【应用软件】JVM学习
By Leo
JAVA及JDK介绍
1、概述
Java不仅仅是一门编程语言，它还是一个由一系列计算机软件和规范形成的技术体系，这个技术体系提供了用于软件开发和跨平台部署的支持环境，并广泛应用于嵌入式终端、移
动终端、企业服务器和大型机等各种场合。
2、JAVA技术体系(Sun官方定义)
Java程序设计语言
各个硬件平台上的Java虚拟机
Class文件格式
Java API类库
来自商业机构和开源社区的第三方类库
JAVA及JDK介绍
3、JDK（Java Development Environment ）
JDK是用于支持java程序开发的最小环境，包括Java程序设计语言，Java虚拟机、Java API类库。
4、JRE（java Runtime Environment）
JRE，是支持Java运行的标准环境，包括Java API类库中Java SE API子集和Java虚拟机 。
5、Java Card、Java ME、Java SE、 Java EE
JAVA及JDK介绍
6、Java （JDK）发展
具体参考：
http://en.wikipedia.org/wiki/Java_version_history#cite_note-48
7、JDK最新版本
j2sdk-1.4.2-19
jdk-1_5_0_22
jdk-6u29
jdk-7u1
JDK有多少？
主要的Java虚拟机
Oracle HotSpot
Oracle JRocket（BEA）
IBM J9
Apache Harmony （IBM & Intel，间接催生Dalvik 虚拟机）
当然还有开源的OpenJDK
还有很多
如不做特别说明，本ppt中均指Hotspot JVM。
JVM 架构
JVM 内存结构
1、PC Register,看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器
线程切换后恢复到正确位置，每条线程都需要有一个独立的PC Register
2、Java 虚拟机栈，也是线程私有的，描述Java方法执行的内存模型：每个方法被执行时都会创建一个栈帧（Stack Frame），用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等。
3、本地方法栈，为native方法服务。HotSpot VM中把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。
"A native method is a Java method whose implementation is provided by non-java code."
JVM 内存结构
4、Java 堆，是Java VM管理的内存中最大的一块，是被所有线程共享的内存区域，在VM启动时创建。
The heap is the runtime data area from which memory for all class instances and arrays is allocated.
5、Method Area，各个线程共享的内存区域，用于存储已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、JIT编译后的代码等数据。
（HotSpot 中又称为”永久代”Permanent Generation）
6、直接内存（对外内存）
Hotspot 内存管理
C (malloc / free)
C++ (new / delete)
Java (new / gc) (Garbage Collection是自动的)
对象生命周期
大部分对象的生命周期都很短，IBM研究显示：
• 98%的对象都是都是临时的，Hotspot采用的分代的方式管理内存
Heap 堆
概念介绍
GC：garbage collection（垃圾收集）
infant mortality：对象分配以后很快成为垃圾，就称该对象
具有“infant mortality”
minor collection：较小收集，指发生在young generation的GC
major collection：较大收集，指发生在older generation的GC
older generation：年老代，在1.4.2版本之后改称为tenured generation
概念介绍
permanent generation：永久代，又称为永久域，方法区
young generation：新生代
survivor spaces：生存空间
Eden：新对象分配的地方
Hotspot 内存分配
1、对象优先在新生代Eden区分配
当Eden区空间不够时，发起一次Minor GC.
2、大对象直接进入 Old Generation （只对Serial 和 ParNew收集器有效）
-XX：PreTenureSizeThreshold
3、长期存活的对象进入 Old Generation
-XX：MaxTenuringThreshold
Hotspot 内存回收
垃圾回收（Garbage Collection GC）
1、哪些内存需要回收
2、什么时候回收
3、如何回收
Hotspot 内存回收
GC 就是回收堆中的那些“dead”的对象，怎样判断对象是否存活？
1、引用计数法（很难解决对象之间相互循环引用的问题）
2、根搜索算法
Java和C#等，都是使用根搜索算法（GC Roots Tracing）判定对象是否存活的。从“GC Roots”对象作为起始点，从这些节点向下搜索，搜索过的路径称为引用链
（Reference Chain），当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连（即不可达）时，就证明该对象是不可用的。
Hotspot 内存回收
回收方法区(永久代)
1、主要回收废弃常量和无用的类
2、是否对方法区回收：-Xnoclassgc
-verbose:class
–XX:+TraceClassLoading
-XX:+TraceClassUnLoading
Hotspot 内存回收
垃圾收集算法
1、标记-清除（Mark-Sweep）
2、复制算法
3、标记-整理 （Mark-Compact）
4、分代
串行 和 并行
Stop the world 和 concurrent
压缩和不压缩
Hotspot 内存回收
垃圾收集器
JDK 1.6
update12
分代内存回收使用算法比较
常用分析工具
1、jps 显示运行的HotSpot虚拟机进程
jps –v
2、jstat 收集HotSpot VM的运行数据
jstat -gcutil <pid>
jstat -class <pid>
3、jstack 线程快照
jstack -l <pid>
JVM常用分析工具
4、jmap 生成heapdump
jmap -histo:live <pid>
jmap -histo <pid>
jmap -dump:live,file=heap.out,format=b <pid>
5、jinfo 查看配置信息
6、jhat 分析heapdump
JVM常用分析工具 jps
JVM常用分析工具 jstat
GUI工具
1、 Eclipse MAT （Memory Analyzer Tool）
2、 VisualVM
Open Source All-in-One Java Troubleshooting tool
3、 Jconsole
4、 BTrace 是VisualVM的一个插件，是在不停止目标程序的情况下，通过HotSpot虚拟机的HotSwap技术动态加入原本不存在的调试代码
Hotspot JVM 参数说明
1 、-D 系统参数
2、 -X non-standard 参数，不保证对所有VM都生效
3、 -XX options have specific system requirements for correct operations use.
-X 和 –XX both are subject to change without notice.
Hotspot JVM 参数说明
参考地址：
http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/tech/vmoptions-jsp-140102.html
通用参数
-server -client
-Xms -Xmx -Xmn -Xss
-XX:NewSize -XX:MaxNewSize
-XX:NewRatio -XX:SurvivorRatio
-Xnoclassgc
Hotspot JVM 参数说明
收集器参数
-XX:+UseSerialGC
-XX:+UseParallelGC
-XX:ParallelGCThreads
-XX:+UseParallelOldGC
-XX:MaxGCPauseMillis
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy
Hotspot JVM 参数说明
并发 收集器参数
-XX:+UseConcMarkSweepGC
-XX:+UseParNewGC
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
-XX:+CMSIncrementalMode（single CPU）
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction
-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly
-XX:+DisableExplicitGC（禁止system.gc()）
Hotspot JVM 参数说明
调试参数
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:HeapDumpPath
-XX:OnError=
java -XX:OnError="pmap %p" MyApplication
java -XX:OnError="cat hs_err_pid%p.log|mail support@acme.com" \ MyApplication
-XX:ErrorFile=filename
-XX:+PrintClassHistogram
-XX:+PrintGCDetails and -XX:+PrintGCTimeStamps
JVM简单调优
调优的目的：
1、提高吞吐量 throughput （Parallel Scavenge）
用户代码运行时间/(运行用户代码时间 + 垃圾回收时间)
高吞吐量可以有效地利用CPU时间，尽快地完成程序的运算任务， 主要适合在后台运算而不需要太多交互的任务。
2、尽可能地缩短GC时用户线程的停顿时间 （CMS）
时间越短就越适合需要与用户交互的程序，可以提升用户体验
3、GC 的频率
常见的JVM异常
1、Java.lang.OutOfMemoryError：Java heap space
常见错误，heap空间不足导致，minor GC后仍然不足抛此异常
2、Java.lang.StackOverflowError ：
如果虚拟机请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，则抛出此异常
3、Java.lang.OutOfMemoryError：Perm space
加载类，进行full gc后permGen空间还不足抛此异常
4、Java.lang.OutOfMemoryError
JVM简单调优
1、-Xms与-Xmx 最好一样大
2、调试时多打印GC信息PrintClassHistogram 、PrintGCDetails、PrintGCDateStamps
3、 (Xmx-Xmn)*(1-CMSInitiatingOccupancyFraction)/100>=Xmn遇到promotion failed 可以按照上面这个公式配置
4、-Xnoclassgc禁用类垃圾回收，性能会高一点
5、-XX:+DisableExplicitGC禁止System.gc()，免得程序员误调用gc方法影响性能
6、-XX:+UseParNewGC，对年轻代采用多线程并行回收
7、定位具体问题的原因，不要一味认为是JVM的问题
JVM简单调优(经验)
1、如果JVM在80%的时间都用于GC并且可用的HeapSize不足2%时就会导致产生OutOfMemoryError；
2、HeapSize最大不要超过物理内存的80%，一般设置-xms和-xmx相同，-xmn为-xmx的1/4；
3、JVM初始分配的内存由-xms决定，默认为物理内存的1/64，-xmx默认为物理内存的1/4，如果空余堆内存小于40%时，JVM就会增大堆直到-xmx指定的大小限制，如果空余堆内存大于70%时，JVM就
会减小堆-xms指定的大小，因此服务器一般设置-xms和-xmx相同，避免每次GC后调整堆大小。
JVM 排错案例
JVM
1、业务使用 resin
2、分析典型个JVM参数配置
-Xms3g -Xmx3g -Xmn512m -Xss1000k
–XX:MaxPermSize=120m
-XX:+UseConcMarkSweepGC
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80
-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps
JVM 进程管理GC监控
JVM 进程管理GC监控
JMX监控配置
-Dcom.sun.management.jmxremote.port=43
-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false
-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false
JVM 监控
java应用线程监控
配图原文地址：http://user.qzone.qq.com/1780551083/blog/1323426981
本文原创自无线技术运营空间： http://wireless.qzone.qq.com 及 http://blog.youkuaiyun.com/wireless_tech （专注无线技术运营——无线技术(操作系统/数据库/WEB前端/负载均衡/系统容灾/系统安全/短信接入/WAP接入/3G等)、无线业务运营、无线开放平台、统计分析(用户行为分析/数据挖掘)、CP合作，联系我们：1780551083@qq.com）
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