使用Java 后端技術(shù)的目的就是構(gòu)建業(yè)務(wù)應(yīng)用，為用戶提供在線或者離線服務(wù)。因此，一個業(yè)務(wù)應(yīng)用需要哪些技術(shù)、依賴哪些基礎(chǔ)設(shè)施就決定了需要掌握的后端技術(shù)有哪些。

根據(jù)后端基礎(chǔ)設(shè)施，又可以從中引出其需要的技能列表。進一步細化可以得到更為具體的技能樹，本文選自《Java工程師修煉之道》為大家?guī)砑寄軜渖系摹癑ava 編程知識”與“系統(tǒng)架構(gòu)演化”兩部分，完整“Java 后端工程師技能樹”可參見本書，點擊閱讀原文了解本書詳情。

Java 編程知識

對于Java 方面的技能來說，主要分兩大部分，包括Java 編程和JVM。 先來看一下Java編程部分，這也是Java 工程師最基礎(chǔ)的技能。

IDE：目前用得最多的Java IDE 當(dāng)屬 Eclipse 和 Intellij IDEA。前者是老牌 IDE，逐步淘汰了Jbuilder 以及Netbeans，占領(lǐng)了大部分Java IDE 市場。后者則是后起之秀，由于其增量編譯、智能分析代碼等帶來的性能提升，現(xiàn)在已經(jīng)得到了大規(guī)模使用，大有取代Eclipse 之勢。

核心語法：目前用得最多的當(dāng)屬 JDK 6 的 Java 語法。而 Java 7 則又引入了 try-with-resource、switch string、diamonds 等語法；Java 8 則又引入了Lambda、Stream等語法。

集合類：集合類是Java語言中非常精華的部分，包括HashMap、ArrayList、LinkedList、HashSet、TreeSet 以及線程安全的ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue 等線程安全集合。了解它們的實現(xiàn)原理、查詢、修改的性能和使用場景是非常必要的。

工具類：Google Guava、Apache Commons、FastJson 提供了很多 JDK 本身沒有的工具類、集合等。此外，ASM 字節(jié)碼操作以及CGLIB 代碼生成能夠提供更底層的Java 編程功能。

高級特性：拋開 Java 核心的基本編程，并發(fā)編程、泛型、網(wǎng)絡(luò)編程、序列化 RPC都屬于Java 的高級編程特性。其中并發(fā)編程需要掌握Executors 提供的各種并發(fā)工具、Java 7 帶來的Fork/Join 框架以及CountDownLatch、Semaphore、CyclicBarrier等同步工具；網(wǎng)絡(luò)編程要區(qū)分好BIO、NIO 以及AIO；序列化中除了JDK 自帶的序列化實現(xiàn)外，Protobuf 和Kryo 是比較高效的第三方實現(xiàn)；RPC 的實現(xiàn)中，Thrift、Hessian、Dubbo 以及RMI 則是比較常用的幾個協(xié)議，其中的Hessian 是基于HTTP協(xié)議的，Dubbo 是基于TCP 協(xié)議的，而Thrift 則同時支持兩種協(xié)議。

Java EE：Java EE 現(xiàn)在是 Java 應(yīng)用最普遍的一個領(lǐng)域。Servlet 是 Java EE 中最根本的組件之一。而Servlet 3.0 帶來的異步Servlet 提高了其處理請求的性能。

項目構(gòu)建：目前用得最多的Java項目構(gòu)建工具包括Maven和Gradle，它們提供了源碼包依賴管理、編譯、打包、部署等一系列功能。

編程框架：Spring 是 Java 編程中避不開的一個框架，發(fā)展到現(xiàn)在除了 Spring 核心的IoC、AOP 之外，Spring MVC、Spring Data、Spring Cloud 等都給Java 開發(fā)者們帶來了開發(fā)上的便利，大大提高了開發(fā)效率。除此之外，ORM 框架MyBatis 也是Java領(lǐng)域比較火的框架之一，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫記錄到Java 對象的映射操作。此外，Jersey提供了從客戶端到服務(wù)器端的一整套符合RESTful 規(guī)范的開發(fā)框架。

測試：測試是任何編程都需要的一步。黑盒測試主要指的是通常進行的功能測試，白盒測試則主要指的是對代碼功能、質(zhì)量進行的測試。此外，關(guān)鍵的單元測試則是開發(fā)工程師需要著重注意的地方，“測試驅(qū)動開發(fā)”的理念也是值得推崇的開發(fā)方式。JUnit 是目前Java 中實現(xiàn)單元測試的主流方案。

一般來說掌握了上面所述的Java 編程技能就能夠應(yīng)付大多數(shù)編程工作，但是如果在代碼層面已經(jīng)做到最大努力卻還是達不到性能要求的時候，就需要在JVM 虛擬機層面做一些努力。可以說掌握JVM 相關(guān)技術(shù)是Java 開發(fā)進階的一個關(guān)鍵步驟。

虛擬機實現(xiàn)：Java 的虛擬機實現(xiàn)除了我們常用的 HotSpot 外，還有 JRockit、J9 以及移動平臺的DalvKit。我們通常所描述的JVM 優(yōu)化絕大多數(shù)是針對HotSpot 虛擬機來說的。

類加載機制：JVM 的類加載機制遵循雙親委派原則，即當(dāng)前類加載器需要先去請求父加載器加載當(dāng)前類，無法完成才自己去嘗試進行加載。OSGI 框架則打破了此機制，采用了平等的、網(wǎng)狀的類加載機制，以實現(xiàn)模塊化的加載方案。

運行時內(nèi)存組成：程序計數(shù)器、堆棧、方法區(qū)、堆、堆外內(nèi)存，共同組成了 JVM的運行時內(nèi)存。

Java 內(nèi)存模型：Java 的主內(nèi)存 + 線程私有內(nèi)存的模型是線程安全問題產(chǎn)生的根本。

GC 原理和調(diào)優(yōu)：與 C、C++ 這些語言相比，GC 是 Java 的優(yōu)勢，但因為 GC 的細節(jié)被JVM 屏蔽了，故在對內(nèi)存、性能要求非?？量痰那闆r下難以進行自由控制，從某種程度上說這也是劣勢。如果想在某些場景下發(fā)揮GC 的最大性能，能做的就是對GC 的各種參數(shù)做優(yōu)化配置，如新生代和老年代的垃圾回收器選擇、各種垃圾回收參數(shù)的配置等。此外，很多時候由于代碼質(zhì)量或者外部客觀因素，造成了JVM頻繁GC，需要使用相關(guān)工具快速進行問題定位和解決。

性能調(diào)優(yōu)和監(jiān)控工具：JDK 自帶了很多強大的調(diào)優(yōu)和監(jiān)控工具，包括 jmap、jstack、jcmd、JConsole、jinfo 等。此外，BTrace 是一款非常強大的在線問題動態(tài)排查工具，能夠無須重啟Java 進程即可動態(tài)地插入一些代碼邏輯，從而攔截代碼執(zhí)行邏輯打印日志并排查問題。

系統(tǒng)架構(gòu)演化

一個應(yīng)用從零開始一般會經(jīng)歷單體應(yīng)用、垂直應(yīng)用到分布式服務(wù)架構(gòu)的演化。

單體應(yīng)用：當(dāng)應(yīng)用規(guī)模、團隊規(guī)模比較小的時候，只需要一個包括了所有功能的應(yīng)用。這樣可減少部署節(jié)點，也減少部署成本。此時，對數(shù)據(jù)庫的ORM 操作是架構(gòu)實現(xiàn)的關(guān)鍵點。

垂直應(yīng)用：當(dāng)應(yīng)用的用戶規(guī)模越來越大，請求量越來越高的時候，單體應(yīng)用增加節(jié)點帶來的資源浪費會凸現(xiàn)出來，因為絕大多數(shù)接口請求量并不是特別大，根本沒必要擴充到多個節(jié)點，完全可以將單體應(yīng)用拆分成互不相關(guān)的幾個應(yīng)用，分別對外提供服務(wù)。此時，加速每個應(yīng)用開發(fā)的MVC 框架是架構(gòu)實現(xiàn)的關(guān)鍵點。

分布式服務(wù)：當(dāng)垂直應(yīng)用越來越多時，應(yīng)用之間的交互不可避免。要考慮抽離核心業(yè)務(wù)單獨部署，逐漸形成穩(wěn)定的服務(wù)中心。而隨著團隊規(guī)模的相應(yīng)擴大，服務(wù)會隨著團隊的增多變得越來越多，粒度會變得越來越小，也就逐步形成了分布式服務(wù)的架構(gòu)，而當(dāng)粒度細到某種程度、服務(wù)數(shù)量多到一定程度，則可以稱之為微服務(wù)。即在設(shè)計好業(yè)務(wù)邊界之后將原來的單體應(yīng)用分解成一個個細粒度的服務(wù)，彼此之間通過某種方式進行通信。微服務(wù)架構(gòu)的關(guān)鍵在于如何做好服務(wù)的治理、調(diào)度、維護工作。目前，Dubbo 算是微服務(wù)架構(gòu)中用得比較多的框架，但Dubbo 僅僅解決了微服務(wù)架構(gòu)中的一部分問題。另外，Spring Cloud 則基本上涵蓋了微服務(wù)架構(gòu)的各個方面。

本文選自《Java工程師修煉之道》