数据与内存模型 （mysql索引、JVM内存、java线程内存）

文章目录

• • 1、mysql索引
  • • 1.1、索引的数据结构
    • 1.2、数据表与对应的文件
  • 2、JVM内存模型
  • • 2.1、javap 指令查看字节码文件
    • 2.2、栈（线程）
    • 2.2、程序计数器
    • 2.3、堆
    • 2.4、方法区（元空间）
    • 2.5、本地方法栈
    • 2.6、jvisualvm 查看jvm内存空间
  • 3、java线程内存模型

1、mysql索引

当mysql数据量比较大的时候，查询特别慢，
我们第一个想到的解决方式应该是为数据添加索引。

索引能够高效获取数据排好序的数据结构。

1.1、索引的数据结构

5种数据结构：
二叉树、红黑树、Hash表、B-Tree、B+Tree

mysql的索引内置：Hash表、B+Tree

1.1.1、二叉树

二叉树是以单边增长的形式存储索引

查找5，要获取5次磁盘io

1.1.2、红黑树

红黑数是一种自平衡二叉查找树
例如：只有1、2

例如：只有1、2、3

例如：有1-7

查找5，要获取4次磁盘io

缺点：红黑树在数据量较大的时候高度很高，读取io的次数比较多

1.1.3、hash表

每增加一个索引，都会被hash运算一次，算出来的值就对应内存中一个具体的地址。

用运算减少io读取

hash的缺点：
1、数量较大时，哈希运算次数回变得很多，暂用cpu资源
2、做范围查找时，其他数据结构能够很快查出来，而hash要一次一次运算

1.1.4、B-Tree

B-Tree是在红黑树的基础上，增加首节点个数（首节点存在内存里）

缺点：没有解决范围查找

1.1.5、B+Tree

mysql官方对B+Tree进行了节点限制，将一个节点的大小设置成了16384个字节，也就是大约16KB。

大致的算一下，16KB/14B = 1170个索引元素。

这里高度为3，那么能存的数据量为1170x1170x16 大概为2千多万条数据

数据结构展示网址：https://www.cs.usfca.edu/~galles/visualization/Algorithms.html

1.2、数据表与对应的文件

1.2.1、MyISM 非聚集索引

frm 文件：用来存储表的结构
MYD 文件：存储所有数据行
MYI 文件：存储主键索引

1.2.2、InnoDB 聚集索引

frm 文件：用来存储表的结构
ibd 文件：用来存储索引+数据

• InnoDB 是按照B+Tree组织的一个索引结构文件

• InnoDB必须有主键，并且推荐使用整型自增

• 如果你在建InnoDB表的时候，没指定主键，它会找一个能够唯一识别的字段，作为你的主键，找不到会帮你生成一个默认的索引。

• 如果不用整型自增，用uuid做主键，会让B+Tree进行不断的分离，从而性能降低，如下

例：


使用uuid的索引，每个值大小的不确定性就会造成如上的分裂。
自增的整型会按照顺序在后面增加而不分裂

2、JVM内存模型

2.1、javap 指令查看字节码文件

第一步：打开class位置

第二步：输入指令javap -c 文件名.class > 1.txt

第三步：查看calss字节码文件

对比 jvm指令手册：https://www.cnblogs.com/qizhelongdeyang/p/12125121.html

就能知道什么意思

2.2、栈（线程）

• 栈：程序在执行过程中存储局部变量。每个线程独享一个栈。
• 栈帧：当程序运行过程中，每执行一个新方法，都会生成一个栈帧，这个栈帧里面存局部变量。

一个栈帧包含的内容：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口

2.2.1、操作数栈

• 可以用来操作局部变量，操作数每增加一个，就完成一个局部变量的入栈
• 一些零时的数据操作会在操作数栈里进行
  

2.2.2、动态链接

动态链接，里面存的是方法名+一个方法在方法区里的内存地址，
当一个方法被执行的时候，会去方法区寻找这个方法的地址。

2.2、程序计数器

每个线程都应该有一个程序计数器
它用来存储程序下一个执行的行
相当于它里面记录着程序现在执行到哪个位置了（class字节码中的位置）

2.3、堆

堆与栈的关系：
当栈中有一个引用类型的变量被创建时，new的内容会被放进堆，栈的这个变量存的就是对应堆里的空间地址。

2.4、方法区（元空间）

方法区里面的内容：常量+静态变量+类元信息

以前叫方法区或者持久代，jdk1.8之后叫元空间

类元信息里储存着一个类的基本信息，每一次在堆里面new的时候，都会从方法区调取类的元信息。

下面我们输出class字节码的附加信息看看

-v输出来的就多了很多常量池


元空间的数据是直接存在内存里面的

2.5、本地方法栈

本地方法栈里面存着和其他语言交换的接口

通过本地方法栈调用其他语言，这种方法目前已经不流行了，现在更多的是通过一些框架去调用

2.6、jvisualvm 查看jvm内存空间

如果配置了JDK环境变量，可以在cmd直接输入jvisualvm打开
没有配置，可以在jdk/bin目录下找到

运行一个java代码就能找到它的相关信息

3、java线程内存模型

多核CPU缓存架构

java的线程内存模型

线程的原子操作（线程从主内存中读取到工作内存中的一些操作）

3.1、工作内存和主内存

1、线程间变量互相独立

2、如果想让线程都能知道一个变量的变化，就用volatile关键字。
读取volatile类型的变量时总会返回最新写入的值。

3.2、volatile实现两个线程的工作内存变量一致

如下示例，线程1循环获取变量的值，线程2改变变量值

在没有加volatile关键字之前的线程原子操作流程图

我们发现线程2，更新变量值后会改变主内存中变量的值，但是

加上volatile关键字之后

加上volatile关键字能够实现两个线程的工作内存变量一致。
有两种实现方式
1、总线加锁（性能低）

2、MESI缓存一致性协议

cpu嗅探能够感知主内存里的变化，一旦主内存变化，就向cpu里的变量重新赋值

3.3、hsdis插件 : 将java反编译成汇编语言

首先下载hsdis插件

http://vorboss.dl.sourceforge.net/project/fcml/fcml-1.1.1/hsdis-1.1.1-win32-amd64.zip

下载完成将里面的两个文件放入java的jre/bin目录下

然后在idea中加入这个参数

-server -Xcomp -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssemblu -XX:Command=compileonly,*VolatileVisibilityTest.prepareData

注意上面的jre要选择hsdis-amd64.dll文件所在的那个jre。
输入的那长串参数最后的VolatileVisibilityTest指的类名，prepareData是方法名。

接下来开始运行

3.4、并发编程的三大特性

可见性、原子性、有序性

volatile保证可见性与有序性
synchronized保证原子性

volatile只能用来修饰变量

• 可见性：当一个线程改变变量的值时，volatile保证其他线程能够感知这个改变、可见这个改变。
• 有序性：被volatile修饰的变量的操作，会严格按照代码顺序执行（写库，查询，删除）。
• 原子性：synchronized 关键字，代表这个方法加锁,相当于不管哪一个线程（例如线程A），运行到这个方法时,都要检查有没有其它线程B（或者C、 D等）正在用这个方法(或者该类的其他同步方法)，有的话要等正在使用synchronized方法的线程B（或者C 、D）运行完这个方法后再运行此线程A

synchronized使用场景：

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