Java & 内存相关

副标题：《深入理解 Java 虚拟机》读书笔记（1）

一、Java 须知

1.1 组成

• Java 技术体系组成：
  1. ① Java 程序设计语言；
  2. ② 各种硬件平台上的Java 虚拟机；
  3. ③ Class 文件格式；
  4. ④ Java API 类库；
  5. ⑤ 第三方 Java 类库（商业机构/开源社区）；
• JDK = ①+②+④，是进行 Java 程序开发的最小环境；
• JRE = ②+④中的部分子集（Java SE API），是支持Java程序运行的标准环境。
• Java 技术体系平台：
  1. Java Card：支持一些 Java 小程序运行在小内存设备的平台（用在SIM卡、提款卡上）；
  2. Java ME（micro edition）：支持 Java 程序运行在移动端的平台，使用精简后的 Java API，也被称为 J2ME（用在手机、PDA 上）；
  3. Java SE（standard edition）：支持面向桌面级应用的平台，使用完整的 Java 核心 API，也被称为 J2SE（用在桌面软件）；
  4. Java EE（Enterprise edition）：支持使用多层架构的企业应用(如常见的 MVC 等)的平台，除了 Java SE API 外，还做了扩充，称为 J2EE（用在 ERP、CRM 应用）。

计算机网络——应用层

应用模型

分为客户服务模型（Client/Server,C/S）和P2P模型两种

• C/S模型是由主机提供服务，客户机请求服务。详细不解释。
• P2P模型没有固定的客户和服务器的划分，每个结点既作为客户请求资源，又作为服务器提供资源。优点有：
  • 减轻了服务器的计算压力；
  • 多个客户机可以直接共享文档（C/S模式下各客户机无法直接通信）；
  • 可扩展性好，传统服务器有响应和带宽的限制，因此只能接受一定数量的请求；
  • 网络健壮性好，单个结点的失效不会影响其他部分的结点。
• P2P模式的缺点：
  • 会占用较多的内存，影响整机的速度；
  • 经常进行P2P下载，会对硬盘造成较大的损伤；
  • P2P程序会使网络变得非常拥塞，因此遭到各大互联网服务提供商ISP的嫌弃。

计算机网络——传输层

• 定位：传输层属于通信部分的最高层，也是用户功能中的最底层；
• 只有主机的协议栈才有传输层与应用层，路由器在分组/转发时只用到了下三层的功能。

功能

1. 提供应用进程之间的逻辑通信（端到端的通信，事实上并无直连）。即使网络层是不可靠的，但传输层同样可以为应用程序提供可靠地服务。
2. 传输层用的复用和分用：
   • 复用：发送方的不同进程使用同一个传输层协议；
   • 分用：接收方的传输层在剥去报文的首部后能够把这些数据正确交付到目的应用程序。
3. 传输层可以对收到的报文进行差错检验（首部和数据部分），而网络层只检查IP数据报的首部。
4. 可以同时提供两种传输协议，面向了连接的TCP和无连接的UDP。网络层只提供面向连接的服务（如虚电路）与无连接服务（数据报）的其中一种（不能同时存在）。

计算机网络——网络层（2）

IPv6

• 从根源上解决了IPv4地址耗尽的问题。
• 特点：
  • IPv4的32位增大到了128位，共16字节
  • IPv6不允许分片，只有在包的源结点才能分片，是端到端的
  • 扩展阅读：闲谈IPv6-尴尬的IPv4。大意是解析IPv4的痛点，精华部分理解：
    • 原本的arp协议其实是没有使用IP协议进行封包，导致每一种链路层都需要一个arp协议。使用IPv6后，arp的功能由ICMPv6来替代，是使用IP承载的；
    • IPv6自动完成：电脑接入网络后，网口按照规则生成一个链路本地地址，使用此地址和本链路的其他节点通信；
    • IPv6不再需要NAT；
    • 原来IPv4的分类地址使美国占据大量A类地址，IPv6使得地区分布更加均匀；

操作系统——内存管理（2）

虚拟内存技术

• 背景：不采用虚拟内存技术的内存管理策略的缺点：
  • 一次性。必须将作业一次性装入内存中，可能会不能全部装入从而作业无法运行；或者大量作业要求运行时，内存不能容纳导致仅少量作业在运行；
  • 驻留性。作业进入内存后会驻留在内存中，任何部分都不会被调出，直到作业结束。
• 局部性原理。原理不解释。采用此原理的技术有快表、页高速缓存、虚拟内存技术以及“goto语句有害”说法等。
  • 时间局部性：刚执行的指令，不久之后很有可能再次执行。
  • 空间局部性：一旦访问了某个存储单元，不久之后附近的存储单元很有可能被访问。

操作系统——内存管理（1）

内存管理的功能及相关概念

• 内存管理：OS对内存的划分和动态分配。
• 功能：
  • 1.地址转换：程序的逻辑地址与内存中的物理地址不一致，需要相关转换；
  • 2.内存空间的扩充：使用虚拟存储的技术或者自动覆盖技术，从逻辑上扩充内存；
  • 3.内存保护：各道作业在各自的存储空间内运行，互不干扰。
  • 4.（重点）内存空间的分配和回收：让程序员摆脱存储分配的麻烦，提高编程效率；
    • 连续分配管理方式
    • 非连续分配管理方式

1. 程序装入内存和链接

创建进程的第一步就是讲程序和数据装入内存，需要经过：编译、链接、装入三个阶段：

操作系统——进程管理（3）

进程同步

• （大概理解）虽然多进程是并发执行的，但仍然要满足一定的时空规则，即同步规则。
• 同步：直接制约关系。指为完成某种任务建立的多个进程之间，必须有一个次序、先后的制约关系。
• 临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源。对临界资源的访问必须是互斥地进行，而访问临界资源的代码称为临界区
• 互斥：间接制约关系。[理解]因为临界资源的限制，所以制约后来者无法立即获得资源，即为互斥。同时要满足四个准则：
  • 空闲让进
  • 忙则等待
  • 有限等待，保证有限时间内进入临界区
  • 让权等待，当无法进入临界区，进程应立即释放CPU

互斥实现办法

通常有软件实现和硬件实现两种

计算机网络——网络层（1）

网络层的功能

1. 异构网络互联：[理解]将多个不同的计算机网络连起来
2. 路由与转发：
3. 拥塞控制

异构网络互联

• 定义：两个以上的计算机网络，通过一定的方法，用一种或多种通信处理设备（即中间设备）相互联结起来，以构成更大的网络系统。通常指用路由器进行网络互联和路由选择。

• 中间设备：按层次划分：

  • 物理层：中继器、集线器；
  • 数据链路层：网桥、交换机；
  • 网络层：路由器；
  • 网络层以上：网关。
  • 注：物理层和数据链路层的中间设备，连起来的网络还是同一个网络，未达到互联的目的。

• 效果：用因为网络层都采用了标准化协议（即IP协议），虽然互联起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是通过IP协议就可以使这些性能各异的网络在网络层上看起来好像是一个统一的网络，这种使用IP协议的虚拟互联网络可简称为IP网络。

• 好处是：当互联网上的主机进行通信时，就好像在一个网络上通信一样，而看不见互联的具体的网络异构细节（如具体的编址方案、路由选择协议等）

操作系统——进程管理（2）

线程

• 概念：“轻量级进程”，是一个基本的CPU执行单元，也是程序执行流的最小单元，由线程ID、程序计数器、寄存器集合和堆栈组成。
• 线程也有就绪、阻塞和运行三种基本状态。

线程与进程的比较

推荐阅读：多线程

• 调度。线程是独立调度的基本单位。
• 拥有资源。线程不拥有系统资源（或少量必不可少的资源，如自己的内核栈）。
• 并发性。多个线程之间可以并发执行。
• 系统开销。线程切换时，只需保存少量寄存器内容，开销很小。同一进程中的多个线程共享进程的地址空间，因此线程之间的同步和通信非常容易实现。
• 地址空间和其他资源。同一进程的多个线程共享进程资源（地址空间、页表等），进程的线程对其他进程透明。
• 通信方面。线程间可以直接读写进程数据段（如全局变量）来进行通信，不一定需要系统调用函数。

计算机网络——数据链路层（3）

• 局域网使用的协议主要在数据链路层（少量在物理层），即数据的控制信息主要是数据链路层协议的控制信息。广域网协议主要在网络层。

局域网

定义

在一个较小的地理范围内，将各种计算机、外部设备和数据库系统等通过双绞线、同轴电缆等连接介质互相连接起来，组成资源和信息共享的的计算机互联网络。