一、沉默王二-JVM
1、JVM垃圾回收机制
垃圾回收（Garbage Collection，GC），顾名思义就是释放垃圾占用的空间，防止内存爆掉。有效的使用可以使用的内存，对内存堆中已经死亡的或者长时间没有使用的对象进行清除和回收。
1.1 垃圾判断算法
既然 JVM 要做垃圾回收，就要搞清楚什么是垃圾，什么不是垃圾。通常会有这么几种算法来确定一个对象是否是垃圾，这块也是面试当中常考的一个知识点，大家一定要掌握。
- 引用计数算法
- 可达性分析算法
1.1.1 引用计数算法
引用计数算法（Reachability Counting）是通过在对象头中分配一个空间来保存该对象被引用的次数（Reference Count）。
如果该对象被其它对象引用，则它的引用计数加 1，如果删除对该对象的引用，那么它的引用计数就减 1，当该对象的引用计数为 0 时，那么该对象就会被回收。
String s = new String("沉默王二");
我们来创建一个字符串，这时候"沉默王二"有一个引用，就是 s。此时 Reference Count 为 1。
然后将 s 设置为 null。
s = null;
这时候"沉默王二"的引用次数就等于 0 了，在引用计数算法中，意味着这块内容就需要被回收了。
引用计数算法将垃圾回收分摊到整个应用程序的运行当中，而不是集中在垃圾收集时。因此，采用引用计数的垃圾收集不属于严格意义上的"Stop-The-World"的垃圾收集机制。
引用计数算法看似很美好，但实际上它存在一个很大的问题，那就是无法解决循环依赖的问题。来看下面的代码。
public class ReferenceCountingGC {
public Object instance; // 对象属性，用于存储对另一个 ReferenceCountingGC 对象的引用
public ReferenceCountingGC(String name) {
// 构造方法
}
public static void testGC() {
// 创建两个 ReferenceCountingGC 对象
ReferenceCountingGC a = new ReferenceCountingGC("沉默王二");
ReferenceCountingGC b = new ReferenceCountingGC("沉默王三");
// 使 a 和 b 相互引用
a.instance = b;
b.instance = a;
// 将 a 和 b 设置为 null
a = null;
b = null;
// 这个位置是垃圾回收的触发点
}
}
代码中创建了两个 ReferenceCountingGC 对象 a 和 b。
然后使它们相互引用。接着，将这两个对象的引用设置为 null，理论上它们会在接下来被垃圾回收器回收。但由于它们相互引用着对方，导致它们的引用计数永远都不会为 0，通过引用计数算法，也就永远无法通知 GC 收集器回收它们。
1.1.2 可达性分析算法
可达性分析算法（Reachability Analysis）的基本思路是，通过 GC Roots 作为起点，然后向下搜索，搜索走过的路径被称为 Reference Chain（引用链），当一个对象到 GC Roots 之间没有任何引用相连时，即从 GC Roots 到该对象节点不可达，则证明该对象是需要垃圾收集的。
通过可达性算法，成功解决了引用计数无法解决的问题-“循环依赖”，只要你无法与 GC Root 建立直接或间接的连接，系统就会判定你为可回收对象。
所谓的 GC Roots，就是一组必须活跃的引用，不是对象，它们是程序运行时的起点，是一切引用链的源头。在 Java 中，GC Roots 包括以下几种：
- 虚拟机栈中的引用（方法的参数、局部变量等）
- 本地方法栈中 JNI 的引用
- 类静态变量
- 运行时常量池中的常量（String 或 Class 类型）
1.1.2.1 虚拟机栈中的引用（方法的参数、局部变量等）
来看下面这段代码：
public class StackReference {
public void greet() {
Object localVar = new Object(); // 这里的 localVar 是一个局部变量，存在于虚拟机栈中
System.out.println(localVar.toString());
}
public static void main(String[] args) {
new StackReference().greet();
}
}
在 greet 方法中，localVar 是一个局部变量，存在于虚拟机栈中，可以被认为是 GC Roots。
在 greet 方法执行期间，localVar 引用的对象是活跃的，因为它是从 GC Roots 可达的。
当 greet 方法执行完毕后，localVar 的作用域结束，localVar 引用的 Object 对象不再由任何 GC Roots 引用（假设没有其他引用指向这个对象），因此它将有资格作为垃圾被回收掉 。
1.1.2.2 本地方法栈中 JNI 的引用
Java 通过 JNI（Java Native Interface）提供了一种机制，允许 Java 代码调用本地代码（通常是 C 或 C++ 编写的代码）。
当调用 Java 方法时，虚拟机会创建一个栈帧并压入虚拟机栈，而当它调用本地方法时，虚拟机会通过动态链接直接调用指定的本地方法。
JNI 引用是在 Java 本地接口（JNI）代码中创建的引用，这些引用可以指向 Java 堆中的对象。
// 假设的JNI方法
public native void nativeMethod();
// 假设在C/C++中实现的本地方法
/*
* Class: NativeExample
* Method: nativeMethod
* Signature: ()V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_NativeExample_nativeMethod(JNIEnv *env, jobject thisObj) {
jobject localRef = (*env)->NewObject(env, ...); // 在本地方法栈中创建JNI引用
// localRef 引用的Java对象在本地方法执行期间是活跃的
}
在本地（C/C++）代码中，localRef 是对 Java 对象的一个 JNI 引用，它在本地方法执行期间保持 Java 对象活跃，可以被认为是 GC Roots。
一旦 JNI 方法执行完毕，除非这个引用是全局的（Global Reference），否则它指向的对象将会被作为垃圾回收掉（假设没有其他地方再引用这个对象）。
1.1.2.3 类静态变量
来看下面这段代码：
public class StaticFieldReference {
private static Object staticVar = new Object(); // 类静态变量
public static void main(String[] args) {
System.out.println(staticVar.toString());
}
}
StaticFieldReference 类中的 staticVar 引用了一个 Object 对象，这个引用存储在元空间，可以被认为是 GC Roots。
只要 StaticFieldReference 类未被卸载，staticVar 引用的对象都不会被垃圾回收。如果 StaticFieldReference 类被卸载（这通常发生在其类加载器被垃圾回收时），那么 staticVar 引用的对象也将有资格被垃圾回收（如果没有其他引用指向这个对象）。
1.1.2.4 运行时常量池中的常量
来看这段代码：
public class ConstantPoolReference {
public static final String CONSTANT_STRING = "Hello, World"; // 常量，存在于运行时常量池中
public static final Class<?> CONSTANT_CLASS = Object.class; // 类类型常量
public static void main(String[] args) {
System.out.println(CONSTANT_STRING);
System.out.println(CONSTANT_CLASS.getName());
}
}
在 ConstantPoolReference 中，CONSTANT_STRING 和 CONSTANT_CLASS 作为常量存储在运行时常量池。它们可以用来作为 GC Roots。
这些常量引用的对象（字符串"Hello, World"和 Object.class 类对象）在常量池中，只要包含这些常量的 ConstantPoolReference 类未被卸载，这些对象就不会被垃圾回收。
1.2 Stop The World
"Stop The World"是 Java 垃圾收集中的一个重要概念。在垃圾收集过程中，JVM 会暂停所有的用户线程，这种暂停被称为"Stop The World"事件。
这么做的主要原因是为了防止在垃圾收集过程中，用户线程修改了堆中的对象，导致垃圾收集器无法准确地收集垃圾。
值得注意的是，"Stop The World"事件会对 Java 应用的性能产生影响。如果停顿时间过长，就会导致应用的响应时间变长，对于对实时性要求较高的应用，如交易系统、游戏服务器等，这种情况是不能接受的。
因此，在选择和调优垃圾收集器时，需要考虑其停顿时间。Java 中的一些垃圾收集器，如 G1 和 ZGC，都会尽可能地减少了"Stop The World"的时间，通过并发的垃圾收集，提高应用的响应性能。
总的来说，"Stop The World"是 Java 垃圾收集中必须面对的一个挑战，其目标是在保证内存的有效利用和应用的响应性能之间找到一个平衡。
1.3 垃圾收集算法
在确定了哪些垃圾可以被回收后，垃圾收集器要做的事情就是进行垃圾回收，但是这里面涉及到一个问题是：如何高效地进行垃圾回收。由于 JVM 规范并没有对如何实现垃圾收集器做出明确的规定，因此各个厂商的虚拟机可以采用不同的方式来实现垃圾收集器，这里我们讨论几种常见的垃圾收集算法。
1.3.1 标记清除算法
标记清除算法（Mark-Sweep）是最基础的一种垃圾回收算法，它分为 2 部分，先把内存区域中的这些对象进行标记，哪些属于可回收的标记出来（用前面提到的可达性分析法），然后把这些垃圾拎出来清理掉。
就像上图一样，清理掉的垃圾就变成可使用的空闲空间，等待被再次使用。逻辑清晰，并且也很好操作，但它存在一个很大的问题，那就是内存碎片。碎片太多可能会导致当程序运行过程中需要分配较大对象时，因无法找到足够的连续内存而不得不提前触发新一轮的垃圾收集。
1.3.2 复制算法
复制算法（Copying）是在标记清除算法上演化而来的，用于解决标记清除算法的内存碎片问题。它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。
当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。这样就保证了内存的连续性，逻辑清晰，运行高效。
但复制算法也存在一个很明显的问题，合着我这 190 平的大四室，只能当 90 平米的小两室来居住？代价实在太高。
1.3.3 标记整理算法
标记整理算法（Mark-Compact），标记过程仍然与标记清除算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，再清理掉端边界以外的内存区域。
标记整理算法一方面在标记-清除算法上做了升级，解决了内存碎片的问题，也规避了复制算法只能利用一半内存区域的弊端。看起来很美好，但内存变动更频繁，需要整理所有存活对象的引用地址，在效率上比复制算法差很多。
1.3.4 分代收集算法
分代收集算法（Generational Collection）严格来说并不是一种思想或理论，而是融合上述 3 种基础的算法思想，而产生的针对不同情况所采用不同算法的一套组合拳。
根据对象存活周期的不同会将内存划分为几块，一般是把 Java 堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。
在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。
老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用标记清理或者标记整理算法来进行回收。
1.4 新生代和老年代
堆（Heap）是 JVM 中最大的一块内存区域，也是垃圾收集器管理的主要区域。
堆主要分为 2 个区域，年轻代与老年代，其中年轻代又分 Eden 区和 Survivor 区，其中 Survivor 区又分 From 和 To 两个区。
1.4.1 Eden 区
据 IBM 公司之前的研究表明，有将近 98% 的对象是朝生夕死，所以针对这一现状，大多数情况下，对象会在新生代 Eden 区中进行分配，当 Eden 区没有足够空间进行分配时，JVM 会发起一次 Minor GC，Minor GC 相比 Major GC 更频繁，回收速度也更快。
通过 Minor GC 之后，Eden 区中绝大部分对象会被回收，而那些无需回收的存活对象，将会进到 Survivor 的 From 区，如果 From 区不够，则直接进入 To 区。
1.4.2 Survivor 区
Survivor 区相当于是 Eden 区和 Old 区的一个缓冲，类似于我们交通灯中的黄灯。
1.4.2.1 为啥需要 Survivor 区？
不就是新生代到老年代吗，直接 Eden 到 Old 不好了吗，为啥要这么复杂。
如果没有 Survivor 区，Eden 区每进行一次 Minor GC，存活的对象就会被送到老年代，老年代很快就会被填满。而有很多对象虽然一次 Minor GC 没有消灭，但其实也并不会蹦跶多久，或许第二次，第三次就需要被清除。
这时候移入老年区，很明显不是一个明智的决定。
所以，Survivor 的存在意义就是减少被送到老年代的对象，进而减少 Major GC 的发生。Survivor 的预筛选保证，只有经历 16 次 Minor GC 还能在新生代中存活的对象，才会被送到老年代。
1.4.2.2 Survivor 区为啥划分为两块？
设置两个 Survivor 区最大的好处就是解决内存碎片化，我们先假设一下，Survivor 只有一个区域会怎样。
Minor GC 执行后，Eden 区被清空，存活的对象放到了 Survivor 区，而之前 Survivor 区中的对象，可能也有一些是需要被清除的。那么问题来了，这时候我们怎么清除它们？
在这种场景下，我们只能标记清除，而我们知道标记清除最大的问题就是内存碎片，在新生代这种经常会消亡的区域，采用标记清除必然会让内存产生严重的碎片化。
但因为 Survivor 有 2 个区域，所以每次 Minor GC，会将之前 Eden 区和 From 区中的存活对象复制到 To 区域。第二次 Minor GC 时，From 与 To 职责兑换，这时候会将 Eden 区和 To 区中的存活对象再复制到 From 区域，以此反复。
这种机制最大的好处就是，整个过程中，永远有一个 Survivor space 是空的，另一个非空的 Survivor space 是无碎片的。
那么，Survivor 为什么不分更多块呢？比方说分成三个、四个、五个？
显然，如果 Survivor 区再细分下去，每一块的空间就会比较小，容易导致 Survivor 区满，两块 Survivor 区可能是经过权衡之后的最佳方案。
1.4.3 Old 区
老年代占据着 2/3 的堆内存空间，只有在 Major GC 的时候才会进行清理，每次 GC 都会触发“Stop-The-World”。内存越大，STW 的时间也越长，所以内存也不仅仅是越大就越好。
由于复制算法在对象存活率较高的老年代会进行很多次的复制操作，效率很低，所以老年代这里采用的是标记整理算法。
除了上述所说，在内存担保机制下，无法安置的对象会直接进到老年代，以下几种情况也会进入老年代。
1.4.3.1 大对象
大对象指需要大量连续内存空间的对象，这部分对象不管是不是“朝生夕死”，都会直接进到老年代。这样做主要是为了避免在 Eden 区及 2 个 Survivor 区之间发生大量的内存复制。当你的系统有非常多“朝生夕死”的大对象时，得注意了。
1.4.3.2 长期存活对象
虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄（Age）计数器。正常情况下对象会不断的在 Survivor 的 From 区与 To 区之间移动，对象在 Survivor 区中每经历一次 Minor GC，年龄就增加 1 岁。当年龄增加到 15 岁时，这时候就会被转移到老年代。当然，这里的 15，JVM 也支持进行特殊设置 -XX:MaxTenuringThreshold=10。
可通过 java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep MaxTenuringThreshold 查看默认的阈值。
1.4.3.3 动态对象年龄
JVM 并不强制要求对象年龄必须到 15 岁才会放入老年区，如果 Survivor 空间中某个年龄段的对象总大小超过了 Survivor 空间的一半，那么该年龄段及以上年龄段的所有对象都会在下一次垃圾回收时被晋升到老年代，无需等你“成年”。
有点类似于负载均衡，轮询是负载均衡的一种，保证每台机器都分得同样的请求。看似很均衡，但每台机器的硬件不同，健康状况不同，所以我们可以基于每台机器接收的请求数、响应时间等，来调整负载均衡算法。
这种动态调整机制有助于优化内存使用和减少垃圾收集的频率，特别是在处理大量短生命周期对象的应用程序时。
二、小林-图解网络-TCP/IP网络模型
对于同一台设备上的进程间通信，有很多种方式，比如有管道、消息队列、共享内存、信号等方式，而对于不同设备上的进程间通信，就需要网络通信，而设备是多样性的，所以要兼容多种多样的设备，就协商出了一套通用的网络协议。
这个网络协议是分层的，每一层都有各自的作用和职责，接下来就根据「 TCP/IP 网络模型」分别对每一层进行介绍。
1、应用层
最上层的，也是我们能直接接触到的就是应用层，我们电脑或手机使用的应用软件都是在应用层实现。那么，当两个不同设备的应用需要通信的时候，应用就把应用数据传给下一层，也就是传输层。
所以，应用层只需要专注于为用户提供应用功能，比如 HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP等。
应用层是不用去关心数据是如何传输的，就类似于，我们寄快递的时候，只需要把包裹交给快递员，由他负责运输快递，我们不需要关心快递是如何被运输的。
而且应用层是工作在操作系统中的用户态，传输层及以下则工作在内核态。
2、传输层
应用层的数据包会传给传输层，传输层是为应用层提供网络支持的。
在传输层会有两个传输协议，分别是 TCP 和 UDP。
TCP 的全称叫传输控制协议（Transmission Control Protocol），大部分应用使用的正是 TCP 传输层协议，比如 HTTP 应用层协议。TCP 相比 UDP 多了很多特性，比如流量控制、超时重传、拥塞控制等，这些都是为了保证数据包能可靠地传输给对方。
UDP 相对来说就很简单，简单到只负责发送数据包，不保证数据包是否能抵达对方，但它实时性相对更好，传输效率也高。当然，UDP 也可以实现可靠传输，把 TCP 的特性在应用层上实现就可以，不过要实现一个商用的可靠 UDP 传输协议，也不是一件简单的事情。
应用需要传输的数据可能会非常大，如果直接传输就不好控制，因此当传输层的数据包大小超过 MSS（TCP 最大报文段长度） ，就要将数据包分块，这样即使中途有一个分块丢失或损坏了，只需要重新发送这一个分块，而不用重新发送整个数据包。在 TCP 协议中，我们把每个分块称为一个 TCP 段（TCP Segment）。
当设备作为接收方时，传输层则要负责把数据包传给应用，但是一台设备上可能会有很多应用在接收或者传输数据，因此需要用一个编号将应用区分开来，这个编号就是端口。
比如 80 端口通常是 Web 服务器用的，22 端口通常是远程登录服务器用的。而对于浏览器（客户端）中的每个标签栏都是一个独立的进程，操作系统会为这些进程分配临时的端口号。
由于传输层的报文中会携带端口号，因此接收方可以识别出该报文是发送给哪个应用。
3、网络层
传输层可能大家刚接触的时候，会认为它负责将数据从一个设备传输到另一个设备，事实上它并不负责。
实际场景中的网络环节是错综复杂的，中间有各种各样的线路和分叉路口，如果一个设备的数据要传输给另一个设备，就需要在各种各样的路径和节点进行选择，而传输层的设计理念是简单、高效、专注，如果传输层还负责这一块功能就有点违背设计原则了。
也就是说，我们不希望传输层协议处理太多的事情，只需要服务好应用即可，让其作为应用间数据传输的媒介，帮助实现应用到应用的通信，而实际的传输功能就交给下一层，也就是网络层（Internet Layer）。
网络层最常使用的是 IP 协议（Internet Protocol），IP 协议会将传输层的报文作为数据部分，再加上 IP 包头组装成 IP 报文，如果 IP 报文大小超过 MTU（以太网中一般为 1500 字节）就会再次进行分片，得到一个即将发送到网络的 IP 报文。
网络层负责将数据从一个设备传输到另一个设备，世界上那么多设备，又该如何找到对方呢？因此，网络层需要有区分设备的编号。
我们一般用 IP 地址给设备进行编号，对于 IPv4 协议， IP 地址共 32 位，分成了四段（比如，192.168.100.1），每段是 8 位。只有一个单纯的 IP 地址虽然做到了区分设备，但是寻址起来就特别麻烦，全世界那么多台设备，难道一个一个去匹配？这显然不科学。
因此，需要将 IP 地址分成两种意义：
- 一个是网络号，负责标识该 IP 地址是属于哪个「子网」的；
- 一个是主机号，负责标识同一「子网」下的不同主机；
怎么分的呢？这需要配合子网掩码才能算出 IP 地址 的网络号和主机号。
举个例子，比如 10.100.122.0/24，后面的/24表示就是 255.255.255.0 子网掩码，255.255.255.0 二进制是「11111111-11111111-11111111-00000000」，大家数数一共多少个1？不用数了，是 24 个1，为了简化子网掩码的表示，用/24代替255.255.255.0。
知道了子网掩码，该怎么计算出网络地址和主机地址呢？
将 10.100.122.2 和 255.255.255.0 进行按位与运算，就可以得到网络号，如下图：
将 255.255.255.0 取反后与IP地址进行进行按位与运算，就可以得到主机号。
那么在寻址的过程中，先匹配到相同的网络号（表示要找到同一个子网），才会去找对应的主机。
除了寻址能力， IP 协议还有另一个重要的能力就是路由。实际场景中，两台设备并不是用一条网线连接起来的，而是通过很多网关、路由器、交换机等众多网络设备连接起来的，那么就会形成很多条网络的路径，因此当数据包到达一个网络节点，就需要通过路由算法决定下一步走哪条路径。
路由器寻址工作中，就是要找到目标地址的子网，找到后进而把数据包转发给对应的网络内。
所以，IP 协议的寻址作用是告诉我们去往下一个目的地该朝哪个方向走，路由则是根据「下一个目的地」选择路径。寻址更像在导航，路由更像在操作方向盘。
4、网络接口层
生成了 IP 头部之后，接下来要交给网络接口层（Link Layer）在 IP 头部的前面加上 MAC 头部，并封装成数据帧（Data frame）发送到网络上。
IP 头部中的接收方 IP 地址表示网络包的目的地，通过这个地址我们就可以判断要将包发到哪里，但在以太网的世界中，这个思路是行不通的。
什么是以太网呢？电脑上的以太网接口，Wi-Fi接口，以太网交换机、路由器上的千兆，万兆以太网口，还有网线，它们都是以太网的组成部分。以太网就是一种在「局域网」内，把附近的设备连接起来，使它们之间可以进行通讯的技术。
以太网在判断网络包目的地时和 IP 的方式不同，因此必须采用相匹配的方式才能在以太网中将包发往目的地，而 MAC 头部就是干这个用的，所以，在以太网进行通讯要用到 MAC 地址。
MAC 头部是以太网使用的头部，它包含了接收方和发送方的 MAC 地址等信息，我们可以通过 ARP 协议获取对方的 MAC 地址。
所以说，网络接口层主要为网络层提供「链路级别」传输的服务，负责在以太网、WiFi 这样的底层网络上发送原始数据包，工作在网卡这个层次，使用 MAC 地址来标识网络上的设备。
5、总结
综上所述，TCP/IP 网络通常是由上到下分成 4 层，分别是应用层，传输层，网络层和网络接口层。
再给大家贴一下每一层的封装格式：
网络接口层的传输单位是帧（frame），IP 层的传输单位是包（packet），TCP 层的传输单位是段（segment），HTTP 的传输单位则是消息或报文（message）。但这些名词并没有什么本质的区分，可以统称为数据包。
