深入理解java虚拟机笔记:自动内存管理

虚拟cpu

cpu可分为基于寄存器的和基于栈的两种。x86是基于寄存器的cpu，而java虚拟机是一种基于栈的(虚拟)cpu，要运算的数据存放在操作数栈(Operand Stack)，指令一般不需指明数据的位置，比如iadd指令就是把栈顶两个整数弹出并把相加结果入栈。Android Dalvik虚拟机是基于寄存器的，但可以执行java字节码。

运行时内存区域

程序计数器

每个线程有一个，指向下一条要执行的指令。

虚拟机栈

也是线程私有的，每进入一个方法就会创建一个栈帧(Stack Frame)。每个栈帧里面又会包含局部变量表、操作数栈、动态链接、返回地址等。其中每个部分的大小是在编译期确定的，即一个栈帧的大小是在编译期确定的。局部变量表的第一个slot里存放的就是this指针。

本地方法栈 java堆 方法区

存放已加载的类信息。也被成为永久代(Permanent Generation)，可用-XX:maxPermSize指定大小。方法区里面有一块被称为运行时常量池(Runtime Constant Pool)，存放常量（比如intern的String）。如果动态生成的类太多，则会造成永久区溢出：OutOfMemoryError: PermGen Space。-XX:MaxPermSize=64M可以满足绝大多数应用的需求，如果还不够就设成128M，如果还是不够就应该重构系统，比如使用专门的classloader等。（如果一个类的所有对象都已经被销毁，而且该类的classloader也被销毁，则该class会被回收。而常量池会自动回收。）

直接内存

用于NIO，文件通道。

不同引用类型

• StrongRefence。
• SoftReference在内存将满时会被回收，适合用来实现cache。
• WeakReference只要被垃圾回收器发现就会被回收，即最多生存到下一次垃圾回收之前。
• PhantomReference（虚引用）最弱的引用，仅用来跟踪垃圾回收过程。

垃圾收集算法

标记-清除算法

标记要回收的对象，然后释放，会产生很多碎片。

复制算法

将内存分两半，将活着的对象复制到另一半。适合新生代，新生代98%的对象时朝生夕死的，所以不需要1:1的比例。Hotspot虚拟机默认是8:1（-XX:SurvivorRation=8），大的那一块叫Eden（一次gc都还没经历的对象），小的那块叫Survivor，Survivor又平分为S0和S1。新创建的对象放在eden区，如果经历一次gc之后还活着，则进入s0或s1。s0和s1是对等的，每次gc之后交换角色。新生代=Eden+S0+S1，新生代的大小-Xmn128m。

标记-整理算法

适用于老年代，类似标记-清除算法，会移动对象以避免碎片。

分代收集算法

将对象划分为新生代(Young generation)和老年代(Tenured generation)，使用不同的回收算法。如果一个对象经过多次gc仍然存在，则进入老年代。新生代采取复制算法（包括Serial，ParNew，Parallel Scavenge收集器），老年代采取复制-整理算法。

hotspot使用的垃圾收集器

图片来源 https://blogs.oracle.com/jonthecollector/entry/our_collectors，连线表示两个收集器可以配合使用。

Serial收集器

client模式下新生代的默认收集器，单线程，stop the world。

ParNew收集器

Serial的并行版本，stop the world。在server模式下，如果老年代使用CMS，则新生代首选ParNew。

Parallel Scavenge收集器

关注最大停顿时间和吞吐量，stop the world。吞吐量=用户代码时间/(用户代码+垃圾回收时间)。会自定调整新生代大小等参数。停顿时间短适用于交互程序；吞吐量大则适用于非交互程序。

Serial Old收集器

Serial的老年版本，标记-整理算法，stop the world。Client模式下的默认收集器。

Parallel Old收集器

Parallel Scavenge的老年版本，标记-整理算法，stop the world。

CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器

以最短停顿时间为目标，标记-清除算法，适用于B/S服务器。可以与用户线程并行工作，即不需要stop the world。

G1收集器

最新的收集器，有待时间检验。

查看GC日志

参数 -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails

[GC [DefNew: 3324k->152K(3712K), 0.002 secs] 3324K->152K(11094K), 0.003 secs]

其中里层括号表示DefNew(也就是Serial)收集器的回收情况，回收前->回收后(总大小)。外层表示总的回收情况。新生代一般称为Minor GC，老年代称为Major GC或Full GC，老年代GC时一般也会伴随Minor GC。

内存分配与回收策略

对象优先在Eden分配

-Xmn10M设置新生代大小，-XX:SurvivorRation=8设置新生代中Eden与Survivor的比例。

大对象直接进入老年代

-XX:PretenureSizeThreshold=3145728大于此数值的对象直接分配在老年代。

长期存活对象进入老年代

-XX:MaxTenuringThreshold=15年龄超过此数值的对象进入老年代，默认15。

动态年龄判定

如果在survivor中的相同年龄的对象大小占了survivor空间的一半以上，则此年龄以上的对象直接进入老年代，而无需等待MaxTenuringThreshold。

空间分配担保

-XX:+HandlePromotionFailure。Minor GC时，如果survivor空间不够，就会借用老年代的空间；如果老年剩余空间也不够，就会进行full GC。

调试工具

jps查看java进程号

jstat

查看虚拟机的统计信息，如各空间大小，垃圾回收情况，类加载情况等。

jinfo

查看或修改虚拟机的运行参数、环境变量等。

jmap导出java堆

jmap -histo pid 查看对象统计信息。

jmap -dump:format=b,file=dump.bin pid 导出堆。

jhat

在浏览器中查看dump文件。

jstack

查看调用栈，可用来检查死锁。

hprof

查看各函数的cpu使用率

JConsole

图形化工具，监测堆、线程、死锁等信息

VisualVM新一代图形化工具

目前主推的一站式监控工具，基于netbeans开发，all-in-one。