面试题：Java类与模块化编程在大型分布式系统中的优化策略

Question

在构建大型分布式系统时，基于Java类和模块化编程，阐述如何进行性能优化和架构设计。例如，如何通过合理的类设计和模块划分来提高系统的可扩展性、降低耦合度，并且在高并发场景下如何利用Java的特性保证数据一致性和系统稳定性。请结合实际项目经验，从设计模式、线程管理、资源分配等多个方面进行深入分析。

Answer 1

类设计与模块划分

1. 单一职责原则：每个类只负责一项明确的功能，这样使得类的职责清晰，便于维护和扩展。例如在电商系统中，将用户信息管理、订单处理、商品管理分别设计成不同的类。
2. 高内聚低耦合：模块内部的元素之间紧密联系（高内聚），模块之间的依赖尽可能少（低耦合）。比如，通过接口来实现模块间的交互，以减少直接依赖。如订单模块和支付模块通过支付接口交互，订单模块无需关心具体支付实现。
3. 分层架构：将系统分为表现层、业务逻辑层、数据访问层等。每层专注于特定功能，降低不同层次间耦合度。例如在Web应用中，表现层负责处理用户请求和展示页面，业务逻辑层处理具体业务规则，数据访问层负责与数据库交互。

设计模式

1. 工厂模式：用于创建对象，将对象的创建和使用分离，提高代码可维护性和可扩展性。如在一个游戏开发项目中，通过工厂模式创建不同类型的游戏角色，根据配置文件决定创建何种具体角色。
2. 代理模式：在不改变原始对象的情况下，为其提供代理对象来控制访问。例如在分布式系统中，通过代理模式实现远程服务调用，代理对象负责处理网络通信等细节，调用者只需关注业务逻辑。
3. 观察者模式：当一个对象状态发生改变时，通知所有依赖它的对象。在社交平台中，用户发布动态后，关注该用户的其他用户能收到通知，可通过观察者模式实现。

线程管理

1. 线程池：避免频繁创建和销毁线程带来的开销。通过设置合理的线程池参数，如核心线程数、最大线程数等，来提高系统性能。在高并发的Web服务器中，使用线程池处理客户端请求。
2. 锁机制：使用synchronized关键字或java.util.concurrent.locks包下的锁实现线程同步。但要注意死锁问题，通过合理的加锁顺序和锁超时机制来避免。例如在银行转账操作中，通过锁保证账户金额的一致性。
3. 并发容器：使用ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等线程安全的容器，避免在多线程环境下数据不一致问题。在实时统计系统中，使用ConcurrentHashMap统计用户访问量。

资源分配

1. 内存管理：合理使用堆内存和栈内存，避免内存泄漏。通过优化对象的生命周期，及时释放不再使用的对象。例如在大数据处理项目中，对大对象及时进行回收，避免内存溢出。
2. 数据库连接池：复用数据库连接，减少连接创建和销毁的开销。配置合适的连接池大小，以满足系统并发访问需求。在企业级应用中，常使用Druid、HikariCP等连接池。
3. 分布式缓存：如使用Redis作为缓存，减轻数据库压力。将热点数据存储在缓存中，提高系统响应速度。在电商系统中，将商品信息、用户信息等缓存起来，减少数据库查询次数。