JVM的相关应用和原理解析
《JAVA中的基本数据类型和引用基本类型区别》涉及到的JVM
静态代码块的详细执行过程
Java自带的bin目录下的 jconsole.exe工具可以查看Tomcat的默认垃圾回收器
一、内存结构
1.1、Java内存分配图
1.2、方法区
方法区是一个规范，他的实现在JDK1.7之前是叫“永久代”，JDK1.8后叫“元空间”。
作用：用来存储类对象，类加载器，静态变量，StringTable，SymbolTable，即时编译器生成的代码等。
1.3、虚拟机栈（线程私有）
1.3.1、作用：
1.3.1.1、栈的大小 = 一个线程使用的内存大小
1.3.1.2、一个线程调用方法一次产生一个“栈帧”，一个“栈帧”包括方法的参数、局部变量等。多个“栈帧”成为“栈”。而正在执行的方法称为“活动栈帧”，一个线程内同一时刻只能有一个“活动栈帧”。
1.3.2、具体设置参数
-Xss
The default value depends on the platform:
- Linux/x64 (64-bit): 1024 KB
- macOS (64-bit): 1024 KB
- Oracle Solaris/x64 (64-bit): 1024 KB
- Windows: The default value depends on virtual memory
例如：-Xss2M
1.3.3、特点
1.3.3.1、方法执行完，“栈帧”就被立即释放。
1.3.3.2、因为线程私有，不存在共享，所以线程安全
1.3.4、什么情况下会使栈空间溢出？
1.3.4.1、方法的嵌套很深，一直到栈内存溢出（栈帧太多）
1.3.4.2、方法内局部变量太多（栈帧太大）
1.3.5、具体例子如下：
public class Demo1 {
private static int count = 0;
public static void main(String[] args) {
method1();
}
private static void method1() {
count ++ ;
System.out.println(count);
method1();
}
}
1.4、本地方法栈（线程私有）
java代码中，被native修饰的方法，也就是C++运行的程序。
1.5、程序计数器（线程私有）
记录每个线程的执行到的记录，每个计数器对应一个线程，即是线程私有的。
线程要轮流使用 CPU 时间片，因此需要『程序计数器』来记住正在执行的字节码的地址。例如 线程 A 的计数器记录当前执行到了第三行字节码，这时候时间片用完了，CPU 切换到其它线程运行，当 CPU 再次切换到 线程 A 时，它就会从计数器得知上次执行的代码位置，继续向下运行。
1.6、堆空间（线程共享）
堆空间分为新生代和老年代；新生代分为：伊甸园区、幸存区（from区和to区）。堆空间主要是创建对象时所使用的空间。
1.6.1、什么情况会导致堆空间溢出？
当创建的对象足够大时，也就是一直循环使对象不断增大。
1.6.2、具体例子如下：
@Test
public void testHeap(){
List<String> l = new ArrayList<String>();
String s = "abc";
String ss = "123";
while (true){
s+=ss;
l.add(s);
}
}
1.6.3、堆内存的设置
-Xms #最小堆内存
-Xmx #最大堆内存 一般最大值和最小值设置相同，不会因为内存重新分配，造成性能浪费。
1.7、Tomcat中的Java内存分配图
幸存区是总共有两块，但是其中一块是不占空间的。
二、垃圾回收（回收的是堆内存的数据；栈因为使用完后，自己立即消失，不需要回收。）
2.1、判断对象是否是垃圾的两种方式：
2.1.1、第一种方式：引用计数法
某个地方引用对象一次，就记录引用次数为一次；当引用次数为0时，就进行垃圾回收。
缺点是：难以解决对象之间的循环引用问题
2.1.2、第二种方式：可达性分析算法
2.1.2.1、从GC Roots对象开始，对所有引用对象边探索边标记；然后根据GC Root开始，沿着引用链去查找没有被标记的引用对象并收回。
GC Root对象: 包括栈帧中的局部变量、方法区中的静态变量、方法区中的常量、本地方法栈中JNI引用的对象。
注意：在进行标记的过程中，防止发生堆栈变化（内存溢出或者触发垃圾回收机制），Java 虚拟机采取安全点机制来实现 Stop-the-world (应用程序的线程全部停止) 操作，这个操作只是暂时性的，等垃圾回收线程执行完后恢复。
2.2、垃圾回收算法
2.2.1、标记清除（两个过程标记和清除）
第一遍标记、第二遍收集。缺点是会产生内存碎片，碎片过多，仍会使得连续空间少。
2.2.2、标记整理
第一遍标记、第二遍整理，整理是指存活对象向一端移动来减少内存碎片，缺点是：整理过程相对效率较低。
2.2.3、复制
开辟两份大小相等空间，一份空间始终空着，垃圾回收时，将存活对象拷贝进入空闲空间，优点是不会有内存碎片，没有整理过程。缺点是：占用空间多。
2.3、分代垃圾回收
大部分对象存活时间短，小部分对象存活时间比较长。新生代对象一般很少存活，采用【复制算法】、老年代对象生存时间长，适合采用【标记-清除算法】或【标记-整理算法】
新生代内存不足触发的 GC 称为 Minor GC ，暂停时间很短，老年代内存不足触发的 GC 称为 Full GC 暂停时间较长，一般是新生代 GC 的几十倍，
2.3.1、尝试在伊甸园分配
情况一：伊甸园可以存储下新来的对象
情况二：伊甸园不能存储下新来的对象，标记可回收的对象（图中用黄色表示），这时候会用户线程会被暂停（Stop The World）。
触发新生代的垃圾回收，称为 Minor GC ，幸存对象移入『幸存区 To』，注意这里用的是复制算法，因此在幸存区没有碎片。
最后的结果，注意 GC 完成后，From 和 To 交换了位置，另外幸存区的对象开始记录寿命。
2.3.2、如果是大对象直接晋升至老年代
当对象太大，伊甸园包括幸存区都存放不下时，这时候老年代的连续空间足够，此对象会直接晋升至老年代，不会发生 GC。
结果：
2.3.3、多次存活的对象
在幸存区历经多次 GC 还存活的对象会晋升至老年代，默认晋升的阈值是 15，，但注意如果目标 survivor 空间紧张，也不必等足 15 次，可以提前晋升。
2.3.4、多次存活的对象老年代连续空间不足，触发 Full GC
2.4、垃圾回收器
minor GC： 在新生代进行的GC
又称新生代GC，指发生在新生代的垃圾收集动作；
因为Java对象大多是朝生夕灭，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快；
major GC： 在老年代进行的GC
又称Major GC或老年代GC，指发生在老年代的GC；
Full GC ： 同时作用于新生代和老年代
出现Full GC经常会伴随至少一次的Minor GC（不是绝对，Parallel Sacvenge收集器就可以选择设置Major GC策略）；
2.4.1、单线程/串行收集器
Serial + SerialOld
1). Serial 工作在新生代的单线程收集器，采用『复制算法』，垃圾回收发生时，会暂停所有用户线程
2). SerialOld 工作在老年代的单线程收集器，采用『标记-整理算法』，垃圾回收发生时，会暂停所有用户线程（stop-the-world）
配置 ：
-XX:+UseSerialGC
采用单线程执行所有的垃圾回收工作， 适用于单核CPU服务器，无法利用多核硬件的优势
2.4.2、多线程回收器-吞吐量优先
1). Parallel Scavenge 工作在新生代的多线程收集器，采用『复制算法』，垃圾回收发生时，会暂停所有用户线程，它的特点是一个以吐量优先 的回收器。
2). Parallel Old 工作在老年代的多线程收集器，采用『标记-整理算法』，垃圾回收发生时，会暂停所有用户线程，也是以 吞吐量优先 的回收器。
配置
-XX:+UseParallelGC
-XX:+UseParallelOldGC
2.4.3、多线程回收器-响应时间优先
ParNew + SerialOld + CMS
1). ParNew 工作在新生代的多线程收集器，采用『复制算法』，垃圾回收发生时，会暂停所有用户线程，单核 cpu 并不能工作地比 Serial 好。
2). CMS（Concurrent Mark Sweep）用在重视响应速度，停顿时间最短的场合。工作在老年代，基于多线程和『标记-清除算法』，优点是在标记和清理的某些阶段不必暂停用户线程。
2.4.4、G1收集器
G1（Garbage-First）适用于大内存空间 , 会把整个内存区域划分为大小相等的若干区域（region），分为Eden ，Survivor ，Old ，Humongous 四种类型，G1优先回收其中垃圾最多的区域。它采用的算法是 Mark-Copy 不会产生大量内存碎片，它的优势在于可预测的停顿时间 。
配置 ：
-XX:+UseG1GC
2.4.5、垃圾收集器组合
2.5、GC参数
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| -XX:+UseSerialGC | 启用串行收集器 |
| -XX:+UseParallelGC | 启用并行垃圾收集器，配置了该选项，那么 -XX:+UseParallelOldGC默认启用 |
| -XX:+UseParallelOldGC | FullGC 采用并行收集，默认禁用。如果设置了, -XX:+UseParallelGC则自动启用 |
| -XX:+UseParNewGC | 年轻代采用并行收集器，如果设置了 -XX:+UseConcMarkSweepGC选项，自动启用 |
| -XX:ParallelGCThreads | 年轻代及老年代垃圾回收使用的线程数。默认值依赖于JVM使用的CPU个数 |
| -XX:+UseConcMarkSweepGC | 对于老年代，启用CMS垃圾收集器。 当并行收集器无法满足应用的延迟需求是，推荐使用CMS或G1收集器。 启用该选项后， -XX:+UseParNewGC 自动启用。 |
| -XX:+UseG1GC | 启用G1收集器。 G1是服务器类型的收集器， 用于多核、大内存的机器。它在保持高吞吐量的情况下，高概率满足GC暂停时间的目标。 |
我们也可以在测试的时候，将JVM参数调整之后，将GC的信息打印出来，便于为我们进行参数调整提供依据，具体参数如下：
| 选项 | 描述 |
|---|---|
| -XX:+PrintGC | 打印每次GC的信息 |
| -XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime | 打印最后一次暂停之后所经过的时间， 即响应并发执行的时间 |
| -XX:+PrintGCApplicationStoppedTime | 打印GC时应用暂停时间 |
| -XX:+PrintGCDateStamps | 打印每次GC的日期戳 |
| -XX:+PrintGCDetails | 打印每次GC的详细信息 |
| -XX:+PrintGCTaskTimeStamps | 打印每个GC工作线程任务的时间戳 |
| -XX:+PrintGCTimeStamps | 打印每次GC的时间戳 |
如果是在Tomcat中运行 ， 需要在bin/catalina.sh的脚本中 , 追加如下配置 :
JAVA_OPTS="-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+PrintGCDetails"
Windows
set JAVA_OPTS=-server -Xms2048m -Xmx2048m -XX:MetaspaceSize=256m -XX:MaxMetaspaceSize=256m -XX:SurvivorRatio=8