面试题：Java泛型在高性能、高并发API设计中的优化策略

1. 泛型的边界限定

作用：通过限定泛型类型的边界，可以确保缓存中存储的数据具有特定的行为或属性，便于在缓存操作中进行统一处理，提升性能。例如，如果缓存的数据需要支持序列化以便于在网络传输等场景使用，可以限定泛型类型实现Serializable接口。
示例：

public class Cache<K, V extends Serializable> {
    private Map<K, V> cacheMap = new ConcurrentHashMap<>();

    public void put(K key, V value) {
        cacheMap.put(key, value);
    }

    public V get(K key) {
        return cacheMap.get(key);
    }
}

2. 通配符使用

上界通配符 ? extends
- 作用：用于读取数据，使得方法能够接受某个类型及其子类型的参数，在缓存读取场景中，能以更灵活的方式获取不同子类型的数据。
- 示例：

public static void printCacheValues(Cache<?,? extends Number> cache) {
    cache.getCacheMap().values().forEach(System.out::println);
}

下界通配符 ? super
- 作用：用于写入数据，确保传入的类型是某个类型或其父类型，保证类型安全。在缓存写入时，能保证写入的数据类型符合缓存要求。
- 示例：

public static void addIntegerToCache(Cache<String,? super Integer> cache, String key, Integer value) {
    cache.put(key, value);
}

3. 与并发框架的结合

使用 ConcurrentHashMap：在实现缓存时，ConcurrentHashMap是一个很好的选择，它提供了线程安全的哈希表实现，允许多个线程同时读，部分线程写，极大提升高并发场景下的性能。如前面Cache类中使用ConcurrentHashMap来存储缓存数据。
使用 CopyOnWriteArrayList 等结构（如果适用）：如果缓存需要维护一个有序的元素列表，CopyOnWriteArrayList可以在迭代操作频繁的场景下提供更好的性能，因为它在迭代时不会抛出ConcurrentModificationException，但写入操作会复制整个数组，适用于读多写少的场景。

public class ListCache<K, V> {
    private Map<K, CopyOnWriteArrayList<V>> cacheMap = new ConcurrentHashMap<>();

    public void put(K key, V value) {
        CopyOnWriteArrayList<V> list = cacheMap.getOrDefault(key, new CopyOnWriteArrayList<>());
        list.add(value);
        cacheMap.put(key, list);
    }

    public CopyOnWriteArrayList<V> get(K key) {
        return cacheMap.get(key);
    }
}

4. 避免潜在的性能瓶颈和线程安全问题

类型擦除：虽然Java泛型存在类型擦除，但由于在编译期进行类型检查，只要正确使用泛型，不会因为类型擦除导致运行时性能问题。不过，要避免在运行时通过反射等方式绕过泛型类型检查，以免破坏类型安全。
同步策略：除了使用线程安全的集合类如ConcurrentHashMap，如果有更复杂的缓存逻辑，需要自定义同步策略时，要注意避免死锁和不必要的锁竞争。可以考虑使用ReentrantLock或Semaphore等工具来精细控制并发访问。例如，如果缓存需要在更新数据时保证原子性，且涉及多个操作，可以使用ReentrantLock。

public class CustomCache<K, V> {
    private Map<K, V> cacheMap = new HashMap<>();
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void put(K key, V value) {
        lock.lock();
        try {
            cacheMap.put(key, value);
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public V get(K key) {
        lock.lock();
        try {
            return cacheMap.get(key);
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

通过合理利用泛型的边界限定、通配符以及与合适的并发框架结合，可以设计出高性能、高并发且线程安全的分布式缓存API。

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面试题：Java泛型在高性能、高并发API设计中的优化策略

知识考点

面试题答案

1. 泛型的边界限定

2. 通配符使用

3. 与并发框架的结合

4. 避免潜在的性能瓶颈和线程安全问题