第八章--第一节：性能构造的度量、原理和方法
第八章：软件构造的性能
第一节：性能构造的度量、原理和方法
问题一：性能度量指标
1.时间性能：每条指令、每个控制结构、整个程序的执行时间
2.空间性能：每个变量、每个复杂结构、整个程序的内存消耗
- 获取运行时间，
- 获取执行时间，
问题二：内存分配与内存管理
问题描述：因为内存不足，所以需要考虑高效率的内存管理问题
1.内存对象模型
- 每个对象存储在内存中一段连续的空间中
- 如果是引用，则存储它所指向的对象的内存地址
**重点：
- 对象在heap堆中分配内存
- 对象引用：指向其他对象在堆中的起始地址
- 非基本数据类型的变量等价于对象引用
- 每个对象可包含一组变量，每个变量可指向其他对象的引用
- 对象引用只指向一个其他对象，而一个对象可被多个其他对象所引用。
例：对象与对象引用
2.三种对象管理模式
①静态内存分配：在编译阶段就已经确定好了内存分配
②动态内存分配：在运行时动态分配内存，建立新的内存对象
（基于堆和栈的内存管理都是动态分配）
一、静态模式（Static mode）
含义：在将程序load进内存的时候或开始执行的时候，确定所有对象的分配。（不支持递归，不支持动态创建可变长的复杂数据类型）
二、基于栈的动态模式（Stack-based mode）
含义：栈 ，存储方法调用以及方法执行中的局部数据（后进先出，无法支持复杂数据类型）
三、基于堆的动态模式（Heap-based mode）
含义：在一块内存里分为多个小块，每块包含一个对象，或者未被占用。代码中的一个变量可以在不同时间被关联到不同的内存对象上，无法在编译阶段确定。内存对象也可以进一步指向其他对象。（堆：*模式的内存管理，动态分配，可管理复杂的动态数据结构）
使用堆分配的原因：
- 某些对象延续的时间比创建它的方法所延续的时间更长（所以stack不行）
- 递归的数据结构，长度可变的数据结构（所以静态方法和stack都不行）
- 经常要使用不限定长度的数据结构
问题三：java内存模型
含义：：JVM如何管理内存
- 每个线程有自己的栈，管理其局部数据，各栈之间彼此不可见
- 所有局部的基本数据类型都在栈上创建
- 多线程之间传递数据，是通过复制而非引用
- 所有对象都在堆上创建
- 即使是局部变量的object，也是在堆上创创建
- 堆上创建的对象可被所有线程共享引用
- 可访问对象，就可以访问对象内的成员变量
- 如果两个线程调用同一个对象上的某个方法，它们分别保留该方法的局部变量的拷贝。
**例：填空
***解析：
①基本数据类型的局部变量存储在栈中
②对象的引用的局部变量存储在栈中，对象本身存储在堆中
③对象的方法中的局部变量存储在栈中，方法所属的对象存储在堆中
④对象的基本基本数据类型的成员变量存储在堆中，对象的引用类型的变量存储在堆中
⑤静态变量存储在堆中
（对象在heap中分配内存，因此对象的成员变量也在heap中分配内存；对象的引用若为某对象的成员变脸自然在heap中储存，否则在若是作为局部变量，则在栈中储存）
问题四：垃圾回收
1.内存回收的三种方式
①静态模式下的内存回收：在静态内存分配模式下，无需进行内存回收：所有都是已确定的。
②在栈模式下的内存回收：按block（某个方法）整体进行
③在堆模式下的内存回收：在heap上进行内存空间回收，最复杂——无法提前预知某个object是否已经变得无用。
2.动态垃圾回收（Definition of Garbage Collection）
含义：垃圾回收器根据对象的“活性”(从root的可达性)来决定是否回收该对象的内存（“死”的对象就是需要回收的“垃圾”）（识别“垃圾”对象，把其占用的内存加以回收。）
问题五：垃圾回收的基本算法
1.引用计数（Reference counting）
基本思想：为每个object存储一个计数RC，当有其他reference指向它时，RC++，当有其他reference与其断开时，RC--；如果RC==0，则回收它。
优点：简单、计算代价分散，“幽灵时间”短0
缺点：不全面（容易漏掉循环引用的数据）、要持续不断的计算（代价高）、难以支持并发、等。
2.标记-清除（Mark-Sweep）
基本思想：为每个object设定状态位（live/dead）并记录，即mark阶段；在将标记位dead的对象进行清理，即sweep阶段。
示意图：
3.标记-整理(Mark-Compact)
基本思想：对用标记-清除完后的内存空间进行整理。
示意图：
4.复制（Fragmentation and Copying）
基本思想：不是在同一个区域进行整理，而是将live对象全部复制到另一个区域。
示意图：
问题六：java虚拟机中的垃圾回收
java虚拟机的做法：java GC将堆分为不同的区域，各区域采用不同的GC策略，以提高GC的效率。
（使用“-verbose:gc”在控制台或日志文件中输出JVM进行GC的全过程）
堆的不同区域：
① 针对年轻代（Young Generation）：只有一小部分对象可较长时间存活，故采用copy算法减少GC代价。
②针对年老代：这里的对象有很高的幸存度，使用Mark-Sweep或Mark-Compact算法
- 只有当某个区域不能再为对象分配内存时（满），才启动GC
- 针对young generation，使用minor GC进行垃圾收集。如果历经多次minor GC仍存活下来，将其copy到old generation。
- 如果old generation满了，则启动full GC（Old generation满，意味着无法进行下一次minor GC了）。
- 当perm generation满了之后，无法存储更多的元数据，也启动full GC。
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问题七：在JVM中的垃圾回收的调谐
- 尽可能减少GC时间，一般不超过程序执行时间的5%
- 一旦初始分配给程序的内存满了，就抛出内存溢出异常，
- 在启动程序时，可为其配置内存分配的具体大小
- 堆的大小决定着VM将会以何种频度进行GC、每次GC的时间多长。这两个指标具体取值多少为“优”，需要针对特定应用进行分析。
- 较大的heap会导致较少发生GC，但每次GC时间很长
- 如果根据程序需要来设置heap大小，则需要频繁GC，但每次GC的时间较短
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