架构师训练营第九周总结

本周学习了数据库的架构原理，jvm 虚拟机架构原理，jvm 垃圾回收性能分析，java 代码优化的技巧以及原理，系统性能优化案例（实现一个秒杀系统）

数据库架构由连接器，语法分析器，语义分析和优化器，执行引擎组成

使用 prepareStatement 的优点：

1、数据库可以预处理 sql，效率更好一点

2、放置 sql 注入

数据存储使用的是 b+树结构

聚簇索引：

数据库记录和索引放在一起，如 mysql 的主键

非聚簇索引：

叶子节点存储的是主键，不是数据，通过非聚簇索引找到主键，再通过主键找到数据，也称为回表

为了增加查询效率，添加必要的常用查询的索引是有必要的，但是也不能一味地为了查询效率添加过多的索引，合理使用查询条件，减少不必要的索引，增加数据插入效率。

数据库事务特性：

原子性，一起成功或者一起失败

隔离性，两个事务同时运行，最终结果互不影响

持久性，一旦事务提交，数据就会保存在数据库中

一致性，合法的数据才能写入数据库

jvm 虚拟机原理

jvm 组成：方法区，堆，java 栈，程序计数器

java 通过编译器，生成字节码文件，通过 200 多个操作指令执行命令操作

字节码执行流程

类加载器的双亲委派模型

低层次的当前类加载器，不能覆盖更高层次类加载器已经加载的类。如果低层次的类加载器想加载一个未知类，需要上级类加载器确认，只有当上级类加载器没有加载过这个类，也允许加载的时候，才让当前类加载器加载这个未知类。

自定义类加载器

1、加载同一个类的不同版本

2、从其他地方加载类文件

3、加载自定义的加密字节码，在 classloader 中解密

堆 &栈

堆：每个 JVM 实例唯一对应一个堆。应用程序在运行中所创建的所有类实例或数组都放

在这个堆中，并由应用所有的线程共享。

堆栈：JVM 为每个新创建的线程都分配一个堆栈。也就是说,对于一个 Java 程序来说，

它的运行就是通过对堆栈的操作来完成的。

Java 中所有对象的存储空间都是在堆中分配的，但是这个对象的引用却是在堆栈中分配，

也就是说在建立一个对象时从两个地方都分配内存，在堆中分配的内存实际建立这个对

象，而在堆栈中分配的内存只是一个指向这个堆对象的引用而已。

方法区 &程序计数器

方法区主要存放从磁盘加载进来的类字节码，而在程序运行过程中创建的类实例则存放

在堆里。程序运行的时候，实际上是以线程为单位运行的，当 JVM 进入启动类的 main

方法的时候，就会为应用程序创建一个主线程，main 方法里的代码就会被这个主线程执

行，每个线程有自己的 Java 栈，栈里存放着方法运行期的局部变量。而当前线程执行

到哪一行字节码指令，这个信息则被存放在程序计数寄存器。

Java（线程）栈

所有在方法内定义的基本类型变量，都会被每个运行这个方法的线程放入自己的栈中，

线程的栈彼此隔离，所以这些变量一定是线程安全的。

线程工作内存 & volatile

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JVM 的垃圾回收

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JVM 分代垃圾回收

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JVM 垃圾回收器算法

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G1 垃圾回收内存管理机制

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Java 启动参数

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标准参数，所有的 JVM 实现都必须实现这些参数的功能，而且向后兼容

• 运行模式 -server,-client

• 类加载路径 -cp,-classpath

• 运行调试 –verbose

• 系统变量 –D

非标准参数， 默认 jvm 实现这些参数，但不保证所有 JVM 实现都实现，且不保证向后兼容

• -Xms 初始堆大小

• -Xmx 最大堆大小

• -Xmn 新生代大小

• -Xss 线程堆栈大小

非 Stable 参数， 此类参数各个 jvm 实现会有所不同，将来可能会随时取消

• -XX:-UseConcMarkSweepGC 启用 CMS 垃圾回收

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JVM 性能诊断工具

基本工具：JPS ，JSTAT，JMAP，JSTACK

集成工具: JConsole，JVisualVM

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JPS

JPS 用来查看 host 上运行的所有 Java 进程的 pid（jvmid），一般情况下使用这个工具

的目的只是为了找出运行的 JVM 进程 ID，即 lvmid，然后可以进一步使用其它的工具来

监控和分析 JVM

常用的几个参数：

• -l 输出 Java 应用程序的 main class 的完整包

• -q 仅显示 pid，不显示其它任何相关信息

• -m 输出传递给 main 方法的参数

• -v 输出传递给 JVM 的参数。在诊断 JVM 相关问题的时候，这个参数可以查看 JVM 相关参

数的设置

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JSTAT

JSTAT（ “Java Virtual Machine statistics monitoring tool” ）是 JDK 自带的一个轻量级

小工具。主要对 Java 应用程序的资源和性能进行实时的命令行的监控，包括了对 Heap

size 和垃圾回收状况的监控。

语法结构如下：jstat [Options] vmid [interval] [count]

• Options -- 选项，我们一般使用 - gcutil 查看 gc 情况

• vmid -- VM 的进程号，即当前运行的 Java 进程号

• interval-- 间隔时间，单位为毫秒

• count -- 打印次数，如果缺省则打印无数次

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JMAP

JMAP 是一个可以输出所有内存中对象的工具，甚至可以将 VM 中的 heap，以二进制输

出成文本。

使用方法

• jmap -histo pid>a.log 可以将其保存到文本中去，在一段时间后，使用文本对比工具，可以

对比出 GC 回收了哪些对象。

• jmap -dump:format=b,file=f1 PID 可以将该 PID 进程的内存 heap 输出出来到 f1 文件里。

jstack

jstack 可以查看 JVM 内的线程堆栈信息

Java 代码优化

合理并谨慎使用多线程

启动线程数 = [任务执行时间 / (任务执行时间 - IO 等待时间)] * CPU 内核数

竞态条件与临界区

临界区中适当使用同步可以避免静态条件

Java 线程安全

1、使用方法局部变量

2、方法局部对象的引用，创建的对象不会逃逸出该方法

3、对象存储堆上，两个线程同时更新这个对象，那么这个对象就不是线程安全的

ThreadLocal

不同线程拥有自己的内部变量；实现原理，根据不同的线程存储不同的对象

Java 内存泄漏

不再使用的对象却长期占用线程

需要我们能合理使用线程池和对象池

复用线程或对象资源，避免在程序的生命期中创建和删除大量对象

池管理算法（记录哪些对象是空闲的，哪些对象正在使用）

对象内容清除（ThreadLocal 的清空）使用合适的 JDK 容器类（顺序表，链表，Hash）

LinkList 和 ArrayList 的区别及适用场景

HashMap 的算法实现及应用场景

使用 concurrent 包，ConcurrentHashMap 和 HashMap 的线程安全特性有什么不同？

缩短对象生命周期，加速垃圾回收

1、减少对象驻留内存的时间

2、在使用时创建对象，用完释放

3、创建对象的步骤（静态代码段－静态成员变量－父类构造函数－子类构造函数）使用 I/O buffer 及 NIO

延迟写与提前读策略

异步无阻塞 IO 通信

优先使用组合代替继承

减少对象耦合

避免太深的继承层次带来的对象创建性能损失

合理使用单例模式

无状态对象

线程安全计算机的任何问题都可以通过虚拟层（或者中间层）解决：面向接口编程，7 层网络协议，JVM，编程框架，一致性 hash 算法的虚拟化实现

需要制作一个思维导图进行实践