的

第二部分 Java 垃圾回收器调优

·主要内容

Serial 收集器特征和调优

Parallel 收集器特征和调优

CMS 收集器特征和调优

G1 收集器特征和调优

第三天下午：Java Trouble-Shooting

第一部分 Java 故障案例分析

·主要内容

CPU 过高案例：介绍高消耗CPU代码的常用分析方法，逐一排查可能性

GC 案例：介绍 Young GC 和 Full GC 的基本表象，以及如何在代码实现中尽可能地避免 Full GC

·主要内容

OOM 错误案例：分析 Java 内存泄露的症状，以及快速定位泄露位置（堆、Perm 或 Metasapce）以及解决方案

诊断 JVM Crash ：介绍 Java 内存泄露引起的 JVM 进程 Crash 的现象和排查手段

诊断 Java 代码：讨论由 Java 代码引起的 Java 内存泄漏的特征以及如何借助诊断工具定位问题代码

诊断 Native 代码：讨论由 Java Native 代码引起的 Java 内存泄漏的特征以及如何借助诊断工具定位问题代码

第二部分 Java 运维工具

·主要内容

工具介绍：Java 进程工具（jps）、线程 dump 工具（jstack）、内存 dump 工具（jmap）、Java 调试工具（jdb）、图形化工具（jmc、jvisualvm、jconsole）

工具与JMX：理解 JMX 运维 JVM 的适用范围，以及它与运维工具之间的关系

Java Tools API：介绍 Java 编译器、Java Attatch API、Java Dump API 以及对象查询语言（OQL）

第四天上午：应用优化

第一部分 关系型数据库优化

·主要内容

数据库优化：慢 SQL 查询和分析，索引优化、数据垂直拆分、水平拆分

JDBC 事务：JDBC 事务原理以及 EJB 和 Spring 事务实现

JDBC 优化：数据库连接池选型，PreparedStatement 性能优化以及 MyBatis 和 JPA 最佳实践

第二部分 分布式优化

·主要内容

缓存优化：解决缓存并发、缓存穿透以及缓存雪崩问题

分布式锁：理解和实现分布式锁（基于 Zookeeper 和 Redis）

分布式事务：理解分布式事务原理，合理地选型实现

第四天下午：分布式优化

第一部分 Web 优化

·主要内容

异步 Web：异步 Servlet 提升系统吞吐量

分布式 Session：实现分布式 Session 实现单点登录

第二部分 其他优化

·主要内容

异步优化：使用并发框架实现异步特性

日志优化：比较 Java Logging、logback、Log4j 1 和 2 的特点和优势，合理地使用日志

I/O 优化：文件锁、修改通知，零拷贝等优化手段

网络优化：合理地设置 Socket 连接数量、TCP 网络参数优化

内存优化：理解 OS OOM 原理，堆外内存、虚拟内存等合理使用

Spring 设计模式

课程大纲

第一天：GoF 23 设计模式以及扩展模式

第一节：构建模式（Creational patterns）

·GoF 23 设计模式

·抽象工厂模式（Abstract factory）

·构建器模式（Builder）实现

·工厂方法模式（Factory method）

·原型模式（Prototype）

·单例模式（Singleton）

·扩展设计模式

·依赖注入（Dependency Injection）

·延迟初始化（Lazy initialization）

·多例模式（Multiton）

·对象池（Object pool）

·资源获取即初始化（Resource Acquisition Is Initialization）

第二节：结构模式（Structural patterns）

·GoF 23 设计模式

·适配器模式（Adapter）

·组合模式（Composite）

·装饰器模式（Decorator）

·享元模式（Flyweight）

·代理模式（Proxy）

·扩展设计模式

·前端控制器模式（Front controller）

·标记器模式（Marker）

·模块化模式（Module）

第三节：行为模式（Behavioural patterns）

·GoF 23 设计模式

·责任链模式（Chain of Responsibility）

·命令模式（Command）

·解释器模式（Interpreter）

·迭代器模式（Iterator）

·中继器模式（Mediator）

·备忘录模式（Memento）

·观察者模式（Observer）

·状态模式（State）

·策略模式（Strategy）

·模板方法模式（Template Method）

·访问者模式（Visitor）

第二天：Spring Framework 设计模式实现

第一节：构建模式（Creational patterns）

·抽象工厂模式（Abstract factory）实现 - BeanFactory 等

·构建器模式（Builder）实现 - BeanDefinitionBuilder 等

·工厂方法模式（Factory method）实现 - FactoryBean 等

·原型模式（Prototype）实现 -

·单例模式（Singleton）实现

·依赖注入（Dependency Injection）实现 - @Autowired 和 @Resource 等

·延迟初始化（Lazy initialization）实现 - ObjectProvider 等

·多例模式（Multiton）实现 - PropertySource 等

·对象池（Object pool）实现 -

·资源获取即初始化（Resource Acquisition Is Initialization）实现 - @PostConstruct 和 InitializingBean 等

第二节：结构模式（Structural patterns）

·适配器模式（Adapter）实现 - AdvisorAdapter 等

·组合模式（Composite）实现 - CompositeCacheManager 等

·装饰器模式（Decorator）实现 - DelegatingFilterProxy 等

·享元模式（Flyweight）实现 - DefaultConversionService 等

·代理模式（Proxy）实现 - ProxyFactory 等

·前端控制器模式（Front controller）实现 - DispatcherServlet 等

·标记器模式（Marker）实现 - Aware 等

·模块化模式（Module）实现 - @EnableTransactionManagement 等

第三节：行为模式（Behavioural patterns）

·责任链模式（Chain of Responsibility）实现 - HandlerInterceptor 等

·命令模式（Command）实现 - RestTemplate 等

·解释器模式（Interpreter）实现 - BeanExpressionResolver 等

·迭代器模式（Iterator）实现 - PropertySources 等

·观察者模式（Observer）实现 - ApplicationEvent 等

·状态模式（State）实现 - DefaultListableBeanFactory 等

·策略模式（Strategy）实现 - InstantiationStrategy 等

·模板方法模式（Template Method）实现 - JdbcTemplate 等

·访问者模式（Visitor）实现 - MethodVisitor 等

Spring技术实战

课程大纲

第一天上午：Spring Framework 实战

第一节：Spring IoC 容器

·主要内容

IoC 与 DI ：介绍 IoC（控制反转）原理、以及 依赖注入（DI）

Bean ：Bean 的命名、Bean 的构造、Bean 的作用域、Bean 的生命周期，以及 Bean 的定义

配置：XML 配置方式、Annotation 配置方式以及 Java 配置方式

组件管理：组件扫描和管理，介绍@Component和其 stereotype Annotation

Environment 抽象：介绍Environment、PropertySource接口和@PropertySource注解，以及占位符的运用

ApplicationContext：介绍 Spring 应用上下文ApplicationContext以及其派生接口使用场景

BeanFactory：介绍 Spring Bean 管理接口 BeanFactory

第二节：Spring AOP

·主要内容

AOP 简介：介绍 AOP 的基本概念，包括切面、切入点、通知等，讲解 Spring AOP 实现方式以及理解 Spring AOP 代理机制

基于注解的 AOP 支持：在 Spring 上下文激活 @AspectJ  ，以及注解的方式申明切面、切入点、通知等

基于 XML 的AOP 支持：基于 AOP Schema 在 XML 配置文件的方式，申明和使用切面、切入点、通知等

Spring AOP API：包括 切面、切入点、通知、ProxyFactory以及ProxyFactoryBean等API

第三节：Spring Web MVC 框架

·主要内容

Spring Web MVC 实战：详细说明DispatcherServlet、@Controller和@RequestMapping的基本原理、@RequestParam、@RequestBody和@ResponseBody使用方式、以及它们之间关系

映射处理：介绍DispatcherServlet与RequestMappingHandlerMapping之间的交互原理，HandlerInterceptor的职责以及使用

异常处理：介绍DispatcherServlet中执行过程中，如何优雅并且高效地处理异常的逻辑，如归类处理以及提供友好的交互界面等

第一天下午：Spring Boot 核心原理

第一节：Web 应用

·主要内容

REST 服务端实践：Spring Boot REST 应用、HATEOAS 应用、文档生成等

Servlet on Spring Boot ：在 Spring Boot 环境下，开发和注册，以及部署Servlet 组件

Spring Web MVC 处理流程：立即 Web MVC 处理服务端渲染以及 REST 处理细节

第二节：数据整合

·主要内容

SQL：JDBC、JPA、ORM

事务管理：Spring 事务处理、分布式事务

NoSQL：分布式 Redis 缓存应用

缓存：Java Cache、Spring Cache 应用

第三节：Spring Boot 特性

·主要内容

自动装配：原理讲解、源码解读

嵌入式容器：装配嵌入式 Tomcat

生产准备：介绍 Spring Boot Actuator 特性

Spring Boot Starter：全面系统地介绍Spring Boot Starter的开发

开发经验：根据实际的经验，分享相关的开发注意事项

第二天上午：Spring Cloud 服务治理基础

第一节：服务发现/注册

·主要内容

Eureka 客户端：介绍 Spring Cloud Discovery 结合 Netflix Eureka 客户端的基本使用方法，包括服务发现激活、Eureka 客户端注册配置 以及 API 使用等

Eureka 服务器：介绍 Eureka 服务器作为服务注册中心的搭建方法，以及內建 Dashboard 基本运维手段

第二节：配置管理

·主要内容

Bootstrap 配置属性：解密 Bootstrap 配置属性与 Spring Framework / Spring Boot 配置架构的关系，介绍如何调整 Bootstrap 配置文件路径、覆盖远程配置属性、自定义 Bootstrap 配置以及自定义 Bootstrap 配置属性源

Environment 端点：介绍/env 端点的使用场景，并且解读其源码，了解其中奥秘

Apollo ：掌握 客户端 API 使用，理解 Apollo 服务端架构设计

第三节：负载均衡

·主要内容

理论基础：简介负载均衡客户端和服务端的相关理论，包括调度算法：如先来先服务、轮训、多级队列等。基本特性：非对称负载、健康检查、优先级队列等

整合Netflix Ribbon：作为 Spring Cloud 客户端负载均衡实现 ，Netflix Ribbon 提供了丰富的组件，包括负载均衡器、负载均衡规则、PING 策略等，根据前章所积累的经验，实现客户端负载均衡

RestTemplate 部分：解读 RestTemplateCustomizer 设计意图、处理逻辑以及请求拦截实现

客户端部分：解读@LoadBalanced 实现原理以及最终实际请求的相关实现

负载均衡部分：解读负载均衡上下文、负载均衡器、负载均衡规则、PING 策略等相关实现

第二天下午：Spring Cloud 治理高阶

第一节：服务熔断

·主要内容

核心理念：介绍服务短路的名词由来、目的，以及相关的类似慨念。随后讲述其中设计哲学、触发条件、处理手段以及客户端和服务端实现方法

Netflix Hystrix：Netflix Hystrix 作为 Spring Cloud Hystrix 底层实现，结合 RxJava 框架进行实现，如核心接口HystrixCommand，属性设置HystrixCommandProperties以及配置信息HystrixConfiguration等

Spring Cloud Hystrix：详细解读@EnableCircuitBreaker 处理过程，以及@HystrixCommand AOP 拦截实现等

第二节：服务网管

·主要内容

架构设计：Spring Cloud Gateway 服务网关

底层底层：Spring Cloud Gateway 底层实现

生态整合：Spring Cloud Gateway 与负载均衡、熔断以及监控等

第三节：服务跟踪和调度

·主要内容

服务跟踪基础：理解 Dapper 服务跟踪理论，理解 Spring Cloud Sleuth 设计

分布式调用链：整合 SkyWalking 理解，Java 探针机制

分布式任务调度：XXL-JOB 使用、架构和核心原理

第三节：服务监控

·主要内容

服务监控理论：微服务系统进程监 以及 Spring Boot Actuator 架构体系

Metrics 指标监控：理解 Spring Boot Metrics 以及底层 Micrometer 的实现

图形化监控：Spring Cloud Actuator 整合 Prometheus 实现，并使用 Grafana 查看监控大盘