淺談JVM

1、JVM概述

　　JVM (JAVA 虛擬機),定義了一套編譯,加載,解釋執行JAVA代碼的規範,

　 基於這套規範市場上不一樣產品實現,例如Hotspot,JRockit,J9等.

　 其簡易內存體系結構以下:

　　

2、堆的內存劃分：

　　

　　Java堆的內存劃分如圖所示，分別爲年輕代、Old Memory（老年代）、Perm（永久代）。其中在Jdk1.8中，永久代被移除，使用MetaSpace代替。
　　一、新生代：
　　　　（1）使用複製清除算法（Copinng算法），緣由是年輕代每次GC都要回收大部分對象。新生代裏面分紅一份較大的Eden空間和兩份較小的Survivor空間。每次只使用Eden和其中一塊Survivor空間，而後垃圾回收的時候，把存活對象放到未使用的Survivor（劃分出from、to）空間中，清空Eden和剛纔使用過的Survivor空間。
　　　　（2）分爲Eden、Survivor From、Survivor To，比例默認爲8：1：1
　　　　（3）內存不足時發生Minor GC
　　二、老年代：
　　　　（1）採用標記-整理算法（mark-compact），緣由是老年代每次GC只會回收少部分對象。
　　三、Perm：用來存儲類的元數據，也就是方法區。
　　　　（1）Perm的廢除：在jdk1.8中，Perm被替換成MetaSpace，MetaSpace存放在本地內存中。緣由是永久代進場內存不夠用，或者發生內存泄漏。
　　　　（2）MetaSpace（元空間）：元空間的本質和永久代相似，都是對JVM規範中方法區的實現。不過元空間與永久代之間最大的區別在於：元空間並不在虛擬機中，而是使用本地內存。

3、GC垃圾回收：

　　常見的垃圾回收算法：　　

　　　　一、Mark-Sweep（標記-清除算法）：
　　　　　　（1）思想：標記清除算法分爲兩個階段，標記階段和清除階段。標記階段任務是標記出全部須要回收的對象，清除階段就是清除被標記對象的空間。
　　　　　　（2）優缺點：實現簡單，容易產生內存碎片
　　　　二、Copying（複製清除算法）：
　　　　　　（1）思想：將可用內存劃分爲大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊。當進行垃圾回收的時候了，把其中存活對象所有複製到另一塊中，而後把已使用的內存空間一次清空掉。
　　　　　　（2）優缺點：不容易產生內存碎片；可用內存空間少；存活對象多的話，效率低下。
　　　　三、Mark-Compact（標記-整理算法）：
　　　　　　（1）思想：先標記存活對象，而後把存活對象向一邊移動，而後清理掉端邊界之外的內存。
　　　　　　（2）優缺點：不容易產生內存碎片；內存利用率高；存活對象多而且分散的時候，移動次數多，效率低下

　　　　四、分代收集算法：（目前大部分JVM的垃圾收集器所採用的算法）：

　　　　思想：把堆分紅新生代和老年代。（永久代指的是方法區）

　　　　　　（1） 由於新生代每次垃圾回收都要回收大部分對象，因此新生代採用Copying算法。新生代裏面分紅一份較大的Eden空間和兩份較小的Survivor空間。每次只使用Eden和其中一塊Survivor空間，而後垃圾回收的時候，把存活對象放到未使用的Survivor（劃分出from、to）空間中，清空Eden和剛纔使用過的Survivor空間。
　　　　　　（2） 因爲老年代每次只回收少許的對象，所以採用mark-compact算法。
　　　　　　（3） 在堆區外有一個永久代。對永久代的回收主要是無效的類和常量。

　　幾種不一樣的垃圾回收類型：

　　　　（1）Minor GC：從年輕代（包括Eden、Survivor區）回收內存。

　　　　（2）Major GC：清理整個老年代，當eden區內存不足時觸發。

　　　　（3）Full GC：清理整個堆空間，包括年輕代和老年代。當老年代內存不足時觸發。

4、JVM優化

　　一、通常來講，當survivor區不夠大或者佔用量達到50%，就會把一些對象放到老年區。經過設置合理的eden區，survivor區及使用率，能夠將年輕對象保存在年輕代，從而避免full GC，使用-Xmn設置年輕代的大小

　　二、對於佔用內存比較多的大對象，通常會選擇在老年代分配內存。若是在年輕代給大對象分配內存，年輕代內存不夠了，就要在eden區移動大量對象到老年代，而後這些移動的對象可能很快消亡，所以致使full GC。經過設置參數：-XX:PetenureSizeThreshold=1000000，單位爲B，標明對象大小超過1M時，在老年代(tenured)分配內存空間。

　　三、通常狀況下，年輕對象放在eden區，當第一次GC後，若是對象還存活，放到survivor區，此後，每GC一次，年齡增長1，當對象的年齡達到閾值，就被放到tenured老年區。這個閾值能夠同構-XX:MaxTenuringThreshold設置。若是想讓對象留在年輕代，能夠設置比較大的閾值。

　　四、設置最小堆和最大堆：-Xmx和-Xms穩定的堆大小堆垃圾回收是有利的，得到一個穩定的堆大小的方法是設置-Xms和-Xmx的值同樣，即最大堆和最小堆同樣，若是這樣子設置，系統在運行時堆大小理論上是恆定的，穩定的堆空間能夠減小GC次數，所以，不少服務端都會將這兩個參數設置爲同樣的數值。穩定的堆大小雖然減小GC次數，可是增長每次GC的時間，由於每次GC要把堆的大小維持在一個區間內。

　　五、一個不穩定的堆並不是毫無用處。在系統不須要使用大內存的時候，壓縮堆空間，使得GC每次應對一個較小的堆空間，加快單次GC次數。基於這種考慮，JVM提供兩個參數，用於壓縮和擴展堆空間。
　　　　（1）-XX:MinHeapFreeRatio 參數用於設置堆空間的最小空閒比率。默認值是40，當堆空間的空閒內存比率小於40，JVM便會擴展堆空間
　　　　（2）-XX:MaxHeapFreeRatio 參數用於設置堆空間的最大空閒比率。默認值是70， 當堆空間的空閒內存比率大於70，JVM便會壓縮堆空間。
　　　　（3）當-Xmx和-Xmx相等時，上面兩個參數無效

　　六、經過增大吞吐量提升系統性能，能夠經過設置並行垃圾回收收集器。
　　　　（1）-XX:+UseParallelGC:年輕代使用並行垃圾回收收集器。這是一個關注吞吐量的收集器，能夠儘量的減小垃圾回收時間。
　　　　（2）-XX:+UseParallelOldGC:設置老年代使用並行垃圾回收收集器。

　　七、嘗試使用大的內存分頁：使用大的內存分頁增長CPU的內存尋址能力，從而系統的性能。-XX:+LargePageSizeInBytes 設置內存頁的大小

　　八、使用非佔用的垃圾收集器。-XX:+UseConcMarkSweepGC老年代使用CMS收集器下降停頓。

　　九、-XXSurvivorRatio=3，表示年輕代中的分配比率：survivor:eden = 2:3

　　十、JVM性能調優的工具：
　　　　（1）jps（Java Process Status）：輸出JVM中運行的進程狀態信息(如今通常使用jconsole)
　　　　（2）jstack：查看java進程內線程的堆棧信息。
　　　　（3）jmap：用於生成堆轉存快照
　　　　（4）jhat：用於分析jmap生成的堆轉存快照（通常不推薦使用，而是使用Ecplise Memory Analyzer）
　　　　（3）jstat：是JVM統計監測工具。能夠用來顯示垃圾回收信息、類加載信息、新生代統計信息等。
　　　　（4）VisualVM：故障處理工具

5、類加載機制

　　一、能夠在elipse類中右鍵Run configurations-->Arguments-->VM Arguments中設置參數:

　　　　-XX:+TraceClassLoading                ----查看類的加載順序

　　　　-XX:MetaspaceSize=2m                 ----設置metaspace的大小

　　　　 -XX:MaxMetaspaceSize=10m              ----設置metaspace大小的最大值

　　二、每個類的最早加載的三個類

　　　　

 

　　三、類加載器把class文件中的二進制數據讀入到內存中，存放在方法區，而後在堆區建立一個java.lang.Class對象，用來封裝類在方法區內的數據結構。類加載的步驟以下：
　　　　加載：查找並加載類的二進制數據（把class文件裏面的信息加載到內存裏面）
　　　　鏈接：把內存中類的二進制數據合併到虛擬機的運行時環境中
　　　　　（1）驗證：確保被加載的類的正確性。包括：

　　　　　　A、類文件的結構檢查：檢查是否知足Java類文件的固定格式 　　　　　　 B、語義檢查：確保類自己符合Java的語法規範 　　　　　　 C、字節碼驗證：確保字節碼流能夠被Java虛擬機安全的執行。字節碼流是操做碼組成的序列。每個操做碼後面都會跟着一個或者多個操做數。字節碼檢查這個步驟會檢查每個操做碼是否合法。 　　　　　　 D、二進制兼容性驗證：確保相互引用的類之間是協調一致的。

　　　　　（2）準備：爲類的靜態變量分配內存，並將其初始化爲默認值
　　　　　（3）解析：把類中的符號引用轉化爲直接引用（好比說方法的符號引用，是有方法名和相關描述符組成，在解析階段，JVM把符號引用替換成一個指針，這個指針就是直接引用，它指向該類的該方法在方法區中的內存位置）
　　　　初始化：爲類的靜態變量賦予正確的初始值。當靜態變量的等號右邊的值是一個常量表達式時，不會調用static代碼塊進行初始化。只有等號右邊的值是一個運行時運算出來的值，纔會調用static初始化。

　　四、常見的三種類加載器：

　　　　AppClassLoader--應用類加載器，負責加載咱們本身寫的類

　　　　ExtClassLoader--擴展類加載器，負責加載擴展包（jre\lib\ext\*.jar）

　　　　BootstrapClassLoader--根類加載器，負責加載核心包（jre\lib\rt.jar）

　　五、類加載類的兩種方式----顯式加載和隱式加載

　　　　（1）顯式加載

 1 class classA{
 2     //類加載時能夠執行靜態代碼塊,但不必定會執行
 3     static {
 4         System.out.println(11);
 5     }
 6 }
 7 
 8 //不會執行靜態代碼塊
 9 loader.loadClass("cn.shizhe.ClassLoader.classA");
10 //會執行靜態代碼塊
11 Class.forName("cn.shizhe.ClassLoader.classA",true,loader);
12 //不會執行靜態代碼塊
13 Class.forName("cn.shizhe.ClassLoader.classA",false,loader);

　　　　（2）隱式加載的時機：--默認都會進行初始化

　　　　　　訪問類的靜態屬性時?(分狀況)

　　　　　　訪問static final修飾的八種基本數據類型和字符串時不會觸發類的加載
　　　　　　訪問static 修飾的任意屬性時都會觸發類的加載
　　　　　　訪問類的靜態方法
　　　　　　構建類的對象時

　　六、類的被動加載與主動加載

 1 class class1{  2     static int a = 100;  3     static {  4         System.out.println("class1.static");  5  }  6 }  7 
 8 class class2 extends class1{  9     static { 10         System.out.println("class2.static"); 11  } 12 } 13 public class TestClassObject08 { 14     public static void main(String[] args) { 15         //class1爲主動加載,class2爲被動加載(不執行static初始化操做)
16  System.out.println(class2.a); 17  } 18 }