Java技术专家面试专题系列（五）：数据库与持久化

好的，我将根据规划，撰写Java技术专家面试专题系列的第五篇：“数据库与持久化”。这篇文章将深入探讨Java与数据库交互的核心技术，包括JDBC、ORM框架、SQL优化以及分布式事务等，结合代码示例和面试问题，帮助读者掌握持久化层的原理和实践，为技术专家面试提供全面支持。以下是完整内容：

Java技术专家面试专题系列（五）：数据库与持久化

数据库与持久化是Java企业级开发的关键环节，涉及数据存储、访问和一致性保障。本篇将从JDBC基础、ORM框架（如MyBatis和Hibernate）、SQL优化到分布式事务，系统讲解Java持久化技术，助你在面试中展现数据库设计与优化的能力。

1. JDBC基础与连接池

JDBC（Java Database Connectivity）是Java访问关系型数据库的基础。

核心组件
- DriverManager: 加载数据库驱动。
- Connection: 数据库连接。
- Statement/PreparedStatement: 执行SQL。
- ResultSet: 查询结果。
连接池
- 提高连接复用效率，常见实现：HikariCP（高性能）、Druid（监控功能强）。

示例: 使用HikariCP连接数据库

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import com.zaxxer.hikari.HikariConfig;
import com.zaxxer.hikari.HikariDataSource;

import java.sql.Connection;
import java.sql.PreparedStatement;
import java.sql.ResultSet;

public class JDBCDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        HikariConfig config = new HikariConfig();
        config.setJdbcUrl("jdbc:mysql://localhost:3306/test");
        config.setUsername("root");
        config.setPassword("password");
        config.setMaximumPoolSize(10);

        try (HikariDataSource ds = new HikariDataSource(config);
             Connection conn = ds.getConnection();
             PreparedStatement stmt = conn.prepareStatement("SELECT * FROM users WHERE id = ?")) {
            stmt.setInt(1, 1);
            ResultSet rs = stmt.executeQuery();
            while (rs.next()) {
                System.out.println("User: " + rs.getString("name"));
            }
        }
    }
}

面试问题:

问题: 为什么使用连接池？
答案: 直接创建连接开销大（TCP握手、认证），连接池复用连接，减少资源消耗，提高性能。

2. ORM框架对比：MyBatis vs Hibernate

ORM（Object-Relational Mapping）将对象映射到数据库表。

MyBatis
- 半自动映射，SQL由开发者编写。
- 优点：灵活，易优化。
- 缺点：SQL维护成本高。
Hibernate
- 全自动映射，生成SQL。
- 优点：开发效率高，支持复杂关系。
- 缺点：SQL控制少，性能调优复杂。

示例: MyBatis简单查询

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// UserMapper.java
public interface UserMapper {
    @Select("SELECT * FROM users WHERE id = #{id}")
    User selectUser(int id);
}

// User.java
public class User {
    private int id;
    private String name;
    // getters and setters
}

// Main.java
import org.apache.ibatis.session.SqlSession;
import org.apache.ibatis.session.SqlSessionFactory;
import org.apache.ibatis.io.Resources;

public class MyBatisDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        SqlSessionFactory factory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(Resources.getResourceAsStream("mybatis-config.xml"));
        try (SqlSession session = factory.openSession()) {
            UserMapper mapper = session.getMapper(UserMapper.class);
            User user = mapper.selectUser(1);
            System.out.println("User: " + user.getName());
        }
    }
}

面试问题:

问题: MyBatis的#{}和${}有什么区别？
答案: #{}是预编译参数，防SQL注入；${}是字符串替换，易引发注入风险。

3. SQL优化技巧

高效的SQL是数据库性能的关键。

索引设计
- 单列索引、复合索引、主键索引。
- 覆盖索引：查询字段都在索引中，避免回表。
执行计划分析
- 使用EXPLAIN查看查询路径。
优化实践
- 避免SELECT *，指定字段。
- 用JOIN替代子查询。

示例: 索引优化

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-- 创建索引
CREATE INDEX idx_name ON users(name);

-- 优化查询
EXPLAIN SELECT name FROM users WHERE name = 'Alice';

面试问题:

问题: 如何设计高并发订单表的索引？
答案: 根据查询条件（如订单号、用户ID），创建复合索引（如INDEX(order_id, user_id)），确保覆盖高频字段。

4. 分布式事务解决方案

分布式系统下，事务一致性是挑战。

XA事务
- 基于两阶段提交（2PC），强一致性。
- 缺点：性能低，锁资源时间长。
TCC（Try-Confirm-Cancel）
- 业务补偿机制，柔性事务。
- 优点：高性能，适合微服务。

示例: TCC伪代码

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public class OrderService {
    public void createOrder(Order order) {
        try {
            // Try阶段：预留资源
            inventoryService.reserve(order.getItemId(), order.getQuantity());
            paymentService.reserve(order.getUserId(), order.getAmount());
            
            // Confirm阶段：提交
            inventoryService.confirm(order.getItemId());
            paymentService.confirm(order.getUserId());
        } catch (Exception e) {
            // Cancel阶段：回滚
            inventoryService.cancel(order.getItemId());
            paymentService.cancel(order.getUserId());
            throw e;
        }
    }
}

面试问题:

问题: XA和TCC的区别是什么？
答案: XA是全局事务，依赖数据库支持2PC，强一致性但性能差；TCC是业务补偿，异步执行，高可用但实现复杂。

5. NoSQL集成

NoSQL数据库（如Redis、MongoDB）在高并发场景中广泛应用。

Redis
- 键值存储，支持缓存和分布式锁。
MongoDB
- 文档数据库，适合非结构化数据。

示例: Redis分布式锁

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import redis.clients.jedis.Jedis;

public class RedisLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try (Jedis jedis = new Jedis("localhost", 6379)) {
            String lockKey = "lock:resource";
            // 获取锁
            if ("OK".equals(jedis.set(lockKey, "1", "NX", "PX", 10000))) {
                System.out.println("Lock acquired");
                // 业务逻辑
                Thread.sleep(1000);
                jedis.del(lockKey); // 释放锁
                System.out.println("Lock released");
            } else {
                System.out.println("Failed to acquire lock");
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

面试问题:

问题: Redis分布式锁的优缺点？
答案: 优点是高性能、简单；缺点是锁超时可能导致并发问题，需设置合理过期时间或续期。

6. 学习与面试建议

实践: 配置MyBatis项目，优化SQL。
深入: 阅读Hibernate源码，理解懒加载。
表达: 用案例解释分布式事务的选择。

结语

数据库与持久化是Java开发的基石，掌握JDBC、ORM和分布式事务，能让你在面试中展现全面的技术能力。下一专题将探讨微服务与分布式系统，敬请期待！

Java技术专家面试专题系列（五）：数据库与持久化

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