JVM详解及参数调优

1)JVM架构图

- 类装载器 ClassLoader

• 负责加载class文件，将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些内容转换成方法区中的运行时数据结构。
• ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，由执行引擎Execution Engine决定。

• 双亲委派机制：当一个类收到加载请求时，会先把请求委派给父类去完成，因此所有的类加载请求都是按照如下顺序加载，因此保证了使用不同的类加载器最终能得到的都是同样一个Object对象，保证了安全性（鲁棒性）。
• Bootstrap Class Loader>>Extension Class Loadder>>AppClassLoader>>User Defined Class Loader(用户自定义类)。

- 程序计数器 Program Counter Register

• 每个线程都有一个程序计数器Program Counter Register，是线程私有的。
• 如同一个指针，指向方法区的方法字节码（即用来存储指向下一条指令的地址），由执行引擎Execution Engine读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不计。
• 如果执行的是一个Native方法，则计数器为空。
• 用以完成分支、循环、跳转、异常处理、线程回复等基础功能。不会发生内存溢出OutOfMemory错误。

- 本地方法栈 Native Method Stack

• 登记以native修饰的方法，在执行引擎Execution Engine执行时加载本地方法库。

- 方法区 Method Area

• 供各线程共享的运行时内存区域，存储了每一个类的结构信息（如运行时常量池、字段和方法数据、构造函数和普通方法的字节码内容）。
• 方法区是规范，在不同的虚拟机里实现有所不同。最典型的代表就是永久代Permanent Space（jdk1.7之前）和元空间Metaspace（jdk1.7之前）。

- Java栈 Java Stack

• 主管Java程序的运行，8种基本类型的变量+对象的引用变量+实例方法都是在栈内存中分配。
• 对于栈来说，不存在垃圾回收问题，生命周期跟随线程，线程结束时栈内存也就释放，是线程私有的。

- 堆 Heap

• 一个JVM实例只存在一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的。

• 类加载器读取了类文件后，需要把类、方法、常变量放到堆内存中，保存所有引用类型的真实信息，以方便执行器执行，堆内存分为三部分：

  • Young Generation Space 新生区（新生代） Young/New

  • Tenuer Generation Space 养老区（老年代） Old/Tenure

  • 方法区有个别名叫Non-Heap（非堆），很多开发者习惯将方法区称之为“永久代”，但严格上来说两者并不同，永久代是方法区的一个实现。

    • Permanent Space 永久区（永久代） Perm（jdk1.7之前）
    • Metaspace 元空间（jdk1.7之前）

- 执行引擎 Execution Engine

• 负责解释命令，提交操作系统执行。

2）垃圾回收 GC

2.1 GC堆

• 堆内存逻辑上分为三部分：新生区+养老区+永久代（jdk1.7之前）/元空间（jdk1.8之后）

• 永久代/元空间

  • 是一个常驻内存区域，用于存放JDK自身所携带的Class，Interface的元数据（及运行环境必须的类信息），不会被垃圾回收器回收掉，关闭JVM才会释放此区域所占用的内存。

• 堆内存物理上分为两部分：新生代+老年代
  

2.2 GC原理

• 新生代（Eden Space）满了，开启

  GC=YGC=轻GC
  幸存者进入s0满了，则GC后进入s1区
  s1区满了，则GC后进入s0区
  （即s0和s1区循环交换）
  每次GC计数加一，默认计数到15后，进入养老区（Tenure Generation Space）
  

• 养老区满了，开启

   Full GC=FGC=重GC  	
   多次FGC后若发现养老区空间清理效果不明显
   则报OOM（OutOfMermoy）。
  

2.3 GC算法

• 引用计数法（现以淘汰）
  • 每次对象引用时，计数加一，但计数为0时清楚。
  • 缺点：每次对对象赋值时均要维护引用计数器，且计数器本身也有一定的消耗，较难处理循环引用。
• 复制算法(Copying)
  • 将内存分为两块，每次只用其中一块，当这一块用完，就将存活的对象复制到另外一块，不会产生内存碎片。
  • 从根集合（GC Root）开始，通过Tracing从From中找到存活对象，拷贝到To中，交替进行。
  • 缺点：损耗空间，浪费了一半的内存，且当对象的存活率很高时，复制花费时间过高。
• 标记清除(Mark-Sweep)
  • 算法分成标记和清除两个阶段，先标记出要回收的对象，然后统一回收这些对象。
  • 缺点：两次扫描（标记、清除），耗时严重，会产生内存碎片。
• 标记压缩(Mark-Compact)
  • 算法分成标记和压缩两个阶段，先标记出存活对象，再一起往一端移动，然后清除边界以外的内存，不会产生内存碎片
  • 缺点：需要移动对象的成本，耗时长。
• 标记-清除-压缩(Mark-Sweep-Compact)
  • 标记清除和标记压缩的结合，多次标记清楚后压缩，去除内存碎片。

没有最好的垃圾回收算法，只有最合适的，因此一般使用分代收集算法。

• 内存效率：复制算法>标记清除>标记整理（简单的对比时间复杂度）

• 内存整齐度：复制算法=标记整理>标记清楚

• 内存利用率：标记整理=标记清楚>复制算法

• 年轻代

  • 区域相对老年代较小，对象存活率低。
  • 复制算法效率最高，内存率利用不高的问题，通过两个幸存区Survivor的设计得到缓解。

• 老年代

  • 区域较大，对象存活率高。
  • 一般由标记清除或者是标记-清除-整理算法混合实现。

3）JVM参数详解

3.1 原理图

• JDK1.7

• JDK1.8

• 在Jave8中，永久代被元空间所取代，元空间的本质和永久代类似。
• 永久代使用的是JVM的堆内存，元空间使用的是本机物理内存。
• 因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。类的元数据放入native memory，字符串池和类的静态变量放入java堆中，这样可以加载多少类的元数据就不再由MaxPermSize控制，而由系统的实际可用空间来控制。

3.2 参数调优

• 标配参数
  • -verison 输出版本信息
    
  • -help 输出帮助信息
    
  • showversion 输出版本信息和帮助信息
    
• X参数（了解即可）
  • Xint 解释执行
    
  • Xcomp 第一次使用就编译成本地代码
    
  • Xmixed 混合模式（默认）
    
• XX参数
  • Boolean类型 （+表示开启 -表示关闭）
  • KV设值类型 （K=V）

  jps -l查看正在运行的进程的编号
  

  

  jinfo -flags [进程编号] 查看配置参数
  

	jinfo -flag [XX参数] [进程编号] 查看对应的[xx参数]信息

	java -XX:+PrintFlagsInitial 查看全局默认配置信息

java -XX:+PrintFlagsFinal 查看全局正在使用的最终配置信息
=表示默认没改动    :=表示JVM或者人为修改过的

3.2 常用参数解析

• -Xms
  • 初始化内存大小，默认为物理内存的1/64
  • 等价于 -XX:InitialHeapSize
• -Xmx
  • 最大分配内存，默认为物理内存的1/4
  • 等价于 -XX:MaxHeapSize
• -Xss
  • 设置单个线程栈的大小，默认为512k~1024k（通过jinfo -flag 查看值为0，表示默认值 ）
  • 等价于 -XX:ThreadStackSize
• -Xmn
  • 设置新生代大小
• -XX:MetaspaceSize
  • 设置元空间大小，默认21M左右
• -XX:+PrintGCDetails
  • 输出GC详情，收集日志信息
• -XX:SurvivorRatio
  • 设置新生代幸存区比例,默认Eden:s0:s1=8：1：1
  • -XX:SurvivorRatio=4，及Eden:s0:s1=4：1：1
• -XX:NewRatio
  • 设置新生代和老年代的比例，默认Young：Old=1：2
  • -XX:NewRatio=4，及Young：Old=1：4
• -XX:MaxTenuringThreshold
  • 设置垃圾回收最大年龄，默认为15（允许设置年龄为0-15）

附上oracle全参数文档

3.3 参数配置

根据实际开发需要，设置对应参数。