什么JVM优化不熟悉？回去等消息吧

jvm 内存结构

前言

对于中级程序猿或者高级程序猿，可以说jvm这块知识是必须掌握的了吧，毕竟在跳槽找工作面试时，都会提问关于jvm的相关知识，与其死记硬背，不如静下心来主动捅破这层窗户，深入了解下关于jvm的知识点；

jvm 内存结构

jvm的内存结构主要分为 4部分，其中主要分析的是运行时数据区。运行时数据区包含 程序计数器，堆，栈，本地方法栈以及方法区，其中堆和方法区是线程共享的，其他的3种是线程私有的。jvm的优化主要发生在 堆和方法区。

程序计数器

程序计数器 是线程私有的，他是一块比较小的内存空间，可以将它看成是当前线程执行字节码的行号显示器。更加确切的说，一个线程的执行，是通过字节码解释器来改变当前线程的计数器的值，来获取到下一条需要执行字节码的指令，从而保证线程的正常执行；

如果执行的是java程序，那么显示的是正在执行的虚拟机字节码指令地址，如果执行的是Native 程序，那么展示的是undefined ;

虚拟机栈

什么是栈

了解虚拟机栈之前，首先了解下什么是栈？
栈 是一种仅能在表头进行插入和删除的线性表结构，及所说的栈是一种先进后出的；

栈是线程私有的，它的生命周期是和线程绑定在一起的，线程执行前，都会分配一个独立的栈空间；

栈中主要存储了什么

栈的元素是栈帧，每个方法在执行时都会创建一个栈帧，栈帧里主要存储了局部变量表，操作数栈，方法出口以及动态连接等信息；其实每个方法在调用执行的时候，就对应了一个入栈和出栈的过程。

局部变量表

在栈帧中，是由局部变量表进行存储数据的，那么局部变量表主要存储了基本数据类型的局部变量，对象的引用，但是局部变量表中并不存储对象的内容。局部变量表在程序进行编译时，进行内存空间的分配。

操作数栈

操作数栈的元素是java 中的任意数据类型，在编译时，操作数栈是空的，在方法执行的过程中，通过字节码指令完成操作数栈的入栈和出栈过程。通常在进行算术运算的时候是通过操作数栈完成的。所以可以说操作数栈是用于计算的临时储存区；

栈的异常

栈的异常主要有两种:

1. StackOverflowError：栈溢出错误
   线程所需要的栈内存大小> 配置允许的栈内存大小，那么java虚拟机会抛出 栈内存溢出溢出

2. OutOfMemoryError：内存不足
   栈内存在进行扩展时，申请的内存大于剩余的内存时，会抛出内存不足的异常；

3. 在面试过程中，会提问到，为什么使用递归会造成栈溢出? 原因是，递归每次调用时，都会创建一个栈帧，这样会导致，递归层数越深，所需要的栈的大小超过jvm设置的栈大小，所以会抛出StackOverflowError的异常；

堆

什么是堆？

堆是完全二叉树，也就是说除了树的最后一层节点不需要是满的，其他的每一层从左到右都必须是满的。

java堆

在java中，堆是java 虚拟机管理最大的内存区域，它是线程共享的，主要存放了new 关键字创建的对象。所有对象的实例都是在堆上进行分配的，它也是发生垃圾回收的主要区域；

java 堆又分为年轻代（Young Generation） ,年老代（Old Gereration，且年轻代和年老代的比例是1:2 的关系。在年轻代中又分为 Eden , to Survivor ,from Survivor 空间，他们的关系是8:1:1 的关系。

在年轻代中主要存储的是“新生对象”，当年轻代满了之后，会出发minor gc 来清理年轻代内存；

在年老代中主要存储的是长期存活的对象或者大对象，所以在新生代多次未清理掉的对象会进入年老代中。当年老代满了之后，会出发full gc；

需要注意的是，full gc不单单是只清理年老代，而是清理整个内存空间，包含年轻代和年老代。如果full gc 清理之后，还是无法存储对象，那么就会发生我们常见的内存溢出；

方法区

什么是方法区

方法区是同java 的堆一样，是线程共享的，主要用来存储已经被加载的类的信息，常量，静态变量，以及及时编译器编译后的代码。可以更形象的说 静态变量，常量，类信息，常量池都是存在方法区中的；

需要注意的是，在jdk1.8 之后，取消了方法区，而取而代之的是MetaSpace 元空间，元空间不是存在jvm中的，而是存在于本地内存中的；

java 垃圾回收

垃圾判断

既然要进行垃圾回收，首先需要判断哪些是垃圾。在java 中，判断是否是垃圾有两种方式，分别是 引用计数法，可达性分析 。

引用计数法

引用计数法很简单，就是一个对象被引用时加一，去除引用时减一，这样我们就可以进行判断引用计数是否为零 来判断当前对象是否是垃圾了。

已用计数方法虽然简单，但是存在一个问题，在进行循环引用时，无法判断是否为垃圾对象。例如：a ,b两个对象，a引用了 b, b引用了a ,但是a ,b对象未被其他对象引用，理论上来讲，a ,b 两个对象是属于垃圾回收范围内的，但是他们的计数器并不为0 ，所以无法将a ，b 两个对象进行垃圾回收；

可达性分析

可达性分析的思路是通过 “GC Roots ” 的对象作为起点，从这个起点向下搜索，所搜索的路径称为“引用链” ，当一个对象没有任何引用链的时候，那么证明这个对象是不可用的，则会被垃圾回收掉；

在java 中，可以作为 “GC Roots” 的对象主要有几下几种：

1. 虚拟机栈中的引用对象
2. 方法区中类静态引用对象
3. 方法区中常量引用对象

垃圾回收算法

垃圾回收算法主要有: 标记-清除，标记-整理，复制 ，分代收集算法。

标记-清除

标记清除算法主要包含了标记和清除两个阶段。标记阶段是由GC Roots 触发的可达对象。清除阶段是清除未被标记的对象。

缺点: 标记清除会产生内存碎片问题，如果内存碎片过多，会导致内存地址不连续，在后续内存分配是效率会降低；

标记-整理

标记整理和标记清除很相像，只不过标记整理是在标记完之后，会将存活的对象向一边移动，然后清理未标记的对象
缺点:整理时比较耗时

复制

复制算法是每次都将内存划分两块，每次只使用其中的一块，当这块用完时，会将存活的对象复制到另外一块内存上，然后将已经使用过的进行一次内存清理。
缺点： 标记占用内存，当对象存活率较高时，需要频繁的去复制，效率变低；

分代收集

分代收集算法是针对不同的分代，采取不同的收集方法，在“新生代” 中以为对象存活率低，所以采用“复制算法” 进行收集，在“年老代” 中，因为对象存活率高，所以采用“标记-清除”，“标记-整理”算法。
新生代分为Eden 和两个大小相同的Survivor 区，所有新创建的对象都存放下Eden区，当Eden 区满了之后，会触发Minor Gc,然后会将仍然存活的对象移到其中一个Survivor 区，并始终保证一个Survivor 为空。如果在Survivor 区存放不了，那么Gc 收集器会将这些对象直接存放在Old 区，如果在Old 区也满了之后，就会触发full gc 了。full gc 会进行触发清理整个堆内存；

垃圾收集器

新生代的回收器主要有:Serial、ParNew、Parallel Scavenge(这三种算法都采用了标记-复制算法)
老年代回收器主要有:CMS、Serial Old、Parallel Old
分代收集：G1

CMS，G1

CMS收集的步骤为：
初始标记–>并发标记–>重新标记–>并发清除
初始标记:需要停止运行程序的，初始标记仅仅只是标记一下GC Roots能关联到的对象。
并发标记：进行GC Roots Tracing 的过程，就是追踪与GC Roots关联的对象是否还在使用中。
重新标记：在上一步并发标记时，程序是在运行的，会产生新的垃圾对象，对象地址也有所变动，所以需要重新标记一下，但是这样也会导致程序暂停。
并发清除：这个阶段就是清除垃圾对象，因为是并行运行的，所以这时也会产生新的垃圾，但是这些垃圾是清理不掉的，因为没有被标记，所以只有等下次GC回收。
CMS清除算法有2个缺点：

1. 因为使用的是标记-清除算法，所以会产生内存碎片，无法回收并发清除阶段产生的垃圾， 对CPU资源很敏感。
2. 无法处理浮动垃圾,可能出现"Concurrent Mode Failure"失败（浮动垃圾：新线程产生的垃圾）

G1回收算法(慢慢要替代CMS回收算法)

为解决CMS算法产生空间碎片和其它一系列的问题缺陷.G1中提供了三种模式垃圾回收模式，young gc、mixed gc 和 full gc，在不同的条件下被触发。
发生在年轻代的GC算法，一般对象（除了巨型对象）都是在eden region中分配内存，当所有eden region被耗尽无法申请内存时，就会触发一次young gc.
当越来越多的对象晋升到老年代old region时，为了避免堆内存被耗尽，虚拟机会触发一个混合的垃圾收集器
缺点:G1垃圾回收器对内存的要求较高，一般建议4G以上使用

JDK 性能监控

1. 在生产环境上多多少少会碰到过jvm 内存溢出情况，这个时候需要分析溢出原因，就需要一些工具和命令进行监控。
   在jdk 中提供的非常强大的可视化工具jvisualvm.exe
   
2. 另外可以使用命令可以进行对jdk 的使用情况进行监控，以下是常用命令；

查看虚拟机进程: jps 命令

jps 命令可以列出所有的java 进程。
除此之外，还有一些参数可以自定义输出:
-q 指定jps只输出进程ID
-m 输出传递给Java进程的参数
-l 输出主函数的完整路径
-v 显示传递给Java虚拟机的参数

虚拟机统计信息：jstat 命令

jstat 用于观察 Java 堆信息的详细情况
命令: jstat -option 进程id

参数	含义
-class	监视类装载、卸载数量、总空间以及类装载所耗费的时间
-gc	监视Java堆状况，包括Eden区、两个Survivor区、老年代、永久代等的容量、已用空间、GC时间合计等信息
-gccapacity	监视内容与-gc基本相同，但输出主要关注Java堆各个区域使用到的最大、最小空间
-gcutil	监视内容与-gc基本相同，但输出主要关注已使用空间占总空间的百分比
-gccause	与-gcutil功能一样，但是会额外输出导致上一次GC产生的原因
-gcnew	监视新生代GC状况
-gcnewcapacity	监视内容与-gcnew基本相同，输出主要关注使用到的最大、最小空间

例：
jstat -gcutil 2365

S0	S1	E	O	P	YGC	YGCT	FGC	FGCT	GCT
0.00	0.00	12.05	0.00	14.71	0	0.000	0	0.00	0.00

其中每个选项的意义如下：

S0、S1 表示Survivor0、Survivor1，还未使用。
E 表示Eden区使用了12.05%的空间。
O 表示老年代还未使用。
P 表示永久代使用了14.17%的空间
YUC、YGCT 表示从程序运行以来一共发生了0次Minor GC（YGC，Young GC），总共耗时0秒。
FGC、FGCT 表示从程序运行以来一共发生了0次Full GC（FGC，Full GC），总共耗时0秒。

查看虚拟机参数：jinfo 命令

命令: jinfo -option pid

导出堆到文件：jmap 命令

jmap 是一个多功能命令，可以生成 Java 程序的 Dump 文件，也可以查看堆内对象实例的统计信息、查看 ClassLoader 的信息以及 finalizer 队列。
命令: jmap -option pid

堆分析工具：jhat 命令

jhat 命令用于分析 Java 应用的对快照内存。Sun JDK 提供了 jhat 命令与 jmap 搭配使用，来分析 jmap 生成的堆转储快照。jhat 内置了一个微型的 HTTP/HTML 服务器，生成 dump 文件的分析结果后，可以在浏览器中查看( http://localhost:7000)