架构师训练营第九周作业

题目一：简述 JVM 垃圾回收原理。

说 JVM 垃圾回收原理前，先说一下应用的内存申请和释放。我们知道，一个软件要运行起来，必须得在内存里面分配好相应的内存。在 C 语言里面，对应的操作就是 mallc()和 free()两个函数，对应内存的申请和释放。从程序的运行角度来说，按需申请和用完就释放，确实可以做到高效的内存使用和极低的内存占用，这是 C/C++这类编译型语言的优势所在。但是从软件开发工程角度来看，由于申请完内存以后，忘记释放导致的内存泄露，最终应用崩溃的例子，屡见不鲜。广大开发人员迫切需要一门有内存的管理的语言。Java 的垃圾回收(GC)也就是从这个时候推出。从本质上来说，JVM 的垃圾回收，就是自动调用 free()的一种机制，用了减轻程序员的负担。

那 JVM 如何实现垃圾回收的呢？有两个问题，第一个是哪些对象需要做垃圾回收？第二个是什么时候需要做垃圾回收？针对第一个问题，JVM 通过一个标记统计的办法，统计各个对象被引用的情况。如果这个对象没有其他的对象引用了，这个对象就会被标记为待回收，等待 GC 回收器进行内存回收。对第二个问题，在不同的 JVM 实现有不同的处理方案，列举如下：

1. 串行回收：内存使用到某个临界值，挂起当前的所有工作线程，启动一个 GC 线程，一次性完成对象标记和回收的动作。

2. 并行回收：内存使用到都给临界值，挂起当前的所有工作线程，启动多个 GC 线程，完成对象的标记和回收。这里的和串行的主要差异点是启动多个 GC 线程，降低 stop-the-world 的耗时。

3. 并发回收 CMS: 为了进一步降低 stop-the-world 的耗时，cms 将 GC 过程分为 4 步，初始化标记，并发标记，重标记和并发清理。除了初始化标记和重标记需要 stop-the-world,其他都是并发执行，对应用的影响进一步降低。

4. 分区回收 G1: G1 的设计理念是，设置期望的 stop-the-world 的时间间隔，通过将内存分区，进行对小块内存的快速回收，将 stop-the-world 时间控制在一个很小的范围，保证业务不受影响。

题目二：设计一个秒杀系统，主要的挑战和问题有哪些？核心的架构方案或者思路有哪些？

秒杀系统是最近这些年随着电商的快速崛起带来的一种活动形态。其主要的特点有如下几点：

1. 高并发：活动参与人数多，带来远高与平时的并发请求

2. 大流量：秒杀页面会以非常高的频率进行刷新，带来海量的请求，对带宽的要求会非常高。

3. 商品链接隐藏：商品链接需要在活动开始后才让客户进行访问，不然容易被人提前下单，导致活动失败。

针对秒杀系统的架构，主要有四个策略：

1. 与正常业务隔离

从业务的运行的角度来看，秒杀活动往往不是一种正常的业务形态(不过这几年秒杀已经变成常态运行了)，所以为了避免对核心业务产生影响，基本的的思路是先分离。将秒杀系统和业务系统进行隔离，包括前端，后端，中间件，部署的机器，都进行隔离，避免秒杀系统影响核心业务的正常运行。

2. 用静态化解决大流量的问题

从流量的类型来说，秒杀类活动的流量大头是来着前端页面，包括页面内容，CSS,JS 这类的静态资源，占据绝大部分的带宽。这时候，CDN 这类的内容分发服务就可以派上用场。配合前端的缓存设置，后端的静态资源反向代理服务器，就可以保证在活动过程中，绝大部分页面请求是不需要请求到真正的后台服务，客观上面就解决了秒杀活动的流量过大的问题。静态化会涉及到 CMS 和静态资源压缩的相关细节问题，基本都比较成熟，基本按照步骤执行即可。

3. 用交易请求限流

由于参与秒杀的商品有限，最终应该处理的支付业务其实是有限的，这个时候就可以通过不同的策略，将超出商品数量的请求进行拦截，控制最终进入核心的交易系统的请求数量，保证系统能够正常的处理完成这些请求。这里面有几种细分的策略：

• 请求排队：一定时间内进入的用户都加入到队列里面，随机选取一定数量的用户进入最终的支付环节。这个思路是 12306 这边使用，保证在高并发的情况下面，公平分配有限的火车票。

• 交易预生成：针对某一件商品的秒杀用户，提前确定哪些用户能进入最终的支付环节，这时候绝大部分的用户其实就直接进入到秒杀结束的页面。这种思路小米用过，优点是核心系统全程只处理有限的请求，从源头就开始分流，多大的并发基本都是可控的。缺点就是，被人揭露以后，会被骂，被质疑不公平。

• 请求计数器：在秒杀开始的时候，开启全局的请求计数器，一旦请求数量到达某个阈值，就把剩余的请求全部拦截，定向到秒杀结束页面。这个思路优点来说，对用户来说就是比较公平，就是拼机器性能，拼网速，拼手速(不过后续有这个机器人的问题，需要由验证码技术解决)。缺点是，前置的全局计数器会是一个瓶颈点。

4. 交易链接隐藏

关键点有两个，第一是交易链接的随机化，也就是无法通过枚举或者暴力的方式猜测到，避免有人会提前下单。第二是交易链接秒杀后才放出，由于客户会在秒杀的过程中频繁刷新页面，一般的搞法是就是先预生成一个空的 js 文件，设置为不本地缓存，在秒杀开始以后再填充内容，由 js 动态填充秒杀交易链接，这样就能实现交易链接隐藏的目的。