技术周总结 10.14-10.20 周日(软考大系(系统架构师))

文章目录

一、10.16 周三
二、10.18 周五
三、10.20 周日
- 3.1）问题01：计算机组成原理：磁盘管理

一、10.16 周三

1.1）问题01： java 中，final String aaa 和 String aaa的区别？

在 Java 中，final String aaa 和 String aaa 之间的主要区别在于使用了 final 关键字。final 关键字的作用是使得变量一旦被赋值之后就不能再被修改。下面详细解释这两者的区别：

1. `String aaa`

String aaa = "Hello";

可变性：aaa 是一个普通的字符串变量，可以在其生命周期内被重新赋值。

示例：

String aaa = "Hello";
aaa = "World";  // 重新赋值是允许的

2. `final String aaa`

final String aaa = "Hello";

不可变性：使用 final 关键字修饰的字符串变量一旦被赋值之后，就不能再被重新赋值。

示例：

final String aaa = "Hello";
aaa = "World";  // 编译错误，不能重新赋值

详细解释

存储位置：
- String aaa：存储在堆内存中的字符串常量池中。可以被重新赋值。
- final String aaa：同样存储在堆内存中的字符串常量池中，但由于 final 修饰，引用被固定，不能重新指向其他字符串对象。
编译时常量：
- final String aaa：如果 aaa 是一个编译时常量（即在编译时就能确定其值），那么它可以在编译过程中进行内联优化。例如：
```
final String aaa = "Hello";
final String bbb = aaa + " World";
System.out.println(bbb);  // 输出 "Hello World"
```
  在这种情况下，编译器会在编译时期将 bbb 的值计算为 "Hello World"。
  
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线程安全：
- final String aaa：由于 final 关键字确保了变量在初始化之后不会再被修改，因此在多线程环境中是线程安全的。

示例代码

以下是一个简单的示例代码，展示了 final String 和普通 String 的区别：

public class FinalStringExample {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        // 普通字符串变量
        String str1 = "Hello";
        str1 = "World";  // 允许重新赋值

        // final 字符串变量
        final String str2 = "Hello";
        // str2 = "World";  // 编译错误，不允许重新赋值

        System.out.println("str1: " + str1);  // 输出 "str1: World"
        System.out.println("str2: " + str2);  // 输出 "str2: Hello"
    }
}

总结

String aaa：普通字符串变量，可以被重新赋值。
final String aaa：用 final 修饰的字符串变量，一旦赋值后就不能再被修改，这使得它在某些场景下（如常量、线程安全）更有用。

1.2)问题02：C#中 string.Empty和 ""的区别是什么？

在C#中，string.Empty和""（空字符串）在功能上实际上是等价的，但它们有一些细微的差别：

语义上的区别：
- string.Empty是一个静态字段，表示一个空字符串。它更具有语义性，明确表示这是一个空的字符串。
- ""是一个字面量，表示一个空字符串。
性能上的区别：
- 在性能上，两者几乎没有区别。编译器在编译时对""做了优化，通常会将其替换为string.Empty。
可读性和意图：
- 使用string.Empty可以更清楚地表达程序员的意图，即你希望使用一个空的字符串。
- 使用""则可能更简洁，但在某些情况下可能不如string.Empty明显。

以下是一个简单的代码示例：

string str1 = string.Empty;
string str2 = "";

这两行代码定义的字符串变量str1和str2在内容上是相同的，都是空字符串。

总结：

如果你希望代码更具可读性和意图明确，可以使用string.Empty。
如果你更喜欢简洁的代码，可以使用""。

二、10.18 周五

2.1)问题01: 数据库事务

数据库事务是数据库管理系统执行过程中的一个逻辑单位，它由一系列对系统中数据进行管理（如读取和更新）的操作组成。事务具有ACID属性，即原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持久性（Durability）。这些特性确保了事务处理的可靠性和正确性。

原子性（Atomicity）

事务必须是一个不可分割的工作单元，这意味着事务中的所有操作要么全部完成，要么完全不执行。如果事务的一部分失败，那么整个事务将被回滚，恢复到事务开始前的状态。

一致性（Consistency）

事务执行前后，数据库必须保持一致状态。这包括满足所有的预定义约束、触发器和级联等规则。事务不应破坏数据库的一致性。

隔离性（Isolation）

事务的执行应该是独立的，不受其他事务的影响。这意味着在并发环境下，每个事务看起来都是顺序执行的，即使它们实际上是并行运行的。通过适当的锁机制或版本控制，可以实现这一特性。

持久性（Durability）

一旦事务提交，其结果就是永久性的，即使系统发生故障也不会改变。这意味着事务的结果必须被写入持久化存储中。

数据库事务的常见类型

读取事务：从数据库中读取数据而不进行修改。
写入事务：向数据库中插入新记录或更新现有记录。
删除事务：从数据库中移除记录。
复合事务：包含多个操作，可能涉及读取、写入和删除等。

实现事务的方法

数据库管理系统通常提供SQL语句来支持事务处理，例如：

BEGIN TRANSACTION 或 START TRANSACTION：开始一个新的事务。
COMMIT：提交当前事务，使所有更改成为永久性的。
ROLLBACK：撤销当前事务中所有未提交的操作。

并发控制

为了保证事务的隔离性，数据库管理系统使用各种并发控制技术，比如锁机制、乐观锁和悲观锁、多版本并发控制（MVCC）等。

理解事务的概念及其重要性对于开发可靠的应用程序至关重要，特别是在需要处理大量并发操作的场景下。正确的事务管理可以防止数据丢失、数据损坏和其他潜在的问题。

2.2) 详细展开数据库事务的持久性

数据库事务的持久性（Durability）是指一旦事务成功提交，其对数据库所做的所有更改都将永久保存，即使是在系统崩溃或遇到其他异常情况之后也是如此。这是事务四个ACID属性之一，确保了数据的一致性和可靠性。下面详细解释持久性的几个方面：

1. 日志记录（Logging）

为了实现持久性，大多数数据库管理系统会使用日志记录技术。当事务提交时，数据库不仅会将数据更改应用到主存储区，还会将这些更改的信息写入一个称为“重做日志”（Redo Log）或“事务日志”（Transaction Log）的文件中。这个日志文件记录了事务的所有操作，包括数据的修改前后的状态。

日志的作用：

恢复：如果系统崩溃后重启，数据库可以通过重放日志中的记录来恢复未完成的事务，确保已提交的事务不会丢失。
回滚：如果事务需要回滚，日志也可以帮助撤销已经做出的更改。

2. 写前日志（Write-Ahead Logging, WAL）

写前日志是一种常见的日志策略，要求在任何数据更改写入磁盘之前，相关的日志记录必须先写入磁盘。这样可以确保即使系统在数据写入过程中崩溃，日志记录仍然存在，可以用于恢复。

3. 两阶段提交（Two-Phase Commit, 2PC）

在分布式系统中，事务可能涉及多个节点。为了确保所有节点上的更改都能持久化，通常会使用两阶段提交协议。该协议分为两个阶段：

准备阶段：协调者询问所有参与者是否准备好提交事务。如果所有参与者都回复“是”，则进入第二阶段。
提交阶段：协调者发送提交请求给所有参与者，每个参与者将更改写入磁盘并确认提交。

4. 检查点（Checkpoint）

检查点是数据库系统定期创建的一种机制，用于减少恢复时间。检查点记录了数据库的一个稳定状态，包括所有已提交事务的日志位置。在系统恢复时，可以从最近的检查点开始重放日志，而不是从头开始。

5. 缓存与刷新（Buffering and Flushing）

数据库系统通常会使用缓存来提高性能。在事务提交时，更改首先写入内存中的缓冲区，然后异步地刷新到磁盘。为了确保持久性，数据库系统会确保在事务提交之前，相关的日志记录已经被写入磁盘，并且在适当的时候将缓冲区的数据刷新到磁盘。

6. 故障恢复

在系统发生故障后，数据库管理系统会自动启动恢复过程。恢复过程通常包括以下几个步骤：

重做（Redo）：根据日志记录重新执行已提交事务的更改。
撤销（Undo）：撤销未提交事务的更改。

示例

假设有一个简单的银行转账事务，从账户A转100元到账户B。以下是事务处理流程：

开始事务：BEGIN TRANSACTION
扣款：从账户A扣除100元。
存款：向账户B增加100元。
写日志：将上述操作记录到事务日志中。
提交事务：COMMIT

在这个过程中，数据库会确保所有更改都被记录到日志中，并且在事务提交之前，日志记录已经被写入磁盘。即使在事务提交后系统崩溃，数据库在重启时也可以通过重放日志来恢复这笔转账操作。

总结

持久性是数据库事务的重要属性，确保了数据的一致性和可靠性。通过日志记录、写前日志、两阶段提交、检查点和缓存刷新等技术，数据库管理系统能够有效地实现持久性，即使在系统故障的情况下也能保证已提交事务的效果。

三、10.20 周日

3.1）问题01：计算机组成原理：磁盘管理

磁盘管理是计算机存储系统中的重要组成部分，涉及到如何高效地管理和使用磁盘存储设备。以下是磁盘管理的一些关键概念和技术，涵盖了磁盘结构、寻址方式、调度算法等。

1. 磁盘的基本结构

盘片（Platter）：磁盘内部由多个圆形的盘片组成，这些盘片具有磁性涂层，用来存储数据。每个盘片的两个表面都可以用来存储数据。
磁道（Track）：盘片的表面被划分为同心圆环，称为磁道。每个盘片的表面包含若干个磁道。
扇区（Sector）：磁道被进一步划分为多个扇区，扇区是磁盘数据存储的基本单位。常见的扇区大小是 512 字节或 4KB。
柱面（Cylinder）：所有盘片中位于相同半径上的磁道组成一个柱面。数据的访问可以通过柱面方式实现，因为同一个柱面上，磁头不需要移动即可访问不同盘片的相应位置。

2. 磁盘寻址

CHS（Cylinder-Head-Sector）寻址：
- 早期的磁盘采用 柱面-磁头-扇区（Cylinder-Head-Sector, CHS） 模式来确定数据的位置。需要指定磁盘的柱面号、磁头号和扇区号来访问数据。
- 这种方式随着磁盘容量的增大已经不常用，更多的被逻辑块寻址（LBA）替代。
LBA（Logical Block Addressing）寻址：
- LBA 是现在磁盘常用的寻址方式，它将整个磁盘上的扇区按顺序编号，用一个逻辑块地址来表示一个扇区位置。这种方式摆脱了物理结构的限制，简化了磁盘管理和寻址。

3. 磁盘调度算法

磁盘调度是指操作系统调度磁盘读写请求的方式，目的是减少磁盘访问延迟，提高系统性能。常见的调度算法有：

先来先服务（FCFS, First Come First Serve）：
- 磁盘按照请求的到达顺序进行处理，不考虑磁头的当前位置或移动距离。
- 优点：实现简单。
- 缺点：磁头可能会频繁在盘面上大幅度移动，导致性能下降。
最短寻道优先（SSTF, Shortest Seek Time First）：
- 每次选择离当前磁头位置最近的请求进行处理，减少磁头移动的距离。
- 优点：减少磁头移动的平均距离和时间。
- 缺点：可能会出现 饥饿现象，即某些距离较远的请求长时间得不到处理。
扫描算法（SCAN）：
- 磁头在盘面上不断地从一端扫描到另一端，处理途中遇到的所有请求。到达另一端后，磁头方向反向，继续处理请求。
- 优点：可以避免 SSTF 的饥饿问题，磁头移动有规律，效率较高。
- 缺点：远端的请求可能要等待较长时间。
循环扫描（C-SCAN）：
- 类似于 SCAN，但当磁头到达一端后直接回到另一端的起始位置，而不处理中途的请求。这确保了每个请求的等待时间相对一致。
- 优点：避免了 SCAN 算法中，远端请求等待较长时间的情况，平均等待时间更一致。
- 缺点：每次扫描的磁头回程没有处理请求，可能造成磁头的非必要移动。
LOOK 和 C-LOOK：
- 这是 SCAN 和 C-SCAN 的优化版本，磁头不必移动到盘面的边缘，而是只在请求所在范围内移动。当到达最后一个请求时，磁头即反向（LOOK）或返回起始点（C-LOOK）。
- 优点：进一步减少磁头的移动距离。

4. 磁盘格式化与文件系统

低级格式化：也称为物理格式化，负责将磁盘划分为多个扇区并确定数据存储的物理结构。这一步会建立扇区、磁道等基本结构。
高级格式化：通常是指安装文件系统的过程。操作系统通过文件系统将磁盘逻辑化，将磁盘空间划分为文件和文件夹等结构，便于管理。

5. 磁盘缓存与缓存管理

磁盘缓存是内存中的一部分，用来暂时存储磁盘数据，以减少物理磁盘访问的次数，提升性能。磁盘缓存常用的管理策略包括：

LRU（Least Recently Used）：将最久未使用的数据从缓存中移除。
LFU（Least Frequently Used）：将使用频率最低的数据从缓存中移除。
预读策略：在处理当前读请求时，将相邻的数据块预先读取到缓存中，以应对接下来的连续读操作，提高访问速度。

6. 磁盘分区

磁盘可以被分为多个逻辑部分，即磁盘分区。每个分区可以独立使用，安装不同的文件系统，或用于不同的用途。常见的分区类型有：

主分区（Primary Partition）：通常是用来启动操作系统的分区。每个磁盘最多可以有 4 个主分区。
扩展分区（Extended Partition）：如果需要创建超过 4 个分区，则可以创建扩展分区，扩展分区可以包含多个逻辑分区。
逻辑分区（Logical Partition）：位于扩展分区中的分区，通常用于存储非操作系统数据。

7. RAID（Redundant Array of Independent Disks）

RAID 是通过组合多个物理磁盘，来提高数据存储的可靠性和性能。不同级别的 RAID 提供不同的冗余和性能特性：

RAID 0：将数据条带化分布到多个磁盘上，提供高性能，但无冗余，数据丢失风险高。
RAID 1：将数据镜像到多个磁盘，提供高数据冗余，但存储效率较低。
RAID 5：使用分布式奇偶校验，既有数据冗余，又提供较好的存储效率。
RAID 6：类似于 RAID 5，但有双重奇偶校验，可以容忍两个磁盘同时故障。
RAID 10：结合 RAID 0 和 RAID 1，提供高性能和高冗余。

总结：

磁盘管理在计算机组成和操作系统设计中非常重要。它通过各种调度算法、寻址方式、缓存管理等技术，最大化磁盘的性能，并保证数据的完整性和安全性。

在这里插入图片描述

这是一张显示磁盘基本结构的示意图。图中展示了多个堆叠在主轴上的盘片（Platter），每个盘片有同心的磁道（Track），磁道被进一步划分为扇区（Sector）。读写头（Read/Write Head）悬停在一个盘片上，用于执行读写操作，示意图中也展示了柱面（Cylinder）的概念，将所有盘片上的同心磁道对齐。