大白話帶你深入淺出JVM-創(chuàng)新互聯(lián)

前言

如果在文中用詞或者理解方面出現(xiàn)問題，歡迎指出。此文旨在提及而不深究，但會盡量效率地把知識點(diǎn)都拋出來

成都創(chuàng)新互聯(lián)專注于壽陽企業(yè)網(wǎng)站建設(shè),成都響應(yīng)式網(wǎng)站建設(shè)公司,電子商務(wù)商城網(wǎng)站建設(shè)。壽陽網(wǎng)站建設(shè)公司,為壽陽等地區(qū)提供建站服務(wù)。全流程按需定制制作，專業(yè)設(shè)計(jì)，全程項(xiàng)目跟蹤，成都創(chuàng)新互聯(lián)專業(yè)和態(tài)度為您提供的服務(wù)

一、JVM的基本介紹

JVM 是 Java Virtual Machine 的縮寫，它是一個(gè)虛構(gòu)出來的計(jì)算機(jī)，一種規(guī)范。通過在實(shí)際的計(jì)算機(jī)上仿真模擬各類計(jì)算機(jī)功能實(shí)現(xiàn)···

好，其實(shí)拋開這么專業(yè)的句子不說，就知道JVM其實(shí)就類似于一臺小電腦運(yùn)行在windows或者linux這些操作系統(tǒng)環(huán)境下即可。它直接和操作系統(tǒng)進(jìn)行交互，與硬件不直接交互，可操作系統(tǒng)可以幫我們完成和硬件進(jìn)行交互的工作。

1.1 Java文件是如何被運(yùn)行的

比如我們現(xiàn)在寫了一個(gè) HelloWorld.java 好了，那這個(gè) HelloWorld.java 拋開所有東西不談，那是不是就類似于一個(gè)文本文件，只是這個(gè)文本文件它寫的都是英文，而且有一定的縮進(jìn)而已。

那我們的?JVM?是不認(rèn)識文本文件的，所以它需要一個(gè)?編譯?，讓其成為一個(gè)它會讀二進(jìn)制文件的?HelloWorld.class

① 類加載器

如果?JVM?想要執(zhí)行這個(gè)?.class?文件，我們需要將其裝進(jìn)一個(gè)?類加載器?中，它就像一個(gè)搬運(yùn)工一樣，會把所有的?.class?文件全部搬進(jìn)JVM里面來。

② 方法區(qū)

方法區(qū)?是用于存放類似于元數(shù)據(jù)信息方面的數(shù)據(jù)的，比如類信息，常量，靜態(tài)變量，編譯后代碼···等

類加載器將 .class 文件搬過來就是先丟到這一塊上

③ 堆

堆?主要放了一些存儲的數(shù)據(jù)，比如對象實(shí)例，數(shù)組···等，它和方法區(qū)都同屬于?線程共享區(qū)域?。也就是說它們都是?線程不安全?的

④ 棧

棧?這是我們的代碼運(yùn)行空間。我們編寫的每一個(gè)方法都會放到?棧?里面運(yùn)行。

我們會聽說過本地方法棧或者本地方法接口這兩個(gè)名詞，不過我們基本不會涉及這兩塊的內(nèi)容，它倆底層是使用C來進(jìn)行工作的，和Java沒有太大的關(guān)系。

⑤ 程序計(jì)數(shù)器

主要就是完成一個(gè)加載工作，類似于一個(gè)指針一樣的，指向下一行我們需要執(zhí)行的代碼。和棧一樣，都是?線程獨(dú)享?的，就是說每一個(gè)線程都會有自己對應(yīng)的一塊區(qū)域而不會存在并發(fā)和多線程的問題。

小總結(jié)

Java文件經(jīng)過編譯后變成 .class 字節(jié)碼文件
字節(jié)碼文件通過類加載器被搬運(yùn)到 JVM 虛擬機(jī)中
虛擬機(jī)主要的5大塊：方法區(qū)，堆都為線程共享區(qū)域，有線程安全問題，棧和本地方法棧和計(jì)數(shù)器都是獨(dú)享區(qū)域，不存在線程安全問題，而 JVM 的調(diào)優(yōu)主要就是圍繞堆，棧兩大塊進(jìn)行

1.2 簡單的代碼例子

一個(gè)簡單的學(xué)生類

一個(gè)main方法

執(zhí)行main方法的步驟如下:

編譯好 App.java 后得到 App.class 后，執(zhí)行 App.class，系統(tǒng)會啟動一個(gè) JVM 進(jìn)程，從 classpath 路徑中找到一個(gè)名為 App.class 的二進(jìn)制文件，將 App 的類信息加載到運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)內(nèi)，這個(gè)過程叫做 App 類的加載
JVM 找到 App 的主程序入口，執(zhí)行main方法
這個(gè)main中的第一條語句為 Student student = new Student("tellUrDream") ，就是讓 JVM 創(chuàng)建一個(gè)Student對象，但是這個(gè)時(shí)候方法區(qū)中是沒有 Student 類的信息的，所以 JVM 馬上加載 Student 類，把 Student 類的信息放到方法區(qū)中
加載完 Student 類后，JVM 在堆中為一個(gè)新的 Student 實(shí)例分配內(nèi)存，然后調(diào)用構(gòu)造函數(shù)初始化 Student 實(shí)例，這個(gè) Student 實(shí)例持有?指向方法區(qū)中的 Student 類的類型信息?的引用
執(zhí)行student.sayName();時(shí)，JVM 根據(jù) student 的引用找到 student 對象，然后根據(jù) student 對象持有的引用定位到方法區(qū)中 student 類的類型信息的方法表，獲得 sayName() 的字節(jié)碼地址。
執(zhí)行sayName()

其實(shí)也不用管太多，只需要知道對象實(shí)例初始化時(shí)會去方法區(qū)中找類信息，完成后再到棧那里去運(yùn)行方法。找方法就在方法表中找。

二、類加載器的介紹

之前也提到了它是負(fù)責(zé)加載.class文件的，它們在文件開頭會有特定的文件標(biāo)示，將class文件字節(jié)碼內(nèi)容加載到內(nèi)存中，并將這些內(nèi)容轉(zhuǎn)換成方法區(qū)中的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且ClassLoader只負(fù)責(zé)class文件的加載，而是否能夠運(yùn)行則由 Execution Engine 來決定

2.1 類加載器的流程

從類被加載到虛擬機(jī)內(nèi)存中開始，到釋放內(nèi)存總共有7個(gè)步驟：加載，驗(yàn)證，準(zhǔn)備，解析，初始化，使用，卸載。其中驗(yàn)證，準(zhǔn)備，解析三個(gè)部分統(tǒng)稱為連接

2.1.1 加載

將class文件加載到內(nèi)存
將靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成方法區(qū)中運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
在堆中生成一個(gè)代表這個(gè)類的 java.lang.Class對象作為數(shù)據(jù)訪問的入口

2.1.2 鏈接

驗(yàn)證：確保加載的類符合 JVM 規(guī)范和安全，保證被校驗(yàn)類的方法在運(yùn)行時(shí)不會做出危害虛擬機(jī)的事件，其實(shí)就是一個(gè)安全檢查
準(zhǔn)備：為static變量在方法區(qū)中分配內(nèi)存空間，設(shè)置變量的初始值，例如 static int a = 3 （注意：準(zhǔn)備階段只設(shè)置類中的靜態(tài)變量（方法區(qū)中），不包括實(shí)例變量（堆內(nèi)存中），實(shí)例變量是對象初始化時(shí)賦值的）
解析：虛擬機(jī)將常量池內(nèi)的符號引用替換為直接引用的過程（符號引用比如我現(xiàn)在import java.util.ArrayList這就算符號引用，直接引用就是指針或者對象地址，注意引用對象一定是在內(nèi)存進(jìn)行）

2.1.3 初始化

初始化其實(shí)就是一個(gè)賦值的操作，它會執(zhí)行一個(gè)類構(gòu)造器的<clinit>()方法。由編譯器自動收集類中所有變量的賦值動作，此時(shí)準(zhǔn)備階段時(shí)的那個(gè) static int a = 3 的例子，在這個(gè)時(shí)候就正式賦值為3

2.1.4 卸載

GC將無用對象從內(nèi)存中卸載

2.2 類加載器的加載順序

加載一個(gè)Class類的順序也是有優(yōu)先級的，類加載器從最底層開始往上的順序是這樣的

BootStrap ClassLoader：rt.jar
Extention ClassLoader: 加載擴(kuò)展的jar包
App ClassLoader：指定的classpath下面的jar包
Custom ClassLoader：自定義的類加載器

2.3 雙親委派機(jī)制

當(dāng)一個(gè)類收到了加載請求時(shí)，它是不會先自己去嘗試加載的，而是委派給父類去完成，比如我現(xiàn)在要new一個(gè)Person，這個(gè)Person是我們自定義的類，如果我們要加載它，就會先委派App ClassLoader，只有當(dāng)父類加載器都反饋?zhàn)约簾o法完成這個(gè)請求（也就是父類加載器都沒有找到加載所需的Class）時(shí)，子類加載器才會自行嘗試加載

這樣做的好處是，加載位于rt.jar包中的類時(shí)不管是哪個(gè)加載器加載，最終都會委托到BootStrap ClassLoader進(jìn)行加載，這樣保證了使用不同的類加載器得到的都是同一個(gè)結(jié)果。

其實(shí)這個(gè)也是一個(gè)隔離的作用，避免了我們的代碼影響了JDK的代碼，比如我現(xiàn)在要來一個(gè)

public?class?String(){
????public?static?void?main(){sout;}
}

這種時(shí)候，我們的代碼肯定會報(bào)錯(cuò)，因?yàn)樵诩虞d的時(shí)候其實(shí)是找到了rt.jar中的String.class，然后發(fā)現(xiàn)這也沒有main方法

三、運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)

3.1 本地方法棧和程序計(jì)數(shù)器

比如說我們現(xiàn)在點(diǎn)開Thread類的源碼，會看到它的start0方法帶有一個(gè)native關(guān)鍵字修飾，而且不存在方法體，這種用native修飾的方法就是本地方法，這是使用C來實(shí)現(xiàn)的，然后一般這些方法都會放到一個(gè)叫做本地方法棧的區(qū)域。

程序計(jì)數(shù)器其實(shí)就是一個(gè)指針，它指向了我們程序中下一句需要執(zhí)行的指令，它也是內(nèi)存區(qū)域中唯一一個(gè)不會出現(xiàn)OutOfMemoryError的區(qū)域，而且占用內(nèi)存空間小到基本可以忽略不計(jì)。這個(gè)內(nèi)存僅代表當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器，字節(jié)碼解析器通過改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令。

如果執(zhí)行的是native方法，那這個(gè)指針就不工作了。

3.2 方法區(qū)

方法區(qū)主要的作用技術(shù)存放類的元數(shù)據(jù)信息，常量和靜態(tài)變量···等。當(dāng)它存儲的信息過大時(shí)，會在無法滿足內(nèi)存分配時(shí)報(bào)錯(cuò)。

3.3 虛擬機(jī)棧和虛擬機(jī)堆

一句話便是：棧管運(yùn)行，堆管存儲。則虛擬機(jī)棧負(fù)責(zé)運(yùn)行代碼，而虛擬機(jī)堆負(fù)責(zé)存儲數(shù)據(jù)。

3.3.1 虛擬機(jī)棧的概念

它是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型。里面會對局部變量，動態(tài)鏈表，方法出口，棧的操作（入棧和出棧）進(jìn)行存儲，且線程獨(dú)享。同時(shí)如果我們聽到局部變量表，那也是在說虛擬機(jī)棧

public?class?Person{
????int?a?=?1;

????public?void?doSomething(){
????????int?b?=?2;
????}
}

3.3.2 虛擬機(jī)棧存在的異常

如果線程請求的棧的深度大于虛擬機(jī)棧的大深度，就會報(bào)?StackOverflowError（這種錯(cuò)誤經(jīng)常出現(xiàn)在遞歸中）。Java虛擬機(jī)也可以動態(tài)擴(kuò)展，但隨著擴(kuò)展會不斷地申請內(nèi)存，當(dāng)無法申請足夠內(nèi)存時(shí)就會報(bào)錯(cuò)?OutOfMemoryError。

3.3.3 虛擬機(jī)棧的生命周期

對于棧來說，不存在垃圾回收。只要程序運(yùn)行結(jié)束，棧的空間自然就會釋放了。棧的生命周期和所處的線程是一致的。

這里補(bǔ)充一句：8種基本類型的變量+對象的引用變量+實(shí)例方法都是在棧里面分配內(nèi)存。

3.3.4 虛擬機(jī)棧的執(zhí)行

我們經(jīng)常說的棧幀數(shù)據(jù)，說白了在JVM中叫棧幀，放到Java中其實(shí)就是方法，它也是存放在棧中的。

棧中的數(shù)據(jù)都是以棧幀的格式存在，它是一個(gè)關(guān)于方法和運(yùn)行期數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集。比如我們執(zhí)行一個(gè)方法a，就會對應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)棧幀A1，然后A1會被壓入棧中。同理方法b會有一個(gè)B1，方法c會有一個(gè)C1，等到這個(gè)線程執(zhí)行完畢后，棧會先彈出C1，后B1,A1。它是一個(gè)先進(jìn)后出，后進(jìn)先出原則。

3.3.5 局部變量的復(fù)用

局部變量表用于存放方法參數(shù)和方法內(nèi)部所定義的局部變量。它的容量是以Slot為最小單位，一個(gè)slot可以存放32位以內(nèi)的數(shù)據(jù)類型。

虛擬機(jī)通過索引定位的方式使用局部變量表，范圍為[0,局部變量表的slot的數(shù)量]。方法中的參數(shù)就會按一定順序排列在這個(gè)局部變量表中，至于怎么排的我們可以先不關(guān)心。而為了節(jié)省棧幀空間，這些slot是可以復(fù)用的，當(dāng)方法執(zhí)行位置超過了某個(gè)變量，那么這個(gè)變量的slot可以被其它變量復(fù)用。當(dāng)然如果需要復(fù)用，那我們的垃圾回收自然就不會去動這些內(nèi)存。

3.3.6 虛擬機(jī)堆的概念

JVM內(nèi)存會劃分為堆內(nèi)存和非堆內(nèi)存，堆內(nèi)存中也會劃分為年輕代和老年代，而非堆內(nèi)存則為永久代。年輕代又會分為Eden和Survivor區(qū)。Survivor也會分為FromPlace和ToPlace，toPlace的survivor區(qū)域是空的。Eden，F(xiàn)romPlace和ToPlace的默認(rèn)占比為?8:1:1。當(dāng)然這個(gè)東西其實(shí)也可以通過一個(gè) -XX:+UsePSAdaptiveSurvivorSizePolicy 參數(shù)來根據(jù)生成對象的速率動態(tài)調(diào)整

堆內(nèi)存中存放的是對象，垃圾收集就是收集這些對象然后交給GC算法進(jìn)行回收。非堆內(nèi)存其實(shí)我們已經(jīng)說過了，就是方法區(qū)。在1.8中已經(jīng)移除永久代，替代品是一個(gè)元空間(MetaSpace)，大區(qū)別是metaSpace是不存在于JVM中的，它使用的是本地內(nèi)存。并有兩個(gè)參數(shù)

MetaspaceSize：初始化元空間大小，控制發(fā)生GC
MaxMetaspaceSize：限制元空間大小上限，防止占用過多物理內(nèi)存。

移除的原因可以大致了解一下：融合HotSpot JVM和JRockit VM而做出的改變，因?yàn)镴Rockit是沒有永久代的，不過這也間接性地解決了永久代的OOM問題。

3.3.7 Eden年輕代的介紹

當(dāng)我們new一個(gè)對象后，會先放到Eden劃分出來的一塊作為存儲空間的內(nèi)存，但是我們知道對堆內(nèi)存是線程共享的，所以有可能會出現(xiàn)兩個(gè)對象共用一個(gè)內(nèi)存的情況。這里JVM的處理是每個(gè)線程都會預(yù)先申請好一塊連續(xù)的內(nèi)存空間并規(guī)定了對象存放的位置，而如果空間不足會再申請多塊內(nèi)存空間。這個(gè)操作我們會稱作TLAB，有興趣可以了解一下。

當(dāng)Eden空間滿了之后，會觸發(fā)一個(gè)叫做Minor GC（就是一個(gè)發(fā)生在年輕代的GC）的操作，存活下來的對象移動到Survivor0區(qū)。Survivor0區(qū)滿后觸發(fā) Minor GC，就會將存活對象移動到Survivor1區(qū)，此時(shí)還會把from和to兩個(gè)指針交換，這樣保證了一段時(shí)間內(nèi)總有一個(gè)survivor區(qū)為空且to所指向的survivor區(qū)為空。經(jīng)過多次的 Minor GC后仍然存活的對象（這里的存活判斷是15次，對應(yīng)到虛擬機(jī)參數(shù)為 -XX:TargetSurvivorRatio 。為什么是15，因?yàn)镠otSpot會在對象投中的標(biāo)記字段里記錄年齡，分配到的空間僅有4位，所以最多只能記錄到15）會移動到老年代。老年代是存儲長期存活的對象的，占滿時(shí)就會觸發(fā)我們最常聽說的Full GC，期間會停止所有線程等待GC的完成。所以對于響應(yīng)要求高的應(yīng)用應(yīng)該盡量去減少發(fā)生Full GC從而避免響應(yīng)超時(shí)的問題。

而且當(dāng)老年區(qū)執(zhí)行了full gc之后仍然無法進(jìn)行對象保存的操作，就會產(chǎn)生OOM，這時(shí)候就是虛擬機(jī)中的堆內(nèi)存不足，原因可能會是堆內(nèi)存設(shè)置的大小過小，這個(gè)可以通過參數(shù)-Xms、-Xms來調(diào)整。也可能是代碼中創(chuàng)建的對象大且多，而且它們一直在被引用從而長時(shí)間垃圾收集無法收集它們。

3.3.8 如何判斷一個(gè)對象需要被干掉

圖中程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧、本地方法棧，3個(gè)區(qū)域隨著線程的生存而生存的。內(nèi)存分配和回收都是確定的。隨著線程的結(jié)束內(nèi)存自然就被回收了，因此不需要考慮垃圾回收的問題。而Java堆和方法區(qū)則不一樣，各線程共享，內(nèi)存的分配和回收都是動態(tài)的。因此垃圾收集器所關(guān)注的都是堆和方法這部分內(nèi)存。

在進(jìn)行回收前就要判斷哪些對象還存活，哪些已經(jīng)死去。下面介紹兩個(gè)基礎(chǔ)的計(jì)算方法

1.引用計(jì)數(shù)器計(jì)算：給對象添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，每次引用這個(gè)對象時(shí)計(jì)數(shù)器加一，引用失效時(shí)減一，計(jì)數(shù)器等于0時(shí)就是不會再次使用的。不過這個(gè)方法有一種情況就是出現(xiàn)對象的循環(huán)引用時(shí)GC沒法回收。

2.可達(dá)性分析計(jì)算：這是一種類似于二叉樹的實(shí)現(xiàn)，將一系列的GC ROOTS作為起始的存活對象集，從這個(gè)節(jié)點(diǎn)往下搜索，搜索所走過的路徑成為引用鏈，把能被該集合引用到的對象加入到集合中。搜索當(dāng)一個(gè)對象到GC Roots沒有使用任何引用鏈時(shí)，則說明該對象是不可用的。主流的商用程序語言，例如Java，C#等都是靠這招去判定對象是否存活的。

（了解一下即可）在Java語言匯總能作為GC Roots的對象分為以下幾種：

虛擬機(jī)棧（棧幀中的本地方法表）中引用的對象（局部變量）
方法區(qū)中靜態(tài)變量所引用的對象（靜態(tài)變量）
方法區(qū)中常量引用的對象
本地方法棧（即native修飾的方法）中JNI引用的對象（JNI是Java虛擬機(jī)調(diào)用對應(yīng)的C函數(shù)的方式，通過JNI函數(shù)也可以創(chuàng)建新的Java對象。且JNI對于對象的局部引用或者全局引用都會把它們指向的對象都標(biāo)記為不可回收）
已啟動的且未終止的Java線程

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠解決循環(huán)引用的問題，可它的實(shí)現(xiàn)需要耗費(fèi)大量資源和時(shí)間，也需要GC（它的分析過程引用關(guān)系不能發(fā)生變化，所以需要停止所有進(jìn)程）

3.3.9 如何宣告一個(gè)對象的真正死亡

首先必須要提到的是一個(gè)名叫?finalize()?的方法

finalize()是Object類的一個(gè)方法、一個(gè)對象的finalize()方法只會被系統(tǒng)自動調(diào)用一次，經(jīng)過finalize()方法逃脫死亡的對象，第二次不會再調(diào)用。

補(bǔ)充一句：并不提倡在程序中調(diào)用finalize()來進(jìn)行自救。建議忘掉Java程序中該方法的存在。因?yàn)樗鼒?zhí)行的時(shí)間不確定，甚至是否被執(zhí)行也不確定（Java程序的不正常退出），而且運(yùn)行代價(jià)高昂，無法保證各個(gè)對象的調(diào)用順序（甚至有不同線程中調(diào)用）。在Java9中已經(jīng)被標(biāo)記為?deprecated?，且java.lang.ref.Cleaner（也就是強(qiáng)、軟、弱、幻象引用的那一套）中已經(jīng)逐步替換掉它，會比finalize來的更加的輕量及可靠。

判斷一個(gè)對象的死亡至少需要兩次標(biāo)記

如果對象進(jìn)行可達(dá)性分析之后沒發(fā)現(xiàn)與GC Roots相連的引用鏈，那它將會第一次標(biāo)記并且進(jìn)行一次篩選。判斷的條件是決定這個(gè)對象是否有必要執(zhí)行finalize()方法。如果對象有必要執(zhí)行finalize()方法，則被放入F-Queue隊(duì)列中。
GC對F-Queue隊(duì)列中的對象進(jìn)行二次標(biāo)記。如果對象在finalize()方法中重新與引用鏈上的任何一個(gè)對象建立了關(guān)聯(lián)，那么二次標(biāo)記時(shí)則會將它移出“即將回收”集合。如果此時(shí)對象還沒成功逃脫，那么只能被回收了。

如果確定對象已經(jīng)死亡，我們又該如何回收這些垃圾呢

3.4 垃圾回收算法

不會非常詳細(xì)的展開，常用的有標(biāo)記清除，復(fù)制，標(biāo)記整理和分代收集算法

3.4.1 標(biāo)記清除算法

標(biāo)記清除算法就是分為“標(biāo)記”和“清除”兩個(gè)階段。標(biāo)記出所有需要回收的對象，標(biāo)記結(jié)束后統(tǒng)一回收。這個(gè)套路很簡單，也存在不足，后續(xù)的算法都是根據(jù)這個(gè)基礎(chǔ)來加以改進(jìn)的。

其實(shí)它就是把已死亡的對象標(biāo)記為空閑內(nèi)存，然后記錄在一個(gè)空閑列表中，當(dāng)我們需要new一個(gè)對象時(shí)，內(nèi)存管理模塊會從空閑列表中尋找空閑的內(nèi)存來分給新的對象。

不足的方面就是標(biāo)記和清除的效率比較低下。且這種做法會讓內(nèi)存中的碎片非常多。這個(gè)導(dǎo)致了如果我們需要使用到較大的內(nèi)存塊時(shí)，無法分配到足夠的連續(xù)內(nèi)存。比如下圖

此時(shí)可使用的內(nèi)存塊都是零零散散的，導(dǎo)致了剛剛提到的大內(nèi)存對象問題

3.4.2 復(fù)制算法

為了解決效率問題，復(fù)制算法就出現(xiàn)了。它將可用內(nèi)存按容量劃分成兩等分，每次只使用其中的一塊。和survivor一樣也是用from和to兩個(gè)指針這樣的玩法。fromPlace存滿了，就把存活的對象copy到另一塊toPlace上，然后交換指針的內(nèi)容。這樣就解決了碎片的問題。

這個(gè)算法的代價(jià)就是把內(nèi)存縮水了，這樣堆內(nèi)存的使用效率就會變得十分低下了

不過它們分配的時(shí)候也不是按照1:1這樣進(jìn)行分配的，就類似于Eden和Survivor也不是等價(jià)分配是一個(gè)道理。

3.4.3 標(biāo)記整理算法

復(fù)制算法在對象存活率高的時(shí)候會有一定的效率問題，標(biāo)記過程仍然與“標(biāo)記-清除”算法一樣，但后續(xù)步驟不是直接對可回收對象進(jìn)行清理，而是讓所有存活的對象都向一端移動，然后直接清理掉邊界以外的內(nèi)存

3.4.4 分代收集算法

這種算法并沒有什么新的思想，只是根據(jù)對象存活周期的不同將內(nèi)存劃分為幾塊。一般是把Java堆分為新生代和老年代，這樣就可以根據(jù)各個(gè)年代的特點(diǎn)采用最適當(dāng)?shù)氖占惴?。在新生代中，每次垃圾收集時(shí)都發(fā)現(xiàn)有大批對象死去，只有少量存活，那就選用復(fù)制算法，只需要付出少量存活對象的復(fù)制成本就可以完成收集。而老年代中因?yàn)閷ο蟠婊盥矢?、沒有額外空間對它進(jìn)行分配擔(dān)保，就必須使用“標(biāo)記-清理”或者“標(biāo)記-整理”算法來進(jìn)行回收。

說白了就是八仙過海各顯神通，具體問題具體分析了而已。

3.5 （了解）各種各樣的垃圾回收器

HotSpot VM中的垃圾回收器，以及適用場景

到j(luò)dk8為止，默認(rèn)的垃圾收集器是Parallel Scavenge 和 Parallel Old

從jdk9開始，G1收集器成為默認(rèn)的垃圾收集器
目前來看，G1回收器停頓時(shí)間最短而且沒有明顯缺點(diǎn)，非常適合Web應(yīng)用。在jdk8中測試Web應(yīng)用，堆內(nèi)存6G，新生代4.5G的情況下，Parallel Scavenge 回收新生代停頓長達(dá)1.5秒。G1回收器回收同樣大小的新生代只停頓0.2秒。

3.6 （了解）JVM的常用參數(shù)

JVM的參數(shù)非常之多，這里只列舉比較重要的幾個(gè)，通過各種各樣的搜索引擎也可以得知這些信息。

JVM參數(shù)的含義

參數(shù)名稱	含義	默認(rèn)值	說明
-Xms	初始堆大小	物理內(nèi)存的1/64(<1GB)	默認(rèn)(MinHeapFreeRatio參數(shù)可以調(diào)整)空余堆內(nèi)存小于40%時(shí)，JVM就會增大堆直到-Xmx的大限制.
-Xmx	?大堆大小	物理內(nèi)存的1/4(<1GB)	默認(rèn)(MaxHeapFreeRatio參數(shù)可以調(diào)整)空余堆內(nèi)存大于70%時(shí)，JVM會減少堆直到 -Xms的最小限制
-Xmn	年輕代大小(1.4or lator)		注意：此處的大小是（eden+ 2 survivor space).與jmap -heap中顯示的New gen是不同的。整個(gè)堆大小=年輕代大小 + 老年代大小 + 持久代（永久代）大小.增大年輕代后,將會減小年老代大小.此值對系統(tǒng)性能影響較大,Sun官方推薦配置為整個(gè)堆的3/8
-XX:NewSize	設(shè)置年輕代大小(for 1.3/1.4)
-XX:MaxNewSize	年輕代大值(for 1.3/1.4)
-XX:PermSize	設(shè)置持久代(perm gen)初始值	物理內(nèi)存的1/64
-Xss	每個(gè)線程的堆棧大小	JDK5.0以后每個(gè)線程堆棧大小為1M,以前每個(gè)線程堆棧大小為256K.更具應(yīng)用的線程所需內(nèi)存大小進(jìn)行調(diào)整.在相同物理內(nèi)存下,減小這個(gè)值能生成更多的線程.但是操作系統(tǒng)對一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的線程數(shù)還是有限制的,不能無限生成,經(jīng)驗(yàn)值在3000~5000左右一般小的應(yīng)用，如果棧不是很深，應(yīng)該是128k夠用的大的應(yīng)用建議使用256k。這個(gè)選項(xiàng)對性能影響比較大，需要嚴(yán)格的測試。（校長）和threadstacksize選項(xiàng)解釋很類似,官方文檔似乎沒有解釋,在論壇中有這樣一句話:-Xss is translated in a VM flag named ThreadStackSize”一般設(shè)置這個(gè)值就可以了
-XX:NewRatio	年輕代(包括Eden和兩個(gè)Survivor區(qū))與年老代的比值(除去持久代)		-XX:NewRatio=4表示年輕代與年老代所占比值為1:4,年輕代占整個(gè)堆棧的1/5Xms=Xmx并且設(shè)置了Xmn的情況下，該參數(shù)不需要進(jìn)行設(shè)置。
-XX:SurvivorRatio	Eden區(qū)與Survivor區(qū)的大小比值		設(shè)置為8,則兩個(gè)Survivor區(qū)與一個(gè)Eden區(qū)的比值為2:8,一個(gè)Survivor區(qū)占整個(gè)年輕代的1/10
-XX:+DisableExplicitGC	關(guān)閉System.gc()		這個(gè)參數(shù)需要嚴(yán)格的測試
-XX:PretenureSizeThreshold	對象超過多大是直接在舊生代分配	0	單位字節(jié) 新生代采用Parallel ScavengeGC時(shí)無效另一種直接在舊生代分配的情況是大的數(shù)組對象,且數(shù)組中無外部引用對象.
-XX:ParallelGCThreads	并行收集器的線程數(shù)		此值最好配置與處理器數(shù)目相等同樣適用于CMS
-XX:MaxGCPauseMillis	每次年輕代垃圾回收的最長時(shí)間(大暫停時(shí)間)		如果無法滿足此時(shí)間,JVM會自動調(diào)整年輕代大小,以滿足此值.

其實(shí)還有一些打印及CMS方面的參數(shù)，這里就不以一一列舉了

四、關(guān)于JVM調(diào)優(yōu)的一些方面

根據(jù)剛剛涉及的jvm的知識點(diǎn)，我們可以嘗試對JVM進(jìn)行調(diào)優(yōu)，主要就是堆內(nèi)存那塊

所有線程共享數(shù)據(jù)區(qū)大小=新生代大小 + 年老代大小 + 持久代大小。持久代一般固定大小為64m。所以java堆中增大年輕代后，將會減小年老代大?。ㄒ?yàn)槔夏甏那謇硎鞘褂胒ullgc，所以老年代過小的話反而是會增多fullgc的）。此值對系統(tǒng)性能影響較大，Sun官方推薦配置為java堆的3/8。

4.1 調(diào)整大堆內(nèi)存和最小堆內(nèi)存

-Xmx –Xms：指定java堆大值（默認(rèn)值是物理內(nèi)存的1/4(<1GB)）和初始java堆最小值（默認(rèn)值是物理內(nèi)存的1/64(<1GB))

默認(rèn)(MinHeapFreeRatio參數(shù)可以調(diào)整)空余堆內(nèi)存小于40%時(shí)，JVM就會增大堆直到-Xmx的大限制.，默認(rèn)(MaxHeapFreeRatio參數(shù)可以調(diào)整)空余堆內(nèi)存大于70%時(shí)，JVM會減少堆直到 -Xms的最小限制。簡單點(diǎn)來說，你不停地往堆內(nèi)存里面丟數(shù)據(jù)，等它剩余大小小于40%了，JVM就會動態(tài)申請內(nèi)存空間不過會小于-Xmx，如果剩余大小大于70%，又會動態(tài)縮小不過不會小于–Xms。就這么簡單

開發(fā)過程中，通常會將 -Xms 與 -Xmx兩個(gè)參數(shù)的配置相同的值，其目的是為了能夠在java垃圾回收機(jī)制清理完堆區(qū)后不需要重新分隔計(jì)算堆區(qū)的大小而浪費(fèi)資源。

我們執(zhí)行下面的代碼

System.out.println("Xmx="?+?Runtime.getRuntime().maxMemory()?/?1024.0?/?1024?+?"M");????//系統(tǒng)的大空間
System.out.println("free?mem="?+?Runtime.getRuntime().freeMemory()?/?1024.0?/?1024?+?"M");??//系統(tǒng)的空閑空間
System.out.println("total?mem="?+?Runtime.getRuntime().totalMemory()?/?1024.0?/?1024?+?"M");??//當(dāng)前可用的總空間

注意：此處設(shè)置的是Java堆大小，也就是新生代大小 + 老年代大小

設(shè)置一個(gè)VM options的參數(shù)

-Xmx20m?-Xms5m?-XX:+PrintGCDetails

再次啟動main方法

這里GC彈出了一個(gè)Allocation Failure分配失敗，這個(gè)事情發(fā)生在PSYoungGen，也就是年輕代中

這時(shí)候申請到的內(nèi)存為18M，空閑內(nèi)存為4.214195251464844M

我們此時(shí)創(chuàng)建一個(gè)字節(jié)數(shù)組看看，執(zhí)行下面的代碼

byte[]?b?=?new?byte[1?*?1024?*?1024];
System.out.println("分配了1M空間給數(shù)組");
System.out.println("Xmx="?+?Runtime.getRuntime().maxMemory()?/?1024.0?/?1024?+?"M");??//系統(tǒng)的大空間
System.out.println("free?mem="?+?Runtime.getRuntime().freeMemory()?/?1024.0?/?1024?+?"M");??//系統(tǒng)的空閑空間
System.out.println("total?mem="?+?Runtime.getRuntime().totalMemory()?/?1024.0?/?1024?+?"M");

此時(shí)free memory就又縮水了，不過total memory是沒有變化的。Java會盡可能將total mem的值維持在最小堆內(nèi)存大小

byte[]?b?=?new?byte[10?*?1024?*?1024];
System.out.println("分配了10M空間給數(shù)組");
System.out.println("Xmx="?+?Runtime.getRuntime().maxMemory()?/?1024.0?/?1024?+?"M");??//系統(tǒng)的大空間
System.out.println("free?mem="?+?Runtime.getRuntime().freeMemory()?/?1024.0?/?1024?+?"M");??//系統(tǒng)的空閑空間
System.out.println("total?mem="?+?Runtime.getRuntime().totalMemory()?/?1024.0?/?1024?+?"M");??//當(dāng)前可用的總空間

這時(shí)候我們創(chuàng)建了一個(gè)10M的字節(jié)數(shù)據(jù)，這時(shí)候最小堆內(nèi)存是頂不住的。我們會發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的total memory已經(jīng)變成了15M，這就是已經(jīng)申請了一次內(nèi)存的結(jié)果。

此時(shí)我們再跑一下這個(gè)代碼

System.gc();
System.out.println("Xmx="?+?Runtime.getRuntime().maxMemory()?/?1024.0?/?1024?+?"M");????//系統(tǒng)的大空間
System.out.println("free?mem="?+?Runtime.getRuntime().freeMemory()?/?1024.0?/?1024?+?"M");??//系統(tǒng)的空閑空間
System.out.println("total?mem="?+?Runtime.getRuntime().totalMemory()?/?1024.0?/?1024?+?"M");??//當(dāng)前可用的總空間

此時(shí)我們手動執(zhí)行了一次fullgc，此時(shí)total memory的內(nèi)存空間又變回5.5M了，此時(shí)又是把申請的內(nèi)存釋放掉的結(jié)果。

4.2 調(diào)整新生代和老年代的比值

-XX:NewRatio --- 新生代（eden+2*Survivor）和老年代（不包含永久區(qū)）的比值

例如：-XX:NewRatio=4，表示新生代:老年代=1:4，即新生代占整個(gè)堆的1/5。在Xms=Xmx并且設(shè)置了Xmn的情況下，該參數(shù)不需要進(jìn)行設(shè)置。

4.3 調(diào)整Survivor區(qū)和Eden區(qū)的比值

-XX:SurvivorRatio（幸存代）--- 設(shè)置兩個(gè)Survivor區(qū)和eden的比值

例如：8，表示兩個(gè)Survivor:eden=2:8，即一個(gè)Survivor占年輕代的1/10

4.4 設(shè)置年輕代和老年代的大小

-XX:NewSize --- 設(shè)置年輕代大小

-XX:MaxNewSize --- 設(shè)置年輕代大值

可以通過設(shè)置不同參數(shù)來測試不同的情況，反正最優(yōu)解當(dāng)然就是官方的Eden和Survivor的占比為8:1:1，然后在剛剛介紹這些參數(shù)的時(shí)候都已經(jīng)附帶了一些說明，感興趣的也可以看看。反正大堆內(nèi)存和最小堆內(nèi)存如果數(shù)值不同會導(dǎo)致多次的gc，需要注意。

4.5 小總結(jié)

根據(jù)實(shí)際事情調(diào)整新生代和幸存代的大小，官方推薦新生代占java堆的3/8，幸存代占新生代的1/10

在OOM時(shí)，記得Dump出堆，確保可以排查現(xiàn)場問題，通過下面命令你可以輸出一個(gè).dump文件，這個(gè)文件可以使用VisualVM或者Java自帶的Java VisualVM工具。

-Xmx20m?-Xms5m?-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError?-XX:HeapDumpPath=你要輸出的日志路徑

一般我們也可以通過編寫腳本的方式來讓OOM出現(xiàn)時(shí)給我們報(bào)個(gè)信，可以通過發(fā)送郵件或者重啟程序等來解決。

4.6 永久區(qū)的設(shè)置

-XX:PermSize?-XX:MaxPermSize

初始空間（默認(rèn)為物理內(nèi)存的1/64）和大空間（默認(rèn)為物理內(nèi)存的1/4）。也就是說，jvm啟動時(shí)，永久區(qū)一開始就占用了PermSize大小的空間，如果空間還不夠，可以繼續(xù)擴(kuò)展，但是不能超過MaxPermSize，否則會OOM。

tips：如果堆空間沒有用完也拋出了OOM，有可能是永久區(qū)導(dǎo)致的。堆空間實(shí)際占用非常少，但是永久區(qū)溢出一樣拋出OOM。

4.7 JVM的棧參數(shù)調(diào)優(yōu)

4.7.1 調(diào)整每個(gè)線程?？臻g的大小

可以通過-Xss：調(diào)整每個(gè)線程棧空間的大小

JDK5.0以后每個(gè)線程堆棧大小為1M，以前每個(gè)線程堆棧大小為256K。在相同物理內(nèi)存下,減小這個(gè)值能生成更多的線程。但是操作系統(tǒng)對一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的線程數(shù)還是有限制的，不能無限生成，經(jīng)驗(yàn)值在3000~5000左右

4.7.2 設(shè)置線程棧的大小

-XXThreadStackSize：
????設(shè)置線程棧的大小(0?means?use?default?stack?size)

這些參數(shù)都是可以通過自己編寫程序去簡單測試的，這里礙于篇幅問題就不再提供demo了

4.8 (可以直接跳過了)JVM其他參數(shù)介紹

形形色色的參數(shù)很多，就不會說把所有都扯個(gè)遍了，因?yàn)榇蠹移鋵?shí)也不會說一定要去深究到底。

4.8.1 設(shè)置內(nèi)存頁的大小

-XXThreadStackSize：
????設(shè)置內(nèi)存頁的大小，不可設(shè)置過大，會影響Perm的大小

4.8.2 設(shè)置原始類型的快速優(yōu)化

-XX:+UseFastAccessorMethods：
????設(shè)置原始類型的快速優(yōu)化

4.8.3 設(shè)置關(guān)閉手動GC

-XX:+DisableExplicitGC：
????設(shè)置關(guān)閉System.gc()(這個(gè)參數(shù)需要嚴(yán)格的測試)

4.8.4 設(shè)置垃圾大年齡

-XX:MaxTenuringThreshold
????設(shè)置垃圾大年齡。如果設(shè)置為0的話,則年輕代對象不經(jīng)過Survivor區(qū),直接進(jìn)入年老代.
????對于年老代比較多的應(yīng)用,可以提高效率。如果將此值設(shè)置為一個(gè)較大值,
????則年輕代對象會在Survivor區(qū)進(jìn)行多次復(fù)制,這樣可以增加對象再年輕代的存活時(shí)間,
????增加在年輕代即被回收的概率。該參數(shù)只有在串行GC時(shí)才有效.

4.8.5 加快編譯速度

-XX:+AggressiveOpts

加快編譯速度

4.8.6 改善鎖機(jī)制性能

-XX:+UseBiasedLocking

4.8.7 禁用垃圾回收

-Xnoclassgc

4.8.8 設(shè)置堆空間存活時(shí)間

-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB
????設(shè)置每兆堆空閑空間中SoftReference的存活時(shí)間，默認(rèn)值是1s。

4.8.9 設(shè)置對象直接分配在老年代

-XX:PretenureSizeThreshold
????設(shè)置對象超過多大時(shí)直接在老年代分配，默認(rèn)值是0。

4.8.10 設(shè)置TLAB占eden區(qū)的比例

-XX:TLABWasteTargetPercent
????設(shè)置TLAB占eden區(qū)的百分比，默認(rèn)值是1%?。?

4.8.11設(shè)置是否優(yōu)先YGC

-XX:+CollectGen0First
????設(shè)置FullGC時(shí)是否先YGC，默認(rèn)值是false。

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本文題目：大白話帶你深入淺出JVM-創(chuàng)新互聯(lián)
標(biāo)題網(wǎng)址：http://muchs.cn/article10/dhisdo.html

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