架构师训练营第九周：性能优化（三）

请简述 JVM 垃圾回收原理

垃圾收集需要完成的三件事：

• WHAT: 哪些内存需要回收？

• WHEN: 什么时候回收？

• HOW: 如何回收？

程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈 3 个区域随线程而生，随线程而灭，栈中的栈帧随着方法的进入和退出执行出栈和入栈的操作。每一个栈帧中分配多少内存基本上是在类结构确定下来时就已知的，因此这几个区域的内存分配和回收都具备确定性，当方法结束或者线程结束时，内存自然随着回收了。

Java 堆和方法区这两个区域存在很多不确定性：一个接口的多个实现类需要的内存可能不一样，一个方法所执行的不同条件分支所需要的内存也可能不一样，只有处于运行期间，才能知道程序究竟会创建哪些对象，创建多少对象，这部分内存的分配和回收是动态的。

通过一系列称为“GC Roots”的根对象作为起始节点集，从这些节点开始，根据引用关系向下搜索，搜索过程所走的路径称为“引用链”（Reference Chain），如果某个对象到 GC Roots 间没有任何引用链相连，或者用图论的话是从 GC Roots 到这个对象不可达时，证明对象是不可能再被使用的。

在 Java 技术体系里面，固定可作为 GC Roots 的对象包括以下几种：

• 在虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象，譬如各个线程被调用的方法堆栈中使用到的参数、局部变量、临时变量等。

• 在方法区中类静态属性引用的对象，譬如 Java 类的引用类型静态变量。

• 在方法区中常量引用的对象，譬如字符串常量池（String Table）里的引用。

• 在本地方法栈中 JNI（即通常所说的 Native 方法）引用的对象。

• Java 虚拟机内部的引用，如基本数据类型对应的 Class 对象、一些常驻的异常对象（比如 NullPointException、OutOfMemoryError）等、系统类加载器。

• 所有被同步锁（synchronized 关键字）持有的对象。

• 反应 Java 虚拟机内部情况的 JMXBean、JVMIT 中注册的回调、本地代码缓存等。

>可作为 GC Roots 的节点主要在全局性的引用（常量、类静态属性等）与执行上下文（栈帧中的本地变量表等）中。

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？

秒杀系统相较于其他 C 端电商产品的主要挑战是高并发：并发读、并发写。

针对这个挑战，需要秒杀系统架构上保证三个方面：

• 高性能：秒杀涉及大量的并发读和并发写，所以需要动静分离、热点的发现与隔离、请求的削峰与分层过滤、服务端优化等方面。

- 动静分离就是尽量将系统需要的数据分为动态数据和静态数据，静态数据可以使用 CDN 等缓存技术前置，减少网络请求延迟问题。然后提升网络访问效率，可以对合并请求，比如：合并图片、js、css 等，或者将 js、css 与 html 内容合并。

- 热点包括热点操作和热点数据。热点操作包括页面刷新（用户会在快到秒杀时间的时候大量刷新页面，想及早获取秒杀入口。）、下单（进入秒杀入口的用户会快速提交订单）等。热点数据主要是商品数据，包括商品基本信息、商品价格、商品库存等，商品基本信息和商品价格可以认为是静态热点数据，因为这些数据基本上不会变；商品库存属于动态数据，因为随着秒杀活动进行，库存数据会随之修改。静态热点数据可以采用 CDN 等前置缓存技术解决，动态静态数据则可以使用缓存数据库等优化方案。

- 请求削峰是将高并发的请求拉平，放入请求队列中，先进先出。就像蓄势的水库，开几个泄洪口就行。

- 分层过滤就是利用缓存技术将请求逐级过滤，比如浏览器缓存、CDN、WEB 服务器缓存等，应用服务中也可以使用多级缓存保障读请求的快速响应。这里还需要考虑网络限流，

- 服务端优化是这涉及应用服务的优化，最优先优化的应该是服务容器、服务器、内核、连接池等内容。

• 一致性：这个主要是针对商品库存，因为秒杀系统一般是严格控制库存的，不能超卖。而且秒杀的场景中，一般是买到即赚到，所以下单成功不支付的情况非常少，所以秒杀场景一般采用下单减库存的方案。

• 高可用：保障系统稳定可用，简单的方案就是错误直接返回秒杀结束，复杂一些就是做好请求降级熔断。还要设计一整套的 Plan B 方案。