JVM相关知识梳理

 

 

1.程序计数器：一个较小的内存，相当于线程运行指向的代码行数的指示器，用于循环、跳转、异常处理、线程恢复等功能，是一个私有内存；

2.虚拟机栈：是方法执行的内存模板，像局部变量、操作数栈、方法出口等；

3.方法区：用于存放已经加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等信息

4. 堆：是虚拟机中最大的内存，是一个程序共享内存区域，在虚拟机启动时创建，用于存放对象，也是GC管理的重要区域；

java虚拟机主要分为以下一个区:

1.方法区：
1. 有时候也成为永久代，在该区内很少发生垃圾回收，但是并不代表不发生GC，在这里进行的GC主要是对方法区里的常量池和对类型的卸载
2. 方法区主要用来存储已被虚拟机加载的类的信息、常量、静态变量和即时编译器编译后的代码等数据。
3. 该区域是被线程共享的。
4. 方法区里有一个运行时常量池，用于存放静态编译产生的字面量和符号引用。该常量池具有动态性，也就是说常量并不一定是编译时确定，运行时生成的常量也会存在这个常量池中。

2.虚拟机栈:
1. 虚拟机栈也就是我们平常所称的栈内存,它为java方法服务，每个方法在执行的时候都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接和方法出口等信息。
2. 虚拟机栈是线程私有的，它的生命周期与线程相同。
3. 局部变量表里存储的是基本数据类型、returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）和对象引用，这个对象引用有可能是指向对象起始地址的一个指针，也有可能是代表对象的句柄或者与对象相关联的位置。局部变量所需的内存空间在编译器间确定
4.操作数栈的作用主要用来存储运算结果以及运算的操作数，它不同于局部变量表通过索引来访问，而是压栈和出栈的方式
5.每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接.动态链接就是将常量池中的符号引用在运行期转化为直接引用。

3本地方法栈
本地方法栈和虚拟机栈类似，只不过本地方法栈为Native方法服务。

4堆
java堆是所有线程所共享的一块内存，在虚拟机启动时创建，几乎所有的对象实例都在这里创建，因此该区域经常发生垃圾回收操作。

5 程序计数器
内存空间小，字节码解释器工作时通过改变这个计数值可以选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理和线程恢复等功能都需要依赖这个计数器完成。该内存区域是唯一一个java虚拟机规范没有规定任何OOM情况的区域。

如何让新生对象预留再年轻代？

1） 增大年轻代的空间

2） 设置年轻代的使用率达到一定比例，再进入年老代

 

堆大小设置
JVM 中最大堆大小有三方面限制：相关操作系统的数据模型（32-bt还是64-bit）限制；系统的可用虚拟内存限制；系统的可用物理内存限制。32位系统下，一般限制在1.5G~2G；64为操作系统对内存无限制。我在Windows Server 2003 系统，3.5G物理内存，JDK5.0下测试，最大可设置为1478m。
典型设置：

1.      java -Xmx3550m-Xms3550m -Xmn2g -Xss128k 
- Xmx3550m ：设置JVM最大可用内存为3550M。
-Xms3550m ：设置JVM促使内存为3550m。此值可以设置与-Xmx相同，以避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配内存。
-Xmn2g ：设置年轻代大小为2G。整个JVM内存大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小 。持久代一般固定大小为64m，所以增大年轻代后，将会减小年老代大小。此值对系统性能影响较大，Sun官方推荐配置为整个堆的3/8。
-Xss128k ：设置每个线程的堆栈大小。JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M，以前每个线程堆栈大小为256K。更具应用的线程所需内存大小进行调整。在相同物理内存下，减小这个值能生成更多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的，不能无限生成，经验值在3000~5000左右。

2.      java -Xmx3550m-Xms3550m -Xss128k -XX:NewRatio=4 -XX:SurvivorRatio=4-XX:MaxPermSize=16m -XX:MaxTenuringThreshold=0 
-XX:NewRatio=4 :设置年轻代（包括Eden和两个Survivor区）与年老代的比值（除去持久代）。设置为4，则年轻代与年老代所占比值为1：4，年轻代占整个堆栈的1/5
-XX:SurvivorRatio=4 ：设置年轻代中Eden区与Survivor区的大小比值。设置为4，则两个Survivor区与一个Eden区的比值为2:4，一个Survivor区占整个年轻代的1/6
-XX:MaxPermSize=16m :设置持久代大小为16m。
-XX:MaxTenuringThreshold=0 ：设置垃圾最大年龄。如果设置为0的话，则年轻代对象不经过 Survivor区，直接进入年老代 。对于年老代比较多的应用，可以提高效率。如果将此值设置为一个较大值，则年轻代对象会在Survivor区进行多次复制，这样可以增加对象再年轻代的存活时间，增加在年轻代即被回收的概论。

 

 

 

回收器的选择
JVM给了三种选择：串行收集器、并行收集器、并发收集器 ，但 是串行收集器只适用于小数据量的情况，所以这里的选择主要针对并行收集器和并发收集器。默认情况下，JDK5.0以前都是使用串行收集器，如果想使用其他 收集器需要在启动时加入相应参数。JDK5.0以后，JVM会根据当前系统配置 进行判断。

1.    吞吐量优先 的并行收集器
如上文所述，并行收集器主要以到达一定的吞吐量为目标，适用于科学技术和后台处理等。
典型配置 ：

1. java -Xmx3800m -Xms3800m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20 
   -XX:+UseParallelGC ：选择垃圾收集器为并行收集器。 此配置仅对年轻代有效。即上述配置下，年轻代使用并发收集，而年老代仍旧使用串行收集。
   -XX:ParallelGCThreads=20 ：配置并行收集器的线程数，即：同时多少个线程一起进行垃圾回收。此值最好配置 与处理器数目相等。
   
   
2. java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20 -XX:+UseParallelOldGC
   -XX:+UseParallelOldGC ：配置年老代垃圾收集方式为并行收集。JDK6.0支持对年老代并行收集。
   
   
3. java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC  -XX:MaxGCPauseMillis=100
   -XX:MaxGCPauseMillis=100 : 设置每次年轻代垃圾回收的最长时间，如果 无法满足此时间，JVM会自动调整年轻代大小，以满足此值。
   
   
4. java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC  -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy
   -XX:+UseAdaptiveSizePolicy ： 设置此选项后，并行收集器会自动选择年轻代区大小和相应的Survivor区比例，以达到目标系统规定的最低相应时间或者收集频率等，此值建议使用并行收 集器时，一直打开。

2.    响应时间优先 的并发收集器
如上文所述，并发收集器主要是保证系统的响应时间，减少垃圾收集时的停顿时间。适用于应用服务器、电信领域等。
典型配置 ：

0.     java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k-XX:ParallelGCThreads=20 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC
-XX:+UseConcMarkSweepGC ：设置年老代为并发收集。测试中配置这个以后，-XX:NewRatio=4的配置失效了，原因不明。所以，此时年轻代大小最好用-Xmn设置。
-XX:+UseParNewGC :设置年轻代为并行收集。可与CMS收集同时使用。JDK5.0以上，JVM会根据系统配置自行设置，所以无需再设置此值。

1.     java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5 -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction ：由于并发收集器不对内存空间进行压缩、整理，所以运行一段时间以后会产生“碎片”，使得运行效率降低。此值设置运行多少次GC以后对内存空间进行压缩、整理。
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection ：打开对年老代的压缩。可能会影响性能，但是可以消除碎片

1.    辅助信息
JVM提供了大量命令行参数，打印信息，供调试使用。主要有以下一些：

1.     -XX:+PrintGC
输出形式：[GC 118250K->113543K(130112K),0.0094143 secs]

               [Full GC 121376K->10414K(130112K), 0.0650971 secs]

2.     -XX:+PrintGCDetails
输出形式：[GC [DefNew: 8614K->781K(9088K),0.0123035 secs] 118250K->113543K(130112K), 0.0124633 secs]

               [GC [DefNew: 8614K->8614K(9088K), 0.0000665 secs][Tenured:112761K->10414K(121024K), 0.0433488 secs] 121376K->10414K(130112K),0.0436268 secs]

3.     -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGC：PrintGCTimeStamps可与上面两个混合使用
输出形式：11.851: [GC 98328K->93620K(130112K), 0.0082960 secs]

4.     -XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime: 打印每次垃圾回收前，程序未中断的执行时间。可与上面混合使用
输出形式：Application time: 0.5291524 seconds

5.     -XX:+PrintGCApplicationStoppedTime ：打印垃圾回收期间程序暂停的时间。可与上面混合使用
输出形式：Total time for which application threads were stopped:0.0468229 seconds

6.     -XX:PrintHeapAtGC :打印GC前后的详细堆栈信息
输出形式：
34.702: [GC {Heap before gc invocations=7:
 def new generation   total 55296K, used 52568K [0x1ebd0000,0x227d0000, 0x227d0000)
eden space 49152K,  99% used [0x1ebd0000, 0x21bce430,0x21bd0000)
from space 6144K,  55% used [0x221d0000, 0x22527e10,0x227d0000)
  to   space 6144K,   0% used [0x21bd0000, 0x21bd0000,0x221d0000)
 tenured generation   total 69632K, used 2696K [0x227d0000,0x26bd0000, 0x26bd0000)
the space 69632K,   3% used [0x227d0000, 0x22a720f8,0x22a72200, 0x26bd0000)
 compacting perm gen  total 8192K, used 2898K [0x26bd0000,0x273d0000, 0x2abd0000)
   the space 8192K,  35% used [0x26bd0000, 0x26ea4ba8,0x26ea4c00, 0x273d0000)
    ro space 8192K,  66% used [0x2abd0000, 0x2b12bcc0,0x2b12be00, 0x2b3d0000)
    rw space 12288K,  46% used [0x2b3d0000, 0x2b972060,0x2b972200, 0x2bfd0000)
34.735: [DefNew: 52568K->3433K(55296K), 0.0072126 secs]55264K->6615K(124928K)Heap after gc invocations=8:
 def new generation   total 55296K, used 3433K [0x1ebd0000,0x227d0000, 0x227d0000)
eden space 49152K,   0% used [0x1ebd0000, 0x1ebd0000,0x21bd0000)
  from space 6144K,  55% used [0x21bd0000, 0x21f2a5e8, 0x221d0000)
  to   space 6144K,   0% used [0x221d0000, 0x221d0000,0x227d0000)
 tenured generation   total 69632K, used 3182K [0x227d0000,0x26bd0000, 0x26bd0000)
the space 69632K,   4% used [0x227d0000, 0x22aeb958,0x22aeba00, 0x26bd0000)
 compacting perm gen  total 8192K, used 2898K [0x26bd0000, 0x273d0000,0x2abd0000)
   the space 8192K,  35% used [0x26bd0000, 0x26ea4ba8,0x26ea4c00, 0x273d0000)
    ro space 8192K,  66% used [0x2abd0000, 0x2b12bcc0,0x2b12be00, 0x2b3d0000)
    rw space 12288K,  46% used [0x2b3d0000, 0x2b972060,0x2b972200, 0x2bfd0000)
}
, 0.0757599 secs]

7.     -Xloggc:filename :与上面几个配合使用，把相关日志信息记录到文件以便分析。

2.    常见配置汇总

0.     堆设置

1.     -Xms :初始堆大小

2.     -Xmx :最大堆大小

3.     -XX:NewSize=n :设置年轻代大小

4.     -XX:NewRatio=n: 设置年轻代和年老代的比值。如:为3，表示年轻代与年老代比值为1：3，年轻代占整个年轻代年老代和的1/4

5.     -XX:SurvivorRatio=n :年轻代中Eden区与两个Survivor区的比值。注意Survivor区有两个。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一个Survivor区占整个年轻代的1/5

6.     -XX:MaxPermSize=n :设置持久代大小

1.     收集器设置

0.    -XX:+UseSerialGC :设置串行收集器

1.    -XX:+UseParallelGC :设置并行收集器

2.    -XX:+UseParalledlOldGC :设置并行年老代收集器

3.    -XX:+UseConcMarkSweepGC :设置并发收集器

2.     垃圾回收统计信息

0.    -XX:+PrintGC

1.    -XX:+PrintGCDetails

2.    -XX:+PrintGCTimeStamps

3.    -Xloggc:filename

3.     并行收集器设置

0.    -XX:ParallelGCThreads=n :设置并行收集器收集时使用的CPU数。并行收集线程数。

1.    -XX:MaxGCPauseMillis=n :设置并行收集最大暂停时间

2.    -XX:GCTimeRatio=n :设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比。公式为1/(1+n)

4.     并发收集器设置

0.    -XX:+CMSIncrementalMode :设置为增量模式。适用于单CPU情况。

1.    -XX:ParallelGCThreads=n :设置并发收集器年轻代收集方式为并行收集时，使用的CPU数。并行收集线程数。

四、调优总结

1.    年轻代大小选择

1.      响应时间优先的应用 ：尽可能设大，直到接近系统的最低响应时间限制 （根据实际情况选择）。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。

2.     吞吐量优先的应用 ：尽可能的设置大，可能到达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，一般适合8CPU以上的应用。

2.    年老代大小选择

0.    响应时间优先的应用 ：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，可以会造成内存碎片、高回收频率以及应用暂停而使用传统的标记清除方式；如果堆大了，则需要较长的收集时间。最优化的方案，一般需要参考以下数据获得：

1.     并发垃圾收集信息

2.     持久代并发收集次数

3.     传统GC信息

4.     花在年轻代和年老代回收上的时间比例

减少年轻代和年老代花费的时间，一般会提高应用的效率

1.    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部分短期对象，减少中期的对象，而年老代尽存放长期存活对象。

3.    较小堆引起的碎片问题
因为年老代的并发收集器使用标记、清除算法，所以不会对堆进行压缩。当收集器回收时，他会把相邻的空间进行合并，这样可以分配给较大的对象。但是，当堆空间较小时，运行一段时间以后，就会出现“碎片”，如果并发收集器找不到足够的空间，那么并发收集器将会停止，然后使用传统的标记、清除方式进行回收。如果出现“碎片”，可能需要进行如下配置：

0.    -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection ：使用并发收集器时，开启对年老代的压缩。

1.    -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0 ：上面配置开启的情况下，这里设置多少次Full GC后，对年老代进行压缩

整个堆大小=年轻代大小 +年老代大小 ，而非整个堆大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小

 

 

 

JVM垃圾回收算法
标记-清除算法：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。
复制算法：将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当一块内存用完了，将还存另外一块上面，然后在把已使用过的内存空间一次清理掉。
标记-整理算法：标记过程与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。
分代收集算法：一般是把Java堆分为新生代和老年代，根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。新生代都发现有大批对象死去，选用复制算法。老年代中因为对象存活率高，必须使用“标记-清理”或“标记-整理”算法来进行回收。

JVM调优
查看堆空间大小分配（年轻代、年老代、持久代分配）
垃圾回收监控（长时间监控回收情况）
线程信息监控：系统线程数量
线程状态监控：各个线程都处在什么样的状态下
线程详细信息：查看线程内部运行情况，死锁检查
CPU热点：检查系统哪些方法占用了大量CPU时间
内存热点：检查哪些对象在系统中数量最大

 

如和判断一个对象是否存活?(或者GC对象的判定方法)

判断一个对象是否存活有两种方法:
1. 引用计数法
所谓引用计数法就是给每一个对象设置一个引用计数器，每当有一个地方引用这个对象时，就将计数器加一，引用失效时，计数器就减一。当一个对象的引用计数器为零时，说明此对象没有被引用，也就是“死对象”,将会被垃圾回收.
引用计数法有一个缺陷就是无法解决循环引用问题，也就是说当对象A引用对象B，对象B又引用者对象A，那么此时A,B对象的引用计数器都不为零，也就造成无法完成垃圾回收，所以主流的虚拟机都没有采用这种算法。

2.可达性算法(引用链法)
该算法的思想是：从一个被称为GC Roots的对象开始向下搜索，如果一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则说明此对象不可用。
在java中可以作为GC Roots的对象有以下几种:

·      虚拟机栈中引用的对象

·      方法区类静态属性引用的对象

·      方法区常量池引用的对象

·      本地方法栈JNI引用的对象

虽然这些算法可以判定一个对象是否能被回收，但是当满足上述条件时，一个对象比不一定会被回收。当一个对象不可达GC Root时，这个对象并 
不会立马被回收，而是出于一个死缓的阶段，若要被真正的回收需要经历两次标记
如果对象在可达性分析中没有与GC Root的引用链，那么此时就会被第一次标记并且进行一次筛选，筛选的条件是是否有必要执行finalize()方法。当对象没有覆盖finalize()方法或者已被虚拟机调用过，那么就认为是没必要的。
如果该对象有必要执行finalize()方法，那么这个对象将会放在一个称为F-Queue的对队列中，虚拟机会触发一个Finalize()线程去执行，此线程是低优先级的，并且虚拟机不会承诺一直等待它运行完，这是因为如果finalize()执行缓慢或者发生了死锁，那么就会造成F-Queue队列一直等待，造成了内存回收系统的崩溃。GC对处于F-Queue中的对象进行第二次被标记，这时，该对象将被移除”即将回收”集合，等待回收。

13.简述java垃圾回收机制?

在java中，程序员是不需要显示的去释放一个对象的内存的，而是由虚拟机自行执行。在JVM中，有一个垃圾回收线程，它是低优先级的，在正常情况下是不会执行的，只有在虚拟机空闲或者当前堆内存不足时，才会触发执行，扫面那些没有被任何引用的对象，并将它们添加到要回收的集合中，进行回收。

java中垃圾收集的方法有哪些?

1.     标记-清除:
这是垃圾收集算法中最基础的，根据名字就可以知道，它的思想就是标记哪些要被回收的对象，然后统一回收。这种方法很简单，但是会有两个主要问题：1.效率不高，标记和清除的效率都很低；2.会产生大量不连续的内存碎片，导致以后程序在分配较大的对象时，由于没有充足的连续内存而提前触发一次GC动作。

2.     复制算法:
为了解决效率问题，复制算法将可用内存按容量划分为相等的两部分，然后每次只使用其中的一块，当一块内存用完时，就将还存活的对象复制到第二块内存上，然后一次性清楚完第一块内存，再将第二块上的对象复制到第一块。但是这种方式，内存的代价太高，每次基本上都要浪费一般的内存。
于是将该算法进行了改进，内存区域不再是按照1：1去划分，而是将内存划分为8:1:1三部分，较大那份内存交Eden区，其余是两块较小的内存区叫Survior区。每次都会优先使用Eden区，若Eden区满，就将对象复制到第二块内存区上，然后清除Eden区，如果此时存活的对象太多，以至于Survivor不够时，会将这些对象通过分配担保机制复制到老年代中。(java堆又分为新生代和老年代)

3.     标记-整理
该算法主要是为了解决标记-清除，产生大量内存碎片的问题；当对象存活率较高时，也解决了复制算法的效率问题。它的不同之处就是在清除对象的时候现将可回收对象移动到一端，然后清除掉端边界以外的对象，这样就不会产生内存碎片了。

4.     分代收集 
现在的虚拟机垃圾收集大多采用这种方式，它根据对象的生存周期，将堆分为新生代和老年代。在新生代中，由于对象生存期短，每次回收都会有大量对象死去，那么这时就采用复制算法。老年代里的对象存活率较高，没有额外的空间进行分配担保，所以可以使用标记-整理 或者 标记-清除。