架构训练营第九周 - 作业

作业

1. 请简述 JVM 垃圾回收原理

2. 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

作业一

目前，Java 主流的 VM 是 HotSpot VM 。关于 HotSpot 架构如下：

图中 Java 堆事用来保存实例或者对象的空间，是垃圾回收的主要目标。

Java 堆区域划分：

新生对象都是在 eden 中，当回收时，将 eden 中还在使用的对象复制到 survivor 中，遇到大对象 survivor 不够用时，会直接复制到老年代，由 tenured 做分配担保。

当回收再次发生时，会把 survivor 中存货下来的对象，复制到老年代。

JVM 的垃圾回收主要是通过实现某种回收算法的垃圾回收收集器，来收集和删除未引用的对象，释放内存。

垃圾回收主要涉及三个问题：

• 怎么知道对象是否存活

• 垃圾收集算法

• 实现某种算法的垃圾收集器

对象是否存活

在堆里面存放着 Java 世界几乎所有的对象实例，垃圾收集器在对堆进行回收前，第一件事就是要判断对象是否存活。

引用计数算法

引用计数算法(Reference Counting)实现简单，判定效率也很高。给对象中添加一个引用计数器，每当一个地方引用它时，计数器值就加 1；引用失效时，计数器值就减 1；计数器为 0 的对象就是不可能再被使用的。

Python 语言、游戏脚本领域被广泛应用的 Squire 中都使用了引用计数算法进行内存管理。但是，java 虚拟机里没有用，主要原因是很难解决对象之间相互循环引用的问题

可达性分析

可达性分析(Reachability Analysis),基本思路是通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始往下搜索，搜索所走过的路程称为引用链(Reference Chain),当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时，则证明此对象不可用。

Java 语言中，可作为 GC Roots 的对象包括以下几种：

• 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象；

• 方法区中类静态属性引用的对象

• 方法区中常量引用的对象

• 本地方法栈中 JNI(Native 方法)引用的对象

垃圾收集算法

常见的垃圾收集算法。

标记-清除算法

算法分为‘标记’、‘清除’两个阶段。

首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。

复制算法

复制(Copying)，将可用内存按容量分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。 当这一块的内存用完了，将还存活的对象复制到另外一块上去。把已使用过的内存空间一次清理掉。

实现简单，运行高效，内存使用率不高，用于回收新生代。

IBM 研究表明，新生代中 98%的对象都是在第一次 GC 时被回收掉，不需要按照 1:1 分配空间。

HotSpot 虚拟机默认 Eden 和 Survivor 比例是 8:1，只有 10%的内存会被浪费。

Survivor 空间不够时，需要依赖老年代进行分配担保，新生代收集下来的存活对象直接进入老年代。

标记-整理算法

标记-整理(Mark-Compact)算法，标记所有存活对象，向一端移动，然后直接清理掉端边界意外的内存。

分代收集算法

根据对象存活周期不同，将 Java 堆分为新生代和老年代。

新生代，采用复制算法。

老年代采用‘标记-清理’或者‘标记-整理’算法。

垃圾收集器

如果说，收集算法是内存回收的方法论，那么，垃圾收集器就是内存回收的具体体现。

Java 虚拟机规范没有规范如何实现垃圾收集器。不同的厂商、版本的虚拟机实现可能会有很大差别。

下面，基于 JDK1.7 Update14 之后的 HotSpot 虚拟机讨论收集器。

作业二

对于秒杀系统，有几个注意点：

1. 请求数据尽量少，从而减少 cpu 消耗

2. 访问路径尽量短，减少节点消耗

3. 强依赖尽量少，减少加载时间

4. 不要有单点，要有备份

5. 减少额外请求，减少加载时间

秒杀系统一般都是独立的，不建议和其他业务系统共存。越简单越好。

对于高性能优化，常用的策略：

• 集群

• 缓存

• 异步

秒杀系统，一致性是比较重要的，保证在高压环境下，数据的准确性、一致性。

架构参考：