JVM原理

什么是JVM

虚拟机、字节码、平台无关

JVM内存结构.png

java内存模型：JMM

JVM运行时的数据区

• 程序计数器 - 线程私有
• java虚拟机栈 - 线程私有
• 本地方法栈 - 线程私有
• java堆 - 线程公用
• 方法区 - 线程公用

JVM内存分配

• 栈内存分配
  • 保存参数、局部变量、中间计算过程和其他数据。退出方法的时候，修改栈顶指针就可以把栈中的内容销毁。
  • 栈的优点：存取速度比堆快，仅次于寄存器，栈的数据可以共享。
  • 栈的缺点：存在栈中的数据大小，生存期是在编译时就确定的，导致缺乏灵活性。
• 堆内存分配
  • 堆的优点：动态分配内存大小，生存期不必事先告诉编译器，它是在运行期动态分配的，垃圾回收器自动收走不再使用的区域。
  • 堆的缺点：运行时动态分配内存，在分配和销毁时都要占用时间，因此堆的效率较低。

JVM堆结构.png

java堆结构和垃圾回收

java堆和垃圾回收.png

JVM堆配置参数

1. -Xms 初始堆大小 默认物理内存的1/64(<1GB)
2. -Xmx 最大堆大小 默认物理内存的1/4(1<GB),实际建议不大于4GB
3. 一般建议设置 -Xms=-Xmx 好处是避免每次gc后，调整堆的大小，减少系统内存的分配
4. 整个堆的大小=年轻代大小+年老代大小+持久代大小

JVM新生代（young generation）

1. 新生代=1个eden区+2个Survivor区
2. -Xmn 年轻代大小(1.4or lator) -XX:NewSize,-XX:MaxNewSize(设置年轻代大小（for 1.3/1.4）) 默认大小为整个堆的3/8
3. -XX:NewRatio 年轻代（包括Eden区和两个Survivor区）与年老代的比值（除去持久代）Xms=Xmx并且设置了Xmn情况下，该参数不需要设置
4. -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
5. 用来存放JVM刚分配的Java对象。

JVM老年代(tenured generation)

1. 老年代=整个堆-年轻代大小-持久代大小
2. 年轻代中经过垃圾回收没有回收掉的对象，被复制到老年代
3. 老年代存储对象比年轻代年龄大的多，而且不乏大对象
4. 新建对象也可能直接进入老年代
   1. 大对象，可以通过启动参数设置-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。
   2. 大的数组对象，且数组中无引用外部对象。
5. 老年代大小无配置参数。

JVM持久代(perm generation)

1.持久代=整个堆-年轻代大小-老年代大小

2. -XX:PermSize -XX:MaxPermSize -》 设置持久代大小，一般情况下推荐吧-XX:PermSize设置成XX:MaxPermSize的值相同的值，因为永久代大小的调整也会导致堆内存需要出发fgc。
3. 存放Class、Method元信息，其大小与项目的规模、类、方法的数量有关。一般设置为128M就自购了，设置原则是预留30%空间。
4. 永久代回收方式

1. 常量池中的常量，无用的类信息，常量的回收很简单，没有引用了就可以被回收。
2. 对于无用的类进行回收，必须保证3点：

• 类的所有实例都已经回收
• 加载类的classloader已经被收回
• 类对象的class对象没有被引用（即使没有通过反射引用该类的地方）

JVM内存垃圾回收

JVM垃圾收集算法

1.引用计数算法
每个对象有有一个引用计数属性，新增一个引用时计数加1，引用释放时计数减1，计数为0时可以回收。此方法简单无法解决对象相互循环应用问题。还有一个问题是如何解决精准计数。

2. 根搜索法
   从GC Roots开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链。当一个对象的GC Roots没有任何引用链时，则证明对象是不可用的，不可达对象。
   在java语言中，GC Roots包括：

• 虚拟机栈中引用的对象。
• 方法区中静态属性实体引用的对象。
• 方法区中常量引用的对象。
• 本地方法栈中JNI引用的对象。

JVM垃圾回收算法

1. 复制算法（Copying）
2. 标记清除算法（Mark-Sweep）
3. 标记整理压缩算法（Mark-Compac）

复制算法.png 标记清除算法.png

名词解释

1. 串行回收：gc单线程内存回收、会暂停所有用户线程
2. 并行回收：收集是指多个GC线程并行工作，但此时用户线程是暂停的；所以，Serial是串行的，Parallel收集器是并行的，而CMS收集器是并发的。
3. 并发回收：是指用户线程与GC线程同时执行（不一定是并行，可能交替，但总体上是同时执行的），不需要停顿用户线程（其实在CMS中用户线程还是需要停顿的，只是非常短，GC线程在同一个CPU上执行)

JVM常见的垃圾回收器

• HotSpot收集器
• Serial回收器（串行回收器）
• ParNew回收器（并行回收器）
• CMS（并发标记清除）回收器

GC性能指标

• 吞吐量 应用花在GC上的时间百分比
• GC负荷 与吞吐量相反，指应用在GC上的时间百分比
• 暂停时间 应用花在GC stop-the-world的时间
• GC频率 顾名思义
• 反应速度 从一个对象变成垃圾到这个对象被回收的时间
• 一个交互式的应用要求暂停时间越少越好，然而，一个非交互性的应用，当然是希望GC负荷越低越好。
• 一个实时系统对暂停时间和GC负荷的要求，都是越低越好。
• 一个嵌入式系统当然希望Footprint越小越好。

内存容量配置原则

1. 年轻代大小的选择

• 响应时间有限应用：尽可能的设大，知道接近系统的最低响应时间的限制（根据实际情况的选择），在此种情况下，年轻代收集发生的频率也是最小的，同时，减少到达年老代的对象。
• 吞吐量优先的应用：尽可能的设置大，可能达到Gbit的程度。因为对响应时间没有要求，垃圾收集可以并行进行。
• 避免设置过小，当新生代设置过小时会导致：1.YGC次数更加频繁 2.可能导致YGC对象直接进入旧生代，如果此时旧生代满了，会出发FGC。

2. 年老代大小的选择

• 响应时间有限的应用：年老代使用并发收集器，所以其大小需要小心设置，一般要考虑并发会话率和会话持续时间等一些参数，如果堆设置小了，可能会造成内存碎片，高回收频率以及应用暂停而使用传统的标记清楚方式：如果堆大了，则需要较长的收集时间，最优化的方案，一般需要参考一下数据获得：

并发垃圾收集信息，持久代并发收集次数、传统GC信息、华仔年轻代和年老代回收商的时间比例。
吞吐量优先的应用：一般吞吐量优先的应用都有一个很大的年轻代和一个较小的年老代。原因是，这样可以尽可能回收掉大不符短期对象，减少中期对象，而年老代尽存放长期存活对象。