我的JVM总结

前言

本篇博客将结合博主在实际工作中对JVM的认识，以及前一段时间春节大流量下对Java后台服务的一些参数设置的一个总结。如果你对JVM还不熟悉，可以参考博主以前的博客：《对Java内存结构的一点思考和实践》

JVM体系结构

上图，包含了组成JVM的各个要素，下面我们简单先来介绍下它们。

类加载子系统：负责从文件系统或者网络上加载CLASS信息，加载的信息存放在内存空间中的方法区。

方法区：就是存放类信息、常量信息、常量池信息等。

Java堆：在JVM启动的时候会建立Java堆，Java堆是Java程序最主要的内存区域，也是JVM进行垃圾回收的核心区域，几乎所有的对象都放置在Java堆中，并且堆空间是所有线程共享的。

Java栈：每个虚拟机线程都会有一个私有的栈空间，即Java栈。在Java栈中保存着局部变量、方法参数、方法调用、返回值等信息。总之，这个空间和多线程有关系，和方法的执行有关系。

本地方法栈：要知道一些Java类的实现是依赖于native方法的，也就是通常用C编写的本地方法，本地方法栈和Java栈类似。

垃圾收集系统：Java进行垃圾清理的机制，后文在详细介绍。

PC寄存器：寄存器也是每个线程私有的空间，JVM会为每个线程创建PC寄存器，在任意时刻，一个JAVA线程总是在执行一个方法，即当前线程的当前方法。实际上，如果当前方法不是本地方法，那么会将当前方法的信息存入PC寄存器。在PC寄存器中，实际上，就是一个指针的概念，代表了当前线程的一个执行环境。在多线程进行上下文切换的时候，PC寄存器就发挥作用了。

执行引擎：负责执行虚拟机的字节码。

堆、栈、方法区

可以说，在内存当中，我们最为关心的就是堆、栈、方法区。下面我们重点剖析下，它们三者之间的关系。

比如，有一个User类，有2个实例对象u1/u2，那么存储结构信息就如上图所示。

堆，解决的是数据存储的问题，即数据怎么放，放在哪里。即User类的2个实例对象都存放在堆中。

栈，解决的是程序的运行问题，即程序如何执行。说白了，u1/u2这2个局部变量，对真实对象的引用就存放在栈中。

方法区，是堆、栈的一个辅助区域，或者说是先决条件，没有类信息等，如何创建对象呢。

Java堆可以细分为新生代、老年代。其中新生代存放新生的对象或者年龄不大的对象；老年代则存放老年对象。新生代分为Eden、S0、S1这三个区域，SO/S1也称为from/to区域。S0/S1这两个区域是大小相等并且可以互换角色的空间，在后文的复制回收算法中在详细描述它们。

在绝大多数情况下，对象首先分配在Eden区域，在一次新生代回收后，如果对象还存活，则会进入S0/S1区域，之后每经过一次新生代回收，如果对象存活，它的年龄就加一，当年龄达到阀值后，就会进入老年代。

Java栈的结构

Java方法区，也称之为永久区（Perm）。方法区，它保存系统的类信息，比如类的字段、方法、常量池等信息。方法区的大小决定了系统可以保存多少个类，如果系统定义了太多的类，而方法区空间不足，就有可能抛出内存溢出错误。

JVM参数设置

-XX:+PrintGC                   使用这个参数，虚拟机启动后，只要遇到GC，就会打印日志        

-XX:+PrintGCDetails            可以查看详细信息，包括各个区的情况

-XX:+PrintCommandLineFlags     将给虚拟机设置的参数全部打印出来

-Xms200m                       设置JAVA程序启动时初始堆大小

-Xmx500m                       设置JAVA程序可以获得的最大堆大小

注意：在实际开发中，我们一般情况下，都会将堆的初始值和最大值设置成一样的。这样的好处在于减少程序运行时的垃圾回收次数，从而提高性能。

-Xmn70m                        设置新生代的大小

注意：如果设置一个比较大的新生代，那么势必减少老年代的大小，所以这个参数对系统性能以及GC行为有很大影响。在实际中，一般将新生代大小设置为整个堆大小的1/3到1/4左右。也就是说新生代：老年代=1/2 到 1/3。总而言之，我们应该尽可能将对象预留在新生代，减少老年代的GC次数。

-XX:SurvivorRatio              用于新生代中Eden/from=Eden/to的比例 

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 

-XX:HeapDumpPath=/log/xxx.dump   

开启堆内存溢出OOM错误导出堆信息功能，并打印到指定路径下

注意：实际上这个堆内存导出文件，可以用相关内存分析工具进行分析。

-Xss1m                         线程的最大栈空间

注意：这个参数直接决定了方法可以调用的最大深度，特别是递归调用。

-XX:PermSize=64M 

-XX:MaxPermSize=64M            方法区的初始、最大大小设置

-XX:MaxDirectMemorySize        

注意：这个参数用于配置直接内存。什么是直接内存，想一想NIO，你就会明白。如果不设置，默认就是最大堆大小。因此如果直接内存如果没有有效释放空间，或者达到堆空间的最大大小，就会OOM。

-client/-server                事实上，在JDK1.7 64以后，就已经没有这方面的事情了。

-XX:MaxTenuringThreshold=15    设置新生代对象进入老年代的对象的年龄阀值，默认就是15次

-XX:PretenureSizeThreshold     

如果对象的大小比较大，无法在Eden直接分配呢？会直接进入老年代！但是需要注意TLAB的优先分配。

-XX:+UseTLAB

-XX:+PrintTLAB

-XX:+TLABSize

使用、打印、设置TLAB大小。后文会介绍TLAB。

-XX:UseSerialGC                 设置新生代、老年代使用串行回收器

-XX:UseParNewGC                 

-XX:ParallelGCThreads

设置新生代ParNew回收器，以及回收线程的个数

-XX:UseParallelOldGC            

CMS相关参数后文介绍。

GC

垃圾收集算法

引用计数法

一句话，如果对象存在被引用，则计数器加一，失效则减一；如果计数器为0，就可以回收。

无法解决循环引用的问题，而且计数器经常加减，操作频繁，性能不佳。实际工作中并没有使用。

标记清除法

分为标记、清除阶段。那么怎么标记呢？并不是采用上面的引用计数法，而是基于ROOT树寻找路径来确定是否应该被标记。被标记将被清除，这会导致空间碎片的问题。垃圾回收后的空间不是连续的，显然不连续的内存空间的效率要低于连续内存空间的效率。

复制算法

核心思想就是将内存空间分为2块，每次只是用其中一块。在垃圾回收时，将其中一块A的无法回收的留存对象全部COPY到另一块B内存中，然后清除块A内存中的所有对象。垃圾回收时，反复去交换这2块空间的角色，完成垃圾收集工作。这里，显然避免了内存碎片的问题，但是需要注意的是复制的成本。如果有很多对象需要复制呢？我们知道新生代的很多对象很不稳定，是会被频繁回收的，因此对于新生代而言，这种算法的复制成本比较小，所以被广泛应用。相比老年代而言，大量的对象是稳定的，甚至是不会被回收的，因此复制成本太大了，不适合。

标记压缩法

在标记清除算法的基础上做了些改进，就是把存活的对象压缩到内存的另一端，而后进行垃圾清理，从而避免了内存碎片的问题。事实上，老年代采用的就是这种算法。

其实，为什么分为新生代、老年代？说白了，就是想根据对象的特点进行分类，不同的特点就可以使用不同的算法，这就是分代的好处。对于新生代、老年代而言，新生代回收频率很高，但是每次回收耗时很短；而老年代回收频率很低，耗时会相对较长，所以应该尽量减少老年代的GC。

停顿现象

垃圾回收的任务就是识别和回收垃圾对象，完成内存清理动作。为了让GC高效的执行，大部分情况下，会要求系统进入一个停顿的状态，也就是暂停了所有的应用线程。因为只有这样才不会有新的垃圾产生，同时停顿也保证了系统在某一瞬间的一致性，有益于垃圾的标记。因此在进行GC的时候，会产生应用程序的停顿。

TLAB

Thread Local Allocate Buffer，线程本地分配缓存，一个线程专用的内存分配区域。在实际中，每个线程势必会用到内存，为什么不提前就为每个线程创建一个较小的专属的内存区域呢？不必等到线程使用到内存的时候在去申请。这样的话，会加速线程的运行速度，而且也避免了多线程的问题。当然，TLAB区域并不会太大。

垃圾收集器

串行回收器

所谓串行，就是单线程进行垃圾回收工作。新生代、老年代都可以使用。如果机器的并行性能比较差，可以考虑这种，因为它的专注性、独占性会有不错的表现。

并行回收器：ParNew

在串行回收器的基础上进行功能增强，就是使用多线程。适用于新生代。显然，对于并行能力较强的计算机而言，会有效缩短垃圾回收的实际时间。

并行回收器：ParallelGC

多线程独占+复制算法，新生代回收，非常关注系统的吞吐量，因为它提供参数来进行吞吐量的控制，比如设置最大垃圾收集停顿时间-XX:MaxGCPauseMillis。

并行回收器：ParallelOldGC

多线程独占+标记压缩算法，老年代回收。

目前最主流的回收器：CMS

CMS，即Concurrent Mark Sweep，并发标记清除，采用标记算法，适用老年代，关注系统停顿时间。

需要注意的是，CMS并不是独占的回收器，也就是说CMS回收过程中，应用程序仍然在不断工作，这是CMS回收器的一大优点。也正因为如此，CMS回收，应用程序不停顿运行，垃圾继续会产生，需要足够的内存空间。CMS并不会等到应用程序饱和才开始回收，而是根据指定的阀值开始回收。比如-XX:CMSInitiatingOccupancyFration设置为68，就是说当老年代空间使用达到68%的时候，CMS开始回收。另外，CMS为了避免标记算法产生的内存碎片问题，提供了功能，比如-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection可以让CMS回收一次后进行内存碎片整理，-XX:CMSFullGCBeforeCompaction参数可以设置多少次CMS回收后，对内存进行一次压缩整理。

G1回收器

目前应用并不广泛。其主要的思想在于分区算法，把内存区域划分为N多个小的独立的空间，实际上是想细粒度的对内存进行划分，这样就可以细粒度的回收，而不是对整个空间进行垃圾回收，从而提升性能，并减少了GC停顿时间。

到这里，JVM总结就结束了，希望对你有用吧~