性能优化－数据库，JVM, 秒杀场景

数据库基本原理

数据库架构

• 连接器：为每个链接分配专属空间，一般通过连接池来减少资源开销。

• 语法分析 ：抽象语法树，分析SQL语法是否正确。

• 语义分析优化：SQL进行优化， 利用索引进行优化。

• 执行引擎：根据优化后语法树生成执行计划（索引类型，处理行数，潜在利用的索引）并执行。

PrepareStatement预编译 ：可以先行完成SQL预处理， 有助于性能提升， 另外就是防止SQL注入。

B+树

排序树，一个块存储多个数据，非叶子节点还存放指针，使用指针完成索引， 叶子节点存放数据， 通过4级结构能访问几千万记录。

问题在于 数据块离散存储， 每次根据索引进行查找还是要进行多次读写。 性能较差。

下图，将键1–7链接到数据值d1-d7。 链接列表（红色）允许快速有序遍历

聚簇索引： 数据库记录和索引存储在一起。 MySQL 主键主键就是聚簇索引。

非聚簇索引： 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。

合理添加使用索引： 增加索引后会生成对应的B+树，再insert，update, delete记录时， 都需要更新B+树，性能会有一定影响。 删除不必要的索引。

数据库事务（ACID）

• 原子性 （Atomicity）

• 隔离性（IsoLation）

• 持久性（Durability）

• 一致性（Consistency）

数据库事务日志

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

• UNDO： 取消本次操作的方法，按照此方法回滚。

• REDO： 重复本次操作的方法

JVM架构原理及垃圾回收

JVM组成架构

执行引擎对应CPU， 运行期数据区对应内存， 就类似一个虚拟机器一样。

1. Java程序启动：启动jvm进程， 加载Class类， 通过类加载器，放到运行期数据区方法区 ；

2. JVM创建用户主线程， 并为 主线程分配Java堆栈， 为每个 线程分配程序计数寄存器 ；

3. 线程启动后检查 程序计数器存储的指令 ， 到方法区取出指令；

4. 指令通过 执行引擎 执行， 执行引擎 转化为本地执行指令 。

5. 如果执行时需要 创建对象 ， 在 堆中存放 ， 针对 这个对象的引用放到Java栈中 。

Java字节码文件

• 字节码执行流程

解释执行和编译执行。

• 字节码翻译过程

类加载起的双亲委托模型

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。

自定义类加载器：

• 隔离加载类

• 扩展加载源

• 字节码加密

运行时数据区

• 堆&栈

• 方法区&程序计数器

• Java（线程）栈

• 线程工作内存& volatile

对象引用存放Java栈，对象实例创建在堆中， 方法区存放类静态变量及代码。

Java运行环境

Java源码通过java编译器，编译成Java字节码， 通过类加载器加载到方法区，字节码交给解释器和即时编译器执行，编译成本地代码，交予本地操作系统执行。

Java垃圾回收

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

内存回收的三种方法：

• 清理

• 压缩

• 复制

内存回收分代回收：

• 新生代

• 老年代

内存回收算法：

• 串行回收

• 并行回收

• 并发回收CMS

• G1回收

Java启动参数

• 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

Java性能诊断工具

• 基本工具 ：JPS ，JSTAT，JMAP，JSTACK

• 集成工具 : JConsole，JVisualV

Java代码优化

合理并谨慎使用多线程

• 使用场景（I/O 阻塞，多 CPU 并发）

• 资源争用与同步问题

• java.util.concurrent

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

可以看到如果属于CPU密集型应用，不宜启动过多线程。 多了反而容易竞争，影响执行效率， 如果任务需要等待磁盘操作，网络响应，可以通过增加线程提高效率

竞态条件与临界区

在临界区中使用适当的同步就可以避免竞态条件。

Java线程安全

• 方法局部变量

局部变量存储在线程自己的栈中。

• 方法局部的对象引用

如果在某个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。

• 对象成员变量

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，那这个代码就不是 线程安全的。

Web Servlet单实例多线程共享， 需要增加锁保证线程安全。

ThreadLocal

实现：

• Thread里有自己的ThreadLocalMap， ThreadLocalMap中存放这Thread的信息。

Java内存泄露

容易产生内存泄露部分：

• 长生命周期对象

• 静态容器

• 缓存

合理使用线程池：

• 复用线程或对象池

• 池管理算法

• 对象内容清除

合理容器类：

• LinkList 和 ArrayList 的区别及适用场景 ：根据随机访问和插入删除场景判断选择

• HashMap 的算法实现及应用场景

• 使用 concurrent 包，ConcurrentHashMap 比较 HashMap 是线程安全特性

缩短对象生命周期

• 减少对象驻留内存的时间

• 在使用时创建对象，用完释放

• 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

秒杀系统案例

需求分析：

系统涉及要满足业务需求

架构方案：

单独部署，比在原有系统基础上改造更简单，隔离性更好； 通过边缘计算缓解中心服务压力

设计原则

• 静态化

• 并发控制，防秒杀器

• 简化流程

• 前端优化

交易系统性能优化

• 二跳页面优化

• 交易系统优化

应急预案

通过降级，限流，拒绝服务防止系统异常

参考及引用

架构师训练营作业-李智慧老师相关讲义

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