JVM简介

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机)的缩写,是实现java跨平台特性的关键。Java虚拟机在执行字节码时，把字节码解释成具体平台上的机器指令进行执行，这样实现了Java“一次编译，到处运行”。

JVM新生代

1. 新生代=1个eden区+2个Survivor区
2. -Xmn 年轻代大小（早期版本）
   -XX：NewSize, -XX: MaxNewSize (设置年轻代大小（for 1.3/1.4）默认值大小调整为个堆的3/8)
3. -XX: NewRatio
   年轻代（包含Eden和两个Survivor区）与年老代的比值（除去持久代）Xms=Xmx并且设置了Xmn的情况下，改参数不需要设置。
4. -XX.SurvivorRatio
   Eden区与Survivor区的大小比值，设置为8，则两个Survivor区与一个Eden区的比值为2：8，一个Survivor区占整个年轻代的1/10
5. 用来存放JVM刚分配的Java对象。

Java年老代（tenured generation）

1. 老年代=整个堆 - 年轻代大小 - 持久代大小

• 年轻代中经过垃圾回收没有回收掉的对象被复制到年老代。
• 老年代存储对象比年轻代年龄大的多，而且不乏大对象。
• 新建的对象也有可能直接进入老年代
  • 大对象，可通过启动参数设置-XX： PretenureSizeThreshold=1024 (单位为字节，默认为0)来代表超过多大时就不在新生代分配，而是直接在老年代分配。

• 大的数组对象，且数组中午引用外部对象。

• 老年代大小无配置参数

Java持久代（perm generation）

1. 持久代=整个堆 - 年轻代大小 - 老年代大小
2. -XX:PermSize -XX:MaxPermSize
   设置持久代的大小，一般情况推荐把-XX：PermSize设置成XX：MaxPermSize的相同值，因为永久带大小的调整会导致堆内存需要触发fgc.
3. 存放Class,Method元信息，其大小与项目的规模，类，方法的数量有关。一般设置为128M就足够，设置原则是预留30%的空间。

• 永久代的回收方式
  • 常量池中的常量，无用的类信息，常量的回收很简单，没有引用了就会被回收。
  • 对于无用的类进行回收，必须保证三点：
    • 类的所有实例都已经被回收
    • 加载类的ClassLoader已经被回收
    • 类对象的Class对象没有被引用（即没有通过反射引用该类的地方）

JVM内存垃圾回收

JVM垃圾收集算法

1. 引用计数算法
   每个对象有一个引用计数属性，新增一个引用时计数加1，引用释放时计数减1，计数为0时可以回收。此方法简单，无法解决对象互斥循环引用的问题，还有一个问题是如何解决精确计数。此种方式已经不再使用。
2. 根搜索算法
   从GC Roots开始向下检索，搜索所走过的路径为引用链，当一个对象到GC链没有一个引用链相连时，则证明对象是不可用的，不可达对象。
   在Java语言中，GC Roots包括：
   • 虚拟机栈中引用的对象
   • 方法区中类静态属性实体引用的对象。
   • 方法区中常量引用的对象
   • 本地方法栈中JNI引用的对象

JVM垃圾回收算法

1. 复制算法（Copying）
   复制算法采用从根集合扫描，并将存活的对象复制到一块新的，没有使用过空间中，这种算法当控件存活的对象比较少时，极为高效，但是此算法用于新生代内存回收，从E区回收到S0或者S1。

• 标记清除算法
  标记-清除算法采用从根集合进行扫描，对存活的对象标记，标记完毕后，再扫描整个空间中未被标记的对象，进行回收。
  标记清除算法不需要进行对象的移动，并且仅对不存货的对象进行处理，在存活对象比较多的情况下极为高效，但是由于标记清除算法直接回收不存活的对象，因此会造成内存碎片。

• 标记整理算法
  标记整理算法采用标记-清除算法一样的方式进行对象的标记，但在清除时不同，在回收不存活的对象占用空间后，会将所有存活对象往左端空闲空间移动，并更新对应的指针。标记整理算法是在标记清除算法的基础上，又进行了对象的移动，因此成本更高，但是却解决了内存碎片的问题。

• 回收的方式

  • 串行回收：gc单线程内存回收，会暂停所有用户线程
  • 并行回收：收集是指多个gc线程并行工作，但此时用户线程是暂停的，所以 Serial是串行的，Parallel收集器是并行的，而CMS收集器是并发的。
  • 并发回收：是指用户线程同事执行（不一定是并行，可能交替，但总体上是在同时执行），不需要停顿用户线程——其实在CMS中用户线程还是需要停顿的，只是非常短，gc线程在另一个CPU上执行。

JVM的优化

JVM的调优，尽量的避免FULL GC。

1. JVM堆配置参数

   • -Xms初始堆大小
     默认物理内存的1/64（<1GB）
   • -Xmx最大堆大小
     默认物理内存的1/4（<1GB），实际建议不大于4GB
   • 一般建议设置 -Xmx = -Xms
     好处是避免每次 在gc之后，调整堆的大小，减少系统内存分配开销。
   • 整个堆的大小=年轻代大小+年老代大小+持久代大小

2. GC性能指标

   • 吞吐量 应用花在非GC上的时间百分比
   • GC负荷： 与吞吐量相反，指应用花在GC上的时间百分比
   • 暂停时间： 应用花在GC stop-the-world的时间
   • GC频率： GC频率
   • 反应速度：从一个对象成为垃圾到被回收的时间
   • 一个交互式的应用要求暂停时间越少越好，然而，一个非交互型的应用需要GC负荷越低越好
   • 一个实时系统对暂停时间和GC负荷的要求，越低越好。

3. 内存容量配置原则

   • 年轻代大小选择

     • 响应时间优先的应用：尽可能设大，直到接近系统的最低响应时间限制，（根据实际情况选择），在此种情况下，年轻代收集发生的频率是最小的，同时，减少到达老年代的对象。

     • 吞吐量优先的应用： 尽可能的设置大，可能到达的Gbit的程度。因为对响应时间没有要求，垃圾收集可以并行进行，一般适合8CPU以上的应用。

   • 避免设置过小，当新生代设置过小会导致：

     • YGC次数更加频繁
     • 可能导致YGC对象直接进入旧生代，如果此时旧生代满了，会触发FGC

• 年老代大小选择

  • 响应时间优先的应用： 年老代使用并发收集器CMS，所以大小需要小心设置，一般考虑并发会话率和会话持续时间等一些参数。如果堆设置小了，可能会造成内存碎片；高回收频率和应用暂停使用传统标记清除的方式；如果堆大了，则需要较长的收集时间。优化方案需要参考以下数据（通过GC log）:

    • 并发垃圾收集信息
    • 持久代并发收集次数
    • 传统gc信息
    • 年轻代和年老代回收上的时间比例

  • 吞吐量优先的应用：一般吞吐量优先的应用都有一个很大的年轻代和一个较小的年老代，这样可以尽可能回收掉大部分短期对象，减少中期的对象，而年老代尽量存放长期存活的对象。

• CMS（并发标记清除）回收器相关参数
  • 标记清除算法
    同时是一个使用多线程并发回收的垃圾收集器
  • -XX：ParallelCMSThreads
    手工设定CMS的线程数量，CMS默认启动的线程数是（ParallelGCThreads+3)/4

• -XX:+UseConcMarkSweepGC开启
  使用ParNew+CMS+Serial Old的收集器组合进行内存回收，Serial Old作为CMS出现“Concurrent Mode Failure”失败后的后备收集器。
• -XX：CMSInitiatingOccupancyFraction
  设置CMS收集器在年老代空间被使用多少后触发垃圾收集，默认值是68%，仅在CMS收集器时有效，-XX：CMSInitiatingOccupancyFraction=70
• -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
  由于CMS收集器会产生碎片，此参数设置在垃圾收集后是否需要一次内存碎片整理过程，仅在使用CMS收集器时有效
• -XX:+CMSFullGCBeforeCompaction
  设置CMS收集器在进行若干次垃圾收集后再次进行内存碎片整理过程，通常与UseCMSCompactAtFullCollection参数一起使用
• -XX：CMSInitiatingPermOccupancyFraction
  设置Perm Gen使用到达多少比率时触发，默认92%

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