JVM基础教程

运行时数据区域

定义：Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域

类型：程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈，Java堆，方法区（运行时常量池），直接内存

虚拟机栈包含
局部变量表
操作数栈
动态链接
方法出口

堆：Java堆是需要重点关注的一块区域，因为涉及到内存的分配（new关键字，反射等）与回收（回收算法，收集器等）

栈：-Xss
堆：
-Xms：堆的最小值
-Xmx ：堆的最大值
-Xmn：新生代的大小
-XX:NewSize：新生代最小值
-XX:MaxNewSize：新生代最大值

（1.8已经去掉，方法区去掉，有了元空间即本地内存）方法区：也就永久区，用于存储已经被虚拟机加载的类信息，常量（"123"等），静态变量（static变量）等数据

运行时常量池：（1.6在方法区，1.7，1.8在堆，），用于存放编译期生成的各种字面量（“123”）和符号引用

直接内存：
不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域
如果使用了NIO，这块区域会被频繁使用，在java堆中可以用directByteBuffer对象直接引用并操作

这块内存不受java堆大小限制，但受本地总内存的限制，可以通过MaxDirectMemorySize来设置（默认与堆内存最大值一样），所以也会出现OOM异常

深入辨析堆和栈

功能
以栈帧的方式存储方法调用的过程，并存储方法调用过程中基本数据类型的变量（int，short，long，byte，float，double，boolean，char等）以及对象的引用变量，器内存分配在栈上，变量出了作用域就会自动释放
堆内存用来存储java中的对象，无论是成员变量，局部变量，还是类变量，它们指向的对象都存储在堆内存中

线程独享还是共享
栈内存归属于单个线程，每个线程会有一个栈内存，其存储的变量只能在其所属线程中可见，即栈内存可以理解成线程的私有内存
堆内存汇总的对象对所有线程可见，堆内存中的对象可以被所有线程访问

空间大小
栈的内存要远远小于堆内存，栈的深度是有限制的，可能发生StackOverFlowError问题

栈上分配
必须开启 -server +DoEscapeAnalusis +EliminateAllocations
跟着函数调用自行销毁，提高性能
需要：逃逸分析
User u = new User()在方法内就能在栈上分配

-server JVM运行的模式，才能进行逃逸分析（mix/client）
+开启 -关闭功能
-Xmx10m -Xms10m 堆的大小
-XX:+DoEscapeAnalusis 启用逃逸分析
-XX:+PrintGC 打印GC日志
-XX:+EliminateAllocations 标量替换
-XX:-UseTLAB

TLAB ThreadLocalAllocBuffer 事先为堆里面每个线程分配一块私有内存

Java堆溢出
java.lang.OutOfMemoryError：GC overhead limit exceeded（gc的次数超过了限制）
某个循环里在不停的分配对象，但是分配的太多，把堆撑爆了

java.lang.OutOfMemoryError：Java heap space
在分配的时候，有巨型对象在分配

新生代配置
方法区和运行时常量池溢出
-XX:MaxMetaspaceSize=2M

虚拟机栈本地方法栈溢出
-Xss256k
java.lang.StackOverflowError 要考虑是否有无限递归

本机直接内存溢出

垃圾回收器列表

收集器	收集对象和算法	收集器类型	说明	适用场景
Serial	新生代，复制算法	单线程		简单高效；适合内存不大的情况
ParNew	新生代，复制算法	并行的多线程收集器	ParNew垃圾收集器是Serial收集器的多线程版本	搭配CMS垃圾回收器的首选
Parallel Scavenge吞吐量优先收集器	新生代，复制算法	并行的多线程收集器	类似ParNew，更加关注吞吐量，达到一个可控制的吞吐量	本身是Server级别多CPU机器上的默认GC方式，主要适合后台运算不需要太多交互的任务

收集器	收集对象和算法	收集器类型	说明	适用场景
Serial Old	老年代，标记整理算法	单线程		Client模式下虚拟机使用
Parallel Old	老年代，标记整理算法	并行的多线程收集器	Paraller Scavenge收集器的老年代版本，为了配置Parallel Svavenge的面向吞吐量的特性而开发的对应组合	在注重吞吐量以及CPU资源敏感的场合采用
CMS	老年代，标记清除算法	并行与并发收集器	尽可能的缩短垃圾收集时用户线程停止时间；缺点在于，1.内存碎片，2.需要更多CPU资源，3.浮动垃圾问题，需要更大的堆空间	重视服务的相应速度，系统停顿时间和用户体验的互联网网站或者B/S系统。互联网后端目前cms是主流的垃圾回收器
G1		跨新生代和老年代；标记整理+化整为零	并行与并发收集器	JDK1.7才正式引入，采用分区回收的思维，基本不牺牲吞吐量的前提下完成低停顿的内存回收；可预测的停顿是其最大的优势

并行（Parallel）：指多条垃圾收集线程并行工作，但此时用户线程仍然处于等待状态
并发（Concurrent）：指用户线程与垃圾收集线程同时执行

搭配方式

关注吞吐量
Parallel Scavenge / Parallel Old
关注用户相应时间
ParNew / CMS（Concurrent Mark Sweep）
初始标记
并发标记
重新标记
并发清除

各种垃圾收集器的图解

判断对象存活的算法

1. 引用计数法
2. 可达性分析

可作为GC Roots的对象

方法区中类静态属性引用的对象
例如：static User u = new User()

方法区中常量引用的对象
例如：final static User u = new User()

虚拟机栈（本地变量表）中引用的对象
例如：当前执行的线程

本地方法栈中JNI（Native方法）引用的对象

各种引用

强引用
Object obj = new Object()

软引用SoftReference
一些有用但是非必需，用软引用关联的对象，系统将要发生OOM之前，这些对象就会被回收

弱引用WeakReference
一些有用（程度比软引用更低）但是并非必须，用弱引用关联的对象，只能生存到下一次来及回收之前，GC发生时，不管内存够不够，都会被回收

虚引用PhantomReference
幽灵引用，最弱，被垃圾会后的时候收到一个通知

垃圾回收算法

标记-清除算法

先标记，后清除
不足之处
1.效率问题，标记和清除两个过程效率都不高
2.空间问题，会产生大量内存碎片。当需要分配大对象时，没有找到足够内存而触发一次垃圾收集动作

复制算法

将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次使用一块。一块内存用完了，将存活的对象复制到另外一块上面，再将使用过的内存空间一次清理掉
实现简单，运行高效，缺点是将内存缩小为原来的一半
90%的对象是朝生夕死
Eden/Survivor（2个） 新生代，复制算法
8:1:1

Eden A 存活的->B
Eden B 存活的->A

标记-整理算法

先标记，然后让所有存活的对象向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存
老年代（标记清除，标记整理）

新生代的回收minor gc
老年代 full gc

垃圾收集器

内存分配与回收策略

1.对象优先在Eden分配，如果说Eden内存空间不足，就会发生Minor GC
2.大对象直接进入老年代，大对象：很长的字符串以及数组，1导致内存有空间
-XX:PretenureSizeThreshold参数大于直接在老年代分配
3.长期存活的对象将进入老年代，默认15岁，-XX:MaxTenuringThreshold
4.动态对象年龄判定，如果在Survivor空间中相同年龄所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于改年龄的对象就可以直接进入老年代
5.空间分配担保

Minor GC和Full GC

新生代GC（Minor GC）：指发生在新生代的垃圾收集动作，因为Java对象大多数都具备朝生夕灭的特性，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快
老年代GC（Major GC/ Full GC）：指发生在老年代的GC，出现了Major GC，经常会伴随至少一次的Minor GC（但非绝对的，在Parallel Scavenge收集器的收集策略里就有直接进行Major GC的策略选择过程）。Major GC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上

JVM的参数类型

java -参数（标准参数，X参数，XX参数）

标准参数

基本不变，相对比较稳定

-help
-server
-client
-version -showversion
-cp -classpath

X参数（非标准化参数）

-Xint：解释执行
-Xcomp：第一次使用就编译成本地代码
-Xmixed：混合模式，JVM自己来决定是否编译成本地代码

举个例子：

java -Xint -version

XX参数（非标准化参数）

相对不稳定，主要用于JVM调优和Debug

XX参数分类
Boolean类型
格式：-XX[+-]表示启用或者禁用name属性（+表示启用，-表示禁用）

比如：
-XX:+UseConcMarkSweepGC（启用CMS垃圾收集器）
-XX:+UseG1GC（启用G1垃圾收集器）

非Boolean类型
格式：-XX:=表示name属性的值是value
比如：
-XX:MaxGCPauseMillis=500（GC的最大停顿时间是500ms）
-XX:GCTimeRatio=19（）

-Xmx 和 -Xms不是X参数，而是XX参数
-Xms等价于-XX:InitialHeapSize
-Xmx等价于-XX:MaxHeapSize

jinfo -flag MaxHeapSize 进程id （最大内存）
jinfo -flag ThreadStackSize 进程id（线程堆栈数）

查看JVM运行时参数

jps
jps -l

jinfo

查看最大内存
jinfo -flag MaxHeapSize pid

查看垃圾回收器
jinfo -flag UseConcMarkSweepGC pid
jinfo -flag UseG1GC pid
jinfo -flag UseParallelGC pid
jinfo -flags pid

jstat查看JVM统计信息

类装载
jstat -class pid
垃圾收集
jstat -gc pid
每隔1秒打印1次，总共打印10次
jstat -gc pid 1000 10
-gc 输出结果

参数	含义
S0C S1C S0U S1U	S0和S1的总量与使用量
EC EU	Eden区总量与使用量
OC OU	Old区总量与使用量
MC MU	Metaspace区总量与使用量
CCSC CCSU	压缩类空间总量与使用量
YGC YGCT	YoungGC的次数与时间
FGC FGCT	FullGC的次数与时间
GCT	总的GC时间

JIT编译
jstat -compiler pid
jstat -printcompilation pid

导出内存印象文件

内存溢出自动导出

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:HeapDumpPath=./

使用jmap命令手动导出
jmap -dump:format=b,file=heap.hprof 16940

mat分析内存溢出

jstack实战死循环与死锁

实战死循环导致CPU飚高

死循环
top
top -p pid -H
jstack pid

10进制转16进制
printf “%x” pid

死锁

各种参数

-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:+PrintGCTimeStamps 打印GC发生的时间戳
-Xloggc:log/gc.log 指定GC log的位置，帮助开发人员分析问题
-XX:+PrintHeapAtGC 每次GC时，打印堆信息
-XX:+TraceClassLoading 监控类的加载
-XX:+UseSerialGC 配置串行回收器
-Xms 设置java程序启动时初始堆大小（最小堆）
-Xmx 设置java程序能获得的最大堆大小
-Xmx20m -Xms5m -XX:+PrintCommandLineFlags 可以将隐式或者显式传给虚拟机的参数输出
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError OOM时导出堆到文件
-XX:+HeapDumpPath 导出OOM的路径

-XX:OnOutOfMemoryError
在OOM时，执行一个脚本
可以在OOM时，发送邮件，甚至是重启程序

新生代的设置

-Xmn:可以设置新生代的大小，设置一个比较大的新生代的大小会减少老年代的大小，这个参数对系统性能以及GC行为有很大的影响，新生代大小一般会设置整个堆空间的1/3到1/4左右
-XX:SurvivoRatio:用来设置新生代中eden空间和from/to空间的比例。含义：-XX:SurvivoRatio=eden/from=eden/to
-XX:SurvivoRatio:设置两个Survivor区和eden的比
8表示两个Survivor:eden=2:8，即一个Survivor占年轻代的1/10

总结：不同的堆分布情况，对系统执行会产生一定的影响，在实际工作中，应该根据系统的特点做出合理的配置，基本策略：尽可能将对象预留在新生代，减少老年代的GC次数。

除了可以设置新生代的绝对大小（-Xmn）,还可以使用（-XX:NewRatio）设置新生代和老年代的比例：-XX:NewRatio=老年代/新生代
-XX:NewRatio 新生代（eden+2*s）和老年代（不包含永久区）的比值
4表示 新生代:老年代=1:4，即年轻代占堆的1/5

永久区的设置

-XX:PermSize 设置永久区的初始空间
-XX:MaxPermSize 设置永久区的最大空间

1. 根据实际情况调整新生代和幸存代的大小
2. 官方推荐新生代占堆的3/8
3. 幸存代占新生代的1/10
4. 在OOM是，记得Dump出堆，确保可以排查现场问题

jstat查看JVM统计信息

27696端口每隔1秒输出一次GC信息，总共输出10次

jstat -gc 27696 1000 10

1. 类装载
2. 垃圾收集

S0C,S1C,S0U,S1U : S0和S1的总量与使用量
EC,EU : Eden区总量与使用量
OC,OU : Old区总量与使用量
MC,MU : Metaspace区的总量与使用量
CCSC,CCSU ： 压缩类空间总量与使用量
YGC,YGCT : YoungGC的次数与时间
FGC,FGCT : FullGCd的次数与实践

3. JIT编译
   -compiler -printcompilation

GC算法与种类

GC的概念

Garbage Collection垃圾收集
1960年，Lisp使用了GC
Java中，GC的对象是堆空间和永久区

参考博客

官方文档
[1]https://docs.oracle.com/javase/8/
各种unix命令
[2]https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/
JVM调优总结
[3]https://www.cnblogs.com/andy-zhou/p/5327288.html#_caption_0