JVM详解

1.方法区

也称"永久代” 、“非堆”,  它用于存储虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、是各个线程共享的内存区域。默认最小值为16MB,最大值为64MB,可以通过-XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 参数限制方法区的大小。

运行时常量池:是方法区的一部分,Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池,用于存放编译器生成的各种符号引用,这部分内容将在类加载后放到方法区的运行时常量池中。

2.虚拟机栈

描述的是java 方法执行的内存模型:每个方法被执行的时候 都会创建一个“栈帧”用于存储局部变量表(包括参数)、操作栈、方法出口等信息。每个方法被调用到执行完的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。声明周期与线程相同,是线程私有的

 局部变量表存放了编译器可知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用(引用指针,并非对象本身),其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量的空间,其余数据类型只占1个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配,当进入一个方法时,这个方法需要在栈帧中分配多大的局部变量是完全确定的,在运行期间栈帧不会改变局部变量表的大小空间。

3.本地方法栈

 与虚拟机栈基本类似,区别在于虚拟机栈为虚拟机执行的java方法服务,而本地方法栈则是为Native方法服务。

4.堆 

也叫做java 堆、GC堆是java虚拟机所管理的内存中最大的一块内存区域,也是被各个线程共享的内存区域,在JVM启动时创建。该内存区域存放了对象实例及数组(所有new的对象)。其大小通过-Xms(最小值)和-Xmx(最大值)参数设置,-Xms为JVM启动时申请的最小内存,默认为操作系统物理内存的1/64但小于1G,-Xmx为JVM可申请的最大内存,默认为物理内存的1/4但小于1G,默认当空余堆内存小于40%时,JVM会增大Heap到-Xmx指定的大小,可通过-XX:MinHeapFreeRation=来指定这个比列;当空余堆内存大于70%时,JVM会减小heap的大小到-Xms指定的大小,可通过XX:MaxHeapFreeRation=来指定这个比列,对于运行系统,为避免在运行时频繁调整Heap的大小,通常-Xms与-Xmx的值设成一样。

由于现在收集器都是采用分代收集算法,堆被划分为新生代和老年代。新生代主要存储新创建的对象和尚未进入老年代的对象。老年代存储经过多次新生代GC(Minor GC)任然存活的对象。

新生代:

 程序新创建的对象都是从新生代分配内存,新生代由Eden Space和两块相同大小的Survivor Space(通常又称S0和S1或From和To)构成,可通过-Xmn参数来指定新生代的大小,也可以通过-XX:SurvivorRation来调整Eden Space及Survivor Space的大小。

老年代:

用于存放经过多次新生代GC任然存活的对象,例如缓存对象,新建的对象也有可能直接进入老年代,主要有两种情况:①.大对象,可通过启动参数设置-XX:PretenureSizeThreshold=1024(单位为字节,默认为0)来代表超过多大时就不在新生代分配,而是直接在老年代分配。②.大的数组对象,切数组中无引用外部对象。

老年代所占的内存大小为-Xmx对应的值减去-Xmn对应的值。




JVM参数的含义

参数名称 含义 默认值  
-Xms 初始堆大小 物理内存的1/64(<1GB) 默认(MinHeapFreeRatio参数可以调整)空余堆内存小于40%时,JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制.
-Xmx 最大堆大小 物理内存的1/4(<1GB) 默认(MaxHeapFreeRatio参数可以调整)空余堆内存大于70%时,JVM会减少堆直到 -Xms的最小限制
-Xmn 年轻代大小(1.4or lator)   注意:此处的大小是(eden+ 2 survivor space).与jmap -heap中显示的New gen是不同的。 整个堆大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小. 增大年轻代后,将会减小年老代大小.此值对系统性能影响较大,Sun官方推荐配置为整个堆的3/8
-XX:NewSize 设置年轻代大小(for 1.3/1.4)    
-XX:MaxNewSize 年轻代最大值(for 1.3/1.4)    
-XX:PermSize 设置持久代(perm gen)初始值 物理内存的1/64  
-XX:MaxPermSize 设置持久代最大值 物理内存的1/4  
-Xss 每个线程的堆栈大小   JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M,以前每个线程堆栈大小为256K.更具应用的线程所需内存大小进行 调整.在相同物理内存下,减小这个值能生成更多的线程.但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的,不能无限生成,经验值在3000~5000左右 一般小的应用, 如果栈不是很深, 应该是128k够用的 大的应用建议使用256k。这个选项对性能影响比较大,需要严格的测试。(校长) 和threadstacksize选项解释很类似,官方文档似乎没有解释,在论坛中有这样一句话:"” -Xss is translated in a VM flag named ThreadStackSize” 一般设置这个值就可以了。
-XX:ThreadStackSize Thread Stack Size   (0 means use default stack size) [Sparc: 512; Solaris x86: 320 (was 256 prior in 5.0 and earlier); Sparc 64 bit: 1024; Linux amd64: 1024 (was 0 in 5.0 and earlier); all others 0.]
-XX:NewRatio 年轻代(包括Eden和两个Survivor区)与年老代的比值(除去持久代)   -XX:NewRatio=4表示年轻代与年老代所占比值为1:4,年轻代占整个堆栈的1/5 Xms=Xmx并且设置了Xmn的情况下,该参数不需要进行设置。
-XX:SurvivorRatio Eden区与Survivor区的大小比值   设置为8,则两个Survivor区与一个Eden区的比值为2:8,一个Survivor区占整个年轻代的1/10
-XX:LargePageSizeInBytes 内存页的大小不可设置过大, 会影响Perm的大小   =128m
-XX:+UseFastAccessorMethods 原始类型的快速优化    
-XX:+DisableExplicitGC 关闭System.gc()   这个参数需要严格的测试
-XX:MaxTenuringThreshold 垃圾最大年龄   如果设置为0的话,则年轻代对象不经过Survivor区,直接进入年老代. 对于年老代比较多的应用,可以提高效率.如果将此值设置为一个较大值,则年轻代对象会在Survivor区进行多次复制,这样可以增加对象再年轻代的存活 时间,增加在年轻代即被回收的概率 该参数只有在串行GC时才有效.
-XX:+AggressiveOpts 加快编译    
-XX:+UseBiasedLocking 锁机制的性能改善    
-Xnoclassgc 禁用垃圾回收    
-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB 每兆堆空闲空间中SoftReference的存活时间 1s softly reachable objects will remain alive for some amount of time after the last time they were referenced. The default value is one second of lifetime per free megabyte in the heap
-XX:PretenureSizeThreshold 对象超过多大是直接在旧生代分配 0 单位字节 新生代采用Parallel Scavenge GC时无效 另一种直接在旧生代分配的情况是大的数组对象,且数组中无外部引用对象.
-XX:TLABWasteTargetPercent TLAB占eden区的百分比 1%  
-XX:+CollectGen0First FullGC时是否先YGC false  

<think>好的,我需要回答用户关于JVM工作原理和性能调优方法的问题。首先,我得回顾一下JVM的基本结构和工作机制,确保自己理解正确。JVM主要包括类加载子系统、运行时数据区、执行引擎和本地库接口这几个部分。运行时数据区又分为方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器。其中堆是垃圾回收的重点区域,分为新生代和老年代。 接下来是性能调优部分。用户可能想知道具体怎么调整参数,比如堆内存大小、新生代和老年代的比例。常见的调优参数有-Xms、-Xmx设置堆的初始和最大大小,-XX:NewRatio调整新生代和老年代的比例。另外,垃圾回收器的选择也很重要,比如Serial、Parallel、CMS、G1和ZGC,每种都有适用场景。 用户提供的引用中有提到性能调优的步骤,比如监控分析、参数调整、优化代码等。需要结合这些内容,给出系统化的建议。例如,先用监控工具如jstat、VisualVM分析内存使用和GC情况,再根据结果调整参数,可能还需要优化代码减少内存泄漏。 另外,引用里提到的书籍和工具,比如《深入理解Java虚拟机》和Universal JVM GC analyzer,可以作为推荐的参考资料,增强回答的权威性。要注意引用标识的正确添加,比如在提到调优步骤时引用[^1][^2],书籍推荐时引用[^3]。 用户的问题还要求生成相关问题,我需要根据JVM的结构和调优方法,提出几个相关的问题,比如调优步骤、内存模型、垃圾回收算法比较等。确保问题有针对性,帮助用户进一步学习。 最后,检查回答是否符合格式要求:使用中文,数学表达式正确,引用标识自然添加,结构清晰。确保没有使用Markdown,语言口语化,分步骤解释,逻辑连贯。</think>### JVM工作原理与性能调优指南 #### 一、JVM核心工作原理 1. **类加载机制** JVM通过类加载子系统(ClassLoader)加载字节码文件(.class),包含以下步骤: - **加载**:查找并读取类文件 - **验证**:确保字节码符合规范 - **准备**:为静态变量分配内存 - **解析**:将符号引用转为直接引用 - **初始化**:执行静态代码块和赋值操作 2. **运行时数据区** - **方法区**:存储类信息、常量池等(JDK 8后由元空间实现) - **堆**:对象实例的存储区域(分为新生代和老年代) - **虚拟机栈**:存储方法调用的栈帧(局部变量、操作数栈等) - **本地方法栈**:服务于Native方法 - **程序计数器**:记录当前线程执行位置 3. **垃圾回收(GC)** - **分代收集**:新生代使用复制算法(如Minor GC),老年代使用标记-清除或标记-整理算法(如Full GC) - **可达性分析**:通过GC Roots(如栈中引用、静态变量)判断对象存活 4. **执行引擎** 将字节码解释为机器码或通过即时编译器(JIT)优化热点代码[^3]。 --- #### 二、JVM性能调优方法 1. **内存调优** - **堆内存设置**:通过`-Xms`(初始堆大小)、`-Xmx`(最大堆大小)避免频繁扩容 - **新生代与老年代比例**:`-XX:NewRatio=3`表示老年代是新生代的3倍 - **元空间限制**:`-XX:MaxMetaspaceSize`防止元空间无限增长 2. **垃圾回收器选择** | 回收器 | 适用场景 | 参数示例 | |-------------------|-----------------------------------|-------------------------| | Serial GC | 单线程、小内存应用 | `-XX:+UseSerialGC` | | Parallel GC | 多核CPU、高吞吐量 | `-XX:+UseParallelGC` | | CMS GC | 低延迟应用 | `-XX:+UseConcMarkSweepGC` | | G1 GC | 大堆内存、可预测停顿 | `-XX:+UseG1GC` | | ZGC | 超低延迟(JDK 15+) | `-XX:+UseZGC` | 3. **监控与分析工具** - **命令行工具**:`jstat`(GC统计)、`jmap`(堆转储) - **可视化工具**:VisualVM、JConsole - **GC日志分析**:添加`-Xloggc:<file>`记录日志,使用工具如[Universal JVM GC analyzer][^4]解析 4. **常见调优策略** - **减少Full GC频率**:优化对象生命周期,避免内存泄漏 - **调整线程栈大小**:`-Xss`防止栈溢出或内存浪费 - **禁用偏向锁**:高并发场景下使用`-XX:-UseBiasedLocking` --- #### 三、调优步骤示例 1. **监控基线性能**:使用`jstat -gcutil <pid> 1000`观察GC频率 2. **分析内存泄漏**:通过`jmap -histo:live <pid>`查看对象分布 3. **调整参数**:若Minor GC频繁,增加`-Xmn`(新生代大小) 4. **验证优化效果**:对比调优前后的吞吐量和停顿时间[^1]。 ---
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