Linux 服務器我們天天打交道，特別是 Linux 工程師更是如此。為了保證服務器的安全與性能，我們經常需要監控服務器的一些狀態，以保證工作能順利開展。

本文介紹的幾個命令，不僅僅適用於服務器監控，也適用於我們日常情況下的開發。

1. watch

watch 命令我們的使用頻率很高，它的基本作用是，按照指定頻率重複執行某一條指令。使用這個命令，我們可以重複調用一些命令來達到監控服務器的作用。

默認情況下，watch 命令的執行周期是 2 秒，但我們可以使用 -n 選項來指定運行頻率，比如我們想要每隔 5 秒執行 date 命令，可以這麼執行：

$ watch -n 5 date

一台服務器肯定有多人在用，特別是本部門的小夥伴。對於這些小夥伴有沒渾水摸魚，我們可以使用一些命令來監控他們。

我們可以每隔 10 秒執行 who 命令，來看看都有誰在使用服務器。

$ watch -n 10 who
Every 10.0s: who                             butterfly: Tue Jan 23 16:02:03 2019

shs      :0           2019-01-23 09:45 (:0)
dory     pts/0        2019-01-23 15:50 (192.168.0.5)
alvin     pts/1        2019-01-23 16:01 (192.168.0.15)
shark    pts/3        2019-01-23 11:11 (192.168.0.27)

如果發現系統運行很慢，我們可以調用 uptime 命令來查看系統平均負載情況。

$ watch uptime
Every 2.0s: uptime                           butterfly: Tue Jan 23 16:25:48 2019

 16:25:48 up 22 days,  4:38,  3 users,  load average: 1.15, 0.89, 1.02

一些關鍵的進程肯定不能掛，否則可能會影響到業務開展，所以我們可以重複統計服務器中的所有進程數量。

$ watch -n 5 'ps -ef | wc -l'
Every 5.0s: ps -ef | wc -l                   butterfly: Tue Jan 23 16:11:54 2019

245

想動態知道服務器內存使用情況，可以重複執行 free 命令。

$ watch -n 5 free -m
Every 5.0s: free -m                          butterfly: Tue Jan 23 16:34:09 2019

              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           5959         776        3276          12        1906        4878
Swap:          2047           0        2047

當然不僅僅是這些，我們還可以重複調用很多命令來對服務器一些關鍵參數進行監控，

2. top

使用 top 命令我們可以知道系統的很多關鍵參數，而且是動態更新的。默認情況下，top 監控的是系統的整體狀態，如果我們只想知道某個人的使用情況，可以使用 -u 選項來指定這個人。

$ top -u alvin
top - 16:14:33 up 2 days,  4:27,  3 users,  load average: 0.00, 0.01, 0.02
Tasks: 199 total,   1 running, 198 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  0.0 us,  0.2 sy,  0.0 ni, 99.8 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
MiB Mem :   5959.4 total,   3277.3 free,    776.4 used,   1905.8 buff/cache
MiB Swap:   2048.0 total,   2048.0 free,      0.0 used.   4878.4 avail Mem

  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU  %MEM     TIME+ COMMAND
23026 alvin      20   0   46340   7820   6504 S   0.0   0.1   0:00.05 systemd
23033 alvin      20   0  149660   3140     72 S   0.0   0.1   0:00.00 (sd-pam)
23125 alvin      20   0   63396   5100   4092 S   0.0   0.1   0:00.00 sshd
23128 alvin      20   0   16836   5636   4284 S   0.0   0.1   0:00.03 zsh

在這個結果里，你不僅僅可以看到 alvin 這個用戶運行的所有的進程數，也可以看到每個進程所消耗的系統資源（CPU，內存），同時依然可以看到整個系統的關鍵參數。

3. ac

如果你想知道每個用戶登錄服務器所使用的時間，你可以使用 ac 命令。這個命令需要你安裝 acct 包（Debian）或 psacct 包（RHEL，Centos）。

如果我們想知道所有用戶登陸服務器所使用的時間之和，我們可以直接運行 ac 命令，無需任何參數。

$ ac
        total     1261.72

如果我們想知道各個用戶所使用時間，可以加上 -p 選項。

$ ac -p
        shark                                5.24
        alvin                                5.52
        shs                               1251.00
        total     1261.76

我們還可以通過加上 -d 選項來查看具體每一天用戶使用服務器時間之和。

$ ac -d | tail -10
Jan 11  total        0.05
Jan 12  total        1.36
Jan 13  total       16.39
Jan 15  total       55.33
Jan 16  total       38.02
Jan 17  total       28.51
Jan 19  total       48.66
Jan 20  total        1.37
Jan 22  total       23.48
Today   total        9.83

小結

我們可以使用很多命令來監控系統的運行狀態，本文主要介紹了三個：watch 命令可以讓你重複執行某一條命令來監控一些參數的變化，top 命令可以查看某個用戶運行的進程數以及消耗的資源，而 ac 命令則可以查看每個用戶使用服務器時間。你經常使用哪個命令呢？歡迎留言討論！

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Java註解

一、Java註解概述

註解（Annotation），也叫元數據。一種代碼級別的說明。它是JDK1.5及以後版本引入的一個特性，與類、接口、枚舉是在同一個層次。它可以聲明在包、類、字段、方法、局部變量、方法參數等的前面，用來對這些元素進行說明，註釋。

二、註解的作用分類

• 編寫文檔： 通過代碼里標識的元數據生成文檔【生成文檔doc文檔】
• 代碼分析： 通過代碼里標識的元數據對代碼進行分析【使用反射】
• 編譯檢查： 通過代碼里標識的元數據讓編譯器能夠實現基本的編譯檢查【Override等】

編寫文檔

首先，我們要知道Java中是有三種註釋的，分別為單行註釋、多行註釋和文檔註釋。而文檔註釋中，也有@開頭的元註解，這就是基於文檔註釋的註解。我們可以使用javadoc命令來生成doc文檔，此時我們文檔的內元註解也會生成對應的文檔內容。這就是編寫文檔的作用。

代碼分析

我們頻繁使用之一，也是包括使用反射來通過代碼里標識的元數據對代碼進行分析的，此內容我們在後續展開講解。

編譯檢查

至於在編譯期間在代碼中標識的註解，可以用來做特定的編譯檢查，它可以在編譯期間就檢查出“你是否按規定辦事”，如果不按照註解規定辦事的話，就會在編譯期間飄紅報錯，並予以提示信息。可以就可以為我們代碼提供了一種規範制約，避免我們後續在代碼中處理太多的代碼以及功能的規範。比如，@Override註解是在我們覆蓋父類（父接口）方法時出現的，這證明我們覆蓋方法是繼承於父類（父接口）的方法，如果該方法稍加改變就會報錯；@FunctionInterface註解是在編譯期檢查是否是函數式接口的，如果不遵循它的規範，同樣也會報錯。

三、jdk的內置註解

3.1 內置註解分類

• @Override： 標記在成員方法上，用於標識當前方法是重寫父類（父接口）方法，編譯器在對該方法進行編譯時會檢查是否符合重寫規則，如果不符合，編譯報錯。
• @Deprecated： 用於標記當前類、成員變量、成員方法或者構造方法過時如果開發者調用了被標記為過時的方法，編譯器在編譯期進行警告。
• @SuppressWarnings： 壓制警告註解，可放置在類和方法上，該註解的作用是阻止編譯器發出某些警告信息。

3.2 @Override註解

標記在成員方法上，用於標識當前方法是重寫父類（父接口）方法，編譯器在對該方法進行編譯時會檢查是否符合重寫規則，如果不符合，編譯報錯。

這裏解釋一下@Override註解，在我們的Object基類中有一個方法是toString方法，我們通常在實體類中去重寫此方法來達到打印對象信息的效果，這時候也會發現重寫的toString方法上方就有一個@Override註解。如下所示：

image-20200604203535421

於是，我們試圖去改變重寫后的toString方法名稱，將方法名改為toStrings。你會發現在編譯期就報錯了！如下所示：

image-20200604203645332

那麼這說明什麼呢？這就說明該方法不是我們重寫其父類（Object）的方法。這就是@Override註解的作用。

3.3 @Deprecated註解

用於標記當前類、成員變量、成員方法或者構造方法過時如果開發者調用了被標記為過時的方法，編譯器在編譯期進行警告。

我們解釋@Deprecated註解就需要模擬一種場景了。假設我們公司的產品，目前是V1.0版本，它為用戶提供了show1方法的功能。這時候我們為產品的show1方法的功能又進行了擴展，打算髮布V2.0版本。但是，我們V1.0版本的產品需要拋棄嗎？也就是說我們V1.0的產品功能還繼續讓用戶使用嗎？答案肯定是不能拋棄的，因為有一部分用戶是一直用V1.0版本的。如果拋棄了該版本會損失很多的用戶量，所以我們不能拋棄該版本。這時候，我們對功能進行了擴展后，發布了V2.0版本，我們給予用戶的通知就可以了，也就是告知用戶我們在V2.0版本中為功能進行了擴展。可以讓用戶自行選擇版本。

但是，除了發布告知用戶版本情況之外，我們還需要在原來版本的功能上給予提示，在上面的模擬場景中我們需要在show1方法上方加@Deprecated註解給予提示。通過這種方式也告知用戶“這是舊版本時候的功能了，我們不建議再繼續使用舊版本的功能”，這句話的意思也就正是給用戶做了提示。用戶也會這麼想“奧，這版本的這個功能不好用了，肯定有新版本，又更好用的功能。我要去官網查一下下載新版本”，還會有用戶這麼想“我明白了，又更新出更好的功能了，但是這個版本的功能我已經夠用了，不需要重新下載新版本了”。

那麼我們怎麼查看我上述所說的在功能上給予的提示呢？這時候我需要去創建一個方法，然後去調用show1方法，並查看調用時它是如何提示的。

圖已經貼出來了，你是否發現的新舊版本功能的異同點呢？很明顯，在方法中的提示是在調用的方法名上加了一道橫線把該方法劃掉了。這就體現了show1方法過時了，已經不建議使用了，我們為你提供了更好的。

回想起來，在我們的api中也會有方法是過時的，比如我們的Date日期類中的方法有很多都已經過時了。如下圖：

image-20200604210154348 image-20200604210416762

如你所見，是不是有很多方法都過時了呢？那它的方法上是加了@Deprecated註解嗎？來跟着我的腳步，我帶你們看一下。

我們已經知道的Date類中的這些方法已經是過時的了，如果我們使用該方法並執行該程序的話。執行的過程中就會提示該方法已過時的內容，但是只是提示，並不影響你使用該方法。如下：

image-20200604221938895

OK！這也就是@Deprecated註解的作用了。

3.4 @SuppressWarnings註解

壓制警告註解，可放置在類和方法上，該註解的作用是阻止編譯器發出某些警告信息，該註解為單值註解，只有 一個value參數，該參數為字符串數組類型，參數值常用的有如下幾個。

• unchecked：未檢查的轉化，如集合沒有指定類型還添加元素
• unused：未使用的變量
• resource：有泛型未指定類型
• path：在類路徑，原文件路徑中有不存在的路徑
• deprecation：使用了某些不贊成使用的類和方法
• fallthrough：switch語句執行到底沒有break關鍵字
• rawtypes：沒有寫泛型，比如: List list = new ArrayList();
• all：全部類型的警告

壓制警告註解，顧名思義就是壓制警告的出現。我們都知道，在Java代碼的編寫過程中，是有很多黃色警告出現的。但是我不知道你的導師是否教過你，程序員只需要處理紅色的error，不需要理會黃色的warning。如果你的導師說過此問題，那是有原因的。因為在你學習階段，我們認清處理紅色的error即可，這樣可以減輕你學習階段在腦部的記憶內容。如果你剛剛加入學習Java的隊列中，需要大腦記憶的東西就有太多了，也就是我們目前不需要額外記憶其他的東西，只記憶重點即可。至於黃色warning嘛，在你的學習過程中慢慢就會有所了解的，而不是死記硬背的。

那為了解釋@SuppressWarnings註解，我們還使用上一個例子，因為在那個例子中就有黃色的warning出現。

而每一個黃色的warning都會有警告信息的。比如，這一個圖中的警告信息，就告知你show2()方法沒有被使用，簡單來說，你創建的show2方法，但是你在代碼中並沒有調用過此方法。以後你便會遇到各種各樣黃色的warning。然後， 我們就可以使用不同的註解參數來壓制不同的註解。但是在該註解的參數中，提供了一個all參數可以壓制全部類型的警告。而這個註解是需要加到類的上方，並賦予all參數，即可壓制所有警告。如下：

image-20200604213943722

我們加入註解並賦予all參數后，你會發現use方法和show2方法的警告沒有了，實際上導Date包的警告還在，因為我們Date包導入到了該類中，但是我們並沒有創建Date對象，也就是並沒有寫入Date在代碼中，你也會發現那一行是灰色的，也就證明了我們沒有去使用導入這個包的任何信息的說法，出現這種情況我們就需要把這個沒有用的導包內容刪除掉，使用Ctrl + X刪除導入沒有用到的包即可。還有一種辦法就是在包的上方修飾壓制警告註解，但是我認為在一個沒有用的包上加壓制註解是毫無意義的，所以，我們直接刪除就好。

然後，我們還見到上圖，註解那一行出現了警告信息提示。這一行的意思是冗餘的警告壓制。這就是說我們壓制以下的警告並沒有什麼意義而造成的冗餘，但是如果我們使用了該類並做了點什麼的話，壓制註解的冗餘警告就會消失，畢竟我們使用了該類，此時就不會早場冗餘了。

上述解釋@SuppressWarnings註解也差不多就這些了。OK，繼續向下看吧。持續為大家講解。

3.5 @Repeatable註解

@Repeatable 表明標記的註解可以多次應用於相同的聲明或類型，此註解由Java8版本引入。我們知道註解是不能重複定義的，其實該註解就是一個語法糖，它可以重複多此使用，更適用於我們的特殊場景。

首先，我們先創建一個可以重複使用的註解。

package com.mylifes1110.anno;

import java.lang.annotation.Repeatable;

@Repeatable(Hour.class)
public @interface Hours {
    double[] hours() default 0;
}

你會發現註解要求傳入的值是一個類對象，此類對象就需要傳入另外一個註解，這裏也就是另外一個註解容器的類對象。我們去創建一下。

package com.mylifes1110.anno;

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

//容器
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Hour {
    Hours[] value();
}

其實，這兩個註解的套用，就是將一個普通的註解封裝了一個可重複使用的註解，來達到註解的復用性。最後，我們創建一下測試類，隨後帶你去看一下源碼。

package com.mylifes1110.java;

import com.mylifes1110.anno.Hours;

@Hours(hours = 4)
@Hours(hours = 4.5)
@Hours(hours = 2)
public class Worker {
    public static void main(String[] args) {
        //通過Hours註解類型來獲取Worker中的值數組對象
        Hours[] hours = Worker.class.getAnnotationsByType(Hours.class);
        //遍曆數組
        for (Hours h : hours) {
            System.out.println(h);
        }
    }
}

測試類，是一個工人測試類，該工人使用註解記錄早中晚的工作時間。測試結果如下：

image-20200606183652359

然後我們進入到源碼一探究竟。

image-20200606183737877

我們發現進入到源碼后，就只看見一個返回值為類對象的抽象方法。這也就驗證了該註解只是一個可實現重複性註解的語法糖而已。

四、註解分類

4.1 註解分類

註解可以根據註解參數分為三大類：

• 標記註解： 沒有參數的註解，僅用自身的存在與否為程序提供信息，如@Override註解，該註解沒有參數，用於表示當前方法為重寫方法。
• 單值註解： 只有一個參數的註解，如果該參數的名字為value，那麼可以省略參數名，如 @SuppressWarnings(value = “all”)，可以簡寫為@SuppressWarnings(“all”)。
• 完整註解： 有多個參數的註解。

4.2 標記註解

說到@Override註解是一個標記註解，那我們進入到該註解的源碼查看一下。從上往下看該註解源碼，發現它繼承了導入了java.lang.annotation.*，也就是有使用到該包的內容。然後下面就又是兩個看不懂的註解，其實發現註解的定義格式是public修飾的@Interface，最終看到該註解中方法體並沒有任何參數，也就是只起到標記作用。

4.3 單值註解

在上面我們用到的@SuppressWarnings註解就是一個單值註解。那我們進入到它的源碼看一下是怎麼個情況。其實，和標記註解比較，它就多一個value參數而已，而這就是單值註解的必要條件，即只有一個參數。並且這一個參數為value時，我們可以省略value。

4.4 完整註解

上述兩個類型註解講解完，至於完整註解嘛，這下就能更明白了。其中的方法體就是有多個參數而已。

五、自定義註解

5.1 自定義註解格式

格式： public @Interface 註解名 {屬性列表/無屬性}

注意： 如果註解體中無任何屬性，其本質就是標記註解。但是與其標註註解還少了上邊修飾的元註解。

如下，這就是一個註解。但是它與jdk自定義註解有點區別，jdk自定義註解的上方還有註解來修飾該註解，而那註解就叫做元註解。元註解我會在後面詳細的說到。

image-20200606104149069

這裏我們的確不知道@Interface是什麼，那我們就把自定義的這個註解反編譯一下，看一下反編譯信息。反編譯操作如下：

image-20200606104818131

反編譯后的反編譯內容如下：

public interface com.mylifes1110.anno.MyAnno extends java.lang.annotation.Annotation {
}

首先，看過反編譯內容后，我們可以直觀的得知他是一個接口，因為它的public修飾符後面的關鍵字是interface。

其次，我們發現MyAnno這個接口是繼承了java.lang.annotation包下的Annotation接口。

所以，我們可以得知註解的本質就是一個接口，該接口默認繼承了Annotation接口。

既然，是繼承的Annotation接口，那我們就去進入到這個接口中，看它定義了什麼。以下是我抽取出來的接口內容。我們發現它看似很常見，其實它們不是很常用，作為了解即可。

public interface Annotation {
    boolean equals(Object obj);
    int hashCode();
    String toString();
    Class<? extends Annotation> annotationType();
}

最後，我們的註解中也是可以寫有屬性的，它的屬性不同於普通的屬性，它的屬性是抽象方法。既然註解也是一個接口，那麼我們可以說接口體中可以定義什麼，它同樣也可以定義，而它的修飾符與接口一樣，也是默認被public abstract修飾。

而註解體中的屬性也是有要求的。其屬性要求如下：

• 屬性的返回值類型必須是以下幾種：
• 基本數據類型
• String類型
• 枚舉類型
• 註解
• 以上類型的數組
• 注意： 在這裏不能有void的無返回值類型和以上類型以外的類型
• 定義的屬性，在使用時需要給註解中的屬性賦值
• 如果定義屬性時，使用default關鍵字給屬性默認初始化值，則使用註解時可以不為屬性賦值，它取的是默認值。如果為它再次傳入值，那麼就發生了對原值的覆蓋。
• 如果只有一個屬性需要賦值，並且屬性的名稱為value，則賦值時value可以省略，可以直接定義值
• 數組賦值時，值使用{}存儲值。如果數組中只有一個值，則可以省略{}。

5.2 自定義註解屬性的返回值

屬性返回值既然有以上幾種，那麼我就在這裏寫出這幾種演示一下是如何寫的。

首先，定義一個枚舉類和另外一個註解備用。

package com.mylifes1110.enums;

public enum Lamp {
    RED, GREEN, YELLOW
}

package com.mylifes1110.anno;

public @interface MyAnno2 {
}

其次，我們來定義上述幾種類型，如下：

package com.mylifes1110.anno;

import com.mylifes1110.enums.Lamp;

public @interface MyAnno {
    //基本數據類型
    int num();

    //String類型
    String value();

    //枚舉類型
    Lamp lamp();

    //註解類型
    MyAnno2 myAnno2();

    //以上類型的數組
    String[] values();
    Lamp[] lamps();
    MyAnno2[] myAnno2s();
    int[] nums();
}

5.3 自定義註解的屬性賦值

這裏我們演示一下，首先，我們使用該註解來進行演示。

package com.mylifes1110.anno;

public @interface MyAnno {
    //基本數據類型
    int num();

    //String類型
    String value();
}

隨後創建一個測試類，在類的上方寫上註解，你會發現，註解的參數中會讓你寫這兩個參數（int、String）。

image-20200606113037920

此時，傳參是這樣來做的。格式為：名稱 = 返回值類型參數。如下：

上述所說，如果使用default關鍵字給屬性默認初始化值，就不需要為其參數賦值，如果賦值的話，就把默認初始化的值覆蓋掉了。

當然還有一個規則，如果只有一個屬性需要賦值，並且屬性的名稱為value，則賦值時value可以省略，可以直接定義值。那麼，我們的num已經有了默認值，就可以不為它傳值。我們發現，註解中定義的屬性就剩下了一個value屬性值，那麼我們就可以來演示這個規則了。

image-20200606113849685

這裏，我並沒有寫屬性名稱value，而是直接為value賦值。如果我將num的default關鍵字修飾去掉呢，那意思也就是說在使用該註解時必須為num賦值，這樣可以省略value嗎？那我們看一下。

image-20200606114216801

結果，就是我們所想的，它報錯了，必須讓我們給num賦值。其實想想這個規則也是很容易懂的，定義一個為value的值，就可以省略其value名稱。如果定義多個值，它們可以省略名稱就無法區分定義的是那個值了，關鍵是還有數組，數組內定義的是多個值呢，對吧。

5.4 自定義註解的多種返回值類型賦值

這裏我們演示一下，上述的多種返回值類型是如何賦值的。這裏我們定義這幾個參數來看一下，是如何為屬性賦值的。

num是一個int基本數據類型，即num = 1

value是一個String類型，即value = "str"

lamp是一個枚舉類型，即lamp = Lamp.RED

myAnno2是一個註解類型，即myAnno2 = @MyAnno2

values是一個String類型數組，即values = {"s1", "s2", "s3"}

values是一個String類型數組，其數組中只有一個值，即values = "s4"

注意： 值與值之間是,隔開的；數組是用{}來存儲值的，如果數組中只有一個值可以省略{}；枚舉類型是枚舉名.枚舉值

六、元註解

6.1 元註解分類

元註解就是用來描述註解的註解。一般使用元註解來限制自定義註解的使用範圍、生命周期等等。

而在jdk的中java.lang.annotation包中定義了四個元註解，如下：

元註解	描述
@Target	指定被修飾的註解的作用範圍
@Retention	指定了被修飾的註解的生命周期
@Documented	指定了被修飾的註解是可以Javadoc等工具文檔化
@Inherited	指定了被修飾的註解修飾程序元素的時候是可以被子類繼承的

6.2 @Target

@Target 指定被修飾的註解的作用範圍。其作用範圍可以在源碼中找到參數值。

屬性	描述
CONSTRUCTOR	用於描述構造器
FIELD（常用）	用於描述屬性
LOCAL_VARIABLE	用於描述局部變量
METHOD（常用）	用於描述方法
PACKAGE	用於描述包
PARAMETER	用於描述參數
TYPE（常用）	用於描述類、接口(包括註解類型) 或enum聲明
ANNOTATION_TYPE	用於描述註解類型
TYPE_USE	用於描述使用類型

由此可見，該註解體內只有一個value屬性值，但是它的類型是一個ElementType數組。那我們進入到這個數組中繼續查看。

進入到該數組中，你會發現他是一個枚舉類，其中定義了上述表格中的各個屬性。

了解了@Target的作用和屬性值后，我們來使用一下該註解。首先，我們要先用該註解來修飾一個自定義註解，定義該註解的指定作用在類上。如下：

而你觀察如下測試類，我們把註解作用在類上時是沒有錯誤的。而當我們的註解作用在其他地方就會報錯。這也就說明了，我們@Target的屬性起了作用。

注意： 如果我們定義多個作用範圍時，也是可以省略該參數名稱了，因為該類型是一個數組，雖然能省略名稱但是，我們還需要用{}來存儲。

6.3 @Retention

@Retention 指定了被修飾的註解的生命周期

屬性	描述
RetentionPolicy.SOURCE	註解只在源碼階段保留，在編譯器進行編譯時它將被丟棄忽視。
RetentionPolicy.CLASS	註解只被保留到編譯進行時的class文件，但 JVM 加載class文件時候被遺棄，也就是在這個階段不會讀取到該class文件。
RetentionPolicy.RUNTIME（常用）	註解可以保留到程序運行的時候，它會被加載進入到 JVM 中，所以在程序運行時可以獲取到它們。

注意： 我們常用的定義即是RetentionPolicy.RUNTIME，因為我們使用反射來實現的時候是需要從JVM中獲取class類對象並操作類對象的。

首先，我們要了解反射的三個生命周期階段，這部分內容我在Java反射機制中也是做了非常詳細的說明，有興趣的小夥伴可以去看看我寫的Java反射機制，相信你在其中也會有所收穫。

這裏我再次強調一下這三個生命周期是源碼階段 – > class類對象階段 – > Runtime運行時階段。

那我們進入到源碼，看看@Retention註解中是否有這些參數。

我們看到該註解中的屬性只有一個value，而它的類型是一個RetentionPolicy類型，我們進入到該類型中看看有什麼參數，是否與表格中的參數相同呢？

image-20200606145449931

至於該註解怎麼使用，其實是相同的，用法如下：

這就證明了我們的註解可以保留到Runtime運行階段，而我們在反射中大多數是定義到Runtime運行時階段的，因為我們需要從JVM中獲取class類對象並操作類對象。

6.4 @Documented

@Documented 指定了被修飾的註解是可以Javadoc等工具文檔化

@Documented註解是比較好理解的，它是一個標記註解。被該標記註解標記的註解，生成doc文檔時，註解是可以被加載到文檔中显示的。

image-20200606152526551

還拿api中過時的Date中的方法來說，在api中显示Date中的getYear方法是這樣的。

正如你看到的，註解在api中显示了出來，證明該註解是@Documented註解修飾並文檔化的。那我們就看看這個註解是否被@Documented修飾吧。

然後，我們發現該註解的確是被文檔化了。所以在api中才會显示該註解的。如果不信，你可以自己使用javadoc命令來生成一下doc文檔，看看被該註解修飾的註解是否存在。

至於Javadoc文檔生成，我在javadoc文檔生成一文中有過詳細記載，大家可以進行參考，生成doc文檔查看。

6.5 @Inherited

@Inherited 指定了被修飾的註解修飾程序元素的時候是可以被子類繼承的

首先進入到源碼中，我們也可以清楚的知道，該註解也是一個標記註解。而且它也是被文檔化的註解。

其次，我們去在自定義註解中，標註上@Inherited註解。

演示@Inherited註解，我需要創建兩個類，同時兩個類中有一層的繼承關係。如下：

我們在Person類中標記了@MyAnno註解，由於該註解被@Inherited註解修飾，我們就可以得出繼承於Person類的Student類也同樣被@MyAnno註解標記了，如果你要獲取該註解的值的話，肯定獲取的也是父類上註解值的那個”1″。

七、使用反射機制解析註解

自定義註解

package com.mylifes1110.anno;

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

/**
 * @InterfaceName Sign
 * @Description 描述需要執行的類名和方法名
 * @Author Ziph
 * @Date 2020/6/6
 * @Since 1.8
 */
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Sign {
    String methodName();

    String className();
}

Cat

package com.mylifes1110.java;

/**
 * @ClassName Cat
 * @Description 描述一隻貓的類
 * @Author Ziph
 * @Date 2020/6/6
 * @Since 1.8
 */
public class Cat {
    /*
     * @Description 描述一隻貓吃魚的方法 
     * @Author Ziph
     * @Date 2020/6/6
     * @Param []
     * @return void
     */
    public void eat() {
        System.out.println("貓吃魚");
    }
}

準備好，上述代碼后，我們就可以開始編寫使用反射技術來解析註解的測試類。如下：

首先，我們先通過反射來獲取註解中的methodName和className參數。

package com.mylifes1110.java;

import com.mylifes1110.anno.Sign;

/**
 * @ClassName SignTest
 * @Description 要求創建cat對象並執行其類中eat方法
 * @Author Ziph
 * @Date 2020/6/6
 * @Since 1.8
 */
@Sign(className = "com.mylifes1110.java.Cat", methodName = "eat")
public class SignTest {
    public static void main(String[] args) {
        //獲取該類的類對象
        Class<SignTest> signTestClass = SignTest.class;
        //獲取類對象中的註解對象
        //原理實際上是在內存中生成了一個註解接口的子類實現對象
        Sign sign = signTestClass.getAnnotation(Sign.class);
        //調用註解對象中定義的抽象方法（註解中的屬性）來獲取返回值
        String className = sign.className();
        String methodName = sign.methodName();
        System.out.println(className);
        System.out.println(methodName);
    }
}

此時的打印結果證明我們已經成功獲取到了該註解的兩個參數。

image-20200606162810165

注意： 獲取類對象中的註解對象時，其原理實際上是在內存中生成了一個註解接口的子類實現對象並返回的字符串內容。如下：

public class SignImpl implements Sign {
    public String methodName() {
        return "eat";
    }

    public String className() {
        return "com.mylifes1110.java.Cat";
    }
}

繼續編寫我們後面的代碼，代碼完整版如下：

完整版代碼

package com.mylifes1110.java;

import com.mylifes1110.anno.Sign;

import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;

/**
 * @ClassName SignTest
 * @Description 要求創建cat對象並執行其類中eat方法
 * @Author Ziph
 * @Date 2020/6/6
 * @Since 1.8
 */
@Sign(className = "com.mylifes1110.java.Cat", methodName = "eat")
public class SignTest {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException {
        //獲取該類的類對象
        Class<SignTest> signTestClass = SignTest.class;
        //獲取類對象中的註解對象
        //原理實際上是在內存中生成了一個註解接口的子類實現對象
        Sign sign = signTestClass.getAnnotation(Sign.class);
        //調用註解對象中定義的抽象方法（註解中的屬性）來獲取返回值
        String className = sign.className();
        String methodName = sign.methodName();
        //獲取className名稱的類對象
        Class<?> clazz = Class.forName(className);
        //創建對象
        Object o = clazz.newInstance();
        //獲取methodName名稱的方法對象
        Method method = clazz.getMethod(methodName);
        //執行該方法
        method.invoke(o);
    }
}

執行結果

執行后成功的調用了eat方法，並打印了貓吃魚的結果，如下：

八、自定義註解改變JDBC工具類

首先，我們在使用JDBC的時候是需要通過properties文件來獲取配置JDBC的配置信息的，這次我們通過自定義註解來獲取配置信息。其實使用註解並沒有用配置文件好，但是我們需要了解這是怎麼做的，獲取方法也是魚使用反射機制解析註解，所謂“萬變不離其宗”，它就是這樣的。

自定義註解

package com.mylifes1110.java.anno;

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

/**
 * @InterfaceName DBInfo
 * @Description 給予註解聲明周期為運行時並限定註解只能用在類上
 * @Author Ziph
 * @Date 2020/6/6
 * @Since 1.8
 */
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface DBInfo {
    String driver() default "com.mysql.jdbc.Driver";

    String url() default "jdbc:mysql://localhost:3306/temp?useUnicode=true&characterEncoding=utf8";

    String username() default "root";

    String password() default "123456";
}

數據庫連接工具類

為了代碼的健全我也在裏面加了properties文件獲取連接的方式。

package com.mylifes1110.java.utils;

import com.mylifes1110.java.anno.DBInfo;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.sql.*;
import java.util.Properties;

/**
 * @ClassName DBUtils
 * @Description 數據庫連接工具類
 * @Author Ziph
 * @Date 2020/6/6
 * @Since 1.8
 */
@DBInfo()
public class DBUtils {
    private static final Properties PROPERTIES = new Properties();
    private static String driver;
    private static String url;
    private static String username;
    private static String password;

    static {
        Class<DBUtils> dbUtilsClass = DBUtils.class;
        boolean annotationPresent = dbUtilsClass.isAnnotationPresent(DBInfo.class);
        if (annotationPresent) {
            /**
             * DBUilts類上有DBInfo註解，並獲取該註解
             */
            DBInfo dbInfo = dbUtilsClass.getAnnotation(DBInfo.class);
//            System.out.println(dbInfo);
            driver = dbInfo.driver();
            url = dbInfo.url();
            username = dbInfo.username();
            password = dbInfo.password();
        } else {
            InputStream inputStream = DBUtils.class.getResourceAsStream("db.properties");
            try {
                PROPERTIES.load(inputStream);
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        try {
            Class.forName(driver);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static Connection getConnection() {
        try {
            return DriverManager.getConnection(url, username, password);
        } catch (SQLException throwables) {
            throwables.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    public static void closeAll(Connection connection, Statement statement, ResultSet resultSet) {
        try {
            if (resultSet != null) {
                resultSet.close();
                resultSet = null;
            }

            if (statement != null) {
                statement.close();
                statement = null;
            }
            if (connection != null) {
                connection.close();
                connection = null;
            }
        } catch (SQLException throwables) {
            throwables.printStackTrace();
        }
    }
}

測試類

package com.mylifes1110.java.test;

import com.mylifes1110.java.utils.DBUtils;

import java.sql.Connection;

/**
 * @ClassName GetConnectionDemo
 * @Description 測試連接是否可以獲取到
 * @Author Ziph
 * @Date 2020/6/6
 * @Since 1.8
 */
public class GetConnectionDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Connection connection = DBUtils.getConnection();
        System.out.println(connection);
    }
}

測試結果

為了證明獲取的連接是由註解的配置信息獲取到的連接，我將properties文件中的所有配置信息刪除后測試的。

九、自定義@MyTest註解實現單元測試

我不清楚小夥伴們是否了解，Junit單元測試。@Test是單元測試的測試方法上方修飾的註解。此註解的核心原理也是由反射來實現的。如果有小夥伴不知道什麼是單元測試或者對自定義@MyTest註解實現單元測試感興趣的話，可以點進來看看哦！

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基於blazor實現的一個簡單的TODO List

最近看到一些大佬都開始關注blazor，我也想學習一下。做了一個小的demo，todolist，僅是一個小示例，參考此vue項目的實現http://www.jq22.com/code1339

先看實現的效果圖

不BB,直接可以去看

源碼與預覽地址

• 示例地址 http://baimocore.cn:8081/
• 源碼地址 BlazorAppTodoList

源碼介紹

我們這裏刪除了默認的一些源碼。只保留最簡單的結構,在Pages/Index.razor中。

@code代碼結構中寫如下內容

1. 創建一個類，裡面包含 id,label,isdone三個屬性值。

public class TodoItem
{
    public TodoItem () { }
    public TodoItem (int id, string label, bool isDone)
    {
        Id = id;
        Label = label;
        IsDone = isDone;
    }
    public int Id { get; set; }
    public string Label { get; set; }
    public bool IsDone { get; set; }
}

1. 我們可以通過override重寫初始化，並給Todos設置一些數據。

private IList<TodoItem> Todos;
private int id = 0;
protected override void OnInitialized ()
{
    Todos = new List<TodoItem> ()
    {
        new TodoItem (++id, "Learn Blazor", false),
        new TodoItem (++id, "Code a todo list", false),
        new TodoItem (++id, "Learn something else", false)
    };
}

展示還有多少未完成的任務

<h1>
        Todo List(@Todos.Count(todo => !todo.IsDone))
        <span>Get things done, one item at a time.</span>
</h1>

當任務沒有時，我們展示默認效果，提示用戶無任務

<p class="emptylist" style="display: @(Todos.Count()>0?"none":"");">Your todo list is empty.</p>

新增一個任務

<form name="newform">
    <label for="newitem">Add to the todo list</label>
    <input type="text" name="newitem" id="newitem" @bind-value="Label">
    <button type="button" @onclick="AddItem">Add item</button>
</form>

這裏我們用了一個Label變量，一個onclick事件。

private string Label;

private void AddItem()
{
    if (!string.IsNullOrWhiteSpace(Label))
    {
        Todos.Add (new TodoItem { Id = ++id, Label = Label });
        Label = string.Empty;
    }
    this.SortByStatus();
}

this.SortByStatus
因為我們這裏還實現一個功能，就是當勾選（當任務完成時，我們將他移到最下面）

<div class="togglebutton-wrapper@(IsActive==true?" togglebutton-checked":"")">
    <label for="todosort">
        <span class="togglebutton-Label">Move done items at the end?</span>
        <span class="tooglebutton-box"></span>
    </label>
    <input type="checkbox" name="todosort" id="todosort" value="@IsActive" @onchange="ActiveChanged">
</div>

一個IsActive的變量，用於指示當前checkbox的樣式，是否開啟已完成的任務移動到最下面。當勾選時，改變IsActive的值。並調用排序的功能。

private bool IsActive = false;
private void ActiveChanged()
{
    this.IsActive = !this.IsActive;
    this.SortByStatus();
}
private void SortByStatus()
{
    if (this.IsActive)
    {
        Todos = Todos.OrderBy(r => r.IsDone).ThenByDescending(r => r.Id).ToList();
    }
    else
    {
        Todos = Todos.OrderByDescending(r => r.Id).ToList();
    }
}

對於列表的展示我們使用如下ul li @for實現

<ul>
    @foreach (var item in Todos)
    {
        <li stagger="5000" class="@(item.IsDone?"done":"")">
            <span class="label">@item.Label</span>
            <div class="actions">
                <button class="btn-picto" type="button"
                        @onclick="@((e)=> {MarkAsDoneOrUndone(item);})"
                        title="@(item.IsDone ? "Undone" :"Done")"
                        aria-label="@(item.IsDone ? "Undone" :"Done")">
                    <i aria-hidden="true" class="material-icons">@(item.IsDone ? "check_box" : "check_box_outline_blank")</i>
                </button>
                <button class="btn-picto" type="button"
                        @onclick="@((e)=> { DeleteItemFromList(item); })"
                        aria-Label="Delete" title="Delete">
                    <i aria-hidden="true" class="material-icons">delete</i>
                </button>
            </div>
        </li>
    }
</ul>

循環Todos，然後，根據item.IsDone，改變li的樣式，從而實現一个中劃線的功能，二個按鈕的功能，一個是勾選任務表示此任務已完成，另一個是刪除此任務。同理，我們仍然通過IsDone來標識完成任務的圖標，標題等。

• 任務設置已完成/設置為未完成： @onclick調用方法MarkAsDoneOrUndone，並將當前的一行記錄item傳給方法，需要使用一個匿名函數調用@code中的方法,將isDone取相反的值，並重新排序。

private void MarkAsDoneOrUndone(TodoItem item)
{
    item.IsDone = !item.IsDone;
    this.SortByStatus();
}

• 刪除一個任務，同理，使用匿名函數，DeleteItemFromList直接通過IList的方法Remove刪除一個對象，並排序。

private void DeleteItemFromList(TodoItem item)
{
    Todos.Remove(item);
    this.SortByStatus();
}

當然，我們可以 在ul，外包裹一層,根據Count判斷有沒有任務，從而显示這個列表。

<div style="display: @(Todos.Count()>0?"":"none");"><ul>xxx</ul></div>

其他的樣式與圖標，請看最上面的源碼wwwroot/css目錄獲取。

deploy(部署)

• 有興趣的可以看官網 https://docs.microsoft.com/en-us/aspnet/core/host-and-deploy/blazor/?view=aspnetcore-3.1&tabs=visual-studio

在項目根目錄執行如下命令

dotnet publish -c Release

我們就能得到一個發布包，他的位置在 （BlazorAppTodoList\bin\Release\netstandard2.1\publish） ，我們把他複製到服務器上，這裏我放到/var/www/todolilst目錄中。

它相當於一個靜態文件，你可以將他部署到任何一個web服務器上。

這裏我們把他放到nginx中，並在目錄/etc/nginx/conf.d/ 新建一個文件 todolist.conf，然後放入如下內容。

 server {
        listen 8081;

        location / {
            root /var/www/todolist/wwwroot;
            try_files $uri $uri/ /index.html =404;
        }
}

記得在etc/nginx/nginx.conf中配置gzip壓縮。

gzip  on;
gzip_min_length 5k; #gzip壓縮最小文件大小，超出進行壓縮（自行調節）
gzip_buffers 4 16k; #buffer 不用修改
gzip_comp_level 8; #壓縮級別:1-10，数字越大壓縮的越好，時間也越長
gzip_types text/plain application/x-javascript application/javascript text/css application/xml text/javascript application/x-httpd-php image/jpeg image/gif image/png application/octet-stream; #  壓縮文件類型 
gzip_vary on; # 和http頭有關係，加個vary頭，給代理服務器用的，有的瀏覽器支持壓縮，有的不支持，所以避免浪費不支持的也壓縮，所以根據客戶端的HTTP頭來判斷，是否需要壓縮

我遇到dll，wasm，後綴的文件壓縮無效。因為gzip_types ，沒有配置他們的Content-Type。我們在瀏覽器中找到響應頭Content-Type: application/octet-stream,然後在上文中的nginx配置文件中，gzip_types加上application/octet-stream，

最後執行

nginx -t
nginx -s reload

打開網站看效果

http://baimocore.cn:8081

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Python 內存管理分層架構

/* An object allocator for Python.

   Here is an introduction to the layers of the Python memory architecture,
   showing where the object allocator is actually used (layer +2), It is
   called for every object allocation and deallocation (PyObject_New/Del),
   unless the object-specific allocators implement a proprietary allocation
   scheme (ex.: ints use a simple free list). This is also the place where
   the cyclic garbage collector operates selectively on container objects.


    Object-specific allocators
    _____   ______   ______       ________
   [ int ] [ dict ] [ list ] ... [ string ]       Python core         |
+3 | <----- Object-specific memory -----> | <-- Non-object memory --> |
    _______________________________       |                           |
   [   Python's object allocator   ]      |                           |
+2 | ####### Object memory ####### | <------ Internal buffers ------> |
    ______________________________________________________________    |
   [          Python's raw memory allocator (PyMem_ API)          ]   |
+1 | <----- Python memory (under PyMem manager's control) ------> |   |
    __________________________________________________________________
   [    Underlying general-purpose allocator (ex: C library malloc)   ]
 0 | <------ Virtual memory allocated for the python process -------> |

   =========================================================================
    _______________________________________________________________________
   [                OS-specific Virtual Memory Manager (VMM)               ]
-1 | <--- Kernel dynamic storage allocation & management (page-based) ---> |
    __________________________________   __________________________________
   [                                  ] [                                  ]
-2 | <-- Physical memory: ROM/RAM --> | | <-- Secondary storage (swap) --> |

*/

reference：Objects/obmalloc.c

layer 3: Object-specific memory(int/dict/list/string....)
		python 實現並維護
		用戶對Python對象的直接操作，主要是各類特定對象的緩衝池機制，緩衝池，比如小整數對象池等等
layer 2: Python's object allocator
		實現了創建/銷毀python對象的接口(PyObject_New/Del),涉及對象參數/引用計數等

layer 1: Python's raw memory allocator (PyMem_ API)
		包裝了第0層的內存管理接口，提供同一個raw memory管理接口
		封裝的原因：不同操作系統C行為不一致，保證可移植性，相同語義相同行為
		
layer 0: Underlying general-purpose allocator (ex: C library malloc)
		操作系統提供的內存管理接口，由操作系統實現並管理，Python不能干涉這一層的行為,大內存 分配調用malloc函數分配內存

Python 內存分配策略之-block,pool

Python中有分為大內存和小內存，512K為分界線

• 大內存使用系統malloc進行分配

• 小內存使用python內存池進行分配

1. 如果要分配的內存空間大於 SMALL_REQUEST_THRESHOLD bytes(512 bytes), 將直接使用layer 1的內存分配接口進行分配
2. 否則, 使用不同的block來滿足分配需求

申請一塊大小28字節的內存, 實際從內存中劃到32字節的一個block (從size class index為3的pool裏面劃出)

block

內存塊block 是python內存的最小單位

* For small requests we have the following table:
 *
 * Request in bytes     Size of allocated block      Size class idx
 * ----------------------------------------------------------------
 *        1-8                     8                       0
 *        9-16                   16                       1
 *       17-24                   24                       2
 *       25-32                   32                       3
 *       33-40                   40                       4
 *       41-48                   48                       5
 *       49-56                   56                       6
 *       57-64                   64                       7
 *       65-72                   72                       8
 *        ...                   ...                     ...
 *      497-504                 504                      62
 *      505-512                 512                      63
 *
 *      0, SMALL_REQUEST_THRESHOLD + 1 and up: routed to the underlying
 *      allocator.
 */

pool

pool內存池，管理block, 一個pool管理着一堆固定大小的內存塊，在Python中, 一個pool的大小通常為一個系統內存頁. 4kB

#define SYSTEM_PAGE_SIZE        (4 * 1024)
#define SYSTEM_PAGE_SIZE_MASK   (SYSTEM_PAGE_SIZE - 1)

#define POOL_SIZE               SYSTEM_PAGE_SIZE        /* must be 2^N */
#define POOL_SIZE_MASK          SYSTEM_PAGE_SIZE_MASK

pool的4kB內存 = pool_header + block集合(N多大小一樣的block)

typedef uint8_t block;

/* Pool for small blocks. */
struct pool_header {
    union { block *_padding;
            uint count; } ref;          /* number of allocated blocks    */
    block *freeblock;                   /* pool's free list head         */
    struct pool_header *nextpool;       /* next pool of this size class  */
    struct pool_header *prevpool;       /* previous pool       ""        */
    uint arenaindex;                    /* index into arenas of base adr */
    uint szidx;                         /* block size class index        */
    uint nextoffset;                    /* bytes to virgin block         */
    uint maxnextoffset;                 /* largest valid nextoffset      */
};

pool_header 作用

與其他pool鏈接, 組成雙向鏈表
2. 維護pool中可用的block, 單鏈表
3. 保存 szidx , 這個和該pool中block的大小有關係, (block size=8, szidx=0), (block size=16, szidx=1)...用於內存分配時匹配到擁有對應大小block的pool

pool 初始化

void *
PyObject_Malloc(size_t nbytes)
{
  ...

          init_pool:
            // 1. 連接到 used_pools 雙向鏈表, 作為表頭
            // 注意, 這裏 usedpools[0] 保存着 block size = 8 的所有used_pools的表頭
            /* Frontlink to used pools. */
            next = usedpools[size + size]; /* == prev */
            pool->nextpool = next;
            pool->prevpool = next;
            next->nextpool = pool;
            next->prevpool = pool;
            pool->ref.count = 1;

            // 如果已經初始化過了...這裏看初始化, 跳過
            if (pool->szidx == size) {
                /* Luckily, this pool last contained blocks
                 * of the same size class, so its header
                 * and free list are already initialized.
                 */
                bp = pool->freeblock;
                pool->freeblock = *(block **)bp;
                UNLOCK();
                return (void *)bp;
            }


            /*
             * Initialize the pool header, set up the free list to
             * contain just the second block, and return the first
             * block.
             */
            // 開始初始化pool_header
            // 這裏 size = (uint)(nbytes - 1) >> ALIGNMENT_SHIFT;  其實是Size class idx, 即szidx
            pool->szidx = size;

            // 計算獲得每個block的size
            size = INDEX2SIZE(size);

            // 注意 #define POOL_OVERHEAD           ROUNDUP(sizeof(struct pool_header))
            // bp => 初始化為pool + pool_header size,  跳過pool_header的內存
            bp = (block *)pool + POOL_OVERHEAD;

            // 計算偏移量, 這裏的偏移量是絕對值
            // #define POOL_SIZE               SYSTEM_PAGE_SIZE        /* must be 2^N */
            // POOL_SIZE = 4kb, POOL_OVERHEAD = pool_header size
            // 下一個偏移位置: pool_header size + 2 * size
            pool->nextoffset = POOL_OVERHEAD + (size << 1);
            // 4kb - size
            pool->maxnextoffset = POOL_SIZE - size;

            // freeblock指向 bp + size = pool_header size + size
            pool->freeblock = bp + size;

            // 賦值NULL
            *(block **)(pool->freeblock) = NULL;
            UNLOCK();
            return (void *)bp;
        }

pool 進行block分配 – 總體代碼

  if (pool != pool->nextpool) {   //
            /*
             * There is a used pool for this size class.
             * Pick up the head block of its free list.
             */
            ++pool->ref.count;
            bp = pool->freeblock; // 指針指向空閑block起始位置
            assert(bp != NULL);

            // 代碼-1
            // 調整 pool->freeblock (假設A節點)指向鏈表下一個, 即bp首字節指向的下一個節點(假設B節點) , 如果此時!= NULL
            // 表示 A節點可用, 直接返回
            if ((pool->freeblock = *(block **)bp) != NULL) {
                UNLOCK();
                return (void *)bp;
            }

            // 代碼-2
            /*
             * Reached the end of the free list, try to extend it.
             */
            // 有足夠的空間, 分配一個, pool->freeblock 指向後移
            if (pool->nextoffset <= pool->maxnextoffset) {
                /* There is room for another block. */
                // 變更位置信息
                pool->freeblock = (block*)pool +
                                  pool->nextoffset;
                pool->nextoffset += INDEX2SIZE(size);


                *(block **)(pool->freeblock) = NULL; // 注意, 指向NULL
                UNLOCK();

                // 返回bp
                return (void *)bp;
            }

            // 代碼-3
            /* Pool is full, unlink from used pools. */  // 滿了, 需要從下一個pool獲取
            next = pool->nextpool;
            pool = pool->prevpool;
            next->prevpool = pool;
            pool->nextpool = next;
            UNLOCK();
            return (void *)bp;
        }

pool進行block分配 -1

內存塊尚未分配完, 且此時不存在回收的block, 全新進來的時候, 分配第一塊block

(pool->freeblock = *(block **)bp) == NULL

當進入代碼邏輯2時，表示有空閑的block, 代碼2的執行流程圖如下

pool進行block分配 – 2 回收了某幾個block

回收涉及的代碼：

void
PyObject_Free(void *p)
{
    poolp pool;
    block *lastfree;
    poolp next, prev;
    uint size;

    pool = POOL_ADDR(p);
    if (Py_ADDRESS_IN_RANGE(p, pool)) {
        /* We allocated this address. */
        LOCK();
        /* Link p to the start of the pool's freeblock list.  Since
         * the pool had at least the p block outstanding, the pool
         * wasn't empty (so it's already in a usedpools[] list, or
         * was full and is in no list -- it's not in the freeblocks
         * list in any case).
         */
        assert(pool->ref.count > 0);            /* else it was empty */
        // p被釋放, p的第一個字節值被設置為當前freeblock的值
        *(block **)p = lastfree = pool->freeblock;
        // freeblock被更新為指向p的首地址
        pool->freeblock = (block *)p;

        // 相當於往list中頭插入了一個節點

     ...
    }
}

每釋放一個block，該blcok就會變成pool->freeblock的頭結點， 假設已經連續分配了5塊, 第1塊和第4塊被釋放，此時的內存圖示如下：

此時再一個block分配調用進來, 執行分配, 進入的邏輯是代碼-1

bp = pool->freeblock; // 指針指向空閑block起始位置
// 代碼-1
// 調整 pool->freeblock (假設A節點)指向鏈表下一個, 即bp首字節指向的下一個節點(假設B節點) , 如果此時!= NULL
// 表示 A節點可用, 直接返回
if ((pool->freeblock = *(block **)bp) != NULL) {
    UNLOCK();
    return (void *)bp;
}

pool進行block分配 – 3 pool用完了

pool中內存空間都用完了, 進入代碼-3

/* Pool is full, unlink from used pools. */  // 滿了, 需要從下一個pool獲取
next = pool->nextpool;
pool = pool->prevpool;
next->prevpool = pool;
pool->nextpool = next;
UNLOCK();
return (void *)bp;

Python 內存分配策略之-arena

arena: 多個pool聚合的結果, 可放置64個pool

#define ARENA_SIZE              (256 << 10)     /* 256KB */

arena結構

一個完整的arena = arena_object + pool集合

/* Record keeping for arenas. */
struct arena_object {
    /* The address of the arena, as returned by malloc.  Note that 0
     * will never be returned by a successful malloc, and is used
     * here to mark an arena_object that doesn't correspond to an
     * allocated arena.
     */
    uintptr_t address;

    /* Pool-aligned pointer to the next pool to be carved off. */
    block* pool_address;

    /* The number of available pools in the arena:  free pools + never-
     * allocated pools.
     */
    uint nfreepools;

    /* The total number of pools in the arena, whether or not available. */
    uint ntotalpools;

    /* Singly-linked list of available pools. */
    struct pool_header* freepools;

    /* Whenever this arena_object is not associated with an allocated
     * arena, the nextarena member is used to link all unassociated
     * arena_objects in the singly-linked `unused_arena_objects` list.
     * The prevarena member is unused in this case.
     *
     * When this arena_object is associated with an allocated arena
     * with at least one available pool, both members are used in the
     * doubly-linked `usable_arenas` list, which is maintained in
     * increasing order of `nfreepools` values.
     *
     * Else this arena_object is associated with an allocated arena
     * all of whose pools are in use.  `nextarena` and `prevarena`
     * are both meaningless in this case.
     */
    struct arena_object* nextarena;
    struct arena_object* prevarena;
};

arena_object的作用
1. 與其他arena連接, 組成雙向鏈表
2. 維護arena中可用的pool, 單鏈表

• pool_header和管理的blocks內存是一塊連續的內存 => pool_header被申請時，其管理的的block集合的內存一併被申請 uint maxnextoffset; /* largest valid nextoffset */
• arena_object 和其管理的內存是分離的 => arena_object被申請時，其管理的pool集合的內存沒有被申請，而是在某一時刻建立關係的

arena的兩種狀態

/* The head of the singly-linked, NULL-terminated list of available
 * arena_objects.
 */
// 單鏈表
static struct arena_object* unused_arena_objects = NULL;

/* The head of the doubly-linked, NULL-terminated at each end, list of
 * arena_objects associated with arenas that have pools available.
 */
// 雙向鏈表
static struct arena_object* usable_arenas = NULL;

arena 初始化

* Allocate a new arena.  If we run out of memory, return NULL.  Else
 * allocate a new arena, and return the address of an arena_object
 * describing the new arena.  It's expected that the caller will set
 * `usable_arenas` to the return value.
 */
static struct arena_object*
new_arena(void)
{
    struct arena_object* arenaobj;
    uint excess;        /* number of bytes above pool alignment */
    void *address;
    static int debug_stats = -1;

    if (debug_stats == -1) {
        const char *opt = Py_GETENV("PYTHONMALLOCSTATS");
        debug_stats = (opt != NULL && *opt != '\0');
    }
    if (debug_stats)
        _PyObject_DebugMallocStats(stderr);

    // 判斷是否需要擴充"未使用"的arena_object列表
    if (unused_arena_objects == NULL) {
        uint i;
        uint numarenas;
        size_t nbytes;

        /* Double the number of arena objects on each allocation.
         * Note that it's possible for `numarenas` to overflow.
         */
        // 確定需要申請的個數, 首次初始化, 16, 之後每次翻倍
        numarenas = maxarenas ? maxarenas << 1 : INITIAL_ARENA_OBJECTS;
        if (numarenas <= maxarenas)
            return NULL;                /* overflow */
#if SIZEOF_SIZE_T <= SIZEOF_INT
        if (numarenas > SIZE_MAX / sizeof(*arenas))
            return NULL;                /* overflow */
#endif
        nbytes = numarenas * sizeof(*arenas);
        // 申請內存
        arenaobj = (struct arena_object *)PyMem_RawRealloc(arenas, nbytes);
        if (arenaobj == NULL)
            return NULL;
        arenas = arenaobj;

        /* We might need to fix pointers that were copied.  However,
         * new_arena only gets called when all the pages in the
         * previous arenas are full.  Thus, there are *no* pointers
         * into the old array. Thus, we don't have to worry about
         * invalid pointers.  Just to be sure, some asserts:
         */
        assert(usable_arenas == NULL);
        assert(unused_arena_objects == NULL);

        /* Put the new arenas on the unused_arena_objects list. */
        for (i = maxarenas; i < numarenas; ++i) {
            arenas[i].address = 0;              /* mark as unassociated */
            // 新申請的一律為0, 標識着這個arena處於"未使用"
            arenas[i].nextarena = i < numarenas - 1 ?
                                   &arenas[i+1] : NULL;
        }

         // 將其放入unused_arena_objects鏈表中
        // unused_arena_objects 為新分配內存空間的開頭
        /* Update globals. */
        unused_arena_objects = &arenas[maxarenas];
        maxarenas = numarenas;
    }

    /* Take the next available arena object off the head of the list. */
    assert(unused_arena_objects != NULL);
    // 從unused_arena_objects中, 獲取一個未使用的object
    arenaobj = unused_arena_objects;
    unused_arena_objects = arenaobj->nextarena;  // 更新鏈表
    assert(arenaobj->address == 0);
    // 申請內存, 256KB, 內存地址賦值給arena的address. 這塊內存可用
    address = _PyObject_Arena.alloc(_PyObject_Arena.ctx, ARENA_SIZE);
    if (address == NULL) {
        /* The allocation failed: return NULL after putting the
         * arenaobj back.
         */
        arenaobj->nextarena = unused_arena_objects;
        unused_arena_objects = arenaobj;
        return NULL;
    }
    arenaobj->address = (uintptr_t)address;

    ++narenas_currently_allocated;
    ++ntimes_arena_allocated;
    if (narenas_currently_allocated > narenas_highwater)
        narenas_highwater = narenas_currently_allocated;
    arenaobj->freepools = NULL;
    /* pool_address <- first pool-aligned address in the arena
       nfreepools <- number of whole pools that fit after alignment */
    arenaobj->pool_address = (block*)arenaobj->address;
    arenaobj->nfreepools = MAX_POOLS_IN_ARENA;
    // 將pool的起始地址調整為系統頁的邊界
    // 申請到 256KB, 放棄了一些內存, 而將可使用的內存邊界pool_address調整到了與系統頁對齊
    excess = (uint)(arenaobj->address & POOL_SIZE_MASK);
    if (excess != 0) {
        --arenaobj->nfreepools;
        arenaobj->pool_address += POOL_SIZE - excess;
    }
    arenaobj->ntotalpools = arenaobj->nfreepools;

    return arenaobj;
}

從arenas取一個arena進行初始化

arena分配

new一個全新的arena

static void*
pymalloc_alloc(void *ctx, size_t nbytes)
 {
            // 剛開始沒有可用的arena
            if (usable_arenas == NULL) {
              // new一個, 作為雙向鏈表的表頭
              usable_arenas = new_arena();
              if (usable_arenas == NULL) {
                  UNLOCK();
                  goto redirect;
              }

              usable_arenas->nextarena =
                  usable_arenas->prevarena = NULL;

           }

          .......

          // 從arena中獲取一個pool
          pool = (poolp)usable_arenas->pool_address;
          assert((block*)pool <= (block*)usable_arenas->address +
                                 ARENA_SIZE - POOL_SIZE);
          pool->arenaindex = usable_arenas - arenas;
          assert(&arenas[pool->arenaindex] == usable_arenas);
          pool->szidx = DUMMY_SIZE_IDX;

          // 更新 pool_address 向下一個節點
          usable_arenas->pool_address += POOL_SIZE;
          // 可用節點數量-1
          --usable_arenas->nfreepools;

}

從全新的arena中獲取一個pool

假設arena是舊的, 怎麼分配的pool, 跟pool分配block原理一樣，使用單鏈表記錄freepools

pool = usable_arenas->freepools;
if (pool != NULL) {

當arena中一整塊pool被釋放的時候

/* Free a memory block allocated by pymalloc_alloc().
   Return 1 if it was freed.
   Return 0 if the block was not allocated by pymalloc_alloc(). */
static int
pymalloc_free(void *ctx, void *p) {
    struct arena_object* ao;
    uint nf;  /* ao->nfreepools */

    /* Link the pool to freepools.  This is a singly-linked
               * list, and pool->prevpool isn't used there.
              */
    ao = &arenas[pool->arenaindex];
    pool->nextpool = ao->freepools;
    ao->freepools = pool;
    nf = ++ao->nfreepools;
}

在pool整塊被釋放的時候, 會將pool加入到arena->freepools作為單鏈表的表頭, 然後, 在從非全新arena中分配pool時, 優先從arena->freepools裏面取, 如果取不到, 再從arena內存塊裏面獲取

注: 上圖中nfreepools = n – 2

當arena1用完了，獲取arena1指向的下一個節點arena2

static void*
pymalloc_alloc(void *ctx, size_t nbytes)
{


          // 當發現用完了最後一個pool!!!!!!!!!!!
          // nfreepools = 0
          if (usable_arenas->nfreepools == 0) {
              assert(usable_arenas->nextarena == NULL ||
                     usable_arenas->nextarena->prevarena ==
                     usable_arenas);
              /* Unlink the arena:  it is completely allocated. */

              // 找到下一個節點!
              usable_arenas = usable_arenas->nextarena;
              // 右下一個
              if (usable_arenas != NULL) {
                  usable_arenas->prevarena = NULL; // 更新下一個節點的prevarens
                  assert(usable_arenas->address != 0);
              }
              // 沒有下一個, 此時 usable_arenas = NULL, 下次進行內存分配的時候, 就會從arenas數組中取一個

          }

  }

注意: 這裡有個邏輯, 就是每分配一個pool, 就檢查是不是用到了最後一個, 如果是, 需要變更usable_arenas到下一個可用的節點, 如果沒有可用的, 那麼下次進行內存分配的時候, 會判定從arenas數組中取一個

arena回收

內存分配和回收最小單位是block, 當一個block被回收的時候, 可能觸發pool被回收, pool被回收, 將會觸發arena的回收機制

• 1. arena中所有pool都是閑置的(empty), 將arena內存釋放, 返回給操作系統
• 1. 如果arena中之前所有的pool都是佔用的(used), 現在釋放了一個pool(empty), 需要將 arena加入到usable_arenas, 會加入鏈表表頭
• 1. 如果arena中empty的pool個數n, 則從useable_arenas開始尋找可以插入的位置. 將arena插入. (useable_arenas是一個有序鏈表, 按empty pool的個數, 保證empty pool數量越多, 被使用的幾率越小, 最終被整體釋放的機會越大)

內存分配的步驟

關注點：如何尋找到一塊可用的nbytes的blcok內存？

pool = usedpools[size + size]

if pool:

​ pool 沒滿，取一個blcok返回

​ pool 滿了，從下一個pool取一個blcok返回

else:

​ 獲取arena, 从里面初始化一個pool, 拿到第一個blcok返回

進行內存分配和銷毀, 所有操作都是在pool上進行的

問題: pool中所有block的size一樣, 但是在arena中, 每個pool的size都可能不一樣, 那麼最終這些pool是怎麼維護的? 怎麼根據大小找到需要的block所在的pool? => usedpools

pool在內存池中的三種狀態

1. used狀態：pool中至少有一個block已經被使用，並且至少有一個block未被使用，這種狀態的pool受控於Python內部維護的usedpool數組
2. full狀態：pool中所有的block都已經被使用，這種狀態的pool在arena中, 但不在arena的freepools鏈表中，處於full的pool各自獨立, 不會被鏈表維護起來
3. empty狀態：pool中所有的blcok都未被使用，處於這個狀態的pool的集合通過其pool_header中的nextpool構成一個鏈表，鏈表的表頭示arena_object中的freepools

Python內部維護的usedpools數組是一個非常巧妙的實現，維護着所有的處於used狀態的pool，當申請內存時，python就會通過usedpools尋找到一個可用的pool(處於used狀態)，從中分配一個block。因此我們想，一定有一個usedpools相關聯的機制，完成從申請的內存的大小到size class index之間的轉換，否則python就無法找到最合適的pool了。這種機制和usedpools的結構有着密切的關係，我們看一下它的結構

usedpools

usedpools數組: 維護着所有處於used狀態的pool, 當申請內存的時候, 會通過usedpools尋找到一塊可用的(處於used狀態的)pool, 從中分配一個block。

//obmalloc.c
typedef uint8_t block;
#define PTA(x)  ((poolp )((uint8_t *)&(usedpools[2*(x)]) - 2*sizeof(block *)))
#define PT(x)   PTA(x), PTA(x)

//在我當前的機器就是512/8=64個，對應的size class index就是從0到63
#define NB_SMALL_SIZE_CLASSES   (SMALL_REQUEST_THRESHOLD / ALIGNMENT)

static poolp usedpools[2 * ((NB_SMALL_SIZE_CLASSES + 7) / 8) * 8] = {
    PT(0), PT(1), PT(2), PT(3), PT(4), PT(5), PT(6), PT(7)
#if NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 8
    , PT(8), PT(9), PT(10), PT(11), PT(12), PT(13), PT(14), PT(15)
#if NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 16
    , PT(16), PT(17), PT(18), PT(19), PT(20), PT(21), PT(22), PT(23)
#if NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 24
    , PT(24), PT(25), PT(26), PT(27), PT(28), PT(29), PT(30), PT(31)
#if NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 32
    , PT(32), PT(33), PT(34), PT(35), PT(36), PT(37), PT(38), PT(39)
#if NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 40
    , PT(40), PT(41), PT(42), PT(43), PT(44), PT(45), PT(46), PT(47)
#if NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 48
    , PT(48), PT(49), PT(50), PT(51), PT(52), PT(53), PT(54), PT(55)
#if NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 56
    , PT(56), PT(57), PT(58), PT(59), PT(60), PT(61), PT(62), PT(63)
#if NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 64
#error "NB_SMALL_SIZE_CLASSES should be less than 64"
#endif /* NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 64 */
#endif /* NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 56 */
#endif /* NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 48 */
#endif /* NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 40 */
#endif /* NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 32 */
#endif /* NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 24 */
#endif /* NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 16 */
#endif /* NB_SMALL_SIZE_CLASSES >  8 */
};

如果正在申請28字節， python首先會獲取(size class index) size = (uint )(nbytes - 1) >> ALIGNMENT_SHIFT 顯然這裏size=3， 那麼在usedpools中，尋找第3+3=6個元素，發現usedpools[6]的值是指向usedpools[4]的地址

//obmalloc.c
/* Pool for small blocks. */
struct pool_header {
    union { block *_padding;
            uint count; } ref;          /* 當然pool裏面的block數量    */
    block *freeblock;                   /* 一個鏈表，指向下一個可用的block   */
    struct pool_header *nextpool;       /* 指向下一個pool  */
    struct pool_header *prevpool;       /* 指向上一個pool       ""        */
    uint arenaindex;                    /* 在area裏面的索引 */
    uint szidx;                         /* block的大小(固定值？後面說)     */
    uint nextoffset;                    /* 下一個可用block的內存偏移量         */
    uint maxnextoffset;                 /* 最後一個block距離開始位置的距離     */
};

顯然是從usedpools[6](即usedpools+4)開始向後偏移8個字節(一個ref的大小加上一個freeblock的大小)后的內存，正好是usedpools[6]的地址(即usedpools+6)，這是python內部的trick

當我們要申請一個size class為32字節的pool，想要將其放入這個usedpools中時，要怎麼做呢？從上面的描述我們知道，只需要進行usedpools[i+i] -> nextpool = pool即可，其中i為size class index，對應於32字節，這個i為3.當下次需要訪問size class 為32字節(size class index為3)的pool時，只需要簡單地訪問usedpools[3+3]就可以得到了。python正是使用這個usedpools快速地從眾多的pool中快速地尋找到一個最適合當前內存需求的pool，從中分配一塊block。

//obmalloc.c
static int
pymalloc_alloc(void *ctx, void **ptr_p, size_t nbytes)
{
    block *bp;
    poolp pool;
    poolp next;
    uint size;
    ...
    LOCK();
    //獲得size class index
    size = (uint)(nbytes - 1) >> ALIGNMENT_SHIFT;
    //直接通過usedpools[size+size]，這裏的size不就是我們上面說的i嗎？
    pool = usedpools[size + size];
    //如果usedpools中有可用的pool
    if (pool != pool->nextpool) {
        ... //有可用pool
    }
    ... //無可用pool，嘗試獲取empty狀態的pool
}  

內存池全局結構

參考:

pyhton源碼閱讀-內存管理機制

python源碼解析第17章-python內存管理與垃圾回收

後期查缺補漏需要看的文章

Memory management by Zpoint
Memory management in Python

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