JVM
jdk包含jre，jre包含jvm
初试,分析解决
查看堆存储快照
VM arguments
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
设置堆内存大小
-Xms20m -Xmx20m
分析工具：eclipse memory analyzer
JVM监控工具
jdk/bin/jconsole 直接运行
堆内存，分为新生代和老年代。垃圾回收会对新生代进行回收。新生代分为，Eden和两个Survivor。
垃圾回收会回收一部分Eden，存活的进入到Survivor生存区。存活久的进入到老年代。
Java虚拟机
Sun Classic VM
- 第一款商用Java虚拟机
- 只能使用解释器方式执行java
Exact VM
- 编译器和解释器混合执行，两级即时编译器
- 只在Solaris平台发布，就被取代了
HotSpot VM
- 称霸武林
- 非sun开发，后收购的
KVM
- 手机平台运行
JRockit
- BEA公司
- 专注服务器端
J9
-IBM
Microsoft JVM
Java虚拟机内存结构
分为：
线程独占区
生命周期随着线程的创建而创建，随着线程的结束而死亡；所以不用关心这部分的垃圾回收。
- 程序计数器：当前线程执行字节码行号指示器。
- 虚拟机栈：一个个栈帧组成的，局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息；每个方法执行，创建一个栈帧，伴随方法的创建到结束，存储局部变量表等，方法执行完毕，出栈。
- 本地方法栈：与虚拟机栈类似，不过提供的是native方法运行。
线程共享区
- 堆：存储几乎所有的对象实例，虚拟机创建而创建。垃圾回收的主要区域。
- 方法区：存储类信息，常量，静态变量。编译后的代码。
程序计数器
- 一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
- 处于线程独占区，线程私有
- 此区域是Java虚拟机规范中，唯一没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。
- 生命周期随着线程的创建而创建，随着线程的结束而死亡。
虚拟机栈
- Java方法执行的动态内存模型
- 栈放的是对象的引用
- 栈帧：每个方法的执行，都创建一个栈帧，伴随方法的创建到执行完成，用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口。
- 当方法在运行过程中需要创建局部变量时，就将局部变量的值存入栈帧的局部变量表中。
当这个方法执行完毕后，这个方法所对应的栈帧将会出栈，并释放内存空间。 - 栈内存溢出则，报错StackOverFlow（如递归）
注意：人们常说，Java的内存空间分为“栈”和“堆”，栈中存放局部变量，堆中存放对象。
这句话不完全正确！这里的“堆”可以这么理解，但这里的“栈”只代表了Java虚拟机栈中的局部变量表部分。真正的Java虚拟机栈是由一个个栈帧组成，而每个栈帧中都拥有：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息。
本地方法栈
- 虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，本地方法栈为虚拟机执行native方法服务。
- 本地方法栈和Java虚拟机栈实现的功能类似，只不过本地方法区是本地方法运行的内存模型。
堆
- 存储对象实例，(几乎所有的对象都存储在堆中)
- 虚拟机启动时创建
- 垃圾收集器管理的主要区域
- 老年代，新生代；新生代又被分为Eden、From Survivor、To Survivor。不同区域生命周期不同，根据区域垃圾回收。
- -Xms -Xmx
方法区
- 存储虚拟机加载的类信息，常量，静态变量，即时编译器编译后的代码等数据。
- 方法区和永久代
- 垃圾回收在方法区的行为
- 异常的定义
- 运行时常量池，字符串会放到常量池里，类似hashset的table，如 String a = “aa”. String 的intern是把对象搬到运行时常量。
直接内存(不属于虚拟机内存)
- 除Java虚拟机以外的内存，也有可能被Java使用。
- NIO， 在NIO中引入了一种基于通道和缓冲的IO方式。它可以通过调用本地方法直接分配Java虚拟机之外的内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象直接操作该内存，而无需先将外面内存中的数据复制到堆中再操作，从而提升了数据操作的效率。
- 直接内存大小不受Java虚拟机控制，不过，内存不足时就会抛出OOM异常。
综上
- Java虚拟机的内存模型中一共有两个“栈”，分别是：Java虚拟机栈和本地方法栈。
两个“栈”的功能类似，都是方法运行过程的内存模型。并且两个“栈”内部构造相同，都是线程私有。
只不过Java虚拟机栈描述的是Java方法运行过程的内存模型，而本地方法栈是描述Java本地方法运行过程的内存模型。 - Java虚拟机的内存模型中一共有两个“堆”，一个是原本的堆，一个是方法区。方法区本质上是属于堆的一个逻辑部分。堆中存放对象，方法区中存放类信息、常量、静态变量、即时编译器编译的代码。
对象的创建
1、new 类名
2、根据new的参数在常量池中定义一个类的引用符号。
3、如果没有找到这个符号引用，说明类还没有被加载，进行类的加载，解析和初始化。
4、虚拟机为对象分配内存，（堆）
5、将分配的内存初始化为零值（不包括对象头）
6、调用对象的init方法。（代码块，构造方法）
给对象分配内存
- 指针碰撞(指针移动)，连续的空间。
- 空闲列表：一张表，记录空闲内存。在空闲的部分分配内存。
- 线程安全
- 加锁
- 每个线程单独分配自己的区域，叫做本地线程分配缓冲
对象的结构
- Header
- 自身运行时数据(Mark Word)
- 哈希值
- GC分代年龄
- 锁状态标志
- 线程持有的锁
- 偏向线程ID
- 偏向时间戳
- 类型指针
- 自身运行时数据(Mark Word)
- InstanceData
- Padding
对象的访问定位
栈的对象引用指向堆的对象实例。
- 使用句柄：指向堆中的句柄池，句柄池指向对象的地址
- 直接指针：直接指向对象的地址(hotspot)
具体哪一种方式，跟虚拟机有关。
垃圾回收
如何判定对象为垃圾
- 引用计数法：在对象中添加一个引用计数器，当有地方引用这个对象的时候，引用计数+1，当引用失效引用计数-1.引用计数为0时回收。
- 可达性分析:根节点(GC Roots)不能到达的回收。GC Roots包括：
- 虚拟机栈
- 方法区的类属性所引用的对象
- 方法区中常量所引用的对象
- 本地方法栈中所引用的对象
如何回收
回收策略
新生代通常复制算法，老年代标记-整理，标记清除。老年代对象一般较大不适合复制算法，浪费空间。标记-整理在可用对象多的情况下很适合。
- 标记-清除算法
- 效率问题
- 空间问题
- 复制算法:(针对新生代)解决标记清除的效率问题；两块相同的内存，每次只用一块区域，回收时把不需要回收的部分复制到另一块内存，并连续排列，原来的内存区全部清空，下一次在这块区域继续划分，循环这种操作。
内存浪费的解决方案。新生代分为Eden，From Survivor，To Survivor，比例是8：1：1。我们认为垃圾回收后剩余大约10%的有用对象。在Eden的对象垃圾收集以后剩余的放在Survivor，From与To之间是复制算法的关系。当Survivor内存不够时就需要一个内存担保，Tenured Gen。放到老年代。
- 标记-整理算法:针对老年代，整理以后清除。
- 分代收集算法：根据垃圾需要收集的多少决定用复制还是标记-整理算法
常见回收器(Java虚拟机没有规范，下面的不同收集器适用不同的场景)
- Serial(新生代)
- 最基本，发展最悠久的
- 单线程(多线程任务执行，垃圾收集时全部线程暂停等待单线程的收集，收集完继续多个线程的执行)
- 桌面应用
- ParNew(新生代)
- 多线程
- Parallel Scavenge
- 复制算法(新生代收集器)
- 多线程收集器
- 吞吐量:(执行用户代码的时间) / 总时间
- 达到可控制的吞吐量
- -XX：MaxGCPauseMillis 垃圾收集器最大停顿时间
- -XX:GCTimeRatio 吞吐量大小， 取值(0, 100)
- CMS(Concurrent Mark Sweep)
- 针对老年代
- G1
- 面向服务端
- 综合前面的优势
- 并行和并发
- 分代收集
- 空间整合
- 可预测的停顿
- 标记整理
何时回收
内存分配策略
1. 优先分配到eden
打印垃圾收集信息： -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails
2. 大对象直接分配到老年代
指定大对象的大小： -XX:PretenureSizeThreshold=8M
新生代通常是复制算法，新生代垃圾回收的频率很高，所以放在老年代更好。
3. 长期存活的对象分配到老年代(jdk7以后不严格)
指定年龄多少算长期 -XX:MaxTenuringThreshold 15
年龄计数器，每次垃圾回收年龄+1
4. 空间分配担保
内存不够时借用老年代内存
需要检查老年代是否有足够的空间容纳全部的新生代
开启空间分配担保 -XX:+HandlePromotionFailure
禁用空间分配担保 -XX:-HandlePromotionFailure
5. 动态对象的年龄判断
6. 逃逸分析和栈上分配
逃逸分析：分析对象的作用域。
栈上分配是java虚拟机提供的一种优化技术
只在方法体内部有效，不发生逃逸。反之。
为成员属性赋值，发生逃逸；
对象的作用域仅在当前方法有效，没有发生逃逸。
引用成员变量的值，发生逃逸。
没有发生逃逸的对象放在栈内存中。
public class PartionOnStack {
static class User{
private int id;
private String name;
public User(){}
}
private static User user;
public static void foo() {
user=new User();
user.id=1;
user.name="sixtrees";
}
public static void main(String[] args) {
foo();
}
}
因为上面的代码中的User的作用域是整个Main Class，所以user对象是可以逃逸出函数体的。下面的代码展示的则是一个不能逃逸的代码段。
public class PartionOnStack {
class User{
private int id;
private String name;
public User(){}
}
public void foo() {
User user=new User();
user.id=1;
user.name="sixtrees";
}
public static void main(String[] args) {
PartionOnStack pos=new PartionOnStack();
pos.foo();
}
}
虚拟机工具
-
Jps
- Java process status
- 控制台 打 “jps”. 显示Java进程id
- jps -l 运行时主类全名或jar包名
- jps -m 运行时主类接收的参数(在args中)
- jps -v 接收的VM的参数
- 本地虚拟机唯一Id lvmid local virtual machine id
-
Jstat
- 依赖jps， 需要知道进程的id才能使用
- 官网可查看文档
- jstat -gcutil {id} 垃圾回收概要信息
-
Jinfo
- 实时查看和调整虚拟机的各项参数
- jinfo -flag UseSerialGC {id} 查看该进程是否使用SerialGC。是(+),否(-)
-
Jmap
- jmap -dump:format=b,file=/Users/yuan/a.bin {进程id} 转储快照
- jmap -histo {id} 类和实例信息
-
Jhat
- 分析Jmap快照
- jhat {文件路径}
- 启动http server
-
Jstack
- 线程快照
- Jstack {id}
-
JConsole
- 内存监控
- 线程监控
- 死锁检测
-
VisualVM 需下载
性能调优
案例1：绩效考核系统
环境：
64G， 2个intel E5 CPU
tomcat7， jdk7
堆内存设置了50G
问题：经常卡顿
处理思路：
优化sql(不是每个功能慢了，是某个时间段慢了)监控CPU- 监控内存
- Full GC 20-30s
解决：
部署多个web容器，每个web容器堆内存设置为4G.用nginx负载。 这样解决了堆内存多大垃圾收集时间长。又不浪费内存。
总结：
没有大对象，不经常Full GC，部署多个容器更好。否则单个容器分配大的内存更好。毕竟容器启动会有额外内存，硬盘开销。
案例2：数据抓取系统
环境
jdk5， 2G内存， intel core i3， win server
问题
不定期内存溢出，堆内存加大也无济于事，导出堆快照，没人信息。内存监控，正常
处理思路
捕获到了bytebuffer。系统用了很多NIO。direct memory改大一些。
案例3：物联网应用
JVM崩溃。 Connect Reset
任务挤压，大量未处理任务导致
解决：加消息队列
Class文件
编译器编译产生的。字节码文件
.class文件需要二进制编辑器打开。比如binary viewer
文件结构
Class文件是一组以8位字节为基础单位的二进制流，各个数据项目严格按照顺序紧凑的排列。中间没有任何分隔符。
Class文件中有两种数据类型：无符号数和表。
第一行前8位是魔数，后8位是版本号。
魔数: class文件的标识，CA FE BA BE， 魔数后面8位为版本号：JDK1.8 = 52， JDK1.7 = 51
常量池
访问标志
类索引，弗雷索引，接口索引集合
字段表集合
方法表集合
属性表集合