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阿里面试宝典(十八):数据结构与算法


问题导读

1.资源池的作用是什么?
2.为什么会有连接池?
3.JVM内存管理算法介绍了哪些?
4.常见的GC算法有哪些?


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阿里面试宝典(十七):数据结构与算法
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十四、资源池思想
作用

1. 降低资源消耗
2. 提高响应速度
3. 增强可管理性

线程池

与任务单元自己执行任务不同,线程池将任务单元和执行机制相分离,线程池中的线程为执行机制,提交给线程池
的线程为任务单元,任务单元不自己执行任务,不创建线程,而是由线程池中的线程来执行任务


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连接池

普通的JDBC数据库连接(Connectiond对象)使用 DriverManager 来获取,每次向数据库建立连接的时候都要将Connection 加载到内存中,再验证用户名和密码(得花费0.05s~1s的时间),数据库的连接是比较昂贵的(创建的成本比较大)。

需要数据库连接的时候,就向数据库要求一个,执行完成后再断开连接。

这样的方式将会消耗大量的资源和时间。 数据库的连接资源并没有得到很好的重复利用.若同时有几百人甚至几千人在线,频繁的进行数据库连接操作将占用很多的系统资源,严重的甚至会造成服务器的崩溃。


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十五、JVM内存管理算法

1.判断对象是否存活

引用计数法

很多教科书判断对象是否存活的算法是这样昨给对象中添加一个引用计数器,每当有 一个地方引用它时,计数器值就加1:当引用失效时,计数器值就减1;任何时刻计数器为 0的对象就是不可能再被使用的。

客观地说,引用计数算法(Reference Counting)的实现简单,判定效率也很高,在大部分情况下它都是一个不错的算法.也有一些比较著名的应用案例,例如微软公司的COM(Component Object Model)技术、使用Action5cript 3的FIashPlayer.Python语言和在游戏脚本领域被广泛应用的Squirzel中都使用了引用计数算法进行内在管。但是,至少主流的Java虚拟机里面没有选用引用计数算法来管理内存,其中最主要原因是它很难解决对象之间互循环引用的问题。


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可达性分析算法

这个算法的基本思路就是通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起始点,从这些节点开始向下搜索,搜索所走过的路径称为引用链(Reference Chain),当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连(用图论的话来说,就是从GC Roots到这个对象不可达)时,则证明此对象是不可用的。如下图所示,对象object 5、object 6、object 7虽然互相有关联,但是它们到GC Roots是不可达的,所以它们将会被判定为是可回收的对象。


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在java钟只有以下的对象才可以被作为GC Root. 1>虚拟机栈(栈帧中的本地方法表)中引用的对象。2>方法区中类静态属性引用的对象。
3>方法区中常量引用的对象。
4>本地方法栈JNI(即一般说的Native方法)的引用对象。



2.垃圾回收算法

JVM规范中并没有明确GC的运作方式,各个厂商可以采用不同的方式去实现垃圾回收器。这里讨论几种常见的GC算法。

标记-清除算法(Mark-Sweep)

最基础的垃圾回收算法,分为两个阶段,标注和清除。标记阶段标记出所有需要回收的对象,清除阶段回收被标记
的对象所占用的空间。如图:


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从图中我们就可以发现,该算法最大的问题是内存碎片化严重,后续可能发生大对象不能找到可利用空间的问题。

复制算法(Copying)

为了解决Mark-Sweep算法内存碎片化的缺陷而被提出的算法。按内存容量将内存划分为等大小的两块。每次只使用其中一块,当这一块内存满后将尚存活的对象复制到另一块上去,把已使用的内存清掉,如图:


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这种算法虽然实现简单,内存效率高,不易产生碎片,但是最大的问题是可用内存被压缩到了原本的一半。且存活
对象增多的话,Copying算法的效率会大大降低。

标记-整理算法(Mark-Compact)

结合了以上两个算法,为了避免缺陷而提出。标记阶段和Mark-Sweep算法相同,标记后不是清理对象,而是将存活对象移向内存的一端。然后清除端边界外的对象。如图:


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分代收集算法(Generational Collection)

分代收集法是目前大部分JVM所采用的方法,其核心思想是根据对象存活的不同生命周期将内存划分为不同的域,一般情况下将GC堆划分为老生代(Tenured/Old Generation)和新生代(Young Generation)。老生代的特点是每次垃圾回收时只有少量对象需要被回收,新生代的特点是每次垃圾回收时都有大量垃圾需要被回收,因此可以根据不同区域选择不同的算法。

目前大部分JVM的GC对于新生代都采取Copying算法,因为新生代中每次垃圾回收都要回收大部分对象,即要复制的操作比较少,但通常并不是按照1:1来划分新生代。一般将新生代划分为一块较大的Eden空间和两个较小的Survivor空间(From Space, To Space),每次使用Eden空间和其中的一块Survivor空间,当进行回收时,将该两块空间中还存活的对象复制到另一块Survivor空间中。


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而老生代因为每次只回收少量对象,因而采用Mark-Compact算法。

另外,不要忘记在Java基础:Java虚拟机(JVM)中提到过的处于方法区的永生代(Permanet Generation)。它用来存储class类,常量,方法描述等。对永生代的回收主要包括废弃常量和无用的类。

对象的内存分配主要在新生代的Eden Space和Survivor Space的From Space(Survivor目前存放对象的那一块),少数情况会直接分配到老生代。当新生代的Eden Space和From Space空间不足时就会发生一次GC,进行GC后,Eden Space和From Space区的存活对象会被挪到To Space,然后将Eden Space和From Space进行清理。如果To Space无法足够存储某个对象,则将这个对象存储到老生代。在进行GC后,使用的便是Eden Space和To Space
了,如此反复循环。当对象在Survivor区躲过一次GC后,其年龄就会+1。默认情况下年龄到达15的对象会被移到老生代中。




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