JVM原理與深度調(diào)優(yōu)

作者：JAVA架構(gòu) 2021-11-21 23:03:38

云計算

虛擬化 jvm是java虛擬機(jī) 運行在用戶態(tài)、通過應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)java代碼跨平臺、與平臺無關(guān)、實際上是"一次編譯，到處執(zhí)行"。

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 什么是jvm

jvm是java虛擬機(jī) 運行在用戶態(tài)、通過應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)java代碼跨平臺、與平臺無關(guān)、實際上是"一次編譯，到處執(zhí)行"

1.從微觀來說編譯出來的是字節(jié)碼!去到哪個平臺都能用，只要有那個平臺的JDK就可以運行!字碼好比是一個人，平臺好比為國家，JDK好比這個國家的語言!只要這個人(字節(jié)碼)有了這個國家的語言(JDK)就可以在這個國家(平臺)生活下去。

2.JDK 是整個Java的核心，包括了Java運行環(huán)境(Java Runtime Envirnment)，一堆Java工具和Java基礎(chǔ)的類庫(rt.jar)。

3.Java虛擬機(jī)(JVM)一種用于計算機(jī)設(shè)備的規(guī)范，可用不同的方式(軟件或硬件)加以實現(xiàn)。編譯虛擬機(jī)的指令集與編譯微處理器的指令集非常類似。Java虛擬機(jī)包括一套字節(jié)碼指令集、一組寄存器、一個棧、一個垃圾回收堆和一個存儲方法域。

4.java編譯出來的是一種“java字節(jié)碼”，由虛擬機(jī)去解釋執(zhí)行。而c和c++則編譯成了二進(jìn)制，直接交由操作系統(tǒng)執(zhí)行。

5.所謂的一次編譯、到處執(zhí)行，即只需在一個地方編譯，在其他各個平臺下都可以執(zhí)行。

6.與平臺無關(guān)指的是JAVA只運行在自己的JVM上，不需要依賴任何其他的底層類，所以和操作系統(tǒng)沒有任何聯(lián)系，平臺是說運行的系統(tǒng)

內(nèi)存結(jié)構(gòu)圖

class文件

class文件徑打破了C或者C++等語言所遵循的傳統(tǒng)，使用這些傳統(tǒng)語言寫的程序通常首先被編譯，然后被連接成單獨的、專門支持特定硬件平臺和操作系統(tǒng)的二進(jìn)制文件。通常情況下，一個平臺上的二進(jìn)制可執(zhí)行文件不能在其他平臺上工作。而Java class文件是可以運行在任何支持Java虛擬機(jī)的硬件平臺和操作系統(tǒng)上的二進(jìn)制文件。

執(zhí)行過程

執(zhí)行過程簡介

當(dāng)編譯和連接一個C++程序時，所獲得的可執(zhí)行二進(jìn)制文件只能在指定的硬件平臺和操作系統(tǒng)上運行，因為這個二進(jìn)制文件包含了對目標(biāo)處理器的機(jī)器語言。而Java編譯器把Java源文件的指令翻譯成字節(jié)碼，這種字節(jié)碼就是Java虛擬機(jī)的“機(jī)器語言”。

與普通程序不同的是，Java程序(class文件)并不是本地的可執(zhí)行程序。當(dāng)運行Java程序時，首先運行JVM(Java虛擬機(jī))，然后再把Java class加載到JVM里頭運行，負(fù)責(zé)加載Java class的這部分就叫做Class Loader。

JVM中的ClassLoader

JVM本身包含了一個ClassLoader稱為Bootstrap ClassLoader，和JVM一樣，BootstrapClassLoader是用本地代碼實現(xiàn)的，它負(fù)責(zé)加載核心JavaClass(即所有java.*開頭的類)。

另外JVM還會提供兩個ClassLoader，它們都是用Java語言編寫的，由BootstrapClassLoader加載;其中Extension ClassLoader負(fù)責(zé)加載擴(kuò)展的Javaclass(例如所有javax.*開頭的類和存放在JRE的ext目錄下的類)ApplicationClassLoader負(fù)責(zé)加載應(yīng)用程序自身的類。

當(dāng)運行一個程序的時候，JVM啟動，運行bootstrapclassloader，該ClassLoader加載java核心API(ExtClassLoader和AppClassLoader也在此時被加載)，然后調(diào)用ExtClassLoader加載擴(kuò)展API，最后AppClassLoader加載CLASSPATH目錄下定義的Class，這就是一個程序最基本的加載流程。

第一個Class文件、通過javac編譯成字節(jié)碼、字節(jié)碼之后有個ClassLoader叫類加載器，因為java.class文件到JVM內(nèi)部運行起來需要有個裝載過程、從物理的文件到內(nèi)存的結(jié)構(gòu)、比如加載、連接、初始化。

linux應(yīng)用程序有個進(jìn)程地址空間，對進(jìn)程地址空間的解釋：

linux采用虛擬內(nèi)存管理技術(shù)，每一個進(jìn)程都有一個3G大小的獨立的進(jìn)程地址空間，這個地址空間就是用戶空間。每個進(jìn)程的用戶空間都是完全獨立、互不相干的。進(jìn)程訪問內(nèi)核空間的方式：系統(tǒng)調(diào)用和中斷。

創(chuàng)建進(jìn)程等進(jìn)程相關(guān)操作都需要分配內(nèi)存給進(jìn)程。這時進(jìn)程申請和獲得的不是物理地址，僅僅是虛擬地址。

實際的物理內(nèi)存只有當(dāng)進(jìn)程真的去訪問新獲取的虛擬地址時，才會由“請頁機(jī)制”產(chǎn)生“缺頁”異常，從而進(jìn)入分配實際頁框的程序。該異常是虛擬內(nèi)存機(jī)制賴以存在的基本保證，它會告訴內(nèi)核去為進(jìn)程分配物理頁，并建立對應(yīng)的頁表，這之后虛擬地址才實實在在的映射到了物理地址上。

Linux操作系統(tǒng)采用虛擬內(nèi)存技術(shù)，所有進(jìn)程之間以虛擬方式共享內(nèi)存。進(jìn)程地址空間由每個進(jìn)程中的線性地址區(qū)組成，而且更為重要的特點是內(nèi)核允許進(jìn)程使用該空間中的地址。通常情況況下，每個進(jìn)程都有唯一的地址空間，而且進(jìn)程地址空間之間彼此互不相干。但是進(jìn)程之間也可以選擇共享地址空間，這樣的進(jìn)程就叫做線程。

基本上所有l(wèi)inux應(yīng)用程序都會遵循這個規(guī)泛、有棧、有堆、對于JVM來說、也是遵循這個規(guī)則、只不過在這個規(guī)則上做了一些改進(jìn)

通過類加載器把Class文件裝載進(jìn)內(nèi)存空間、裝進(jìn)來以后只是你的字節(jié)碼，然后你需要去運行、怎么去運行呢 ?圖中類加載器子系統(tǒng)下面都是運行區(qū)

內(nèi)存空間里有：

1.方法區(qū)：被裝載的class的信息存儲在Methodarea的內(nèi)存中。當(dāng)虛擬機(jī)裝載某個類型時，它使用類裝載器定位相應(yīng)的class文件，然后讀入這個class文件內(nèi)容并把它傳輸?shù)教摂M機(jī)中。

2.Heap(堆)：一個Java虛擬實例中只存在一個堆空間。

3.JavaStack(java的棧)：虛擬機(jī)只會直接對棧執(zhí)行兩種操作：以幀為單位的壓?；虺鰲?，java棧有個核心的數(shù)據(jù)、先進(jìn)后出

4.Nativemethodstack(本地方法棧)：通過字面意思、基本是調(diào)用系統(tǒng)本地的一些方法、一般在底層封裝好了、直接調(diào)用

5.地址、在這里邊是一個指針的概念、比如從變量到對象怎么做引用、就是地址

6.計數(shù)器：主要做字節(jié)碼解析的時候要記住它的位置、可以理解為一個標(biāo)記

7.執(zhí)行引擎：數(shù)據(jù)、字節(jié)碼做一些業(yè)務(wù)處理、最終達(dá)到想要的結(jié)果

8.本地方法接口：基本是底層系統(tǒng)、比如IO網(wǎng)絡(luò)、調(diào)用操作系統(tǒng)本身

9.本地方法庫：為了兼容、實現(xiàn)跨平臺有不同的庫 、兼容平臺性

額外數(shù)據(jù)信息指的是本地方法接口和本地方法庫

JMM

java的內(nèi)存模型

大家可能聽過一個詞、叫線程安全、在寫高并發(fā)的時候就會有線程安全問題、java里邊為什么會出現(xiàn)線程安全問題呢、因為有JMM的存在、它會把內(nèi)存分為兩個區(qū)域(一個主內(nèi)存、一個是工作內(nèi)存)工作內(nèi)存是每個java棧所私有的

因為要運行速度快、需要把主內(nèi)存的數(shù)據(jù)放到本地內(nèi)存中、然后進(jìn)行計算、計算完以后再把數(shù)據(jù)回顯回去

JMM有兩個區(qū)域、主內(nèi)存和棧內(nèi)存、

java線程可能不止一個、可能有多個棧、現(xiàn)在需要三個線程同時做個運算、主內(nèi)存初始值x=0 需要把x=0都要裝載在自己的內(nèi)存里邊去、相當(dāng)于有一個

副本、現(xiàn)在初始值和三個棧都是x=0

現(xiàn)在需要做運算

  
 
 
 

   
  
  
  
x=x+1 
   
  
  
  
 
   
  
  
  
x=x-1 
   
  
  
  
 
   
  
  
  
x=0 
  
 
 
 

我們的期望值是x=0，如果是單個線程跑沒問題 、取回x=0、運算x=+1、回顯進(jìn)來主內(nèi)存就是1 、棧1是1，運算x=-1、回顯進(jìn)來主內(nèi)存就是0、棧1是0

如果多個線程同時執(zhí)行、結(jié)果是不可預(yù)期的、正因為有這種結(jié)構(gòu)的存在、當(dāng)執(zhí)行x=+1、棧1是x=1 、棧2來不及執(zhí)行、棧1就已經(jīng)把x=1寫到主內(nèi)存了 、棧2跟棧3拿過去之后初始值就不是0、可能就是1了 、這樣程序就寫亂了

所以在java中就出現(xiàn)了很多鎖、來確保線程安全

運行時數(shù)據(jù)區(qū)

PC寄存器----線程私有

PC寄存器也叫程序計數(shù)器(Program Counter Register)是一塊較小的內(nèi)存空間，它的作用可以看做是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的信號指示器。

每一條JVM線程都有自己的PC寄存器

在任意時刻，一條JVM線程只會執(zhí)行一個方法的代碼。該方法稱為該線程的當(dāng)前方法(Current Method)

如果該方法是java方法，那PC寄存器保存JVM正在執(zhí)行的字節(jié)碼指令的地址

如果該方法是native，那PC寄存器的值是undefined。

此內(nèi)存區(qū)域是唯一一個在Java虛擬機(jī)規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域。

Java虛擬機(jī)棧 ----線程私有

與PC寄存器一樣，java虛擬機(jī)棧(Java Virtual Machine Stack)也是線程私有的。每一個JVM線程都有自己的java虛擬機(jī)棧，這個棧與線程同時創(chuàng)建，它的生命周期與線程相同。

虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個方法被執(zhí)行的時候都會同時創(chuàng)建一個棧幀(Stack Frame)用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息。每一個方法被調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程就對應(yīng)著一個棧幀在虛擬機(jī)棧中從入棧到出棧的過程。

JVM stack 可以被實現(xiàn)成固定大小，也可以根據(jù)計算動態(tài)擴(kuò)展。

如果采用固定大小的JVM stack設(shè)計，那么每一條線程的JVM Stack容量應(yīng)該在線程創(chuàng)建時獨立地選定。JVM實現(xiàn)應(yīng)該提供調(diào)節(jié)JVM Stack初始容量的手段。

如果采用動態(tài)擴(kuò)展和收縮的JVM Stack方式，應(yīng)該提供調(diào)節(jié)最大、最小容量的手段。

JVM Stack 異常情況：

StackOverflowError：當(dāng)線程請求分配的棧容量超過JVM允許的最大容量時拋出

OutOfMemoryError：如果JVM Stack可以動態(tài)擴(kuò)展，但是在嘗試擴(kuò)展時無法申請到足夠的內(nèi)存去完成擴(kuò)展，或者在建立新的線程時沒有足夠的內(nèi)存去創(chuàng)建對應(yīng)的虛擬機(jī)棧時拋出。

本地方法棧----線程私有

Java虛擬機(jī)可能會使用到傳統(tǒng)的棧來支持native方法(使用Java語言以外的其它語言編寫的方法)的執(zhí)行，這個棧就是本地方法棧(Native Method Stack)

如果JVM不支持native方法，也不依賴與傳統(tǒng)方法棧的話，可以無需支持本地方法棧。

如果支持本地方法棧，則這個棧一般會在線程創(chuàng)建的時候按線程分配。

異常情況：

StackOverflowError：如果線程請求分配的棧容量超過本地方法棧允許的最大容量時拋出

OutOfMemoryError：如果本地方法?？梢詣討B(tài)擴(kuò)展，并且擴(kuò)展的動作已經(jīng)嘗試過，但是目前無法申請到足夠的內(nèi)存去完成擴(kuò)展，或者在建立新的線程時沒有足夠的內(nèi)存去創(chuàng)建對應(yīng)的本地方法棧，那Java虛擬機(jī)將會拋出一個OutOfMemoryError異常。

Jave堆----線程公用

平時所說的java調(diào)優(yōu)就是它

在JVM中，堆(heap)是可供各條線程共享的運行時內(nèi)存區(qū)域，也是供所有類實例和數(shù)據(jù)對象分配內(nèi)存的區(qū)域。

Java堆載虛擬機(jī)啟動的時候就被創(chuàng)建，堆中儲存了各種對象，這些對象被自動管理內(nèi)存系統(tǒng)(Automatic Storage Management System，也即是常說的“Garbage Collector(垃圾回收器)”)所管理。這些對象無需、也無法顯示地被銷毀。

Java堆的容量可以是固定大小，也可以隨著需求動態(tài)擴(kuò)展，并在不需要過多空間時自動收縮。

Java堆所使用的內(nèi)存不需要保證是物理連續(xù)的，只要邏輯上是連續(xù)的即可。

JVM實現(xiàn)應(yīng)當(dāng)提供給程序員調(diào)節(jié)Java 堆初始容量的手段，對于可動態(tài)擴(kuò)展和收縮的堆來說，則應(yīng)當(dāng)提供調(diào)節(jié)其最大和最小容量的手段。

Java 堆異常：

OutOfMemoryError：如果實際所需的堆超過了自動內(nèi)存管理系統(tǒng)能提供的最大容量時拋出。

方法區(qū)----線程公用

方法區(qū)是可供各條線程共享的運行時內(nèi)存區(qū)域。存儲了每一個類的結(jié)構(gòu)信息，例如運行時常量池(Runtime Constant Pool)、字段和方法數(shù)據(jù)、構(gòu)造函數(shù)和普通方法的字節(jié)碼內(nèi)容、還包括一些在類、實例、接口初始化時用到的特殊方法

方法區(qū)在虛擬機(jī)啟動的時候創(chuàng)建。

方法區(qū)的容量可以是固定大小的，也可以隨著程序執(zhí)行的需求動態(tài)擴(kuò)展，并在不需要過多空間時自動收縮。

方法區(qū)在實際內(nèi)存空間中可以是不連續(xù)的。

Java虛擬機(jī)實現(xiàn)應(yīng)當(dāng)提供給程序員或者最終用戶調(diào)節(jié)方法區(qū)初始容量的手段，對于可以動態(tài)擴(kuò)展和收縮方法區(qū)來說，則應(yīng)當(dāng)提供調(diào)節(jié)其最大、最小容量的手段。

Java 方法區(qū)異常：

OutOfMemoryError： 如果方法區(qū)的內(nèi)存空間不能滿足內(nèi)存分配請求，那Java虛擬機(jī)將拋出一個OutOfMemoryError異常。

JVM內(nèi)存分配

內(nèi)存分配其實真正來講是有三種的、但對于JVM來說只有兩種

• 棧內(nèi)存分配：

大家在調(diào)優(yōu)的過程中會發(fā)現(xiàn)有個參數(shù)是-Xss 默認(rèn)是1m，這個內(nèi)存是棧內(nèi)存分配, 在工作中會發(fā)現(xiàn)棧OutOfMemory Error內(nèi)存溢出、就是因為它的內(nèi)存空間不夠了 一般情況下沒有那么大的棧、除非你的一個方法里邊有幾十萬行代碼、一直往那壓、不出，所以導(dǎo)致棧的溢出、棧的內(nèi)存分配直接決定了你的線程數(shù) 、比如說你默認(rèn)情況下是1m 、系統(tǒng)一共給你512m、那最高可以分配512個線程，再多系統(tǒng)分配不了啦、因為沒有那么多的內(nèi)存 、像tomcat、resin、jboss等、有個最大線程數(shù)、要根據(jù)這個來調(diào)、調(diào)個100萬沒有意義、分配不了那么大、調(diào)太少整個性能發(fā)揮不出來 ，調(diào)這個 、跟你的cpu有關(guān)系、需要找一個折中位置 、根據(jù)應(yīng)用 、是IO密集型的還是CPU密集型的來調(diào)-Xss的值、它這里邊主要保存了一些參數(shù) 、還有局部變量 、就比如說寫代碼、有開始有結(jié)束、這里邊肯定定義了很多變量、比如：int x=1 y=0 只要在這方法內(nèi)的都屬于局部變量 、因為你要做運算、要把這東西存住、只有等程序結(jié)束的時候才能銷毀，對于這種參數(shù)是不會產(chǎn)生線程安全問題、因為線程是私有的

• 堆內(nèi)存分配：

Java的堆是一個運行時數(shù)據(jù)區(qū),類的(對象從中分配空間。這些對象通過new、newarray、anewarray和multianewarray等指令建立，它們不需要程序代碼來顯式的釋放。堆是由垃圾回收來負(fù)責(zé)的，堆的優(yōu)勢是可以動態(tài)地分配內(nèi)存大小，生存期也不必事先告訴編譯器，因為它是在運行時動態(tài)分配內(nèi)存的，Java的垃圾收集器會自動收走這些不再使用的數(shù)據(jù)。但缺點是，由于要在運行時動態(tài)分配內(nèi)存，存取速度較慢

jvm堆結(jié)構(gòu)

(圖一)

1.Young(年輕代)

年輕代分三個區(qū)。一個Eden區(qū)，兩個Survivor區(qū)。大部分對象在Eden區(qū)中生成。當(dāng)Eden區(qū)滿時，還存活的對象將被復(fù)制到Survivor區(qū)(兩個中的一個)，當(dāng)這個Survivor區(qū)滿時，此區(qū)的存活對象將被復(fù)制到另外一個Survivor區(qū)，當(dāng)這個Survivor區(qū)也滿了的時候，從第一個Survivor區(qū)復(fù)制過來的并且此時還存活的對象，將被復(fù)制年老區(qū)(Old。需要注意，Survivor的兩個區(qū)是對稱的，沒先后關(guān)系，所以同一個區(qū)中可能同時存在從Eden復(fù)制過來對象，和從前一個Survivor復(fù)制過來的對象，而復(fù)制到年老區(qū)的只有從第一個Survivor區(qū)過來的對象。而且，Survivor區(qū)總有一個是空的。

2.Old(年老代)

年老代存放從年輕代存活的對象。一般來說年老代存放的都是生命期較長的對象。

3.Permanent：(持久代)

也叫方法區(qū)、用于存放靜態(tài)文件，如Java類、方法等。持久代對垃圾回收沒有顯著影響，但是有些應(yīng)用可能動態(tài)生成或者調(diào)用一些class，例如hibernate等，在這種時候需要設(shè)置一個比較大的持久代空間來存放這些運行過程中新增的類。持久代大小通過-XX:MaxPermSize=進(jìn)行設(shè)置。

舉個例子：當(dāng)在程序中生成對象時，正常對象會在年輕代中分配空間，如果是過大的對象也可能會直接在年老代生成(據(jù)觀測在運行某程序時候每次會生成一個十兆的空間用收發(fā)消息，這部分內(nèi)存就會直接在年老代分配)。年輕代在空間被分配完的時候就會發(fā)起內(nèi)存回收，大部分內(nèi)存會被回收，一部分幸存的內(nèi)存會被拷貝至Survivor的from區(qū)，經(jīng)過多次回收以后如果from區(qū)內(nèi)存也分配完畢，就會也發(fā)生內(nèi)存回收然后將剩余的對象拷貝至to區(qū)。等到to區(qū)也滿的時候，就會再次發(fā)生內(nèi)存回收然后把幸存的對象拷貝至年老區(qū)。

通常我們說的JVM內(nèi)存回收總是在指堆內(nèi)存回收，確實只有堆中的內(nèi)容是動態(tài)申請分配的，所以以上對象的年輕代和年老代都是指的JVM的Heap空間，而持久代則是值指MethodArea，不屬于Heap。

java堆結(jié)構(gòu)和垃圾回收

圖(二)

Direct Momery 嚴(yán)格意義來說也算堆，它是一塊物理內(nèi)存、可以分為操作系統(tǒng)內(nèi)存、是比較快的、不會走JVM 在java里邊實現(xiàn)了內(nèi)存映射、這樣速度更快

CodeCache 放一些字節(jié)碼、類的信息會放在里邊

Permanent Generation space 方法區(qū)、嚴(yán)格意義來說也屬于堆

Eden Space 區(qū)

Survivor Space區(qū)

Tenured Generation Old區(qū)(年老代)

JVM GC 管理

調(diào)優(yōu)大部分調(diào)優(yōu)的是怎么回收，Minor GC 回收Eden Space和 Survivor Space ， Full GC回收所有區(qū)域

不管什么GC，回收過程中會出現(xiàn)暫停、回收過程中用戶線程是不會工作的、這樣就造成程序卡了 這是無法改變不了的事實、避免不了、不過可以優(yōu)化暫停時間的長短

原則上不能出現(xiàn)Full GC 、所有區(qū)域都要跑一遍 、出現(xiàn)Full GC 應(yīng)用就不可用

Jvm 堆配置參數(shù)

1、-Xms初始堆大小

默認(rèn)物理內(nèi)存的64/1(<1GB)，建議小于1G、可根據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)調(diào)節(jié)

2、-Xmx最大堆大小

默認(rèn)物理內(nèi)存的4/1(<1GB)、建議小于1G、實際中建議不大于4GB(否則會出現(xiàn)很多問題)

3、一般建議設(shè)置 -Xms= -Xmx

好處是避免每次在gc后、調(diào)整堆的大小、減少系統(tǒng)內(nèi)存分配開銷

4、整個堆大小=年輕代大小+年老代大小+持久代大小(Permanent Generation space區(qū)、也會被Full GC回收)

jvm新生代(young generation

圖(三)

1、新生代=1個eden區(qū)和2個Survivor區(qū)

2、-Xmn 年輕代大小

設(shè)置年輕代大小、比如-Xmn=100m那么新生代就是100m，然后共享

3、-XX：NewRatio

年輕代(包括Eden和兩個Survivor區(qū))與年老代的比值(除去持久代)Xms=Xmx并且設(shè)置了Xmn的情況下，該參數(shù)不需要進(jìn)行設(shè)置。

4、-XX：SurvivorRatio

Eden區(qū)與Survivor區(qū)的大小比值，設(shè)置為8(默認(rèn)是8) ，則兩個Survivor區(qū)與一個Eden區(qū)的比值為2:8，一個Survivor區(qū)占整個年輕代的1/10

比如新生代=100m，設(shè)置-XX：SurvivorRatio為8，那E =80m S0 =10m S1=10m(1/10)

5、用來存放JVM剛分配的Java對象

java老年代(tenured generation)

圖(四)

1、老年代=整個堆-年輕代大小-持久代大小

年輕代就是上面講的-xmn配置的參數(shù)、持久代參數(shù)默認(rèn)是0

2、年輕代中經(jīng)過垃圾回收沒有回收掉的對象被復(fù)制到年老代。

就是這個對象收集完一次、發(fā)現(xiàn)被引用了、某個地方使用了、回收不掉才放進(jìn)去，一般是多次回收、從E區(qū)回收過程中、先進(jìn)S0或者S1、S0或者S1再回收一次、回收不掉再放到年老區(qū)

3、老年代存儲對象比年輕代年齡大的多，而且不乏大對象。

對互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)來說、最常用的是"緩存"的對象比較多、緩存一般會用弱引用、但弱引用也不會輕易被回收的、除非是在整個堆的內(nèi)存不夠的情況下、防止你的內(nèi)存宕機(jī)、強引用是和垃圾回收機(jī)制相關(guān)的。一般的，如果一個對象可以通過一系列的強引用引用到，那么就 說明它是不會被垃圾回收機(jī)制(Garbage Collection)回收的，

剛才說了緩存對象一般是弱引用、有些數(shù)據(jù)丟了是沒關(guān)系的、只是提高你的系統(tǒng)性能才放到緩存里邊去、但是如果有一天內(nèi)存不夠了 、緩存占了很大一部分對象、你不回收的話、你整個系統(tǒng)都不可用了、整個服務(wù)都不能用了、如果回收掉、我可以從數(shù)據(jù)庫去取、可 能速 度慢點、但是我的服務(wù)可用性不會降低

比如說剛開始分配的對象 、這個對象暫定是OLD區(qū)、剛開始一部分內(nèi)存區(qū)域被緩存占據(jù)了、一般情況下對于一個緩存的設(shè)計都有初始值、對于java來說、比較通用的緩存是可以自動伸縮的、

如圖(四)整個OLD區(qū)50M有45M是被緩存占據(jù)了、不會被回收掉、那整個OLD區(qū)只有5M可以用了 、假如E區(qū)有40M 、S0 分配10M 、S1分配也是10M 、理想情況下、經(jīng)過E區(qū)到S0、S1到老年代的大小不到1M、 那5M就夠了、不會出現(xiàn)FULL GC 、也不會出現(xiàn) 內(nèi)存溢出、一旦你的對象大于5M、比如10M的數(shù)據(jù)、 放不進(jìn)去了、就會出現(xiàn)FULL gc 、FULL gc會把整個緩存全都收掉、瞬間緩存數(shù)據(jù)就沒了、然后把10M的數(shù)據(jù)放進(jìn)去、這就是弱引用、可以理解為這是一種服務(wù)降級、如果是強引用那就直接掛了

4、新建的對象也有可能直接進(jìn)入老年代

4.1、大對象，可通過啟動參數(shù)設(shè)置

-XX:PretenureSizeThreshold=1024(單位為字節(jié)，默認(rèn)為0、也就是說所有的默認(rèn)都在新生代)來代表超過多大時就不再新生代分配，而是直接在老年代分配

4.2、大的數(shù)組對象，切數(shù)組中無引用外部對象。

5、老年代大小無配置參數(shù)

java持久代(perm generation)

1、持久代=整個堆-年輕代大小-老年代大小

2、-XX:PermSize 最小 -XX:MaxPermSize 最大

設(shè)置持久代的大小，一般情況推薦把-XX:PermSize設(shè)置成 -XX:MaxPermSize的值為相同的值，因為永久代大小的調(diào)整也會導(dǎo)致堆內(nèi)存需要觸發(fā)fgc。

3、存放Class、Method元信息，其大小與項目的規(guī)模、類、方法的數(shù)量有關(guān)。一般設(shè)置為128M就足夠，設(shè)置原則是預(yù)留30%的空間

剛開始設(shè)置了128M、隨著程序的運行、java有一個叫l(wèi)ib的地方放了很多類庫、這個類庫并不是所有的都加載的、只有在用的時候或者系統(tǒng)初始化的時候會加載一部分、比如已經(jīng)占了100M了、但是隨著業(yè)務(wù)的運行會動態(tài)去類

庫里加、把一些Class文件通過反射的方式裝進(jìn)去、這樣你的內(nèi)存不斷增大、達(dá)到128M以后就掛了、就會報方法區(qū)溢出、怎么做?調(diào)大到256M、然后監(jiān)控、超過閾值再調(diào)大、簡單方式是調(diào)大、另外JDK里邊有一個GC可以回收

如果能接受停機(jī)、就調(diào)大，簡單、快速、已解決問題為主

4、永久代的回收方式

4.1、常量池中的常量，無用的類信息，常量的回收很簡單，沒有引用了就可以被回收

比如一個常量=5 它的意義就是個值、如果回收、發(fā)現(xiàn)它沒被引用就被回收了

4.2、對于無用的類進(jìn)行回收，必須保證3點：

類跟常量不一樣、一個類里邊可能有好多東西、比如這個類引用那個類、

類的所有實例都已經(jīng)被回收

加載類的ClassLoader已經(jīng)被回收

類對象的Class對象沒有被引用(即沒有通過反射引用該類的地方)

jvm垃圾收集算法

1、引用計數(shù)算法

每個對象有一個引用計數(shù)屬性，新增一個引用時計數(shù)加1，引用釋放時計數(shù)減1，計數(shù)為0時可以回收。此方法簡單，無法解決對象相互循環(huán)引用的問題。還有一個問題是如何解決精準(zhǔn)計數(shù)。

這種方法現(xiàn)在已經(jīng)不用了

2、根搜索算法

從GC Roots開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈。當(dāng)一個對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時，則證明此對象是不可用的。不可達(dá)對象。

在java語言中，GC Roots包括：

虛擬機(jī)棧中引用的對象。

方法區(qū)中類靜態(tài)屬性實體引用的對象。

方法區(qū)中常量引用的對象。

本地方法棧中JNI引用的對象。

jvm垃圾回收算法

1、復(fù)制算法(Copying)

• 復(fù)制算法采用從根集合掃描，并將存活對象復(fù)制到一塊新的，沒有使用過的空間中，這種算法當(dāng)控件存活的對象比較少時，極為高效，但是帶來的成本是需要一塊內(nèi)存交換空間用于進(jìn)行對象的移動。
• 此算法用于新生代內(nèi)存回收，從E區(qū)回收到S0或者S1

從根集合掃描、就是剛才說的GC-Roots 收集算法、從它開始查你的引用、如果沒有被引用、開始執(zhí)行算法、并將存活對象復(fù)制到一塊新的、(S0或者S1)

2、標(biāo)記清除算法

標(biāo)記-清除算法采用從根集合進(jìn)行掃描，對存活的對象標(biāo)記，標(biāo)記完畢后，再掃描整個空間中未被標(biāo)記的對象，進(jìn)行回收，如圖所示。

標(biāo)記-清除算法不需要進(jìn)行對象的移動，并且僅對不存活的對象進(jìn)行處理，在存活對象比較多的情況下極為高效，但由于標(biāo)記-清除算法直接回收不存活的對象，因此會造成內(nèi)存碎片!

適合老生代去回收

標(biāo)記-整理算法采用標(biāo)記-清除算法一樣的方式進(jìn)行對象的標(biāo)記，但在清除時不同，在回收不存活的對象占用的空間后，會將所有的存活對象往左端空閑空間移動，并更新對應(yīng)的指針。

標(biāo)記-整理算法是在標(biāo)記清除算法的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了對象的移動，因此成本更高，但是卻解決了內(nèi)存碎片的問題。

名詞解釋

1、串行回收

gc單線程內(nèi)存回收、會暫停使有用戶線程

2、并行回收

收集是指多個GC線程并行工作，但此時用戶線程是暫停的;所以，Seral是串行的，Paralle收集器是并行的，而CMS收集器是并發(fā)的。

3、并發(fā)回收

是指用戶線程與GC線程同時執(zhí)行(不一定是并行，可能交替，但總體上是在同時執(zhí)行的)，不需要停頓用戶線程(其實在CMS中用戶線程還是需要停頓的，只是非常短，GC線程在另一個CPU上執(zhí)行)

串行回收要區(qū)分好并行回收和并發(fā)回收的區(qū)別，這地方非常關(guān)鍵、在選擇GC的過程中根據(jù)應(yīng)用場景來選擇

JVM常見垃圾回收器

上圖是HotSpot里的收集器，中間的橫線表示分代，有連線表示可以組合使用。

年輕代區(qū)域有

Serial 串行

ParNew 并發(fā)

Parallel Scavenge 并行

年老代區(qū)域有

CMS

Serial Old

Parallel Old

G1目前還不成熟 、適合年輕代和年老代

Serial 回收器(串行回收器)

 

是一個單線程的收集器，只能使用一個CPU或一條線程區(qū)完成垃圾收集;在進(jìn)行垃圾收集時，必須暫停所有其它工作線程，直到收集完成。

缺點：Stop-The-World

優(yōu)勢：簡單。對于單CPU的情況，由于沒有多線程交互開銷，反而可以更高效。是Client模式下默認(rèn)的新生代收集器。

新生代Serial回收器

1、通過-XX:+UseSerialGC來開啟

Serial New+Serial Old的收集器組合進(jìn)行內(nèi)存回收

2、使用復(fù)制算法。

3、獨占式的垃圾回收。

一個線程進(jìn)行GC，串行。其它工作線程暫停。

老年代Serial回收器

1、-XX：UseSerialGC來開啟

Serial New+Serial Old的收集器組合進(jìn)行內(nèi)存回收

2、使用標(biāo)記-壓縮算法

3、串行的、獨占式的垃圾回收器。

因為內(nèi)存比較大的原因，回收比新生代慢

ParNew回收器(并行回收器)

并行回收器也是獨占式的回收器，在收集過程中，應(yīng)用程序會全部暫停。但由于并行回收器使用多線程進(jìn)行垃圾回收，因此，在并發(fā)能力比較強的CPU上，它產(chǎn)生的停頓時間要短

于串行回收器，而在單CPU或者并發(fā)能力較弱的系統(tǒng)中，并行回收器的效果不會比串行回收器好，由于多線程的壓力，它的實際表現(xiàn)很可能比串行回收器差。

新生代ParNew回收器

1、-XX:+UseParNewGC開啟

新生代使用并行回收收集器，老年代使用串行收集器

2、-XX:ParallelGCThreads 指定線程數(shù)

默認(rèn)最好與CPU數(shù)理相當(dāng)，避免過多的線程數(shù)影響垃圾收集性能

3、使用復(fù)制算法。

4、并行的、獨占式的垃圾回收器。

新生代Parallel Scavenge回收器

1、吞吐量優(yōu)先回收器

關(guān)注CPU吞吐量，即運行用戶代碼的時間/總時間。比如：JVM運行100分鐘，其中運行用戶代碼99分鐘，垃圾回收1分鐘。則吞吐量是99%，這種收集器能最高效率的利用CPU，適合運行后臺運算

2、-XX:+UseParallelGC開啟

使用Parallel Scavenge+Serial Old收集器組合回收垃圾，這也是Server模式下的默認(rèn)值

3、-XX:GCTimeRation

來設(shè)置用戶執(zhí)行時間占總時間的比例，默認(rèn)99，即1%的時間用來進(jìn)行垃圾回收

4、-XX:MaxGCPauseMillis

設(shè)置GC的最大停頓時間

5、使用復(fù)制算法

老生代Parallel Old回收器

1、-XX:+UseParallelOldGC開啟

使用Parallel Scavenge +Parallel Old組合收集器進(jìn)行收集

2、使用標(biāo)記整理算法。

3、并行的、獨占式的垃圾回收器。

CMS(并發(fā)標(biāo)記清除)回收器

運作過程分為4個階段：

初始標(biāo)記(CMS inital mark)：值標(biāo)記GC Roots能直接關(guān)聯(lián)到的對象。

并發(fā)標(biāo)記(CMS concurrent mark)：進(jìn)行GC RootsTracing的過程。

重新標(biāo)記(CMS remark)：修正并發(fā)標(biāo)記期間用戶程序繼續(xù)運行而導(dǎo)致標(biāo)記發(fā)生改變的那一部分對象的標(biāo)記.

并發(fā)清除(CMS concurrent sweep)：

其中標(biāo)記和重新標(biāo)記兩個階段仍然需要Stop-The-World,整個過程中耗時最長的并發(fā)標(biāo)記和并發(fā)清除過程中收集器都可以和用戶線程一起工作

CMS(并發(fā)標(biāo)記清除)回收器

1、標(biāo)記-清除算法

同時它又是一個使用多線程并發(fā)回收的垃圾收集器

2、-XX:ParalleCMSThreads

手工設(shè)定CMS的線程數(shù)量，CMS默認(rèn)啟動的線程數(shù)是(ParallelGCTherads+3)+3/4)

這是它的公式，一般情況下、對于IO密集型的 cpu的核數(shù)乘以2+1 ，CPU密集型的一般CPU的核數(shù)+1

3、-XX+UseConcMarkSweepGC開啟

使用ParNew+CMS+Serial Old的收集器組合進(jìn)行內(nèi)存回收，Serial Old作為CMS出現(xiàn)“Concurrent Mode Failure” 失敗后的后備收集器使用.

失敗以后就會觸發(fā)Full GC 、位了避免這種情況發(fā)生、就要對它進(jìn)行配置、觸發(fā)Full GC有兩種情況、promotion failed和concurrent mode failure

對于采用CMS進(jìn)行老年代GC的程序而言，尤其要注意GC日志中是否有promotion failed和concurrent mode failure兩種狀況，當(dāng)這兩種狀況出現(xiàn)時可能

會觸發(fā)Full GC。

promotion failed是在進(jìn)行Minor GC時，survivor space放不下、對象只能放入老年代，而此時老年代也放不下造成的;concurrent mode failure是在

執(zhí)行CMS GC的過程中同時有對象要放入老年代，而此時老年代空間不足造成的(有時候“空間不足”是CMS GC時當(dāng)前的浮動垃圾過多導(dǎo)致暫時性的空間不足觸發(fā)Full GC)。

對應(yīng)措施為：增大survivor space、老年代空間或調(diào)低觸發(fā)并發(fā)GC的比率。

4、

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction

設(shè)置CMS收集器在老年代空間被使用多少后觸發(fā)垃圾回收器，默認(rèn)值為68%,僅在CMS收集器時有效，

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70

(一般情況為70%，設(shè)太高了可能會出現(xiàn)失敗，設(shè)太低了、頻繁， 只能去找一個比值、可以分析GC log、看是否符合你的要求 )

5、-XX:+

UseCMSCompactAtFullCollection

由于CMS收集器會產(chǎn)生碎片，此參數(shù)設(shè)置在垃圾收集器后是否需要一次內(nèi)存碎片整理過程，僅在CMS收集器時有效

6、-XX:+CMSFullGCBeforeCompaction

設(shè)置CMS收集器在進(jìn)行若干次垃圾收集后再進(jìn)行一次內(nèi)存碎片整理過程,通常與

UseCMSCompactAtFullCollection參數(shù)一起使用

7、

-XX:CMSInitiatingPermOccupancyFraction

設(shè)置Perm Gen使用到達(dá)多少比率時觸發(fā),默認(rèn)92%

文章名稱：JVM原理與深度調(diào)優(yōu)
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