Java ElasticSearch面试题

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前言

最新的 Java 面试题，技术栈涉及 Java 基础、集合、多线程、Mysql、分布式、Spring全家桶、MyBatis、Dubbo、缓存、消息队列、Linux…等等，会持续更新。

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1、ElasticSearch是什么？

• Elasticsearch是一个开源的分布式全文搜索引擎，它可以近乎实时的存储、检索数据。

2. 说说你们公司ES的集群架构，索引数据大小，分片有多少 ？

提供一组真实生产环境数据供参考：
379万数据；每条数据字符数大概是400个英文字母；1个副本、5个分片；占用空间1.53G（也就是es-head看到的索引大小）；每个节点的esdata目录大小：2.1G；

3. ES的倒排索引是什么？

传统的我们的检索是通过文章，逐个遍历找到对应关键词的位置。
倒排索引，是通过分词策略，形成了词和文章的映射关系表，这种词典+映射表即为倒排索引。有了倒排索引，检索文章的时间复杂度是 o（1），极大的提高了检索效率。

4. ES是如何实现 master 选举的?

ES的选主是ZenDiscovery模块负责,对所有可以成为Master的节点（node.master: true）根据 nodeId 排序，每次选举每个节点都把自己所知道节点排一次序，然后选出第一个（第0位）节点，暂且认为它是 Master 节点。
如果对某个节点的投票数超过一半，并且该节点自己也选举自己，那这个节点就是master，否则重新选举。

5. 描述一下 ES索引文档的过程：

• 1、客户端向 Node 1 发送新建、索引或者删除请求；
• 2、节点使用文档id 确定文档属于分片 0 ，请求会被转发到 Node 3，因为分片 0 的主分片目前被分配在 Node 3 上；
• 3、Node 3 在主分片上面执行请求，如果成功了，它将请求并行转发到 Node 1 和 Node 2 的副本分片上；
• 4、一旦所有的副本分片都报告成功, Node 3 就向协调节点报告成功，协调节点向客户端报告成功。

6、文档从接收到写入磁盘过程：

• 1、当分片所在的节点接收到来自协调节点的请求后，会将请求写入到 MemoryBuffer，然后定时（默认是每隔 1 秒）写入到 Filesystem Cache，这个从 MomeryBuffer 到 Filesystem Cache 的过程就叫做 refresh；
• 2、在某些情况下，存在 Momery Buffer 和 Filesystem Cache 的数据可能会丢失，ES 是通过 translog 的机制来保证数据的可靠性的。其实现机制是接收到请求后，同时也会写入到 translog 中，当 Filesystem cache 中的数据写入到磁盘中时，才会清除掉，这个过程叫做 flush；
• 3、在flush过程中，内存中的缓冲将被清除，内容被写入一个新段，段的 fsync将创建一个新的提交点，并将内容刷新到磁盘，旧的translog将被删除并开始一个新的 translog；
• 4、flush触发的时机是定时触发（默认30分钟）或者translog变得太大（默认为512M）时；
  （1. translog 可以理解为就是一个文件，一直追加；MemoryBuffer 应用缓存； Filesystem Cache系统缓冲区）

7、ES在部署时，有哪些优化方法？

• 1、关闭缓存swap：
  原因：大多数操作系统会将内存使用到文件系统缓存，会将应用程序未用到的内存交换出去。会导致jvm的堆内存交换到磁盘上。交换会导致性能问题。会导致内存垃圾回收延长。会导致集群节点响应时间变慢，或者从集群中断开。
• 2、堆内存设置为：Min（节点内存/2, 32GB）;
• 3、设置最大文件句柄数

8、ES中的节点（比如共 20 个），其中的 10 个选了一个 master，另外 10 个选了另一个 master，怎么办？

当集群maste候选数量不小于3个时，可以通过设置最少投票通过数量（discovery.zen.minimum_master_nodes）超过所有候选节点一半以上来解决脑裂问题；
当候选数量为两个时，只能修改为唯一的一个 master 候选，其他作为 data节点，避免脑裂问题。

9、详细描述一下 ES更新和删除文档的过程：

• 1、删除和更新也都是写操作，但是ES中的文档是不可变的，因此不能被删除或者改动以展示其变更；(原因是底层lucene的segment段文件不可更新删除)
  磁盘上的每个段都有一个相应的 .del 文件，当删除请求发送后，文档并没有真 的被删除，而是在 .del 文件中被标记为删除。该文档依然能匹配查询，但是会在结果中被过滤掉。当段合并时，在.del 文件中被标记为删除的文档将不会被写入新段。
• 2、在新的文档被创建时，ES会为该文档指定一个版本号，当执行更新时，旧版本的文档在.del文件中被标记为删除，新版本的文档被索引到一个新段。
  旧版本的文档依然能匹配查询，但是会在结果中被过滤掉。

10、在并发情况下，ES如果保证读写一致？

• 1、可以通过乐观锁使用版本号并发控制，以确保新版本不会被旧版本覆盖，由应用层来处理具体的冲突；
• 2、对于写操作，一致性级别支持 quorum/one/all，默认为 quorum（指定人数），即只有当大多数分片可用时才允许写操作。但即使大多数可用，也可能存在因为网络等原因导致写入副本失败，这样该副本被认为故障，分片将会在一个不同的节点上重建；
• 3、对于读操作，可以设置replication为 sync(默认同步)，这使得操作在主分片和副本分片都完成后才会返回；如果设置 replication 为 async（异步） 时，也可以通过设置搜索请求参数_preference 为 primary 来查询主分片，确保文档是最新版本。

11、如何避免订单重复提交？

• 1、前端做防重复提交，限制100ms只能请求一次；
• 2、在提交订单页面之前，先去后端服务获取一个token令牌，后端服务可以令牌放在redis中，前端提交订单后，后端会先去redis查看令牌是否存，如果存在则创建订单成功，同时删除该令牌，如果不存在，就拒绝请求，返回提示信息。

12、说一下HTTP和HTTPS的区别？

• 1、安全性：HTTP协议是明文传输数据的，因此不够安全，容易被黑客攻击拦截、篡改数据。而HTTPS通过SSL/TLS协议对数据进行加密传输，可以保证数据的安全性，防止数据被窃取和篡改；
• 2、数据传输方式： HTTP使用的是明文传输，数据包裹在请求报文和响应报文中，传输过程中可能会被拦截和篡改，而HTTPS通过TLS协议对数据进行加密传输，因此需要额外的SSL/TLS协议进行加解密操作，会比HTTP多消耗一些系统资源；
• 3、端口号：HTTP默认使用80端口进行通信，而HTTPS默认使用443端口进行通信；
• 4、数字证书：在HTTPS通信中，服务端需要提供数字证书，证书中包含了公钥和域名等信息，客户端通过验证证书的有效性，可以确认自己连接的是正确的服务器。
  总的来说，HTTPS相比于HTTP具有更高的安全性，适合于需要保护用户隐私信息的场景。而HTTP则适用于一些不需要传输敏感数据的场景，例如一些公开的网站、博客等。

13、什么是数字证书？

• 客户端向服务端发起身份验证请求的一种证书，数字证书在许多相互认证设计中起着非常重要的作用，为请求者的身份提供了强有力的保证。

14、说说TCP与UDP的区别，以及各自的优缺点

• 1、连接性：TCP在通信之前必须要三次握手建立连接，而UDP是无连接的协议，通信双方不需要建立连接就可以进行数据传输；
• 2、可靠性：TCP是一种可靠的协议，它可以保证数据的完整性和准确性，而UDP不能保证可靠性，数据可能会丢失；
• 3、效率：由于TCP需要建立连接、进行错误检测等操作，所以效率较低，而UDP的效率较高，因为它不需要建立连接；
• 4、传输方式：TCP是面向字节流的协议，数据在传输过程中会被分成小的数据包进行传输，而UDP是面向数据包的协议，每个数据包都是独立的，互不干扰；
  适用场景：由于TCP具有可靠性和连接性，适合用于传输要求可靠的数据，例如网页、电子邮件、文件传输等。而UDP适合用于传输实时性要求较高、数据量较小的数据，例如文本、音频等；

15、你设计库表时会考虑哪些问题？

字段的长度问题、创建的表的字段是否规范、风格是否和项目组统一、后续扩展问题、以及当前表的数据量级问题、后续的优化等。

16、说一下你对设计模式的理解？

设计模式是针对软件开发中经常遇到的一些设计问题，而总结出来的一套实用的解决方案或者设计思想，提高了代码的复用性和可扩展性。
设计模式的六大原则：

• 1.开闭原则：有开有闭原则，对扩展开放，但是对修改关闭；
• 2.里氏代换原则：子类可以扩展父类的功能，但不能改变原有父类的功能；
• 3.依赖倒转原则：依赖依于接口或者抽象类而不赖于实现类；
• 4.接口隔离原则：使用多个相互隔离的接口开发，比使用单个接口要好；
• 5.迪米特法则：最少知道原则，尽量降低类与类之间的耦合；
• 6.合成复用原则：通过将已有对象作为新对象的成员属性，新对象可以调用已有对象的功能，从而达到复用。

17、cpu高或者内存高，是怎去排查的问题？

原因：可能是业务代码死循环、GC频繁、线程阻塞等；

• 1.执行top命令，查看CPU占用过高的进程（按M可以排序）；
  
• 2.根据pid找到对应cpu占用最多的Java线程：top -Hp 4861；
  
• 3.将10进制线程id转换为16进制：
  
• 4.通过jstack 命令找到对应问题现场堆栈信息：jstack 4851|grep 12fd -C 10
  查看线程运行状态和定位问题代码行数；如果有死锁会出现deadlock关键字；
  如果线程阻塞，会出现BLOCKED关键字；
• 5.查看进程GC情况：jstat -GCutil <进程号> <统计间隔毫秒> <统计次数>
  查看某进程GC持续变化情况，如果发现返回中FGC很大且一直增大，就是FGC；
• 6.出dump文件：jmap -dump:format=b,file=filename < PID >
  导出某进程下内存heap到文件中，通过jdk自带 visualvm 或者 mat 工具查看内存中程序实例个数。

18、你们JVM启动参数怎么设置的，大小怎么配置？

java -Xms2048m -Xmx2048m -Xmn700m -Xss512K 
-XX:MaxMetaspaceSize=200m -XX:MetaspaceSize=200m -XX:ParallelGCThreads=8
-XX:+PrintGCDetails -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError  -XX:HeapDumpPath=/usr/local/OutOfMemory.hprof
-jar lugu-portal-1.1.jar

可以看到堆内存为2G，新生代为700M，老年代为1348M，元数据区是200M；
UseParNewGC：新生代使用ParNew回收器，UseConcMarkSweepGC:老年代使用CMS算法；
线程栈为512k（默认1024k调小可以增加创建线程数，增加并发量）；
同时打印 GC 详细信息和打印 GC 发生时间，当发生OOM时，Dump文件到指定路径。

19、CMS简介？

CMS是一款基于并发、使用标记清除算法的垃圾回收算法，只针对老年代进行垃圾回收，会尽可能让GC线程和用户线程并发执行，以达到降低STW时间的目的。
原理是通过可达性分析算法（GC Root对象）。

• 能与CMS搭配使用的新生代垃圾收集器有Serial收集器和ParNew收集器。这2个收集器都采用标记复制算法，都会触发STW事件，停止所有的应用线程。不同之处在于，Serial是单线程执行，ParNew是多线程执行。
• 缺点：容易产生内存碎片和浮动垃圾（在并发清除过程中，由于用户线程也在不断的运行，所以会产生一些垃圾对象），由于CMS支持与用户线程并行，所以会与用户线程进行CPU资源争夺。

20、SPI 机制了解吗？

spi全称为 (Service Provider Interface)，是JDK内置的一种服务提供机制，用于提升接口的可扩展性，可以降低模块之间的解耦和相互依赖。
spi的工作原理：

• 1.服务的提供方对调用方的接口提供了一种实现， 在jar包中resource的META-INF/services目录下创建一个接口的全限定名的文件，该文件的内容是是实现类的全限定名；
• 2.在主程序中使用java.util包中的ServiceLoader加载该接口从而获取该实现类；
• 3.实现类要带一个无参构造；

总结

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