数据与内存模型（mysql索引、JVM内存、java线程内存）

左手的ㄟ右手 2023-10-08 12:38 70阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*   *  1、mysql索引
     *   *  1.1、索引的数据结构
         *   *  1.1.1、二叉树
             *  1.1.2、红黑树
             *  1.1.3、hash表
             *  1.1.4、B-Tree
             *  1.1.5、B+Tree
         *  1.2、数据表与对应的文件
         *   *  1.2.1、MyISM 非聚集索引
             *  1.2.2、InnoDB 聚集索引
     *  2、JVM内存模型
     *   *  2.1、javap 指令查看字节码文件
         *  2.2、栈（线程）
         *   *  2.2.1、操作数栈
             *  2.2.2、动态链接
         *  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
     *   *  3.1、工作内存和主内存
         *  3.2、volatile实现两个线程的工作内存变量一致
         *  3.3、hsdis插件 : 将java反编译成汇编语言
         *  3.4、并发编程的三大特性

### 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  
![在这里插入图片描述][20201208101501998.png]

##### 1.1.1、二叉树 #####

二叉树是以单边增长的形式存储索引  
![在这里插入图片描述][20201208100129541.png]

> 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  
![在这里插入图片描述][2020120810043779.png]  
例如：只有1、2、3  
![在这里插入图片描述][20201208100500257.png]  
例如：有1-7  
![在这里插入图片描述][20201208100551908.png]

> 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）  
![在这里插入图片描述][20201208102029889.png]  
![在这里插入图片描述][20201208102045301.png]

缺点：没有解决范围查找

##### 1.1.5、B+Tree #####

![在这里插入图片描述][20201208102550122.png]

![在这里插入图片描述][20201208102508317.png]  
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。  
![在这里插入图片描述][20201208104357734.png]  
大致的算一下，16KB/14B = 1170个索引元素。  
![在这里插入图片描述][2020120810563328.png]  
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  
![在这里插入图片描述][20201208113958429.png]  
![在这里插入图片描述][20201208120156525.png]

##### 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  
![在这里插入图片描述][20201208122111624.png]

![在这里插入图片描述][2020120812171224.png]

*  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：  
![在这里插入图片描述][20201208144912651.png]  
![在这里插入图片描述][20201208144945983.png]  
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 ###

![在这里插入图片描述][20201208151701881.png]  
![在这里插入图片描述][20201208152007939.png]

#### 2.1、javap 指令查看字节码文件 ####

第一步：打开class位置  
![在这里插入图片描述][20201208174034500.png]  
第二步：输入指令javap -c 文件名.class > 1.txt  
![在这里插入图片描述][20201208174148718.png]  
第三步：查看calss字节码文件  
![在这里插入图片描述][20201208174421181.png]  
对比 jvm指令手册：https://www.cnblogs.com/qizhelongdeyang/p/12125121.html

就能知道什么意思

![在这里插入图片描述][20201208164239547.png]

#### 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。

![在这里插入图片描述][2020120816062282.png]  
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  
![在这里插入图片描述][20201208175842496.png]

##### 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  
    ![在这里插入图片描述][20201208172633721.png]

##### 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。  
![在这里插入图片描述][20201208193245908.png]

#### 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）  
![在这里插入图片描述][20201209150644486.png]  
![在这里插入图片描述][20201208173456967.png]

#### 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。  
![在这里插入图片描述][20201208190957242.png]  
![在这里插入图片描述][20201208195429389.png]

#### 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  
![在这里插入图片描述][20201208193526759.png]  
\-v输出来的就多了很多常量池  
![在这里插入图片描述][20201208193637396.png]  
![在这里插入图片描述][20201208194546362.png]  
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  
![在这里插入图片描述][20201208194902677.png]  
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  
![在这里插入图片描述][20201208201243766.png]  
运行一个java代码就能找到它的相关信息  
![在这里插入图片描述][20201208201527920.png]  
![在这里插入图片描述][20201208201719232.png]

### 3、java线程内存模型 ###

多核CPU缓存架构  
![在这里插入图片描述][20201209100041250.png]  
java的线程内存模型  
![在这里插入图片描述][20201209100349393.png]  
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）  
![在这里插入图片描述][20201209101135928.png]

#### 3.1、工作内存和主内存 ####

1、线程间变量互相独立  
![在这里插入图片描述][20201209101924490.png]

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。  
![在这里插入图片描述][20201209102306289.png]

#### 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  
![在这里插入图片描述][20201209105438797.png]  
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

![在这里插入图片描述][2020120910461643.png]  
加上volatile关键字之后  
![在这里插入图片描述][20201209121245355.png]  
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）  
![在这里插入图片描述][20201209130408217.png]

![在这里插入图片描述][2020120912205092.png]  
2、MESI缓存一致性协议  
![在这里插入图片描述][20201209130347425.png]  
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  
![在这里插入图片描述][20201209152825805.png]

#### 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  
![在这里插入图片描述][20201209150957223.png]  
然后在idea中加入这个参数

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

![在这里插入图片描述][20201209151623828.png]  
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。  
![在这里插入图片描述][20201209151950993.png]  
接下来开始运行  
![在这里插入图片描述][2020120915234587.png]  
![在这里插入图片描述][20201209152416958.png]

#### 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：  
![在这里插入图片描述][20201209160307912.png]

[20201208101501998.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/20201208101501998.png
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