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  • Hbase原理、基本概念、基本架构

    万次阅读 多人点赞 2013-12-26 16:36:37
    概述 HBase是一个构建在HDFS上的分布式列存储系统; HBase是基于Google BigTable模型开发的,典型的key/value系统; HBase是Apache Hadoop生态系统中的重要一员,主要用于海量结构化数据存储;...

     

    • 概述
     



    HBase是一个构建在HDFS上的分布式列存储系统;
    HBase是基于Google BigTable模型开发的,典型的key/value系统;
    HBase是Apache Hadoop生态系统中的重要一员,主要用于海量结构化数据存储;
    从逻辑上讲,HBase将数据按照表、行和列进行存储。
    与hadoop一样,Hbase目标主要依靠横向扩展,通过不断增加廉价的商用服务器,来增加计算和存储能力。
    Hbase表的特点
    大:一个表可以有数十亿行,上百万列
    无模式:每行都有一个可排序的主键和任意多的列,列可以根据需要动态的增加,同一张表中不同的行可以有截然不同的列
    面向列:面向列(族)的存储和权限控制,列(族)独立检索
    稀疏:空(null)列并不占用存储空间,表可以设计的非常稀疏;
    数据多版本:每个单元中的数据可以有多个版本,默认情况下版本号自动分配,是单元格插入时的时间戳;
    数据类型单一:Hbase中的数据都是字符串,没有类型。

    • Hbase数据模型

    Hbase逻辑视图

     

    注意上图中的英文说明

    Hbase基本概念

    RowKey:是Byte array,是表中每条记录的“主键”,方便快速查找,Rowkey的设计非常重要。
    Column Family:列族,拥有一个名称(string),包含一个或者多个相关列
    Column:属于某一个columnfamily,familyName:columnName,每条记录可动态添加
    Version Number:类型为Long,默认值是系统时间戳,可由用户自定义
    Value(Cell):Byte array
    • Hbase物理模型

    每个column family存储在HDFS上的一个单独文件中,空值不会被保存。
    Key 和 Version number在每个 column family中均有一份;
    HBase 为每个值维护了多级索引,即:<key, column family, column name, timestamp>

    物理存储:
    1、Table中所有行都按照row key的字典序排列;
    2、Table在行的方向上分割为多个Region;
    3、Region按大小分割的,每个表开始只有一个region,随着数据增多,region不断增大,当增大到一个阈值的时候,region就会等分会两个新的region,之后会有越来越多的region;
    4、Region是Hbase中分布式存储和负载均衡的最小单元,不同Region分布到不同RegionServer上。

    5、Region虽然是分布式存储的最小单元,但并不是存储的最小单元。Region由一个或者多个Store组成,每个store保存一个columns family;每个Strore又由一个memStore和0至多个StoreFile组成,StoreFile包含HFile;memStore存储在内存中,StoreFile存储在HDFS上。

     

    • HBase架构及基本组件

     

    Hbase基本组件说明:

     

    Client

    包含访问HBase的接口,并维护cache来加快对HBase的访问,比如region的位置信息

    Master

    为Region server分配region

    负责Region server的负载均衡

    发现失效的Region server并重新分配其上的region

    管理用户对table的增删改查操作

    Region Server

    Regionserver维护region,处理对这些region的IO请求

    Regionserver负责切分在运行过程中变得过大的region

    Zookeeper作用

    通过选举,保证任何时候,集群中只有一个master,Master与RegionServers 启动时会向ZooKeeper注册

    存贮所有Region的寻址入口

    实时监控Region server的上线和下线信息。并实时通知给Master

    存储HBase的schema和table元数据

    默认情况下,HBase 管理ZooKeeper 实例,比如, 启动或者停止ZooKeeper

    Zookeeper的引入使得Master不再是单点故障

     

    Write-Ahead-Log(WAL)

    该机制用于数据的容错和恢复:

    每个HRegionServer中都有一个HLog对象,HLog是一个实现Write Ahead Log的类,在每次用户操作写入MemStore的同时,也会写一份数据到HLog文件中(HLog文件格式见后续),HLog文件定期会滚动出新的,并删除旧的文件(已持久化到StoreFile中的数据)。当HRegionServer意外终止后,HMaster会通过Zookeeper感知到,HMaster首先会处理遗留的 HLog文件,将其中不同Region的Log数据进行拆分,分别放到相应region的目录下,然后再将失效的region重新分配,领取 到这些region的HRegionServer在Load Region的过程中,会发现有历史HLog需要处理,因此会Replay HLog中的数据到MemStore中,然后flush到StoreFiles,完成数据恢复

    HBase容错性
    Master容错:Zookeeper重新选择一个新的Master
    无Master过程中,数据读取仍照常进行;
    无master过程中,region切分、负载均衡等无法进行;
    RegionServer容错:定时向Zookeeper汇报心跳,如果一旦时间内未出现心跳,Master将该RegionServer上的Region重新分配到其他RegionServer上,失效服务器上“预写”日志由主服务器进行分割并派送给新的RegionServer
    Zookeeper容错:Zookeeper是一个可靠地服务,一般配置3或5个Zookeeper实例
    Region定位流程:

    寻找RegionServer

    ZooKeeper--> -ROOT-(单Region)--> .META.--> 用户表

    -ROOT-
    表包含.META.表所在的region列表,该表只会有一个Region;

    Zookeeper中记录了-ROOT-表的location。

    .META.

    表包含所有的用户空间region列表,以及RegionServer的服务器地址。

    • Hbase使用场景

    storing large amounts  of data(100s of TBs)
    need high write throughput
    need efficient random access(key lookups) within large data sets
    need to scale gracefully with data
    for structured and semi-structured data
    don't need fullRDMS capabilities(cross row/cross table transaction, joins,etc.)

    大数据量存储,大数据量高并发操作

    需要对数据随机读写操作

    读写访问均是非常简单的操作

    • Hbase与HDFS对比

    两者都具有良好的容错性和扩展性,都可以扩展到成百上千个节点;
    HDFS适合批处理场景
    不支持数据随机查找
    不适合增量数据处理

    不支持数据更新

     

    • 参考文档:

    1、http://www.alidata.org/archives/1509(存储模型比较详细)

    2、http://www.searchtb.com/2011/01/understanding-hbase.html(技术框架以及存储模型)

    3、http://wenku.baidu.com/view/b46eadd228ea81c758f578f4.html(读和写的流程比较详细)

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  • K8s基本概念入门

    万次阅读 多人点赞 2018-03-19 00:00:00
    序言 没等到风来,绵绵小雨,所以写个随笔,聊聊k8s的基本概念。 k8s是一个编排容器的工具,其实也是管理应用的全生命周期的一个工具,从创建应用,应用的部署,应用提供服务,扩容缩容应用,应用更新,都非常的...
        
    序言

        没等到风来,绵绵小雨,所以写个随笔,聊聊k8s的基本概念。


        k8s是一个编排容器的工具,其实也是管理应用的全生命周期的一个工具,从创建应用,应用的部署,应用提供服务,扩容缩容应用,应用更新,都非常的方便,而且可以做到故障自愈,例如一个服务器挂了,可以自动将这个服务器上的服务调度到另外一个主机上进行运行,无需进行人工干涉。那么,问题来了,要运维何用?


        k8s可以更快的更新新版本,打包应用,更新的时候可以做到不用中断服务,服务器故障不用停机,从开发环境到测试环境到生产环境的迁移极其方便,一个配置文件搞定,一次生成image,到处运行。。。


    k8s的全生命周期管理

        在k8s进行管理应用的时候,基本步骤是:创建集群,部署应用,发布应用,扩展应用,更新应用


        1、创建集群:为什么要使用集群?

        有一句古话叫做三个臭皮匠,赛过诸葛亮,这就是创建集群的原因。。。


        使用集群,create cluster是为了掩盖底层的无能,在各种环境中,底层的硬件各不相同,有的是各种低廉的服务器,有的各种云环境,有的是各种vm,有的各种host machine,要想屏蔽底层的细节,增强可靠性和稳定性,从而需要创建集群。


        创建集群的好处就是,统一对外提供接口,无须进行各种复杂的调用;提供更好的可靠性,服务器宕机那么频繁,物理磁盘那么容易损坏,无须担心,集群统一进行调配;提供更好的性能,组合集群中各个机器的计算存储网络资源,提供更好的TPS和PS;提供横向扩容的能力,在进行横向扩容的时候,性能基本上能呈线性增长。

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        集群看起来很牛,那么创建起来很复杂么?并不会,在k8s只要使用两条指令就可以创建一个集群,一个是kubectl init进行初始化,创建一个master节点,第二条指令就是kubectl join xxx创建一个node节点,加入这个集群。


        在这边可以看到k8s在物理上进行划分的时候,划分了两种类型的主机,一个master节点,主要用来调度,控制集群的资源等功能;而node节点,主要是用来运行容器的节点,也就是运行服务的节点。


        其实集群都差不多,master用来控制,用来存储各种元数据,node节点是一个工作节点,真正来干活的;node节点定时与master进行通信,通过kubelet进程来汇报信息。


        创建了集群,我要怎么看信息?如下:

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        2、 部署应用

        使用集群的主要目标是啥?用来提供服务,让开发开发的应用程序能在集群上运行,从而需要让开发能运行一个应用来进行测试。

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        一条指令就能运行一个服务,有了image之后就是这么简单。所以,在开发完成程序之后,需要将程序打包成image,然后放到registry中,然后就能够运行应用了。


        在部署完成应用之后,就可以看到应用的名称,期望状态是运行一个pod,当前有一个pod,活动的也是一个,还有启动的时间,那么什么是pod呢?

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        在k8s里面,集群调度的最小单元就是一个pod一个pod可以是一个容器,也可以是多个容器,例如你运行一个程序,其中使用了nginx,使用mysql了,使用了jetty,那么可以将这三个使用在同一个pod中,对他们提供统一的调配能力,一个pod只能运行在一个主机上,而一个主机上可以有多个pod

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        那么有人会问,为什么要使用pod,为什么不能直接使用容器呢?使用pod,相当与一个逻辑主机,还记得创建一个vm,在vm上运行几个进程么,其实道理是一样的,pod的存在主要是让几个紧密连接的几个容器之间共享资源,例如ip地址,共享存储等信息。如果直接调度容器的话,那么几个容器可能运行在不同的主机上,这样就增加了系统的复杂性。

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        3、发布应用

        发布应用主要就是对外提供服务,可能会有人提出疑问,我都运行了服务,为什么还不能提供服务,这是因为在集群当中,创建的ip地址等资源,只有在同一个集群中才能访问,每个pod也有独一的ip地址,当有多个pod提供相同的服务的时候,就需要有负载均衡的能力,从而这里就涉及到一个概念就是service,专门用来提供服务的。

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        服务主要是用来提供外界访问的接口,服务可以关联一组pod,这些pod的ip地址各不相同,而service相当于一个复杂均衡的vip,用来指向各个pod,当pod的ip地址发生改变之后,也能做到自动进行负载均衡,在关联的时候,service和pod之间主要通过label来关联,也就是标签(-l表示为label)。

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        从而外界就可以访问此应用了,如下:

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        4、 扩容缩容

        在业务上线之后,碰到了双十一怎么办?扩容。。。万剑归宗,只要有一个pod,那么就可以产生无数个pod。。。。

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        过了双十一怎么办,缩容。。。

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        横向扩展的能力。。每次扩容缩容的时候,这种会不会觉得很方便,一句话的事儿。。不用创建vm,不用去部署中间件,不用去各种修改配置,这就是自动化。。。


        5、 更新

        有新版本了,我要发布。。。那么。。。

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        滚动更新。。。根据新的image创建一个pod,分配各种资源,然后自动负载均衡,删除老的pod,然后继续更新。。。。不会中断服务。。。

        更新错了怎么办,不怂,不会影响生产业务,回滚就好了。。。几秒钟的事儿。。。


    后话

        k8s的基本入门,其实算是一种用户视角,只是用来演示如何使用k8s,怎么提高了生产力而已。


        在给客户演示的时候,为啥要选择k8s?主要就是如何提高了发布的效率,更新版本的效率,更方便更快捷的上线新版本


        但是在运维关注的视角下,这些远远不够。。。master?存储了哪些元数据,存储在etcd中?如何来进行监控?在很多很多系统情况下,怎么来部署k8s,是一个项目一个k8s还是一个k8s多个项目?等等一系列的问题。。。


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        扫描二维码,欢迎评论。。。不评论也无所谓,反正写着玩。。。


        


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  • 面向对象基本概念

    万次阅读 多人点赞 2019-02-06 21:56:15
    面向对象就是:把数据及对数据的操作方法放在一起,作为一个相互依存的整体...对象即为人对各种具体物体抽象后的一个概念,人们每天都要接触各种各样的对象,如手机就是一个对象。 面向对象编程(OOP:object-orie...

    面向对象就是:把数据及对数据的操作方法放在一起,作为一个相互依存的整体——对象。对同类对象抽象出其共性,形成类。类中的大多数数据,只能用本类的方法进行处理。类通过一个简单的外部接口与外界发生关系,对象与对象之间通过消息进行通信。程序流程由用户在使用中决定。对象即为人对各种具体物体抽象后的一个概念,人们每天都要接触各种各样的对象,如手机就是一个对象。

    面向对象编程(OOP: object-oriented programming)

    面向对象

     

    面向对象与面向过程的区别

    项目名称 面向对象程序设计 面向过程程序设计(也叫结构化编程)
    定义 面向对象顾名思义就是把现实中的事务都抽象成为程序设计中的“对象”,其基本思想是一切皆对象,是一种“自下而上”的设计语言,先设计组件,再完成拼装。 面向过程是“自上而下”的设计语言,先定好框架,再增砖添瓦。通俗点,就是先定好main()函数,然后再逐步实现mian()函数中所要用到的其他方法。
    特点 封装、继承、多态 算法+数据结构
    优势 适用于大型复杂系统,方便复用、 适用于简单系统,容易理解
    劣势 比较抽象、性能比面向过程低 难以应对复杂系统,难以复用,不易维护、不易扩展
    对比 易维护、易复用、易扩展,由于面向对象有封装、继承、多态性的特性,可以设计出低耦合的系统,使系统 更加灵活、更加易于维护  性能比面向对象高,因为类调用时需要实例化,开销比较大,比较消耗资源;比如单片机、嵌入式开发、 Linux/Unix等一般采用面向过程开发,性能是最重要的因素。 
    设计语言 Java、Smalltalk、EIFFEL、C++、Objective-、C#、Python等 C、Fortran
    使用场景

    30种编程语言的比较选择问题https://blog.csdn.net/ljy1988123/article/details/7782700

    类与对象的主要区别

    对象:对象是类的一个实例(对象不是找个女朋友),有状态和行为。例如,一条狗是一个对象,它的状态有:颜色、名字、品种;行为有:摇尾巴、叫、吃等。 

    :类是一个模板,它描述一类对象的行为和状态。

    1、面向对象三大主要特征(理解)

    ①封装

    两层含义:一层含义是把对象的属性和行为看成一个密不可分的整体,将这两者“封装”在一个不可分割的独立单元(即对象)中;另一层含义指“信息隐藏”,把不需要让外界知道的信息隐藏起来,有些对象的属性及行为允许外界用户知道或使用,但不允许更改,而另一些属性或行为,则不允许外界知晓,或只允许使用对象的功能,而尽可能隐藏对象的功能实现细节。

    封装的优点

    • 良好的封装能够减少耦合,符合程序设计追求“高内聚,低耦合”。

    • 类内部的结构可以自由修改。

    • 可以对成员变量进行更精确的控制。

    • 隐藏信息实现细节。

    实现Java封装的步骤

    1. 修改属性的可见性来限制对属性的访问(一般限制为private),例如:

    public class Person { 
        private String name; 
        private int age; 
    }

    这段代码中,将 name 和 age 属性设置为私有的,只能本类才能访问,其他类都访问不了,如此就对信息进行了隐藏。

    2. 对每个值属性提供对外的公共方法访问,也就是创建一对赋取值方法,用于对私有属性的访问,例如:

    public class Person{ 
        private String name;
        private int age; ​ 
        private boolean alive;
    
        public int getAge(){
            return age; 
        } 
    
        public void setAge(int age){ 
            this.age = age; 
        } ​
    
        public String getName(){ 
            return name; 
        } ​
     
        public void setName(String name){ 
            this.name = name; 
        }
    
        public boolean isAlive() {
    		return alive;
    	}
    
    	public void setAlive(boolean alive) {
    		this.alive = alive;
    	}
    
    }

    采用 this 关键字是为了解决实例变量(private String name)和局部变量(setName(String name)中的name变量)之间发生的同名的冲突。

    封装同时可以提高代码的安全性,例如普通的类属性不是private修饰就直接可以通过“对象名.属性 = xxx”对其赋值,但当我们用private修饰该属性后就不能这样对其做任意的修改了,而且我们还可以在其对外的访问方法中进行合法值校验。比如上例中的setAge()就可以更改为:

    public void setAge(int age){
        if(age > 120)
            System.out.println("Age setting error");
        else
            this.age = age;
    }

     封装的使用细节:

    1. 一般使用private访问权限
    2. 提供相应的get、set方法来访问相关属性,这些方法通常是public修饰的。以提供对属性的赋值与读取操作。(注意!boolean变量的get方法是is开头。)
    3. 一些只用于本类的辅助性方法,可以使用private修饰,希望其他类调用的方法用public修饰。

    this与super关键字:

    1、this关键字代表当前对象

    2、super可以理解为是指向自己超(父)类对象的一个指针,而这个超类指的是离自己最近的一个父类。  

     this与super对比

    • this.属性 操作当前对象的属性
    • this.方法 调用当前对象的方法 
    • 引用构造函数:调用本类中另一种形式的构造函数(应该为构造函数中的第一条语句)。
    • 普通的直接引用:与this类似,super相当于是指向当前对象的父类,这样就可以用super.xxx来引用父类的成员。
    • 子类中的成员变量或方法与父类中的成员变量或方法名同名时,表示调用父类的成员
    • 引用构造函数:调用父类中的某一个构造函数(应该为构造函数中的第一条语句)。默认在构造函数第一条语句是“super();”,无论写与否。
    • super(参数):调用基类中的某一个构造函数(应该为构造函数中的第一条语句)
    • this(参数):调用本类中另一种形成的构造函数(应该为构造函数中的第一条语句)
    • 调用super()必须写在子类构造方法的第一行,否则编译不通过。每个子类构造方法的第一条语句,都是隐含地调用 super(),如果父类没有这种形式的构造函数,那么在编译的时候就会报错。
    • super() 和 this() 类似,区别是,super() 从子类中调用父类的构造方法,this() 在同一类内调用其它方法。
    • super() 和 this() 均需放在构造方法内第一行。
    • 尽管可以用this调用一个构造器,但却不能调用两个。
    • this 和 super 不能同时出现在一个构造函数里面,因为this必然会调用其它的构造函数,其它的构造函数必然也会有 super 语句的存在,所以在同一个构造函数里面有相同的语句,就失去了语句的意义,编译器也不会通过。
    • this() 和 super() 都指的是对象,所以,均不可以在 static 环境中使用。包括:static 变量,static 方法,static 语句块。
    • 从本质上讲,this 是一个指向本对象的指针, 然而 super 是一个 Java 关键字。

    ②继承

    继承是java面向对象编程技术的一块基石,因为它允许创建分等级层次的类。

    继承就是子类继承父类的特征和行为,使得子类对象(实例)具有父类的实例域和方法,或子类从父类继承方法,使得子类具有父类相同的行为。

    类的继承格式:

    class 父类 { }

    class 子类 extends 父类 { }

    继承的类型:需要注意的是 Java 不支持多继承,但支持多重继承。

     继承的好处:

    (1)提高类代码的复用性

    (2)提高了代码的维护性

    (3)使得类和类产生了关系,是多态的前提(它也是继承的一个弊端,类的耦合性提高了)

    继承的特性

    • 子类拥有父类非 private 的属性、方法。

    • 子类可以拥有自己的属性和方法,即子类可以对父类进行扩展。

    • 子类可以用自己的方式实现父类的方法,即重写父类方法。

    • Java 的继承是单继承,但是可以多重继承,单继承就是一个子类只能继承一个父类,多重继承就是,例如 A 类继承 B 类,B 类继承 C 类,所以按照关系就是 C 类是 B 类的父类,B 类是 A 类的父类,这是 Java 继承区别于 C++ 继承的一个特性。

    • 继承可以使用 extends 和 implements 这两个关键字来实现继承,而且所有的类都是继承于 java.lang.Object,当一个类没有继承的两个关键字,则默认继承object(这个类在 java.lang 包中,所以不需要 import)祖先类。

    • 提高了类之间的耦合性(继承的缺点,耦合度高就会造成代码之间的联系越紧密,代码独立性越差)。

     final关键字:

    表示最终的意思,可以修饰类、成员变量、成员方法

    • 修饰类:类不可以被继承
    • 修饰成员变量:变量为常量,值不可以改变
    • 修饰成员方法:方法不能被重写
    • final还可以修饰局部变量:①修饰基本数据类型,值不能改变;②修饰引用数据类型,地址值不能改变

     static关键字(静态):

    static表示静态的意思,既可以修饰成员变量,又可以修饰成员方法,还有一种特殊用法修饰类

    (1)、修饰成员变量表示静态变量:static变量也称作静态变量,静态变量和非静态变量的区别是:静态变量被所有的对象所共享,在内存中只有一个副本,它当且仅当在类初次加载时会被初始化。而非静态变量是对象所拥有的,在创建对象的时候被初始化,存在多个副本,各个对象拥有的副本互不影响。static成员变量的初始化顺序按照定义的顺序进行初始化。static不能修饰局部变量。

    (2)、修饰成员方法:static方法一般称作静态方法,由于静态方法不依赖于任何对象就可以进行访问,因此对于静态方法来说,是没有this的,因为它不依附于任何对象,既然都没有对象,就谈不上this了。并且由于这个特性,在静态方法中不能访问类的非静态成员变量和非静态成员方法,因为非静态成员方法/变量都是必须依赖具体的对象才能够被调用。

    (3)static代码块:static关键字还有一个比较关键的作用就是 用来形成静态代码块以优化程序性能。static块可以置于类中的任何地方,类中可以有多个static块。在类初次被加载的时候,会按照static块的顺序来执行每个static块,并且只会执行一次。

    特点:
        1)随着类的加载而加载
        2)优先于对象存在
        3)被所有的对象所共享
            该特点是我们使用static的条件

    注意事项:
        1)在静态方法中,不能出现this/super
        2)静态方法只能访问静态成员;非静态方法既可以访问静态成员,也可以访问非静态成员
        3)工具类里面的成员一般来说是静态成员(目的:节约内存空间)

    静态变量和成员变量的区别
    1)所属不同
          静态变量属于类,也称为类变量
          成员变量属于对象,也称为实例变量
    2)内存中位置不同
          静态变量存在方法区
          成员变量存在堆中
    3)出现的时间不同
          静态变量随着类的加载而加载,随着类的消亡而消亡
          成员变量随着对象的创建而创建,随着对象的消失而消失
    4)调用方式不同
          静态变量通过类名调用,也可以通过对象名调用(不建议)
          成员变量只能通过对象名调用
    所以,成员变量可以称为对象的特有数据,静态变量称为对象的共享数据

    成员变量与局部变量的区别
    1)在类中的位置不同
           成员变量:在类中方法外面
           局部变量:在方法或者代码块中,或者方法的声明上(即在参数列表中)
    2)在内存中的位置不同,可以看看Java程序内存的简单分析
           成员变量:在堆中(方法区中的静态区)
           局部变量:在栈中
    3)生命周期不同
          成员变量:随着对象的创建而存在,随着对象的消失而消失
          局部变量:随着方法的调用或者代码块的执行而存在,随着方法的调用完毕或者代码块的执行完毕而消失
    4)初始值
          成员变量:有默认初始值
          局部变量:没有默认初始值,使用之前需要赋值,否则编译器会报错(The local variable xxx may not have been initialized)

    package se01.day02;
    
    //子父类静态代码块、构造代码块、构造方法
    class Fu{
    	String name;
    	int age;
    	
    	{
    		System.out.println("构造代码块Fu");
    	}
    	
    	static{
    		System.out.println("静态代码块Fu");
    	}
    	
    	public Fu() {
    		System.out.println("无参构造方法Fu");
    	}
    
    	public Fu(String name, int age) {
    		this.name = name;
    		this.age = age;
    		System.out.println("有参构造Fu");
    	}
    
    }
    public class Zi extends Fu{
    	int id;
    	{
    		System.out.println("构造代码块Zi");
    	}
    	static{
    		System.out.println("静态代码块Zi");
    	}
    	public Zi() {
    		System.out.println("无参构造方法Zi");
    	}
    
    	public Zi(String name, int age) {
    		this.name = name;
    		this.age = age;
    		System.out.println("有参构造Zi");
    	}
    	public static void main(String[] args) {
    		new Zi("小明",13);
    	}
    }
    
    ==========================执行结果为====================================
    静态代码块Fu
    静态代码块Zi
    构造代码块Fu
    无参构造方法Fu
    构造代码块Zi
    有参构造Zi

    static特殊用法(static修饰类):  如果一个类要被声明为static的,只有一种情况,就是静态内部类。如果在外部类声明为static,程序会编译都不会过。(在内部类中详细讲解)

    Question:在什么情况下需对属性和方法加上static关键字?

    在编写的代码中,static定义的属性出现几率不是特别高,一般只有在描述共享属性概念或者是不受实例化对象限制的属性时才会使用static定义属性,而大部分情况下依然都使用非static属性。

    产生实例化对象是因为在堆内存中可以保存属性信息,所以如果一个类中没有属性产生,就自然也没有必要去开辟堆内存保存属性内容了,所以这个时候就可以考虑类中的方法全部使用static声明。

    NOTICE:在JDK1.7之前,Java一直存在一个Bug,可以先执行静态代码块来代替主方法。按照标准来说,所有的程序应该都是从主方法开始执行,但是下例却先执行静态代码块

    	public static void main(String[] args) {
    		System.out.println("你好,世界");
    	}
    	
    	static{
    		System.out.println("Hello World");
    	}
    
    ===========输出结果为==============
    Hello World
    你好,世界

    ③多态

    多态是同一个行为具有多个不同表现形式或形态的能力。

    多态的体现

    Java语言中含有方法重载与对象多态两种形式的多态:

    方法重载:在一个类中,允许多个方法使用同一个名字,但方法的参数不同,完成的功能也不同。

    对象多态:子类对象可以与父类对象进行转换,而且根据其使用的子类不同完成的功能也不同(重写父类的方法)。

    面试题:什么是多态?实现多态的方法有哪些?

    多态是面向对象的最后一个主要特征,它本身主要分为两个方面:
           ·方法的多态性:重载与覆写
                |-重载:同一个方法名称,根据不同的参数类型及个数可以完成不同的功能。
                |-覆写:同一个方法,根据操作的子类不同,所完成的功能也不同。
           ·对象的多态:父子类对象的转换。
                |-向上转型:子类对象变为父类对象,格式:父类 父类对象 = 子类实例,自动;
                |-向下转型:父类对象变为子类对象,格式:子类 子类对象 = (子类)父类实例,强制。

    多态的优点

    • 1. 消除类型之间的耦合关系
    • 2. 可替换性
    • 3. 可扩充性
    • 4. 接口性
    • 5. 灵活性
    • 6. 简化性

    多态存在的三个必要条件

    • 继承
    • 重写
    • 父类引用指向子类对象

    比如:Parent p = new Child();

    多态的访问方式:
    (1)成员变量
        编译看左边,运行看左边
    (2)成员方法
        编译看左边,运行看右边
    (3)静态方法
        编译看左边,运行看左边

    多态的实现方式

    方式一:重载与重写:

    这个内容已经详细讲过,就不再阐述,详细请见上文。

    方式二:抽象类和抽象方法

    在Java中,一个没有方法体的方法称为抽象方法。而一个类中如果有抽象方法,那么这个类就称之为抽象类。

    格式:
        抽象类:abstract class 类名{}
        抽象方法:修饰符 abstract 返回值类型 方法名(参数列表){方法体;}

    特点:
        1)抽象类不一定有抽象方法,但是有抽象方法的类一定是抽象类
        2)抽象类不可以实例化(不能用new关键字创建抽象类实例)
        3)抽象类的子类,可以是抽象类,也可以是具体类。如果子类是具体类,需要重写抽象类里面所有抽象方法

    组成:
        1)成员变量
            可以是变量,可以是常量
        2)构造方法
            有构造方法
            抽象类不可以实例化,存在构造方法,有什么用?
            子类会调用父类的构造方法,对属性进行初始化赋值
        3)成员方法
            可以是抽象方法,也可以是具体方法

    抽象(abstract)不能与那些关键字共存?
    1).private :因为一个abstract方法需要被重写,所以不能修饰为private;
    2).final:因为一个abstract方法需要被重写。被final修饰的方法是不能被重写的,所以不能同final共存;
    3).static:因为一个abstract方法没有方法体。静态方法需要对方法体执行内容分配空间,所以不能同static共存;(abstract是没有实现  的,不能产生对象,而是static是属于类的,类本身是已经存在的对象)
    4).synchronized: 是同步的,然而同步需要具体的操作才能同步,但, abstract是只有声明没有实现的(即,使用synchronized关键字的是需要有具体的实现同步的操作的,但是使用abstract是只有声明而没有实现的,这样就产生了冲突)
    5).native:他们本身的定义就是冲突的,native声明的方法是移交本地操作系统实现的,而abstract是移交子类对象实现的,同时修饰的话,导致不知道谁实现声明的方法

    方式三:接口

    接口(英文:Interface),在JAVA编程语言中是一个抽象类型,是抽象方法的集合,接口通常以interface来声明。实际上是一个规范,它会要求你做什么,但不会要求你去怎么做。接口里面定义的是额外功能,但是不给出具体的实现。

    接口无法被实例化,但是可以被实现。一个实现接口的类,必须实现接口内所描述的所有方法,否则就必须声明为抽象类。

    接口与类相似点:

    • 一个接口可以有多个方法。
    • 接口文件保存在 .java 结尾的文件中,文件名使用接口名。
    • 接口的字节码文件保存在 .class 结尾的文件中。
    • 接口相应的字节码文件必须在与包名称相匹配的目录结构中。

    接口与类的区别:

    • 接口不能用于实例化对象。
    • 接口没有构造方法。
    • 接口中所有的方法必须是抽象方法。
    • 接口不能包含成员变量,除了 static 和 final 变量。
    • 接口不是被类继承了,而是要被类实现。
    • 接口支持多继承。

    接口特性:

    • 接口中每一个方法也是隐式抽象的,接口中的方法会被隐式的指定为 public abstract(只能是 public abstract,其他修饰符都会报错)。
    • 接口中可以含有变量,但是接口中的变量会被隐式的指定为 public static final 变量(并且只能是 public,用 private 修饰会报编译错误)。
    • 接口中的方法是不能在接口中实现的,只能由实现接口的类来实现接口中的方法。

    抽象类和接口的区别:

    • 1. 抽象类中的方法可以有方法体,就是能实现方法的具体功能,但是接口中的方法不行。
    • 2. 抽象类中的成员变量可以是各种类型的,而接口中的成员变量只能是 public static final 类型的。
    • 3. 接口中不能含有静态代码块以及静态方法(用 static 修饰的方法),而抽象类是可以有静态代码块和静态方法。
    • 4. 一个类只能继承一个抽象类,而一个类却可以实现多个接口。

    接口的多继承

    接口和接口继承关系,可以单继承,多继承,多级继承

    标记接口

    标记接口是没有任何方法和属性的接口.它仅仅表明它的类属于一个特定的类型,供其他代码来测试允许做一些事情。

    Java中的标记接口有:

    1. java.io.Serializable这个接口是用来标记类是否支持序列化的,所谓的序列化就是将对象的各种信息转换成可以存储或者传输的一种形式。如果一个类没有实现该接口,却被拿去序列化的了,那么虚拟机就会抛出不支持序列化的异常
    2. Cloneable接口在深度拷贝的时候经常被用到,在调用java.lang.Object类中clone方法的过程中,如果对象没有实现Cloneable接口,那么虚拟机就会抛出一个CloneNotSupportedException异常。
    3. java.util.RandomAccess这个接口的作用是判断集合是否能快速访问,也就是通过索引下标能否快速的移动到对应的元素上。我们在使用某个集合类中,集合中的元素可以通过索引index下标快速的访问到,那么在该类的定义处,一般会有一个RandomAccess接口的实现标签。

      比如:java.util.ArrayList<E>有这个接口,java.util.LinkedList<E>就没有

      1 public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
      2         implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
      3 {
      4 //...
      5 }
      1 public class LinkedList<E>
      2     extends AbstractSequentialList<E>
      3     implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
      4 {
      5     ...
      6 }

    2、数组的使用以及初始化操作

    数组是用来存储多个相同数据类型值的容器。

    数组初始化
    1)动态初始化
        只指定数组的长度,由系统分配默认值
        格式:
        数据类型[] 数组名 = new 数据类型[长度];     或者      数据类型 数组名[] = new 数据类型[长度]
        默认值:
        byte、short、int、long,默认0
        float、double,默认0.0
        boolean,默认false
        char,默认'\u0000'
        String,默认null(所有引用数据类型默认都是null)
    2)静态初始化
        指定数组里面每个元素的初始值,不指定数组的长度
        格式:
            数据类型[] 数组名 = new 数据类型[]{元素1,元素2...};
        简写:
            数据类型[] 数组名 = {元素1,元素2...};

    简单实例:

    public static void main(String[] args) {
    		  double[] myList = {1.9, 2.9, 3.4, 3.5};
    		  
    	      // 打印所有数组元素
    	      for (int i = 0; i < myList.length; i++) {
    	         System.out.print(myList[i] + " ");
    	      }
    	      System.out.println("\n=================");
    	      for (double d : myList) {
    			System.out.print(d + " ");
    		}
    	      System.out.println("\n=================");
    	      // 计算所有元素的总和
    	      double total = 0;
    	      for (int i = 0; i < myList.length; i++) {
    	         total += myList[i];
    	      }
    	      System.out.println("Total is " + total);
    	      // 查找最大元素
    	      double max = myList[0];
    	      for (int i = 1; i < myList.length; i++) {
    	         if (myList[i] > max) max = myList[i];
    	      }
    	      System.out.println("Max is " + max);
    	}
    
    
    运行结果:
    1.9 2.9 3.4 3.5 
    =================
    1.9 2.9 3.4 3.5 
    =================
    Total is 11.7
    Max is 3.5
    

     冒泡排序(相邻的元素进行比较,大值往后排):

    	public static void bubbleSort(int[] arr){
    		int temp = 0;
    		for (int i = 0; i < arr.length-1; i++) {
    			for (int j = 0; j < arr.length-1-i; j++) {
    				if(arr[j]>arr[j+1]){
    					temp = arr[j];
    					arr[j] = arr[j+1];
    					arr[j+1] = temp;
    				}
    			}
    		}
    	}

     选择排序(前面元素与后面的元素诸葛逐个进行比较,小值往前排):

    	public static void selectSort(int[] arr){
    		int temp = 0;
    		for (int i = 0; i < arr.length-1; i++) {
    			for (int j = i+1; j < arr.length; j++) {
    				if(arr[i]>arr[j]){
    					temp = arr[i];
    					arr[i] = arr[j];
    					arr[j] = temp;
    				}
    			}
    		}
    		System.out.println(Arrays.toString(arr));
    	}

     多维数组

    多维数组可以看成是数组的数组,比如二维数组就是一个特殊的一维数组,其每一个元素都是一个一维数组,例如:

    String str[][] = new String[3][4];

    多维数组初始化的方式与一维数组初始化方式类似,也分动态和静态两种方式。

    不规则数组

    “ 不规则 ” 数组 , 即数组的每一行有不同的长度。典型的案例是杨辉三角

    //不规则数组,杨辉三角
    public class LotteryArray {
    	public static void main(String[] args) {
    		final int NMAX = 10; //最大行数
    		int[][] odds = new int[NMAX][];
    		for (int n = 0; n < NMAX; n++)
    			odds[n] = new int[n + 1]; //初始化,开辟空间
    		for (int n = 0; n < odds.length; n++) {
    			for (int k = 0; k < odds[n].length; k++) {
    				/*
    				 * int lotteryOdds = 1;
    				 * for (int i = 1; i <= k; i++) 
                                     *     lotteryOdds = lotteryOdds * (n - i + 1) / i;
    				 * odds[n][k] = lotteryOdds;
    				 */
    				// 第一个和最有一个都是1,其余的都是它的上一个和它的上一个的前一个的和
    				if (k == 0 || k == odds[n].length - 1) {
    					odds[n][k] = 1;
    				} else {
    					odds[n][k] = odds[n - 1][k - 1] + odds[n - 1][k];
    				}
    
    			}
    		}
    		for (int[] row : odds) {
    			for (int odd : row)
    				System.out.printf("%4d", odd);
    			System.out.println();
    		}
    
    	}
    }
    
    
    =======================结果显示============================
       1
       1   1
       1   2   1
       1   3   3   1
       1   4   6   4   1
       1   5  10  10   5   1
       1   6  15  20  15   6   1
       1   7  21  35  35  21   7   1
       1   8  28  56  70  56  28   8   1
       1   9  36  84 126 126  84  36   9   1

    数组工具类Arrays

    修饰符和类型 方法和描述
    static <T> List<T>

    asList(T... a)

    返回由指定数组支持的固定大小的列表。

    static int

    binarySearch(byte[] a, byte key)

    使用二进制搜索算法在指定的字节数组中搜索指定的值。

    static int

    binarySearch(byte[] a, int fromIndex, int toIndex, byte key)

    使用二进制搜索算法搜索指定值的指定字节数组的范围。

    char[]、double[]、float[]、int[]、long[]、Object[]、short[]...同样适用

    static boolean[]

    copyOf(boolean[] original, int newLength)

    使用false复制指定的数组,截断或填充(如果需要),以使副本具有指定的长度。

    static byte[]

    copyOf(byte[] original, int newLength)

    使用零复制指定的数组,截断或填充(如有必要),以使副本具有指定的长度。

    char[]、double[]、float[]、int[]、long[]...同样适用

    static char[]

    copyOfRange(boolean[] original, int from, int to)

    将指定数组的指定范围复制到新数组中。

    static double[]

    copyOfRange(boolean[] original, int from, int to)

    将指定数组的指定范围复制到新数组中。

    boolean[]、char[]、float[]、int[]、long[]同样

    static boolean equals(boolean[] a, boolean[] a2)

    如果两个指定的布尔数组彼此相等,则 返回true。

    byte[]、char[]、double[]...同样适用

    static void fill(boolean[] a, boolean val)

    将指定的布尔值分配给指定的布尔数组的每个元素。

    byte[]、char[]、double[]...同样适用

    static void parallelSort(byte[] a)

    将指定的数组按升序排序。java8新特性,并行排序。

    static void sort(float[] a)

    将指定的数组按升序排序。串行排序。

    static void sort(float[] a, int fromIndex, int toIndex)

    按升序对数组的指定范围进行排序。

    int[]、short[]、long[]、double[]...同样适用

    static String toString(boolean[] a)

    返回指定数组内容的字符串表示形式。

    3、java基本数据类型和引用传递区别

    简概: ①形参为基本数据类型形参改变,实参不会发生改变
     ②形参为引用数据类型形参改变,实参也会跟着改变(有特例)

    详述:https://blog.csdn.net/sugar_no1/article/details/86506510

     

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  • 基本概念和术语

    千次阅读 2019-12-17 18:00:02
    文章目录概要数据(data)数据元素(data element)数据项(data item)...本篇文章将讲解数据结构的基本概念和术语,这种概念性的东西往往是催人入睡的,当然了,没有谁能把概念讲出花来,概念就是枯燥的。 由于专栏的...

    概要

    本篇文章将讲解数据结构的基本概念和术语,这种概念性的东西往往是催人入睡的,当然了,没有谁能把概念讲出花来,概念就是枯燥的。
    由于专栏的体系,我有必要讲一讲关于数据结构的基本概念和术语。

    数据(data)

    数据是指能输入计算机且能被计算机处理的各种符号的集合。
    数据是信息的载体,是对客观事物符号化的表示,能够被计算机识别、存储和加工。
    数据通常分为两类:

    1. 数据型:整数、实数等
    2. 非数值型:文字、图像、声音等

    数据元素(data element)

    数据元素是数据的基本单位,在计算机程序中通常作为一个整体进行考虑和处理。比如下面的一张学生表:

    学号 姓名 性别 身份证号
    001 张三 123456789123456781
    002 李四 123456789123456782
    003 王五 123456789123456783

    其中的某个学生的信息就为一个数据元素,一个学生的所有信息,包括学号、姓名、性别、身份证号等通常会作为一个整体处理。

    数据项(data item)

    数据项是构成数据元素的不可分割的最小单位,还是上面的学生表,对于一个数据元素来说,比如学号为002的学生李四,该条数据元素由四个数据项组成,分别是:学号、姓名、性别和身份证号。

    数据对象(data object)

    数据对象是性质相同的数据元素的集合,是数据的一个子集。
    例如整数集合{0,±1,±2,±3,…},该集合中的所有元素都为整数,所以可以称其为整数数据对象。
    又例如字符集合{‘A’,‘B’,‘C’,…},该集合中的所有元素都为字符,所以可以称其为字符数据对象。

    数据结构(data structure)

    数据元素不是孤立存在的,它们之间存在着某种关系,数据元素之间的关系称为结构。
    数据结构包括以下三个方面的内容:

    1. 数据元素之间的逻辑关系,也称为逻辑结构
    2. 数据元素及其关系在计算机内存中的表示,称为数据的物理结构或数据的存储结构
    3. 数据的运算和实现,即对数据元素可以施加的操作以及这些操作在相应的存储结构上的实现

    下面就来说一说逻辑结构和物理结构的概念。
    逻辑结构:

    • 描述数据元素之间的逻辑关系
    • 与数据的存储无关,独立于计算机
    • 是从具体问题抽象出来的数学模型

    物理结构:

    • 数据元素及其关系在计算机存储器中的结构,即:存储方式
    • 是数据结构在计算机中的表示

    它们的关系是:存储结构是逻辑关系的映像与元素本身的映像。

    逻辑结构的种类

    对于逻辑结构,我们通过是否为线性可将其分为线性结构和非线性结构。

    • 线性结构:通常有且仅有一个开始和一个终端结点,并且所有的结点都最多只有一个前驱和一个后继,结点之间是一对一的关系。
      典型代表:线性表、栈、队列、串

    • 非线性结构:一个结点可能有多个直接前驱和直接后继,结点之间是一对多,或者多对多的关系。
      典型代表:树、图

    我们还可以通过数据元素之间关系的不同特性,将其分为集合、线性结构、树形结构和图状结构。

    • 集合结构:结构中的数据元素之间除了同属于一个集合的关系外,无任何其它关系
    • 线性结构:结构中的数据元素之间存在着一对一的线性关系
    • 树形结构:结构中的数据元素之间存在着一对多的层次关系
    • 图状结构:结构中的数据元素之间存在着多对多的任意关系

    存储结构的种类

    对于存储结构,我们通常将其分为四类:顺序、链式、索引、散列存储结构。

    • 顺序存储结构:用一组连续的存储单元依次存储数据元素,数据元素之间的逻辑关系由元素的存储位置来表示,在C语言中用数组来实现顺序存储结构
    • 链式存储结构:用一组任意的存储单元存储数据元素,数据元素之间的逻辑关系用指针表示,在C语言中用指针来实现链式存储结构
    • 索引存储结构:在存储结点信息的同时,还建立附加的索引表,比如手机的通讯录,通讯录在联系人信息的基础上建立了字母索引,对联系人进行排序
    • 散列存储结构:根据结点的关键字直接计算出该结点的存储地址

    数据类型和抽象数据类型

    在使用高级程序设计语言编写程序时,必须对程序中出现的每个变量、常量或表达式,明确说明它们所属的数据类型。
    何为数据类型?
    数据类型是一组性质相同的值的集合以及定义于这个值集合上的一组操作的统称。
    那么为何抽象数据类型?
    抽象数据类型(Abstract Data Type,简称ADT)是指一个数学模型以及定义在该模型上的一组操作的统称。抽象数据类型的定义仅取决于它的一组逻辑特性,而与其在计算机内部如何表示和实现无关,即不论其内部结构如何变化,只要它的数学特性不变,都不影响其外部的使用。

    抽象数据类型的形式定义

    抽象数据类型可用三元组(D、S、P)表示,其中:

    • D:数据对象
    • S:D上的关系集
    • P:对D的基本操作集

    其定义格式如下;

    ADT	抽象数据类型名{
    	数据对象:<数据对象的定义>
    	数据关系:<数据关系的定义>
    	基本操作:<基本操作的定义>
    }ADT 抽象数据类型名
    

    其中数据对象、数据关系的定义用伪代码描述。
    对于基本操作的定义格式如下:

    • 基本操作名(参数表)
    • 初始条件:(初始条件描述)
    • 操作结果:(操作结果描述)

    概念总是晦涩难懂的,下面通过一个具体的例子理解一下抽象数据类型是如何定义的:

    ADT Circle{
    	数据对象:D = {r,x,y|r,x,y为实数}
    	数据关系:R = {<r,x,y>|r为半径,<x,y>为圆心坐标}
    	基本操作:
    	Circle(&C,r,x,y)	
    		操作结果:生成一个圆
    	double Area(C)		
    		初始条件:圆已经生成
    		操作结果:计算圆的面积
    	double perimeter(C)
    		初始条件:圆已经生成
    		操作结果:计算圆的周长
    	......
    }ADT Circle
    

    这是一个Circle类型的定义。

    抽象数据类型如何实现

    说完了抽象数据类型的定义,我们来看看该如何实现抽象数据类型。
    抽象数据类型可以通过固有的数据类型(如整型、实型、字符型等)来表示和实现。
    即利用处理器中已存在的数据类型来说明新的结构,用已经实现的操作来组合新的操作。
    下面我们通过C语言作为描述工具来实现一下。

    typedef struct{
    	float r;	//半径
    	int x;		//横坐标
    	int y; 		//纵坐标
    	
    }Circle;		//定义抽象数据类型
    
    void Circle(&C,r,x,y);	//生成圆
    double Area(C)			//计算圆的面积
    double perimeter(C)		//计算圆的周长
    

    这里只是演示,所以并没有实现定义的函数功能。

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