Java 语言特性(面试系列2)

news2025/6/12 23:37:08

一、SQL 基础

1. 复杂查询

（1）连接查询（JOIN）
内连接（INNER JOIN）：返回两表匹配的记录。
SELECT e.name, d.dept_name
FROM employees e
INNER JOIN departments d ON e.dept_id = d.dept_id;
左连接（LEFT JOIN）：返回左表所有记录，右表无匹配时补 NULL。
SELECT e.name, p.project_name
FROM employees e
LEFT JOIN projects p ON e.emp_id = p.lead_emp_id;
多表连接：
SELECT e.name, d.dept_name, p.project_name
FROM employees e
JOIN departments d ON e.dept_id = d.dept_id
JOIN projects p ON e.emp_id = p.lead_emp_id;
2）子查询
标量子查询：返回单个值，用于条件判断
SELECT name FROM employees
WHERE salary > (SELECT AVG(salary) FROM employees);
行子查询：返回一行多列。
SELECT * FROM employees
WHERE (dept_id, salary) = (SELECT dept_id, MAX(salary) FROM employees);
存在性查询（EXISTS）
SELECT dept_name FROM departments d
WHERE EXISTS (SELECT 1 FROM employees e WHERE e.dept_id = d.dept_id);
（3）分组查询（GROUP BY）
基本分组
SELECT dept_id, COUNT(*) as emp_count
FROM employees
GROUP BY dept_id;
HAVING 过滤：对分组结果过滤（WHERE 用于分组前，HAVING 用于分组后）。
SELECT dept_id, AVG(salary) as avg_salary
FROM employees
GROUP BY dept_id
HAVING AVG(salary) > 10000;

2. 索引优化
索引类型：
B-Tree 索引：最常用，适用于等值查询和范围查询（如WHERE age > 20）。
哈希索引：仅支持等值查询（如WHERE id = 1），不支持范围查询。
全文索引：用于文本搜索（如MATCH AGAINST）。

优化原则：
最左前缀匹配：复合索引（如(a, b, c)）支持WHERE a=1、WHERE a=1 AND b=2，但不支持WHERE b=2。
避免索引失效：避免在索引列上使用函数（如WHERE YEAR(create_time) = 2023）。
覆盖索引：查询的字段直接在索引中，无需回表（如SELECT id, name FROM users WHERE id = 1）。
索引失效场景：
-- 错误：索引列参与计算
SELECT * FROM orders WHERE price * 0.9 < 100;

-- 正确：移项到右侧
SELECT * FROM orders WHERE price < 100 / 0.9;

二、数据库设计

1. 范式（Normalization）

第一范式（1NF）：字段不可再分。
反例：address字段存储"北京市海淀区"（应拆分为city和district）。

第二范式（2NF）：消除部分依赖（主键为复合键时）。
表(订单ID, 商品ID, 商品名称, 数量)中，商品名称只依赖于商品ID，应拆分表。

第三范式（3NF）：消除传递依赖。
表(员工ID, 部门ID, 部门地址)中，部门地址通过部门ID传递依赖，应拆分表。

2. 反范式（Denormalization）

定义：为提高查询性能，有意违反范式，引入冗余数据。
场景：
频繁关联的字段（如订单表冗余用户姓名，避免每次 JOIN 用户表）。
统计数据（如文章表保存comment_count字段，避免每次 COUNT 评论表）。

优缺点：
优点：减少 JOIN，提升查询速度。
缺点：数据冗余，更新时需维护一致性（如用触发器或事务）

3. 事务隔离级别

四大特性（ACID）：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）、持久性（Durability）。

隔离级别：
隔离级别脏读不可重复读幻读实现方式
读未提交（Read Uncommitted） ✅ ✅ ✅ 无锁
读已提交（Read Committed） ❌ ✅ ✅ 行级共享锁，读取时加锁立即释放
可重复读（REPEATABLE READ） ❌ ❌ ✅ 行级共享锁，事务结束后释放（MySQL 默认）
串行化（SERIALIZABLE） ❌ ❌ ❌ 表级共享锁，事务结束后释放

MySQL 默认隔离级别：REPEATABLE READ，通过 MVCC（多版本并发控制）解决不可重复读。

隔离级别	脏读	不可重复读	幻读	实现方式
读未提交（Read Uncommitted）	✅	✅	✅	无锁
读已提交（Read Committed）	❌	✅	✅	行级共享锁，读取时加锁立即释放
可重复读（REPEATABLE READ）	❌	❌	✅	行级共享锁，事务结束后释放（MySQL 默认）
串行化（SERIALIZABLE）	❌	❌	❌	表级共享锁，事务结束后释放

三、主流数据库

1. MySQL
存储引擎对比：
特性 InnoDB MyISAM
事务支持 ✅ ❌
外键支持 ✅ ❌
锁粒度行锁表锁
索引与数据存储聚簇索引（索引和数据一起存储）非聚簇索引（索引和数据分开）
适用场景事务性场景（如订单、支付）只读或插入为主（如日志）
索引优化工具：
EXPLAIN语句：分析查询执行计划，查看是否使用索引。
EXPLAIN SELECT * FROM users WHERE age > 18;
SHOW PROFILE：查看查询各阶段耗时。

特性	InnoDB	MyISAM
事务支持	✅	❌
外键支持	✅	❌
锁粒度	行锁	表锁
索引与数据存储	聚簇索引（索引和数据一起存储）	非聚簇索引（索引和数据分开）
适用场景	事务性场景（如订单、支付）	只读或插入为主（如日志）

2. Redis

数据结构与应用场景：
String：缓存（如SET user:1 '{"name":"Alice"}'）。
Hash：存储对象（如用户信息HSET user:1 name "Alice"）。
List：消息队列（如LPUSH queue task1）。
Set：去重（如点赞用户集合）。
Sorted Set：排行榜（如ZADD scoreboard 100 "user1"）。

缓存策略：
缓存穿透：查询不存在的数据，导致请求直达 DB。
解决方案：缓存空值、布隆过滤器。

缓存雪崩：大量缓存同时过期，导致 DB 压力骤增。
解决方案：随机过期时间、多级缓存。

缓存击穿：热点 key 过期瞬间，大量请求直达 DB。
解决方案：永不过期、加互斥锁。

3. MongoDB

适用场景：
灵活 schema：文档结构不固定（如用户行为日志）。
高并发写入：支持分片集群，写性能优异。
地理空间查询：内置对地理位置的索引和查询支持。
与关系型数据库对比：
特性 MongoDB MySQL
数据模型文档（JSON 格式）表结构
查询语言类 JSON 的 BSON SQL
事务支持 4.0 + 支持多文档事务全事务支持
水平扩展原生支持分片集群需要中间件（如 ShardingSphere）
适用场景灵活、高并发写入场景强事务一致性场景

特性	MongoDB	MySQL
数据模型	文档（JSON 格式）	表结构
查询语言	类 JSON 的 BSON	SQL
事务支持	4.0 + 支持多文档事务	全事务支持
水平扩展	原生支持分片集群	需要中间件（如 ShardingSphere）
适用场景	灵活、高并发写入场景	强事务一致性场景

四、综合应用示例

场景：设计一个电商订单系统，包含用户、商品、订单表。

数据库设计：
用户表（users）
CREATE TABLE users (
  id BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
  username VARCHAR(50) NOT NULL,
  email VARCHAR(100) UNIQUE,
  create_time TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);
2.商品表（products）：
CREATE TABLE products (
  id BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
  name VARCHAR(100) NOT NULL,
  price DECIMAL(10, 2) NOT NULL,
  stock INT DEFAULT 0,
  category_id BIGINT,
  INDEX idx_category (category_id)
);
3.订单表（orders）：
CREATE TABLE orders (
  id BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
  user_id BIGINT NOT NULL,
  total_amount DECIMAL(10, 2) NOT NULL,
  status TINYINT DEFAULT 0 COMMENT '0-待支付，1-已支付',
  create_time TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
  FOREIGN KEY (user_id) REFERENCES users(id),
  INDEX idx_user_status (user_id, status)
);
索引优化：
为orders.user_id添加索引，加速用户订单查询。
复合索引(user_id, status)支持按用户和状态过滤（如查询用户待支付订单）。

事务示例（扣库存）：

BEGIN TRANSACTION;

-- 检查库存
SELECT stock FROM products WHERE id = 1 FOR UPDATE; -- 行锁

-- 扣减库存（假设库存足够）
UPDATE products SET stock = stock - 1 WHERE id = 1;

-- 创建订单
INSERT INTO orders (user_id, total_amount, status) VALUES (1001, 99.99, 0);

COMMIT;