架构师训练营第 1 期 - 第 9 周 - 学习总结

9.1 数据库的基本原理

数据库架构：

数据库连接器 --- 为每个连接请求分配一块专用的内存空间用于会话上下文管理。

语义分析与优化器---将各种复杂嵌套的 SQL 进行语义等价转化，得到有限几种关系代数计算结构，并利用索引等信息进一步进行优化。

执行计划 -- mysql> explain select * from users where id = 1;

为什么 PrepareStatement 更好?

1.PrepareStatement 会预先提交带占位符的 SQL 到数据库进行预处理，提前生成执行计划， 当给定占位符参数，真正执行 SQL 的时候，执行引擎可以直接执行，效率更好一点。

2.PrepareStatement 可以防止 SQL 注入攻击。

聚簇(cu 4 声调)索引：聚簇索引的数据库记录和索引存储在一起。

MySQL 数据库的主键就是聚簇索引，主键 ID 和所在的记录行存储在一个 B+树中。

非聚簇索引在叶子节点记录的就不是数据行记录，而是聚簇索引，也就是主键。

通过非聚簇索引找到主键索引，再通过主键索引找到行记录的过程也被称作回表。

合理使用索引

不要盲目添加索引，尤其在生产环境中

1. 添加索引的 alter 操作会消耗较长的时间（分钟级）

2. Alter 操作期间，所有数据库的增删改操作全部阻塞，对应用而言，因为连接不能释放，事实上，查询也被阻塞。

 删除不用的索引，避免不必要的增删开销。

使用更小的数据类型创建索引：int 4 字节，bigint 8 字节，Timestamp 4 字节，Datetime 8 字节

数据事务特性 ACID

1. 原子性（Atomicity）: 事务要么全部完成，要么全部取消。如果事务崩溃，状态回到事务之前（事务回滚）。

2. 隔离性（Isolation）: 如果 2 个事务 T1 和 T2 同时运行，事务 T1 和 T2 最终的结果是相的，不管 T1 和 T2 谁先结束，隔离性主要依靠锁实现。

3. 持久性（Durability）: 一旦事务提交，不管发生什么（崩溃或者出错），数据要保存在数据库中。

4. 一致性（Consistency）: 只有合法的数据（依照关系约束和函数约束）才能写入数据库。

数据库事务日志

进行事务操作时，事务日志文件会记录更新前的数据记录，然后再更新数据库中的记录，如果全部记录都更新成功，那么事务正常结束，如果过程中某条记录更新失败，那么整个事务全部回滚，已经更新的记录根据事务日志中记录的数据进行恢复，这样全部数据都恢复到事务提交前的状态，仍然保持数据一致性。

LSN：一个按时间顺序分配的唯一事务记录日志序列号。

Ø  TransID：产生操作的事务 ID。

Ø  PageID：被修改的数据在磁盘上的位置。

Ø  PrevLSN：同一个事务产生的上一条日志记录的指针。

Ø  UNDO：取消本次操作的方法，按照此方法回滚。

Ø  REDO：重复本次操作的方法。

9.2 JVM 虚拟机架构原理

构成：1.类加载器 2.运行时数据区 3. 执行引擎

java 字节码文件

java 所有的指令有 200 个左右，一个字节（8Bit）可以存储 256 种不同的指令信息，一个这样的字节称为字节码（Bytecode）。

在代码的执行过程中，JVM 将字节码解释执行，屏蔽对底层操作系统的依赖，

JVM 也可以将字节码编译执行

如果是热点代码，会通过 JIT 动态地编议为机器码，提高执行效率。

字节码执行流程

Java 字节码文件编议过程

Java 源文件 -> 词法解析 ---（token 流）-->语法解析 ->语义分析 -> 生成字节码 -> 字节码

类加载器的双亲委托模型

自定义类加载器的意义何在：

1. 隔离加载类： 同一个 JVM 中不同组件加载同一个类的不同版本。

2. 扩展加载类： 从网络、数据库等处加载字节码。

3. 字节码加密： 加载自定义的加密字节码，在 ClassLoader 中解密。

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入在这个堆中，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。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。

建立一个对象时从两个地方分配内存，在堆中分配的内存实际存放这个对象，在堆栈中分配内存存放指向这个堆对象的引用。

方法区--主要存放从磁盘加载进来的类字节码，而程序运行过程中创建的类实例存放在堆中。

每个线程都用自己的 Java 栈，Java 栈里存放着方法运行期的局部变量。

当前线程执行到哪 一行字节码指令，这个信息就被存放在程序计数器寄存器中。

线程工作内存 & volatile （立即可见）

Java 内存模型规定在多线程情况下，线程操作主内存变量，需要通过线程独有的工作内存拷贝主内存变量副本来进行。

一个共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量）被 volatile 修饰之后，保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这个新值对其他线程是立即可见的。

9.3 JVM 垃圾回收性能分析

启动参数：

标准参数：

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：

－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　启动ＣＭＳ垃圾回收。

ＪＶＭ性能诊断工具：

基本工具：ＪＰＳ，Ｊｓｔａｔ，Ｊｍａｐ，Jstack

集成工具：JＣｏｎｓｏｌｅ，ＪＶｉｓｕａｌＶＭ

ＪＰＳ用来查看ｈｏｓｔ上运行的所有Ｊａｖａ进程的ｐｉｄ（ｊｖｍｉｄ）．

ｊｓｔａｔ　是ＪＤＫ自带的一个轻量级小工具。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。

例：ｊｓｔａｔ　－ｇｃｕｔｉｌ　当前运行的ｊａｖａ进程号 ｉｎｔｅｒｖａｌ　ｃｏｕｎｔ

ｊｍａｐ是一个可以输出 所有内存中对象的工具，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

ｊｍａｐ －ｄｕｍｐ：ｆｏｒｍａｔ＝ｂ，ｆｉｌｅ＝１　ＰＩＤ

ｊｓｔａｃｋ可以查看ＪＶＭ内的线程堆栈信息。

9.4 Java 代码优化技巧及原理

ｊａｖａ．ｕｔｉｌ．ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ

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

当两个线程竞争同一资源时，如果对资源的访问顺序敏感，－－＞就是存在竞态条件。

导致竞态条件发生的代码区－－＞　称作 临界区。

在临界区中使用适当的同步可以避免竞态条件。

ｊａｖａ线程安全：

1. 基础类型的局部变量是线程安全的。

2. 方法局部的对象引用（如果在方法中创建的对象不会逃逸出该方法，那么它就是线程安全的）

3. 对象的成员变量（对象成员存储在堆上。如果两个线程同时更新同一个对象的同一个成员变量，那这个代码就不是线程安全的。）

ＴｈｒｅａｄＬｏｃａｌ

Ｊａｖａ内存泄漏：

1. 长生命周期对象

2. 静态容器（例如 ｓｔａｔｉｃ的Ｍａｐ，Ｓｅｔ，Ｌｉｓｔ　等）

3. 缓存

合理使用线程池和对象池

创建对象的步骤：

1.静态代码段

2.静态成员变量

3.父类构造函数

4.子类构造函数

计算机的任何问题都可以通过虚拟层（或者中间层）解决

1. 面向接口编程

2. 7 层网络协议

3. ＪＶＭ

4. 编程框架

5. 一致性ｈａｓｈ算法虚拟代实现

系统性能优化案例：秒杀系统