如何使用 io_uring 构建快速响应的 I/O 密集型应用程序?
本文分享自华为云社区《如何使用io_uring构建快速响应的I/O密集型应用》,作者: Lion Long 。
当涉及构建快速响应的I/O密集型应用时,io_uring技术展现出了其卓越的潜力。本文摘要将深入探讨如何充分利用io_uring的特性来优化应用程序性能。通过异步I/O操作和高效事件处理,io_uring为开发人员提供了一种强大工具,能够显著减少I/O等待时间并实现更高的吞吐量。
一、同步与异步
用于形容两者的关系,是同时存在的参考物。
同步: 所谓同步,就是发起一个请求时,在返回结果前,该调用不会返回。类似串行的概念。
异步: 异步的概念和同步相对,当发起一个请求时,该调用立刻返回,不等待结果,实际返回的结果由另外的线程 / 进程处理。类似并行的概念。
二、io_uring系统调用
io_uring从linix 5.1内核开始支持,但是到linix5.10后才达到比较好的支持,所以使用io_uring编程时,最好使用linix 5.10版本之后。升级linux内核可以参考ubuntu升级Linux内核版本_ubuntu 升级内核_Lion Long的博客-****博客。
内核提供三个接口,函数原型:
#include <linux/io_uring.h> int io_uring_setup(u32 entries,struct io_uring_params *p); int io_uring_register(unsigned int fd,unsigned int opcode,void *arg,unsigned int nr_args); int io_uring_entry(unsigned int fd,unsigned int to_submit, unsigned int min_complete,unsigned int flags,sigset_t *sig);
2.1、io_uring_setup
函数原型:
#include <linux/io_uring.h> int io_uring_setup(u32 entries,struct io_uring_params *params);
系统调用,设置提交队列(SQ)和完成队列(CQ),其中至少包含entries条目,并返回一个文件描述符,可用于对io_urine实例执行后续操作。SQ和CQ在用户空间和内核之间共享,这减少了在启动和完成I/O时复制数据的消耗。
参数 |
含义 |
entries |
队列元素个数 |
params |
配置io_uring,向内核传递选项,内核使用params传递有关环形缓冲区的信息。 |
成功时返回新的文件描述符。然后,应用程序可以在随后的mmap系统调用中提供文件描述符,以映射提交队列(submission queues)和完成队列(completion queues),或者传给io_uring_register() / io_uring_enter()系统调用。
出现错误时,返回负错误代码。调用方不应依赖errno变量。
错误码 |
含义 |
EFAULT |
参数超出了您的可访问地址空间。 |
EINVAL |
resv数组包含非零数据,p.flags包含非零支持标志,条目超出界限。 |
EMFILE |
已达到每个进程打开文件描述符数量的限制。 |
ENFILE |
已达到系统范围内打开文件总数的限制。 |
ENOMEM |
可用的内核资源不足。 |
EPERM |
已指定IORING_SETUP_SQPOLL,但调用方的有效用户ID没有足够的权限。 |
2.2、io_uring_register
函数原型:
#include <linux/io_uring.h> int io_uring_register(unsigned int fd,unsigned int opcode,void *arg,unsigned int nr_args);
注册用于异步 I/O 的文件或用户缓冲区,使内核能长时间持有对该文件在内核内部的数据结构引用, 或创建应用内存的长期映射, 这个操作只会在注册时执行一次,而不是每个 I/O 请求都会处理,因此大大减少了每个IO的开销。
参数 |
含义 |
fd |
文件描述符 ,是io_uring_setup返回的fd |
opcode |
操作代码 |
成功时返回0。
出现错误时,返回负错误代码。调用方不应依赖errno变量。
2.3、io_uring_enter
#include <linux/io_uring.h> int io_uring_enter(unsigned int fd,unsigned int to_submit, unsigned int min_complete,unsigned int flags,sigset_t *sig);
这个系统调用使用共享的 SQ 和 CQ初始化和完成(initiate and complete)I/O。
单次调用同时执行:提交新的 I/O 请求;等待 I/O 完成。
参数:
- fd:io_uring_setup返回的文件描述符。
- to_submit:指定要从提交队列提交的I/O数。
成功返回使用的I/O数量。如果to_submit为零或提交队列为空,则该值可以为零。注意,如果创建环时指定了IORING_SETUP_SQPOLL,则返回值通常与to_submit相同,因为提交发生在系统调用的上下文之外。
与提交队列条目相关的错误将通过完成队列条目返回,而不是通过系统调用本身返回。
不代表提交队列条目发生的错误将通过系统调用直接返回。在出现这种错误时,返回负错误代码。调用方不应依赖errno变量。
更多信息可以执行 man io_uring_enter查看
2.4、执行流程
三、io_uring相关结构体
3.1、struct io_uring_params 结构体
struct io_uring_params { __u32 sq_entries; __u32 cq_entries; __u32 flags; __u32 sq_thread_cpu; __u32 sq_thread_idle; __u32 features; __u32 wq_fd; __u32 resv[3]; struct io_sqring_offsets sq_off; struct io_cqring_offsets cq_off; };
flags、sq_thread_cpu和sq_ thread_idle字段用于配置io_uring实例。flags是一个位掩码,其中0个或多个以下值一起或:
标志 |
含义 |
IORING_SETUP_IOPOLL |
执行繁忙等待I/O完成,而不是获取通过异步IRQ(中断请求)发送通知。 |
IORING_SETUP_SQPOLL |
创建一个内核线程来执行提交队列轮询 |
IORING_SETUP_SQ_AFF |
轮询线程将绑定到结构io_uring_params的sq_thread_cpu字段中设置的cpu。 |
IORING_SETUP_CQSIZE |
使用struct io_uring_params创建完成队列 |
IORING_SETUP_CLAMP |
如果指定了此标志,并且如果条目超过IORING_MAX_ENTERIES,则条目将被钳制在IORING_MAX_ENTERIES。如果设置了标志IORING _SETUP_SQPOLL,并且如果struct io_uring_params的值cq_entries超过IORING_MAX_ENTERIES,则它将被箝位在IORING_MAX_ENTERIES。 |
IORING_SETUP_ATTACH_WQ |
此标志应与struct io_uring_params一起设置 |
IORING_SETUP_R_DISABLED |
如果指定了该标志,io_uring环将以禁用状态启动。 |
3.2、struct io_cqring_offsets 结构体
struct io_cqring_offsets { __u32 head; __u32 tail; __u32 ring_mask; __u32 ring_entries; __u32 overflow; __u32 cqes; __u32 flags; __u32 resv[3]; };
3.3、struct io_uring_sqe 结构体
struct io_uring_sqe { __u8 opcode; /* type of operation for this sqe */ __u8 flags; /* IOSQE_ flags */ __u16 ioprio; /* ioprio for the request */ __s32 fd; /* file descriptor to do IO on */ union { __u64 off; /* offset into file */ __u64 addr2; }; union { __u64 addr; /* pointer to buffer or iovecs */ __u64 splice_off_in; } __u32 len; /* buffer size or number of iovecs */ union { __kernel_rwf_t rw_flags; __u32 fsync_flags; __u16 poll_events; /* compatibility */ __u32 poll32_events; /* word-reversed for BE */ __u32 sync_range_flags; __u32 msg_flags; __u32 timeout_flags; __u32 accept_flags; __u32 cancel_flags; __u32 open_flags; __u32 statx_flags; __u32 fadvise_advice; __u32 splice_flags; __u32 rename_flags; __u32 unlink_flags; __u32 hardlink_flags; }; __u64 user_data; /* data to be passed back at completion time */ union { struct { /* index into fixed buffers, if used */ union { /* index into fixed buffers, if used */ __u16 buf_index; /* for grouped buffer selection */ __u16 buf_group; } /* personality to use, if used */ __u16 personality; union { __s32 splice_fd_in; __u32 file_index; }; }; __u64 __pad2[3]; }; };
3.4、struct io_uring_cqe 结构体
struct io_uring_cqe { __u64 user_data; /* sqe->data submission passed back */ __s32 res; /* result code for this event */ __u32 flags; };
四、liburing库安装
(1)下载源码。
git clone https://github.com/axboe/liburing.git
(2)进入liburing。
cd liburing
(3)配置。
./configure
(4)编译和安装。
make && sudo make install
(5)编译应用程序,一定要指定库 -luring -D_GUN_SOURCE。
gcc -o io_uring_test io_uring_test.c -luring -D_GUN_SOURCE
五、liburing提供的接口
5.1、io_uring_queue_init_params
函数原型:
#include <liburing.h> int io_uring_queue_init(unsigned entries, struct io_uring *ring, unsigned flags); int io_uring_queue_init_params(unsigned entries, struct io_uring *ring, struct io_uring_params *params);
io_uring_queue_init()函数执行io_uring_setup()系统调用来初始化内核中的提交队列和完成队列,其中至少包含提交队列中的条目,然后将生成的文件描述符映射到应用程序和内核之间共享的内存中。
默认情况下,CQ环的条目数将是SQ环条目指定的条目数的两倍。这对于常规文件或存储工作负载足够,但对于网络工作负载可能太小。SQ环条目并没有限制环可以支持的进程中请求的数量,它只是限制了一次(批)提交给内核的数量。如果CQ环溢出,例如,在应用程序可以获取它们之前,生成的条目比环中的条目多,则环进入CQ环溢流状态。这通过在SQ环标志中设置IORING_SQ_CQ_OVERFLOW来指示。除非内核耗尽可用内存,否则不会删除条目,但这是一条慢得多的完成路径,会减慢请求处理速度。因此,应该避免这种情况,并且CQ环的大小适合于工作负载。在struct io_uring_params中设置cq_entries将告诉内核为cq环分配这么多条目,与给定条目中的SQ环大小无关。如果该值不是2的幂,则将四舍五入到最接近的2的幂。
成功时,io_uring_queue_init返回0,ring将指向包含io_RUING队列的共享内存。失败时返回-errno。flags将传递给io_uring_setup系统调用。
如果使用io_uring_queue_init_params(),则params指示的参数将直接传递到io_uring_setup系统调用。成功后返回0,应通过对io_uring_queue_exit的相应调用释放ring持有的资源。失败时返回-errno。
5.2、io_uring_get_sqe
函数原型:
#include <liburing.h> struct io_uring_sqe *io_uring_get_sqe(struct io_uring *ring);
- 从属于ring参数的提交队列中获取下一个可用的提交队列条目。
- 成功时返回一个指向提交队列条目的指针。
- 失败时返回NULL。
如果返回了提交队列条目,则应通过io_uring_prep_read()等准备函数之一填写该条目,并通过io_ uring_submit()提交。
如果返回NULL,则SQ环当前已满,必须提交条目进行处理,然后才能分配新条目。
5.3、io_uring_prep_accept
函数原型:
#include <sys/socket.h> #include <liburing.h> void io_uring_prep_accept(struct io_uring_sqe *sqe, int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen, int flags); void io_uring_prep_accept_direct(struct io_uring_sqe *sqe, int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen, int flags, unsigned int file_index); void io_uring_prep_multishot_accept(struct io_uring_sqe *sqe, int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen, int flags); void io_uring_prep_multishot_accept_direct(struct io_uring_sqe *sqe, int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen, int flags);
这些函数准备一个异步accept()请求。
io_uring_prep_accept()函数准备接受请求。提交队列条目sqe被设置为使用文件描述符sockfd开始接受由addr处的套接字地址和结构长度addrlen描述的连接请求,并在标志中使用修饰符标志。
注意:io_uring_prep_accept()与在结构中传递数据的任何请求一样,在成功提交请求之前,该数据必须保持有效。它不需要在完成之前保持有效。一旦请求被提交,内核状态就稳定了。
5.4、io_uring_prep_recv
函数原型:
#include <liburing.h> void io_uring_prep_recv(struct io_uring_sqe *sqe, int sockfd, void *buf, size_t len, int flags); void io_uring_prep_recv_multishot(struct io_uring_sqe *sqe, int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
描述:
io_uring_prep_recv()函数准备recv请求。提交队列条目sqe被设置为使用文件描述符sockfd来开始将数据接收到大小为size且具有修改标志flags的缓冲区目的地buf中。
此函数用于准备异步recv()请求。
multishot版本允许应用程序发出单个接收请求,当数据可用时,该请求会重复发布CQI。
5.5、io_uring_prep_send
函数原型:
#include <liburing.h> void io_uring_prep_send(struct io_uring_sqe *sqe, int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
描述:
io_uring_prep_send()函数准备发送请求。提交队列条目sqe被设置为使用文件描述符sockfd开始从buf发送大小为size的数据,并带有修改标志flags。
此函数用于准备异步send()请求。
5.6、io_uring_submit (重要)
函数原型:
#include <liburing.h> int io_uring_submit(struct io_uring *ring);
描述:
- 将下一个事件提交到属于ring的提交队列。
- 调用者使用io_uring_get_sqe()检索提交队列条目(SQE)并使用提供的帮助程序之一准备SQE后,可以使用io_ uring_ submit()提交。
返回值:
- 成功时返回提交的提交队列条目数。
- 失败时返回-errno。
5.7、io_uring_submit_and_wait (重要)
函数原型:
#include <liburing.h> int io_uring_submit_and_wait(struct io_uring *ring,unsigned wait_nr);
描述:
- 将下一个事件提交到属于环的提交队列,并等待wait_nr完成事件。
- 在调用方使用io_uring_get_sqe()检索提交队列条目(SQE)并准备SQE之后,可以使用io_ uring_ submit_and_wait()提交它。
返回值:
- 成功时返回提交的提交队列条目数。
- 失败时返回-errno。
5.8、io_uring_wait_cqe
函数原型:
#include <liburing.h> int io_uring_wait_cqe(struct io_uring *ring, struct io_uring_cqe **cqe_ptr);
描述:
- 等待来自属于环参数的队列的io完成,必要时等待。如果调用时环中已有事件可用,则不会发生等待。成功时填写cqe_ptr参数。
- 在呼叫者提交了具有io_uring_submit()的请求之后,应用程序可以使用io_uring_wait_cqe检索完成。
返回值:
- 成功时返回0,并填写cqe_ptr参数。失败时返回-errno。返回值指示等待CQE的结果,并且与CQE结果本身无关。
5.9、io_uring_peek_batch_cqe
#include <liburing.h> int io_uring_peek_cqe(struct io_uring *ring, struct io_uring_cqe **cqe_ptr); int io_uring_peek_batch_cqe(struct io_uring *ring, struct io_uring_cqe **cqe_ptr, int count);
描述:
- io_uring_peek_cqe()函数从属于ring参数的队列返回IO完成(如果有)。成功返回后,cqe_ptr参数将填充有效的cqe条目。
- 此函数不进入内核等待事件,只有在CQ环中已经可用时才返回事件。
- io_uring_peek_batch_cqe是对io_uring_peek_cqe的封装,表示一次最多从ring参数获取count个IO完成。
返回值:
- 成功时io_uring_peek_cqe()返回0,并填写cqe_ptr参数。
- 失败时返回-EAGAIN。
- 成功时io_uring_peek_cqe()返回IO完成数量,并填写cqe_ptr参数。
- 失败时返回-EAGAIN。
5.10、io_uring_cq_advance
#include <liburing.h> void io_uring_cq_advance(struct io_uring *ring, unsigned nr);
描述:
io_uring_cq_advance()函数将属于ring参数的nr个io完成标记为消耗。
在呼叫者已经使用io_uring_submit()提交请求之后,应用程序可以使用io_ uring_ wait_cqe()、io_uring_peek_cqe()或任何其他cqe检索帮助器检索完成,并使用io_uring_cqe_seen()将其标记为。
函数io_uring_cqe_seen()调用io_ uring_cq_advance()函数。
完成必须标记为可见,以便可以重用它们的插槽。否则将导致在下一次调用时返回相同的完成。
5.11、更多接口
除了bind没有异步接口,其他基本都有。比如io_uring_prep_connect()、io_uring_prep_close()等等。
六、基于liburing的TCP服务器实现
在应用层使用io_uring,主要使用liburing库,它提供丰富的用户接口,底层调用的是三个内核io_uring系统调用。
基于liburing的TCP服务器实现示例代码:
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <string.h> #include <liburing.h> #define ENTRIES_LENGTH 4096 #define RING_CQE_NUMBER 10 #define BUFFER_SIZE 1024 struct conninfo { int connfd; int type; }; enum { READ, WRITE, ACCPT, }; void set_accept_event(struct io_uring *ring,int fd, struct sockaddr* clientaddr, socklen_t *len,unsigned flags) { struct io_uring_sqe *sqe = io_uring_get_sqe(ring);//·µ»Ø¶ÓÁÐÊ×µØÖ· io_uring_prep_accept(sqe, fd, clientaddr, len, flags); struct conninfo ci = { .connfd = fd, .type = ACCPT }; memcpy(&sqe->user_data, &ci, sizeof(struct conninfo)); } void set_read_event(struct io_uring *ring, int fd, void *buf, size_t len, int flags) { struct io_uring_sqe *sqe = io_uring_get_sqe(ring);//·µ»Ø¶ÓÁÐÊ×µØÖ· io_uring_prep_recv(sqe, fd, buf, len, flags); struct conninfo ci = { .connfd = fd, .type = READ }; memcpy(&sqe->user_data, &ci, sizeof(struct conninfo)); } void set_write_event(struct io_uring *ring, int fd, void *buf, size_t len, int flags) { struct io_uring_sqe *sqe = io_uring_get_sqe(ring);//·µ»Ø¶ÓÁÐÊ×µØÖ· io_uring_prep_send(sqe, fd, buf, len, flags); struct conninfo ci = { .connfd = fd, .type = WRITE }; memcpy(&sqe->user_data, &ci, sizeof(struct conninfo)); } int main() { int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (listenfd == -1) return -1; struct sockaddr_in serveraddr,clientaddr; serveraddr.sin_family = AF_INET; serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); serveraddr.sin_port = htons(9999); if (-1 == bind(listenfd, (struct sockaddr*)&serveraddr, sizeof(serveraddr))) return -2; listen(listenfd, 10); struct io_uring_params params; memset(¶ms,0,sizeof(params)); struct io_uring ring; io_uring_queue_init_params(ENTRIES_LENGTH,&ring,¶ms); socklen_t clientlen = sizeof(clientaddr); set_accept_event(&ring, listenfd, (struct sockaddr*)&clientaddr,&clientlen, 0); char buffer[BUFFER_SIZE] = { 0 }; while (1) { struct io_uring_cqe *cqe; io_uring_submit(&ring); int ret = io_uring_wait_cqe(&ring,&cqe); struct io_uring_cqe *cqes[RING_CQE_NUMBER]; int cqecount=io_uring_peek_batch_cqe(&ring, cqes, RING_CQE_NUMBER); int i = 0; unsigned count =0; for (i = 0; i < cqecount; i++) { count++; cqe = cqes[i]; struct conninfo ci; memcpy(&ci, &cqe->user_data, sizeof(struct conninfo)); if (ci.type == ACCPT) { int connfd = cqe->res; set_read_event(&ring, connfd, buffer, BUFFER_SIZE, 0); set_accept_event(&ring, listenfd, (struct sockaddr*)&clientaddr,&clientlen, 0); } else if (ci.type == READ) { int bufsize = cqe->res; if(bufsize==0) { close(ci.connfd); } else if(bufsize<0) { } else{ //set_read_event(&ring, ci.connfd, buffer, 1024, 0); printf("buff: %s\n",buffer); set_write_event(&ring, ci.connfd, buffer, bufsize, 0); } } else if(ci.type == WRITE) { set_read_event(&ring, ci.connfd, buffer, BUFFER_SIZE, 0); } } io_uring_cq_advance(&ring,count); } return 0; }
总结
- io_uring主要由三部分构成:内核提供的三个系统调用接口(io_uring_setup、io_uring_register、io_uring_enter),内核实现的系统调用,应用层提供的liburing库。
- io_uring_submite会在底层协议栈执行accept、recv、send等功能。从fio测试磁盘IO的测试结果来看,io_uring的IOPS与libaio相同,是psync的两倍。
- io_uring的异步操作在内核下完成,用户态调用api是感觉不到异步操作的。
- io_uring实现TCP服务器的函数调用框图:
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SSM三大框架基础面试题-一、Spring篇 什么是Spring框架? Spring是一种轻量级框架,提高开发人员的开发效率以及系统的可维护性。 我们一般说的Spring框架就是Spring Framework,它是很多模块的集合,使用这些模块可以很方便地协助我们进行开发。这些模块是核心容器、数据访问/集成、Web、AOP(面向切面编程)、工具、消息和测试模块。比如Core Container中的Core组件是Spring所有组件的核心,Beans组件和Context组件是实现IOC和DI的基础,AOP组件用来实现面向切面编程。 Spring的6个特征: 核心技术:依赖注入(DI),AOP,事件(Events),资源,i18n,验证,数据绑定,类型转换,SpEL。 测试:模拟对象,TestContext框架,Spring MVC测试,WebTestClient。 数据访问:事务,DAO支持,JDBC,ORM,编组XML。 Web支持:Spring MVC和Spring WebFlux Web框架。 集成:远程处理,JMS,JCA,JMX,电子邮件,任务,调度,缓存。 语言:Kotlin,Groovy,动态语言。 列举一些重要的Spring模块? Spring Core:核心,可以说Spring其他所有的功能都依赖于该类库。主要提供IOC和DI功能。 Spring Aspects:该模块为与AspectJ的集成提供支持。 Spring AOP:提供面向切面的编程实现。 Spring JDBC:Java数据库连接。 Spring JMS:Java消息服务。 Spring ORM:用于支持Hibernate等ORM工具。 Spring Web:为创建Web应用程序提供支持。 Spring Test:提供了对JUnit和TestNG测试的支持。 谈谈自己对于Spring IOC和AOP的理解 IOC(Inversion Of Controll,控制反转)是一种设计思想: 在程序中手动创建对象的控制权,交由给Spring框架来管理。IOC在其他语言中也有应用,并非Spring特有。IOC容器实际上就是一个Map(key, value),Map中存放的是各种对象。 将对象之间的相互依赖关系交给IOC容器来管理,并由IOC容器完成对象的注入。这样可以很大程度上简化应用的开发,把应用从复杂的依赖关系中解放出来。IOC容器就像是一个工厂一样,当我们需要创建一个对象的时候,只需要配置好配置文件/注解即可,完全不用考虑对象是如何被创建出来的。在实际项目中一个Service类可能由几百甚至上千个类作为它的底层,假如我们需要实例化这个Service,可能要每次都搞清楚这个Service所有底层类的构造函数,这可能会把人逼疯。如果利用IOC的话,你只需要配置好,然后在需要的地方引用就行了,大大增加了项目的可维护性且降低了开发难度。 Spring中的bean的作用域有哪些? 1.singleton:该bean实例为单例 2.prototype:每次请求都会创建一个新的bean实例(多例)。 3.request:每一次HTTP请求都会产生一个新的bean,该bean仅在当前HTTP request内有效。 4.session:每一次HTTP请求都会产生一个新的bean,该bean仅在当前HTTP session内有效。 5.global-session:全局session作用域,仅仅在基于Portlet的Web应用中才有意义,Spring5中已经没有了。Portlet是能够生成语义代码(例如HTML)片段的小型Java Web插件。它们基于Portlet容器,可以像Servlet一样处理HTTP请求。但是与Servlet不同,每个Portlet都有不同的会话。 Spring中的单例bean的线程安全问题了解吗? 概念用于理解:大部分时候我们并没有在系统中使用多线程,所以很少有人会关注这个问题。单例bean存在线程问题,主要是因为当多个线程操作同一个对象的时候,对这个对象的非静态成员变量的写操作会存在线程安全问题。 有两种常见的解决方案(用于回答的点): 1.在bean对象中尽量避免定义可变的成员变量(不太现实)。 2.在类中定义一个ThreadLocal成员变量,将需要的可变成员变量保存在ThreadLocal(线程本地化对象)中(推荐的一种方式)。 ThreadLocal解决多线程变量共享问题(参考博客):https://segmentfault.com/a/1190000009236777 Spring中Bean的生命周期: 1.Bean容器找到配置文件中Spring Bean的定义。 2.Bean容器利用Java Reflection API创建一个Bean的实例。 3.如果涉及到一些属性值,利用set方法设置一些属性值。 4.如果Bean实现了BeanNameAware接口,调用setBeanName方法,传入Bean的名字。 5.如果Bean实现了BeanClassLoaderAware接口,调用setBeanClassLoader方法,传入ClassLoader对象的实例。 6.如果Bean实现了BeanFactoryAware接口,调用setBeanClassFacotory方法,传入ClassLoader对象的实例。 7.与上面的类似,如果实现了其他*Aware接口,就调用相应的方法。 8.如果有和加载这个Bean的Spring容器相关的BeanPostProcessor对象,执postProcessBeforeInitialization方法。 9.如果Bean实现了InitializingBean接口,执行afeterPropertiesSet方法。 10.如果Bean在配置文件中的定义包含init-method属性,执行指定的方法。 11.如果有和加载这个Bean的Spring容器相关的BeanPostProcess对象,执行postProcessAfterInitialization方法。 12.当要销毁Bean的时候,如果Bean实现了DisposableBean接口,执行destroy方法。 13.当要销毁Bean的时候,如果Bean在配置文件中的定义包含destroy-method属性,执行指定的方法。 Spring框架中用到了哪些设计模式? 1.工厂设计模式:Spring使用工厂模式通过BeanFactory和ApplicationContext创建bean对象。 2.代理设计模式:Spring AOP功能的实现。 3.单例设计模式:Spring中的bean默认都是单例的。 4.模板方法模式:Spring中的jdbcTemplate、hibernateTemplate等以Template结尾的对数据库操作的类,它们就使用到了模板模式。 5.包装器设计模式:我们的项目需要连接多个数据库,而且不同的客户在每次访问中根据需要会去访问不同的数据库。这种模式让我们可以根据客户的需求能够动态切换不同的数据源。 6.观察者模式:Spring事件驱动模型就是观察者模式很经典的一个应用。 7.适配器模式:Spring AOP的增强或通知(Advice)使用到了适配器模式、Spring MVC中也是用到了适配器模式适配Controller。 还有很多。。。。。。。 @Component和@Bean的区别是什么 1.作用对象不同。@Component注解作用于类,而@Bean注解作用于方法。 2.@Component注解通常是通过类路径扫描来自动侦测以及自动装配到Spring容器中(我们可以使用@ComponentScan注解定义要扫描的路径)。@Bean注解通常是在标有该注解的方法中定义产生这个bean,告诉Spring这是某个类的实例,当我需要用它的时候还给我。 3.@Bean注解比@Component注解的自定义性更强,而且很多地方只能通过@Bean注解来注册bean。比如当引用第三方库的类需要装配到Spring容器的时候,就只能通过@Bean注解来实现。 @Configuration public class AppConfig { @Bean public TransferService transferService { return new TransferServiceImpl; } } <beans> <bean id="transferService" class="com.kk.TransferServiceImpl"/> </beans> @Bean public OneService getService(status) { case (status) { when 1: return new serviceImpl1; when 2: return new serviceImpl2; when 3: return new serviceImpl3; } } 将一个类声明为Spring的bean的注解有哪些? 声明bean的注解: @Component 组件,没有明确的角色 @Service 在业务逻辑层使用(service层) @Repository 在数据访问层使用(dao层) @Controller 在展现层使用,控制器的声明 注入bean的注解: @Autowired:由Spring提供 @Inject:由JSR-330提供 @Resource:由JSR-250提供 *扩:JSR 是 java 规范标准 Spring事务管理的方式有几种? 1.编程式事务:在代码中硬编码(不推荐使用)。 2.声明式事务:在配置文件中配置(推荐使用),分为基于XML的声明式事务和基于注解的声明式事务。 Spring事务中的隔离级别有哪几种? 在TransactionDefinition接口中定义了五个表示隔离级别的常量:ISOLATION_DEFAULT:使用后端数据库默认的隔离级别,Mysql默认采用的REPEATABLE_READ隔离级别;Oracle默认采用的READ_COMMITTED隔离级别。ISOLATION_READ_UNCOMMITTED:最低的隔离级别,允许读取尚未提交的数据变更,可能会导致脏读、幻读或不可重复读。ISOLATION_READ_COMMITTED:允许读取并发事务已经提交的数据,可以阻止脏读,但是幻读或不可重复读仍有可能发生ISOLATION_REPEATABLE_READ:对同一字段的多次读取结果都是一致的,除非数据是被本身事务自己所修改,可以阻止脏读和不可重复读,但幻读仍有可能发生。ISOLATION_SERIALIZABLE:最高的隔离级别,完全服从ACID的隔离级别。所有的事务依次逐个执行,这样事务之间就完全不可能产生干扰,也就是说,该级别可以防止脏读、不可重复读以及幻读。但是这将严重影响程序的性能。通常情况下也不会用到该级别。 Spring事务中有哪几种事务传播行为? 在TransactionDefinition接口中定义了八个表示事务传播行为的常量。 支持当前事务的情况:PROPAGATION_REQUIRED:如果当前存在事务,则加入该事务;如果当前没有事务,则创建一个新的事务。PROPAGATION_SUPPORTS: 如果当前存在事务,则加入该事务;如果当前没有事务,则以非事务的方式继续运行。PROPAGATION_MANDATORY: 如果当前存在事务,则加入该事务;如果当前没有事务,则抛出异常。(mandatory:强制性)。 不支持当前事务的情况:PROPAGATION_REQUIRES_NEW: 创建一个新的事务,如果当前存在事务,则把当前事务挂起。PROPAGATION_NOT_SUPPORTED: 以非事务方式运行,如果当前存在事务,则把当前事务挂起。PROPAGATION_NEVER: 以非事务方式运行,如果当前存在事务,则抛出异常。 其他情况:PROPAGATION_NESTED: 如果当前存在事务,则创建一个事务作为当前事务的嵌套事务来运行;如果当前没有事务,则该取值等价于PROPAGATION_REQUIRED。 二、SpringMVC篇 什么是Spring MVC ?简单介绍下你对springMVC的理解? Spring MVC是一个基于Java的实现了MVC设计模式的请求驱动类型的轻量级Web框架,通过把Model,View,Controller分离,将web层进行职责解耦,把复杂的web应用分成逻辑清晰的几部分,简化开发,减少出错,方便组内开发人员之间的配合。 Spring MVC的工作原理了解嘛? image.png Springmvc的优点: (1)可以支持各种视图技术,而不仅仅局限于JSP; (2)与Spring框架集成(如IoC容器、AOP等); (3)清晰的角色分配:前端控制器(dispatcherServlet) , 请求到处理器映射(handlerMapping), 处理器适配器(HandlerAdapter), 视图解析器(ViewResolver)。 (4) 支持各种请求资源的映射策略。 Spring MVC的主要组件? (1)前端控制器 DispatcherServlet(不需要程序员开发) 作用:接收请求、响应结果,相当于转发器,有了DispatcherServlet 就减少了其它组件之间的耦合度。 (2)处理器映射器HandlerMapping(不需要程序员开发) 作用:根据请求的URL来查找Handler (3)处理器适配器HandlerAdapter 注意:在编写Handler的时候要按照HandlerAdapter要求的规则去编写,这样适配器HandlerAdapter才可以正确的去执行Handler。 (4)处理器Handler(需要程序员开发) (5)视图解析器 ViewResolver(不需要程序员开发) 作用:进行视图的解析,根据视图逻辑名解析成真正的视图(view) (6)视图View(需要程序员开发jsp) View是一个接口, 它的实现类支持不同的视图类型(jsp,freemarker,pdf等等) springMVC和struts2的区别有哪些? (1)springmvc的入口是一个servlet即前端控制器(DispatchServlet),而struts2入口是一个filter过虑器(StrutsPrepareAndExecuteFilter)。 (2)springmvc是基于方法开发(一个url对应一个方法),请求参数传递到方法的形参,可以设计为单例或多例(建议单例),struts2是基于类开发,传递参数是通过类的属性,只能设计为多例。 (3)Struts采用值栈存储请求和响应的数据,通过OGNL存取数据,springmvc通过参数解析器是将request请求内容解析,并给方法形参赋值,将数据和视图封装成ModelAndView对象,最后又将ModelAndView中的模型数据通过reques域传输到页面。Jsp视图解析器默认使用jstl。 SpringMVC怎么样设定重定向和转发的? (1)转发:在返回值前面加"forward:",譬如"forward:user.do?name=method4" (2)重定向:在返回值前面加"redirect:",譬如"redirect:http://www.baidu.com" SpringMvc怎么和AJAX相互调用的? 通过Jackson框架就可以把Java里面的对象直接转化成Js可以识别的Json对象。具体步骤如下 : (1)加入Jackson.jar (2)在配置文件中配置json的映射 (3)在接受Ajax方法里面可以直接返回Object,List等,但方法前面要加上@ResponseBody注解。 如何解决POST请求中文乱码问题,GET的又如何处理呢? (1)解决post请求乱码问题: 在web.xml中配置一个CharacterEncodingFilter过滤器,设置成utf-8; <filter> <filter-name>CharacterEncodingFilter</filter-name> <filter-class>org.springframework.web.filter.CharacterEncodingFilter</filter-class> <init-param> <param-name>encoding</param-name> <param-value>utf-8</param-value> </init-param> </filter> <filter-mapping> <filter-name>CharacterEncodingFilter</filter-name> <url-pattern>/*</url-pattern> </filter-mapping> (2)get请求中文参数出现乱码解决方法有两个: ①修改tomcat配置文件添加编码与工程编码一致,如下: <ConnectorURIEncoding="utf-8" connectionTimeout="20000" port="8080" protocol="HTTP/1.1" redirectPort="8443"/> ②另外一种方法对参数进行重新编码: String userName = new String(request.getParamter("userName").getBytes("ISO8859-1"),"utf-8") ISO8859-1是tomcat默认编码,需要将tomcat编码后的内容按utf-8编码。 Spring MVC的异常处理 ? 统一异常处理: Spring MVC处理异常有3种方式: (1)使用Spring MVC提供的简单异常处理器SimpleMappingExceptionResolver; (2)实现Spring的异常处理接口HandlerExceptionResolver 自定义自己的异常处理器; (3)使用@ExceptionHandler注解实现异常处理; 统一异常处理的博客:https://blog.csdn.net/ctwy291314/article/details/81983103 SpringMVC的控制器是不是单例模式,如果是,有什么问题,怎么解决? 是单例模式,所以在多线程访问的时候有线程安全问题,不要用同步,会影响性能的,解决方案是在控制器里面不能写成员变量。(此题目类似于上面Spring 中 第5题 有两种解决方案) SpringMVC常用的注解有哪些? @RequestMapping:用于处理请求 url 映射的注解,可用于类或方法上。用于类上,则表示类中的所有响应请求的方法都是以该地址作为父路径。 @RequestBody:注解实现接收http请求的json数据,将json转换为java对象。 @ResponseBody:注解实现将conreoller方法返回对象转化为json对象响应给客户。 SpingMvc中的控制器的注解一般用那个,有没有别的注解可以替代? 一般用@Controller注解,也可以使用@RestController,@RestController注解相当于@ResponseBody + @Controller,表示是表现层,除此之外,一般不用别的注解代替。 如果在拦截请求中,我想拦截get方式提交的方法,怎么配置? 可以在@RequestMapping注解里面加上method=RequestMethod.GET。 怎样在方法里面得到Request,或者Session? 直接在方法的形参中声明request,SpringMVC就自动把request对象传入。 如果想在拦截的方法里面得到从前台传入的参数,怎么得到? 直接在形参里面声明这个参数就可以,但必须名字和传过来的参数一样。 如果前台有很多个参数传入,并且这些参数都是一个对象的,那么怎么样快速得到这个对象? 直接在方法中声明这个对象,SpringMVC就自动会把属性赋值到这个对象里面。 SpringMVC中函数的返回值是什么? 返回值可以有很多类型,有String, ModelAndView。ModelAndView类把视图和数据都合并的一起的。 SpringMVC用什么对象从后台向前台传递数据的? 通过ModelMap对象,可以在这个对象里面调用put方法,把对象加到里面,前台就可以拿到数据。 怎么样把ModelMap里面的数据放入Session里面? 可以在类上面加上@SessionAttributes注解,里面包含的字符串就是要放入session里面的key。 SpringMvc里面拦截器是怎么写的: 有两种写法,一种是实现HandlerInterceptor接口,另外一种是继承适配器类,接着在接口方法当中,实现处理逻辑;然后在SpringMvc的配置文件中配置拦截器即可: <!-- 配置SpringMvc的拦截器 --> <mvc:interceptors> <!-- 配置一个拦截器的Bean就可以了 默认是对所有请求都拦截 --> <bean id="myInterceptor" class="com.zwp.action.MyHandlerInterceptor"></bean> <!-- 只针对部分请求拦截 --> <mvc:interceptor> <mvc:mapping path="/modelMap.do" /> <bean class="com.zwp.action.MyHandlerInterceptorAdapter" /> </mvc:interceptor> </mvc:interceptors> 注解原理: 注解本质是一个继承了Annotation的特殊接口,其具体实现类是Java运行时生成的动态代理类。我们通过反射获取注解时,返回的是Java运行时生成的动态代理对象。通过代理对象调用自定义注解的方法,会最终调用AnnotationInvocationHandler的invoke方法。该方法会从memberValues这个Map中索引出对应的值。而memberValues的来源是Java常量池 三、Mybatis篇 什么是MyBatis? MyBatis是一个可以自定义SQL、存储过程和高级映射的持久层框架。 讲下MyBatis的缓存 MyBatis的缓存分为一级缓存和二级缓存,一级缓存放在session里面,默认就有, 二级缓存放在它的命名空间里,默认是不打开的,使用二级缓存属性类需要实现Serializable序列化接口, 可在它的映射文件中配置<cache/> Mybatis是如何进行分页的?分页插件的原理是什么? 1)Mybatis使用RowBounds对象进行分页,也可以直接编写sql实现分页,也可以使用Mybatis的分页插件。 2)分页插件的原理:实现Mybatis提供的接口,实现自定义插件,在插件的拦截方法内拦截待执行的sql,然后重写sql。 举例:select * from student,拦截sql后重写为:select t.* from (select * from student)t limit 0,10 简述Mybatis的插件运行原理,以及如何编写一个插件? 1)Mybatis仅可以编写针对ParameterHandler、ResultSetHandler、StatementHandler、 Executor这4种接口的插件,Mybatis通过动态代理, 为需要拦截的接口生成代理对象以实现接口方法拦截功能, 每当执行这4种接口对象的方法时,就会进入拦截方法, 具体就是InvocationHandler的invoke方法,当然, 只会拦截那些你指定需要拦截的方法。 2)实现Mybatis的Interceptor接口并复写intercept方法, 然后在给插件编写注解,指定要拦截哪一个接口的哪些方法即可, 记住,别忘了在配置文件中配置你编写的插件。 Mybatis动态sql是做什么的?都有哪些动态sql?能简述一下动态sql的执行原理不? 1)Mybatis动态sql可以让我们在Xml映射文件内, 以标签的形式编写动态sql,完成逻辑判断和动态拼接sql的功能。 2)Mybatis提供了9种动态sql标签:trim|where|set|foreach|if|choose|when|otherwise|bind。 3)其执行原理为,使用OGNL从sql参数对象中计算表达式的值, 根据表达式的值动态拼接sql,以此来完成动态sql的功能。 #{}和${}的区别是什么? 1)#{}是预编译处理,${}是字符串替换。 2)Mybatis在处理#{}时,会将sql中的#{}替换为?号,调用PreparedStatement的set方法来赋值(有效的防止SQL注入); 3)Mybatis在处理${}时,就是把${}替换成变量的值。 为什么说Mybatis是半自动ORM映射工具?它与全自动的区别在哪里? Hibernate属于全自动ORM映射工具, 使用Hibernate查询关联对象或者关联集合对象时, 可以根据对象关系模型直接获取,所以它是全自动的。 而Mybatis在查询关联对象或关联集合对象时, 需要手动编写sql来完成,所以,称之为半自动ORM映射工具。 Mybatis是否支持延迟加载?如果支持,它的实现原理是什么? 1)Mybatis仅支持association关联对象和collection关联集合对象的延迟加载, association指的就是一对一,collection指的就是一对多查询。 在Mybatis配置文件中, 可以配置是否启用延迟加载lazyLoadingEnabled=true|false。 2)它的原理是,使用CGLIB创建目标对象的代理对象, 当调用目标方法时,进入拦截器方法, 比如调用a.getB.getName, 拦截器invoke方法发现a.getB是null值, 那么就会单独发送事先保存好的查询关联B对象的sql, 把B查询上来,然后调用a.setB(b), 于是a的对象b属性就有值了, 接着完成a.getB.getName方法的调用。 这就是延迟加载的基本原理。 MyBatis与Hibernate有哪些不同? 1)Mybatis和hibernate不同,它不完全是一个ORM框架, 因为MyBatis需要程序员自己编写Sql语句, 不过mybatis可以通过XML或注解方式灵活配置要运行的sql语句, 并将java对象和sql语句映射生成最终执行的sql, 最后将sql执行的结果再映射生成java对象。 2)Mybatis学习门槛低,简单易学,程序员直接编写原生态sql, 可严格控制sql执行性能,灵活度高,非常适合对关系数据模型要求不高的软件开发, 例如互联网软件、企业运营类软件等,因为这类软件需求变化频繁, 一但需求变化要求成果输出迅速。但是灵活的前提是mybatis无法做到数据库无关性, 如果需要实现支持多种数据库的软件则需要自定义多套sql映射文件,工作量大。 3)Hibernate对象/关系映射能力强,数据库无关性好, 对于关系模型要求高的软件(例如需求固定的定制化软件) 如果用hibernate开发可以节省很多代码,提高效率。 但是Hibernate的缺点是学习门槛高,要精通门槛更高, 而且怎么设计O/R映射,在性能和对象模型之间如何权衡, 以及怎样用好Hibernate需要具有很强的经验和能力才行。 总之,按照用户的需求在有限的资源环境下只要能做出维护性、 扩展性良好的软件架构都是好架构,所以框架只有适合才是最好。 MyBatis的好处是什么? 1)MyBatis把sql语句从Java源程序中独立出来,放在单独的XML文件中编写, 给程序的维护带来了很大便利。 2)MyBatis封装了底层JDBC API的调用细节,并能自动将结果集转换成Java Bean对象, 大大简化了Java数据库编程的重复工作。 3)因为MyBatis需要程序员自己去编写sql语句, 程序员可以结合数据库自身的特点灵活控制sql语句, 因此能够实现比Hibernate等全自动orm框架更高的查询效率,能够完成复杂查询。 简述Mybatis的Xml映射文件和Mybatis内部数据结构之间的映射关系? Mybatis将所有Xml配置信息都封装到All-In-One重量级对象Configuration内部。 在Xml映射文件中,<parameterMap>标签会被解析为ParameterMap对象, 其每个子元素会被解析为ParameterMapping对象。 <resultMap>标签会被解析为ResultMap对象, 其每个子元素会被解析为ResultMapping对象。 每一个<select>、<insert>、<update>、<delete> 标签均会被解析为MappedStatement对象, 标签内的sql会被解析为BoundSql对象。 什么是MyBatis的接口绑定,有什么好处? 接口映射就是在MyBatis中任意定义接口,然后把接口里面的方法和SQL语句绑定, 我们直接调用接口方法就可以,这样比起原来了SqlSession提供的方法我们可以有更加灵活的选择和设置. 接口绑定有几种实现方式,分别是怎么实现的? 接口绑定有两种实现方式,一种是通过注解绑定,就是在接口的方法上面加 上@Select@Update等注解里面包含Sql语句来绑定, 另外一种就是通过xml里面写SQL来绑定,在这种情况下, 要指定xml映射文件里面的namespace必须为接口的全路径名. 什么情况下用注解绑定,什么情况下用xml绑定? 当Sql语句比较简单时候,用注解绑定;当SQL语句比较复杂时候,用xml绑定,一般用xml绑定的比较多 MyBatis实现一对一有几种方式?具体怎么操作的? 有联合查询和嵌套查询,联合查询是几个表联合查询,只查询一次, 通过在resultMap里面配置association节点配置一对一的类就可以完成; 嵌套查询是先查一个表,根据这个表里面的结果的外键id, 去再另外一个表里面查询数据,也是通过association配置, 但另外一个表的查询通过select属性配置。 Mybatis能执行一对一、一对多的关联查询吗?都有哪些实现方式,以及它们之间的区别? 能,Mybatis不仅可以执行一对一、一对多的关联查询, 还可以执行多对一,多对多的关联查询,多对一查询, 其实就是一对一查询,只需要把selectOne修改为selectList即可; 多对多查询,其实就是一对多查询,只需要把selectOne修改为selectList即可。 关联对象查询,有两种实现方式,一种是单独发送一个sql去查询关联对象, 赋给主对象,然后返回主对象。另一种是使用嵌套查询,嵌套查询的含义为使用join查询, 一部分列是A对象的属性值,另外一部分列是关联对象B的属性值, 好处是只发一个sql查询,就可以把主对象和其关联对象查出来。 MyBatis里面的动态Sql是怎么设定的?用什么语法? MyBatis里面的动态Sql一般是通过if节点来实现,通过OGNL语法来实现, 但是如果要写的完整,必须配合where,trim节点,where节点是判断包含节点有 内容就插入where,否则不插入,trim节点是用来判断如果动态语句是以and 或or 开始,那么会自动把这个and或者or取掉。 Mybatis是如何将sql执行结果封装为目标对象并返回的?都有哪些映射形式? 第一种是使用<resultMap>标签,逐一定义列名和对象属性名之间的映射关系。 第二种是使用sql列的别名功能,将列别名书写为对象属性名, 比如T_NAME AS NAME,对象属性名一般是name,小写, 但是列名不区分大小写,Mybatis会忽略列名大小写,
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