本页面概述了后端架构师需要掌握的核心基础技术。这些基本构建块构成了设计和实现健壮、高效、可扩展后端系统的基础。本页面涵盖了数据结构、算法、并发模型和操作系统概念，它们构成了高级后端技术的基础。
虽然本节侧重于核心技术基础，但更具体的实现细节可以在 系统设计 和 基础设施与运维 等相关页面中找到。
基础技术代表了构成所有后端系统的基础知识领域。掌握这些领域能够使架构师在系统设计、性能优化和可扩展性方面做出明智的决策。
图示：基础技术及其应用
数据结构是有组织地存储和访问数据的结构。它们是更复杂系统的构建块，直接影响性能、内存使用和代码复杂性。
图示：常见数据结构分类
| 数据结构 | 主要用例 | 性能特征 | 后端应用 |
|---|---|---|---|
| 队列 | 任务调度、缓冲 | O(1) 插入/删除 | 消息队列、请求处理 |
| 集合 | 唯一集合 | O(1) 查找（平均） | 缓存、去重 |
| 列表/数组 | 顺序数据 | O(1) 访问，O(n) 插入 | 数据处理、分页 |
| 映射/字典 | 键值对关联 | O(1) 查找（平均） | 配置、缓存、索引 |
| 树 | 分层数据 | O(log n) 操作 | 数据库索引、文件系统 |
| 位图（BitSet） | 紧凑的位集合 | O(1) 操作 | 布隆过滤器、权限 |
Java 提供了多种针对不同场景优化的队列实现
树结构对后端系统尤其重要，特别是在数据库实现中
算法是执行计算、数据处理和自动推理的系统化过程。它们决定了软件系统的效率和能力。
图示：算法类别和示例
排序是许多后端流程中的基本操作。不同的算法具有不同的特性
| 算法 | 平均时间复杂度 | 空间复杂度 | 稳定性 | 最佳用途 |
|---|---|---|---|---|
| 快速排序 | O(n log n) | O(log n) | 不稳定 | 通用、内存排序 |
| 归并排序 | O(n log n) | O(n) | 稳定 | 外部排序、性能可预测 |
| 堆排序 | O(n log n) | O(1) | 不稳定 | 内存受限环境 |
| 计数排序 | O(n+k) | O(k) | 稳定 | 整数范围小 |
| 桶排序 | O(n+k) | O(n+k) | 稳定 | 数据均匀分布 |
| 基数排序 | O(nk) | O(n+k) | 稳定 | 固定长度整数 |
图算法对于许多后端操作至关重要
并发使系统能够同时处理多个任务，这对于构建高性能、响应迅速的后端系统至关重要。
图示：并发模型和同步机制
Java通过各种机制提供了丰富的并发支持
synchronized 关键字、锁、原子变量线程安全可确保在并发环境中的正确操作
各种锁定机制服务于不同的目的
| 锁类型 | 描述 | 用例 |
|---|---|---|
| 重入锁 | 允许同一线程重新获取锁 | 大多数通用锁定需求 |
| 读写锁 | 允许多个线程并发读取，但只允许一个线程独占写入 | 读密集型工作负载 |
| 公平与非公平 | 控制锁是否按请求顺序授予 | 防止饥饿 |
| 乐观与悲观 | 乐观假设冲突很少，悲观防止冲突 | 取决于冲突频率 |
| CAS（比较并交换） | 非阻塞同步原语 | 高并发场景 |
事务管理对数据库操作至关重要
理解操作系统概念对于高效的后端系统设计和性能优化至关重要。
图示：操作系统组件和类型
进程和线程是基本的执行单元
了解 CPU 和内存架构会影响性能优化
CPU 缓存：现代 CPU 拥有多个缓存级别（L1、L2、L3）
内存层次结构：从寄存器到磁盘存储，容量不断增加但速度不断降低
虚拟内存：将虚拟地址映射到物理地址，实现进程隔离和内存超额认购
来源：README.md81-88 README.md719-722
Linux 是后端服务器的主导操作系统。关键方面包括
ps、top、killifconfig、netstat、iptables 等命令sar、vmstat、iostat 等工具了解这些基础技术如何支持更高级别的后端组件，对于有效的架构设计至关重要。
图示：基础技术如何支持后端系统
来源：README.md21-88 README.md1128-1169
后端架构师必须掌握这些基础技术，因为它们
基础技术构成了后端系统的基石。精通数据结构、算法、并发和操作系统，可以使架构师在系统设计、优化和权衡方面做出明智的决策。虽然更高级的框架和工具可能会抽象化这些基础知识，但理解它们对于设计真正有效、高效且可扩展的后端系统仍然至关重要。