JVM详解及调优

一、JVM

Java Virtual Machine，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的

l一套字节码指令集(执行引擎)

l一组寄存器

l一个栈

l一个垃圾回收堆

l一个存储方法域

l一个本地方法栈

l一套调用本地方法的接口

pJVM屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，使Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码）,就可以在多种平台上不加修改地运行。JVM在执行字节码时，实际上最终还是把字节码解释成具体平台上的机器指令执行

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二、常见关于JVM的异常

• java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space：Java虚拟机对永久代Perm内存设置不够（ Java反射大量使用常见）

      JDK1.8之后看不到这个错了！

• java.lang.OutOfMemoryError: java heap space ：Java虚拟机对堆内存设置不够 （内存泄漏：常见的集合对象引用）
• java.lang.StackOverflowError ：Java虚拟机对栈内存设置不够（递归没返回，或者循环调用造成）
• Fatal: Stack size too small：栈空间太小
• java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread：操作系统没有足够的资源来产生这个线程（可以通过修改-Xss来减少分配给单个线程的空间）

 

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三、JVM的种类

• HotSpot VM（主流）
• Oracle / Sun JDK、OpenJDK的各种变种（例如IcedTea、Zulu）用的都是相同核心的HotSpot VM，

     在没有特殊说明的情况下说jvm实现原理一般均指HotSpot VM

• JDK8的HotSpot VM已经是以前的HotSpot VM与JRockit VM的合并版，也就是传说中的“HotRockit”，只是产品里名字还是叫HotSpot VM（移除PermGen ）

 

• J9 VM

    J9是IBM开发的一个高度模块化的JVM

 

• 淘宝定制 JVM：TaobaoJVM

    TaobaoJVM 基于 OpenJDK HotSpot VM，是国内第一个优化、定制且开源的服务器版Java虚拟机。目前已经在淘宝、天猫上线，全部替换了Oracle官方JVM版本，在性能，功能上都初步体现了它的价值

 

• BEA Jrockit

Java SE的主流JVM中还有JRockit，跟HotSpot与J9一起并称三大主流JVM

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四、JVM工作机制

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五、Javac 执行原理

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六、JVM结构

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七、JVM共享数据空间

• JVM共享数据空间主要三大块：新生代、老年代、方法区
• 新生代：Eden区存放新生对象、From\To Survivor 存放GC后存活的对象（8:1:1）
• 永久代管理类信息、静态对象、静态变量、常量、类属性、运行时常量池等
• JVM参数设置：heap的大小（ Xms堆的最小值、 Xmx堆空间的最大值 ）、永久代 大小（-XX:MaxPermSize ）
• NewRadio：设置新生代与老年代的比例，默认为1:2
• 所有线程共享：在堆上对象内存分配时需要加锁，导致new 一个对象时开销比较大，所以尽量避免重复new对象。

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八、JDK版本下JVM的变化

• JDK 1.7 ：

      已经将原本放在永久代的字符串常量池移走

 

• JDK1.8 :

       1、对 JVM 架构的改造将类元数据放到本地内存中，

       2、将常量池和静态变量放到 Java 堆里。

       3、HotSopt VM 将会为类的元数据明确分配和释放本地内存

      4、 -XX:MaxPermSize  配置无意义了

      5、进一步避免Full GC

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九、JVM调优

      常用JVM参数

参数	说明	实例
-Xms	初始堆大小，默认物理内存的1/64	-Xms512M
-Xmx	最大堆大小，默认物理内存的1/4	-Xms2G
-Xmn	新生代内存大小，官方推荐为整个堆的3/8	-Xmn512M
-Xss	线程堆栈大小，jdk1.5及之后默认1M，之前默认256k	-Xss512k
-XX:NewRatio=n	设置新生代和年老代的比值。如:为3，表示年轻代与年老代比值为1：3，年轻代占整个年轻代年老代和的1/4	-XX:NewRatio=3
-XX:SurvivorRatio=n	年轻代中Eden区与两个Survivor区的比值。注意Survivor区有两个。如:8，表示Eden：Survivor=8:1:1，一个Survivor区占整个年轻代的1/8	-XX:SurvivorRatio=8
-XX:PermSize=n	永久代初始值，默认为物理内存的1/64	-XX:PermSize=128M
-XX:MaxPermSize=n	永久代最大值，默认为物理内存的1/4	-XX:MaxPermSize=256M
-verbose:class	在控制台打印类加载信息
-verbose:gc	在控制台打印垃圾回收日志
-XX:+PrintGC	打印GC日志，内容简单
-XX:+PrintGCDetails	打印GC日志，内容详细
-XX:+PrintGCDateStamps	在GC日志中添加时间戳
-Xloggc:filename	指定gc日志路径	-Xloggc:/data/jvm/gc.log
-XX:+UseSerialGC	年轻代设置串行收集器Serial
-XX:+UseParallelGC	年轻代设置并行收集器Parallel Scavenge
-XX:ParallelGCThreads=n	设置Parallel Scavenge收集时使用的CPU数。并行收集线程数。	-XX:ParallelGCThreads=4
-XX:MaxGCPauseMillis=n	设置Parallel Scavenge回收的最大时间(毫秒)	-XX:MaxGCPauseMillis=100
-XX:GCTimeRatio=n	设置Parallel Scavenge垃圾回收时间占程序运行时间的百分比。公式为1/(1+n)	-XX:GCTimeRatio=19
-XX:+UseParallelOldGC	设置老年代为并行收集器ParallelOld收集器
-XX:+UseConcMarkSweepGC	设置老年代并发收集器CMS
-XX:+CMSIncrementalMode	设置CMS收集器为增量模式，适用于单CPU情况。

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十、JVM调优策略

根据业务系统指标调优

•         系统响应时间

l   需要立刻响应：可适当增加年轻代的大小

 

• 系统吞吐量

l   不是很在乎响应时间，提供并行事务的处理能力，可适当提高老年代的大小

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十一、JVM调优工具

 

1、常用JVM调优工具

  Jconsole，jProfile，VisualVM

• Jconsole : jdk自带，功能简单，但是可以在系统有一定负荷的情况下使用。对垃圾回收算法有很详细的跟踪
• JProfiler：商业软件，需要付费。功能强大
• VisualVM：JDK自带，功能强大，与JProfiler类似

注：建议使用VisualVM,在已经安装jdk并配置环境变量的window操作系统下，进入dos窗口，执行jvisualvm.exe 即可打开工具

2、生产环境常见JVM问题（Linux居多，且线上不宜像本地通过工具分析）

• 内存泄露
• 某个进程突然cpu飙升
• 线程死锁

3、Linux线上JVM问题解决方式

• jps:jvm进程状况工具
• jstat: jvm统计信息监控工具（线上定位问题首选工具）
• jinfo： java配置信息（获取一些当前进程的jvm运行和启动信息）
• jmap: java 内存映射工具（打印出某个java进程（使用pid）内存内的，所有‘对象’的情况）
• jhat:jvm堆快照分析工具（不建议在线上直接使用，可以下载到本地使用）
• jstack:java堆栈跟踪工具