模块二十三_jvm优化、linux优化

序言:

文章内容输出来源：拉勾教育Java高薪训练营。
本篇文章是学习课程中的一部分课后笔记

一、JVM优化

1. JVM概述

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JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，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。

JVM 是 Java 程序能够运行的核心。但是需要注意，JVM 自己什么也干不了，你需要给它提供生产原料（.class 文件） 。仅仅是 JVM，是无法完成一次编译，处处运行的。它需要一个基本的类库，比如怎么操作文件、怎么连接网络等。
JVM 标准加上实现的一大堆基础类库，就组成了 Java 的运行时环境，也就是我们常说的 JRE（Java Runtime Environment）。
对于 JDK (Java Development Kit)来说，就更庞大了一些。除了 JRE，JDK 还提供了一些非常好用的小工具，比如 javac、java、jar 等。
JVM、JRE、JDK 它们三者之间的关系，可以用一个包含关系表示：

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2. JVM整体架构

• 根据 JVM 规范，JVM 内存共分为虚拟机栈、堆、方法区、程序计数器、本地方法栈五个部分。

  
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• JVM分为五大模块： 类装载器子系统 、 运行时数据区 、 执行引擎 、 本地方法接口 和 垃圾收集模块 。

  
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• JDK7和JDK8变化

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线程私有的： ①程序计数器 ②虚拟机栈 ③本地方法栈
线程共享的： ①堆 ②方法区 直接内存(非运行时数据区的一部分)

• 方法区Java8之后的变化
  移除了永久代（PermGen），替换为元空间（Metaspace）
  永久代中的class metadata（类元信息）转移到了native memory（本地内存，而不是虚拟机）
  永久代中的interned Strings（字符串常量池） 和 class static variables（类静态变量）转移到了Java heap
  永久代参数（PermSize MaxPermSize）-> 元空间参数（MetaspaceSize MaxMetaspaceSize）

• Java8为什么要将永久代替换成Metaspace？
  字符串存在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出。
  类及方法的信息等比较难确定其大小，因此对于永久代的大小指定比较困难，太小容易出现永久代溢出，太大则容易导致老年代溢出。
  永久代会为 GC 带来不必要的复杂度，并且回收效率偏低。
  Oracle 可能会将HotSpot 与 JRockit 合二为一，JRockit没有所谓的永久代。

二、OutOfMemoryError异常

1. Java堆溢出

• 堆内存中主要存放对象、数组等，只要不断地创建这些对象，并且保证 GC Roots 到对象之间有可达路径来避免垃圾收集回收机制清除这些对象，当这些对象所占空间超过最大堆容量时，就会产生 OutOfMemoryError 的异常。

/*** 设置最大堆最小堆：-Xms20m -Xmx20m */
 public class HeapOOM { 
    static class OOMObject { 
    }
    public static void main(String[] args { 
        List<OOMObject> oomObjectList = new ArrayList<>();
         while (true) { oomObjectList.add(new OOMObject()); 
        } 
     }
 }

运行后会报异常，在堆栈信息中可以看到:
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 的信息，
说明在堆内存空间产生内存溢出的异常。

新产生的对象最初分配在新生代，新生代满后会进行一次 Minor GC ，如果 Minor GC 后空间不足会把该对象和新生代满足条件的对象放入老年代，老年代空间不足时会进行 Full GC ，之后如果空间还不足以存放新对象则抛出 OutOfMemoryError 异常。

• 常见原因：
  内存中加载的数据过多，如一次从数据库中取出过多数据；
  集合对对象引用过多且使用完后没有清空；
  代码中存在死循环或循环产生过多重复对象；
  堆内存分配不合理

2. 虚拟机栈和本地方法栈溢出

由于HotSpot虚拟机中并不区分虚拟机栈和本地方法栈， 因此对于HotSpot来说， -Xoss参数（设置本地方法栈大小） 虽然存在， 但实际上是没有任何效果的， 栈容量只能由-Xss参数来设定。

• 常见原因：
  1） 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度， 将抛出StackOverflowError异常。
  2） 如果虚拟机的栈内存允许动态扩展， 当扩展栈容量无法申请到足够的内存时， 将抛出OutOfMemoryError异常。

对于不同版本的Java虚拟机和不同的操作系统， 栈容量最小值可能会有所限制， 这主要取决于操 作系统内存分页大小。
譬如参数-Xss128k可以正常用于32位Windows系统下的JDK 6， 但是如果用于64位Windows系统下的JDK 11， 则会提示栈容量最小不能低于180K， 而在Linux下这个值则 可能是228K， 如果低于这个最小限制， HotSpot虚拟器启动时会给出如下提示：
The Java thread stack size specified is too small. Specify at least 228k

3. 运行时常量池和方法区溢出

在JDK 6或更早之前的HotSpot虚拟机中， 常量池都是分配在永久代中；
我们可以通过-XX： PermSize和-XX： MaxPermSize限制永久代的大小， 即可间接限制其中常量池的容量。
自JDK 7起， 原本存放在永久代的字符串常量池被移至Java堆之中，不容易溢出。

方法区的主要职责是用于存放类型的相关信息， 如类名、 访问修饰符、 常量池、 字段
描述、 方法描述等。
方法区溢出：方法区运行时产生大量的类。

一个类如果要被垃圾收集器回收， 要达成的条件是比较苛刻的。
在经常运行时生成大量动态类的应用场景里， 就应该特别关注这些类的回收状况。
这类场景除了使用了CGLib字节码增强和动态语言外， 常见的还有： 大量JSP或动态产生JSP 文件的应用（JSP第一次运行时需要编译为Java类） 、 基于OSGi的应用（即使是同一个类文件， 被不同的加载器加载也会视为不同的类）等。

4. 直接内存溢出

直接内存（Direct Memory） 的容量大小可通过-XX： MaxDirectMemorySize参数来指定， 如果不去指定， 则默认与Java堆最大值（由-Xmx指定） 一致;

由直接内存导致的内存溢出， 一个明显的特征是在Heap Dump文件中不会看见有什么明显的异常情况， 如果发现内存溢出之后产生的Dump文件很小， 而程序中又直接或间接使用了 DirectMemory（典型的间接使用就是NIO） ，那就可以考虑重点检查一下直接内存方面的原因了。