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Apache Software Foundation Thinking in Java:每个对象为了生存都需要资源，尤其是内存

萌宠菠菠乐园
2024-12-02 20:20

每个对象在Java（以及其他面向对象的编程语言）中都需要内存来存储其数据和状态。这是因为对象的状态信息是存储在其内部数据成员中的。这些数据成员可以是原始数据类型（如int，char等）或对象引用。
在Java中，对象的内存需求主要来自以下几个方面：

对象头信息：每个对象都需要一些额外的内存来存储对象头信息，如哈希码（如果对象需要被哈希），GC分代信息等。实例数据：这是对象的状态信息，存储在对象的实例变量中。这些变量可以是原始数据类型或对象引用。对齐填充：为了内存对齐和性能优化，JVM可能会在对象的内存布局中添加填充字节。引用：每个对象引用（即对其他对象的引用）也需要一定的内存。在Java中，这通常是通过指针实现的。
由于每个对象都需要内存来存储其状态信息，因此内存使用量随着对象的创建而增加。这也意味着如果创建了大量的短生命周期的对象，可能会导致频繁的垃圾收集，从而影响程序的性能。因此，在设计程序时，合理地管理对象生命周期和内存使用是非常重要的。为了有效地管理内存，Java提供了垃圾收集器（Garbage Collector）来自动回收不再使用的对象所占用的内存。开发者不需要手动释放内存，只需要关注对象的生命周期即可。
此外，为了减少内存消耗，可以考虑以下几点：重用对象：如果对象有较长的生命周期，考虑重用它们而不是每次需要时都创建新的对象。使用适当的数据结构：选择适当的数据结构可以减少内存消耗。例如，使用ArrayList而不是LinkedList，因为ArrayList使用数组存储元素，空间利用率更高。避免创建大量的短生命周期对象：这会导致频繁的垃圾收集，影响性能。使用流式API：流式API允许以声明性方式处理数据，减少中间对象的创建。使用对象池：对于需要频繁创建和销毁的对象，使用对象池可以减少内存消耗和垃圾收集的开销。内存分析工具：使用内存分析工具（如VisualVM、MAT等）来分析内存使用情况，找出内存泄漏和其他问题。
通过合理地管理内存，可以提高程序的性能，并确保系统资源的有效利用。除了以上提到的管理内存的方法，还有一些其他的技巧可以帮助优化Java程序的内存使用：使用WeakReference和SoftReference：在某些情况下，你可能希望一个对象在被垃圾收集之前可以存活更长的时间。Java中的WeakReference和SoftReference可以帮助你实现这一点。WeakReference允许一个对象在没有任何强引用指向它时被垃圾收集，而SoftReference允许一个对象在被垃圾收集之前存活一段时间，以便于被复用。使用压缩的集合：Java提供了一些压缩的集合类，如Compressed Row Matrix (CRS)结构的Vector，它们使用更少的内存空间。优化集合的大小：在使用集合时，尽量预估合适的大小，避免动态调整大小带来的额外开销。避免过度的对象复制：在处理数据时，尽量减少不必要的对象复制，可以通过传递引用或者使用流式API等方式来减少复制。关闭不再使用的资源：在使用完数据库连接、文件流等资源后，及时关闭它们，释放资源。利用缓存：对于频繁访问的数据，可以考虑使用缓存来减少重复计算和数据库查询，但要注意缓存的大小和过期策略。
通过遵循这些最佳实践，你可以显著提高Java程序的内存管理效率，从而提高程序的性能和响应速度。
引论：
每个对象为了生存都需要资源，尤其是内存。当我们不再一个对象时，它必须被清除掉使其占有的资源可以被释放和重用。在相对简单的编程情况下，怎样清除对象看起来似乎不是什么挑战：你创建了对象，根据需要使用它，然后它应该被销毁。然而，你很可能会遇到相对复杂的情况。
例如，假设你正在为某个机场设计空中交通管理系统（同样的模型在仓库货柜管理系统、录像带出租系统或是宠物寄宿店也适用）。一开始问题似乎很简单：创建一个容器来保存所有的飞机，然后为每一架进入控制交通控制区域的飞机创建一个新的飞机对象，并将其置于容器中。对于清除工作，只需在飞机离开此区域时删除相关的飞机对象即可。
但是，可能还另有某个系统记录着有关飞机的数据，也许这些数据不需要像主要的控制功能那样立刻受到人们的注意。例如，它可能记录着所有飞离飞机场的小型飞机的飞行计划。因此你需要有第二个容器用来存放小型飞机，无论何时，只要创建的是小型飞机对象，那么它同时也应该置入第二个容器内。然后某个后台进程在空闲时间对第二个容器内的对象执行操作。
现在问题变得更困难了：你怎样才能知道何时销毁这些对象呢？当你处理完某个对象之后，系统其他的某部分可能正在处理它。在其他许多场合中也会遇到同样的问题，在必须明确删除对象的编程系统中（例如C++），此问题会变得十分复杂。
Java的垃圾回收器被设计用来处理内存释放问题（尽管它不包括清除对象的其他方面）。垃圾回收器“知道”对象何时不再被使用，并自动释放该对象的内存。这与所有对象都是继承自单根基类Object，以及你只能以一种方式创建对象——在堆上创建这两个特性一起，使得用Java编程的过程较之用C++编程要简单得多，你要做的决策和要克服的障碍都要少得多。

提问：
什么是索引?
索引是个什么样的数据结构呢?
Hash索引和B+树所有有什么区别或者说优劣呢?
上面提到了B+树在满足聚簇索引和覆盖索引的时候不需要回表查询数据,什么是聚簇索引?
非聚簇索引一定会回表查询吗?
在建立索引的时候,都有哪些需要考虑的因素呢?
联合索引是什么?为什么需要注意联合索引中的顺序?
创建的索引有没有被使用到?或者说怎么才可以知道这条语句运行很慢的原因?
那么在哪些情况下会发生针对该列创建了索引但是在查询的时候并没有使用呢?
在这里插入图片描述