架构师训练营 1 期第 9 周：性能优化（三）- 作业

一、请简述 JVM 垃圾回收原理

JVM 垃圾回收就是将 JVM 堆中的已经不再被使用的对象清理掉，释放宝贵的内存资源。

垃圾对象识别

JVM 通过一种可达性分析算法进行垃圾对象的识别，具体过程是：从线程栈帧中的局部变量，或者是方法区的静态变量出发，将这些变量引用的对象进行标记，然后看这些被 标记的对象是否引用了其他对象，继续进行标记，所有被标记过的对象都是被使用的对象，而那些没有被标记的对象就是可回收的垃圾对象了。

垃圾对象回收

进行完标记以后，JVM 就会对垃圾对象占用的内存进行回收，回收主要有三种方法

• 清理：将垃圾对象占据的内存清理掉，其实 JVM 并不会真的将这些垃圾内存进行清理，而是将这些垃圾对象占用的内存空间标记为空闲，记录在一个空闲列表里，当应用程序需要创建新对象的时候，就从空闲列表中找一段空闲内存分配给这个新对象。

• 压缩：从堆空间的头部开始，将存活的对象拷贝放在一段连续的内存空间中，那么其余的空间就是连续的空闲空间。

• 复制：将堆空间分成两部分，只在其中一部分创建对象，当这个部分空间用完的时候，将标记过的可用对象复制到另一个空间中。

• 在使用中，更多的是使用压缩或复制的方法进行垃圾回收。

JVM 分代垃圾回收策略

分代垃圾回收是把内存空间分成两个代，一个叫做新生代，一个叫做老年代。

• 在实际中发现 Java 中的对象大部分的生存时间是很短暂的，比如在方法中 new 一个新对象，方法执行完后退出方法的时候，栈帧出栈，引用被销毁了，对象就失去引用了，变成垃圾对象，就可以回收了，仅仅是一个方法内部的生存时间。针对这些短暂生存时间的对象，可否放在一个较小的区域里去，并快速的对较小区域里的对象进行回收，这样回收的范围比较小，扫描的对象少，回收速度更快。

• 基于这种思路把 Java 的堆内存空间分成了两块，一块是新生代，一块是老年代，对象创建的时候在新生代中创建，回收的时候先在新生代中回收，如果经过一段时间，对象还没有被回收，说明这个对象的生命周期比较长，再把它复制到老年代。

新生代中分了三个区域，一个 Eden 区，一个 From 区，一个 To 区。

• 对象刚刚创建的时候是在 Eden 区创建，当 Eden 区满的时候，就要进行垃圾回收了，Eden 区的大部分对象在回收的时候都已经变成垃圾对象了，我们就可以把这些垃圾对象回收掉。

• 具体的回收过程用的是复制算法，我们先进行对象标记，把通过标记在用的对象拷贝到 From 区，剩下的就是一块完全空白的 Eden 区，垃圾回收做完后，程序代码执行时还会继续在 Eden 区创建对象，Eden 区满后，会再次进行对象标记并把可用对象拷贝到 From 区，当 From 区满后，会把 From 区的对象拷贝到 To 区，这样 From 区也空了，可以继续和 Eden 区配合进行垃圾回收操作。在回收的时候，会同时遍历 Eden 区和 To 区的可用对象，并将其拷贝到 From 区，这样三个区域配合反复进行垃圾回收操作。

老年代就一个区，空间相对比新生代更大。

• 当进行几次回收操作以后，如何还有对象没有被回收，说明该对象生命周期会比较长，就不会在新生代进行来回拷贝了，会把这个对象拷贝到老年代。拷贝一段时间后老年代的对象也满了，会对老年代也进行一次垃圾回收。

垃圾回收过程

• 垃圾回收分为两种，一种是对新生代进行垃圾回收，一种是对老年代进行垃圾回收，当对老年代垃圾回收的时候，对新生代也要进行垃圾回收，所以对垃圾回收可以分成 Young GC（新生代的垃圾回收）和 Full GC（全量的垃圾回收，新生代和老年代一起垃圾回收）两种垃圾回收过程

JVM 垃圾回收器算法

具体在进行垃圾回收，在标记垃圾对象以及回收垃圾对象空间的时候，垃圾回收程序（垃圾回收器）在 JVM 不同的版本中有很多中，分别采用不同的算法实现

• 典型的有串行回收器、并行回收器、并发回收器、G1 回收器

• 最早的是串行回收器，应用程序多线程在执行，当空间不足，需要进行垃圾回收的时候，所有的线程都停止运行（叫做 stop the world），启动一个垃圾回收线程进行对象标记和垃圾空间的清理回收，垃圾回收完了以后再启动应用线程，由于垃圾回收线程只有一个，所以叫串行垃圾回收器。

• 并行回收器，当出现多核 CPU 以后，可以针对 CPU 的核数同时启动多个垃圾回收线程，并行的进行垃圾回收，依然采用 stop the world 方式，所有用户线程被终止。

• 并发回收器，采用 stop the world 方式，所有用户线程被终止，对用户线程影响比较大，影响响应时间，为了避免垃圾回收对用户线程的影响，提高用户线程的执行效率，减少响应时间，产生了并发垃圾回收器，把整个的垃圾回收过程分得更加详细，分成初始标记、并发标记、重标记和并发清理 4 个阶段，初始标记时需要 stop the world，时间会很短，然后进入并发标记阶段，垃圾回收线程和用户线程并发执行，不会对用户线程造成较大的影响，并发标记完了以后，由于在标记过程中又有新的对象产生，前面标记过得可能会不准确，所以需要重新进行标记，在这个过程中，为了保证不会有对象被遗漏，重标记的时候还需要 stop the world，只有垃圾回收线程进行标记，所有对象标记完后，然后进行清理在清理的时候，清理的垃圾回收线程和用户线程也是并发的执行的，所以整个过程中，大部分的时间垃圾回收线程和用户线程是并发执行的，stop the world 的时间就会比较少，对于用户线程的影响比较小，对响应时间的影响也比较小。对 web 应用请求，以前主要使用 CMS 并发回收器。

• G1 回收器，对比较新的版本，更多的使用 G1 垃圾回收器，它把整个的内存空间分成了更小的区域，默认情况下分成 2000 个区域，每个区域管理较小的内存空间，垃圾回收标记处理速度更快，这些小块也有自己的角色，包括 Eden 区，From 区 To 区（Survivor），老年区（Old），大内存区（Humongous），进行垃圾回收的时候针对具体的区域进行回收，动态的去调整回收的过程，对用户程序影响也比较小，占用的资源也比较小，可以管理的内存空间更大，这里主要使用的是 Max 最大的 GC 暂停时间去控制，G1 垃圾回收器会根据期望的指定时间，动态的调整回收的策略，以达到期望的 stop the world 的时间。

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？

技术挑战 

瞬间高并发

• 8000 并发：预估秒杀在线人数可达 8000 人 。

• 风险：带宽耗尽。

• 服务器：崩溃，可以理解成自己给自己准备的 D.D.O.S 攻击。 

秒杀器

• 第一种：秒杀前不断刷新秒杀页面，直到秒杀开始，抢着下单。

• 第二种：跳过秒杀页面，直接进入下单页面，下单。

架构方案设计原则

静态化

• 采用 JS 自动更新技术将动态页面转化为静态页面 

并发控制，防秒杀器

• 设置阀门，只放最前面的一部分人进入秒杀系统 

简化流程

• 砍掉不重要的分支流程，如下单页面的所有数据库查询

• 以下单成功作为秒杀成功标志。支付流程只要在 1 天内完成即可。 

前端优化 

• 采用 YSLOW 原则提升页面响应速度