前言

“Write Once Run anywhere” 是得益于JVM昔案，工作了將近一年的時(shí)間也明白了咕痛，最重要的還是思想結(jié)構(gòu)和底層的實(shí)現(xiàn)麻惶，因?yàn)榫退阈录夹g(shù)層出不窮，它們也只不過(guò)是在錦上添花而已宪拥。
本文是我是從《深入理解Java虛擬機(jī)》總結(jié)而來(lái)，如果有什么說(shuō)的不對(duì)的地方铣减，還請(qǐng)各位看官指出她君，我還進(jìn)行改正

正文

JDK，JRE葫哗，JVM三者之間的關(guān)系

JDK包含JRE缔刹，JRE包含JVM

內(nèi)存溢出診斷

通過(guò)一個(gè) VM argument進(jìn)行設(shè)置 -xx: +HeapDumpOutOfMemoryError

這個(gè)命令會(huì)導(dǎo)出一個(gè)分析文件，需要下載一些工具對(duì)這個(gè)文件加以分析劣针。

還可以通過(guò)JDK自帶的可視化工具 console.exe 進(jìn)行監(jiān)控校镐。

JVM分類

• Sun Classical VM（已淘汰，第一臺(tái)商用的java虛擬機(jī)）

  解釋器和編譯器不能一同執(zhí)行捺典。

  只能使用純解釋器的方式來(lái)執(zhí)行java代碼

• Exact VM

  編譯器和解釋器混合工作即兩級(jí)及時(shí)編譯器

• Hot Spot

  就是我們現(xiàn)在最普遍使用的虛擬機(jī)鸟廓。

JAVA虛擬機(jī)內(nèi)存管理

java虛擬機(jī)在執(zhí)行程序的時(shí)候會(huì)把它所管理的區(qū)域劃分成不同的數(shù)據(jù)區(qū)。

內(nèi)存區(qū)域可以分為兩個(gè)部分：

1.線程共享區(qū)

• 方法區(qū)

• Java堆

  • 新生代

    • Eden(伊甸園)

    • Survivor(存活區(qū))

  • 老年代

    • Tenured Gen

2.線程獨(dú)占區(qū)

• 虛擬機(jī)棧

• 本地方法棧

• 程序計(jì)數(shù)器

內(nèi)存區(qū)域之程序計(jì)數(shù)器

是一塊較小的內(nèi)存空間襟己，是一個(gè)當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器
字節(jié)碼解釋器就是通過(guò)改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來(lái)選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令
如果執(zhí)行的是線程的java方法引谜，計(jì)時(shí)器記錄的是虛擬機(jī)字節(jié)碼的指令地址，
如果執(zhí)行的是native方法擎浴，那么這個(gè)計(jì)數(shù)器的值是空的（Undefined）
那么另一個(gè)問(wèn)題：為什么需要用程序計(jì)數(shù)器保存執(zhí)行的行號(hào)呢员咽，是為了線程上下文切換，保證了線程不會(huì)錯(cuò)亂贮预，線程只是執(zhí)行操作贝室，而并不會(huì)保存數(shù)據(jù)。

內(nèi)存區(qū)域之虛擬機(jī)棧

描述的Java方法運(yùn)行的內(nèi)存模型

每一個(gè)方法的調(diào)用到完成都對(duì)應(yīng)著棧幀在虛擬機(jī)棧中入棧和出棧的過(guò)程仿吞。

• 棧幀：每個(gè)方法執(zhí)行滑频，都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀，伴隨著這個(gè)方法的產(chǎn)生與完成茫藏，用于存儲(chǔ)局部變量表(定長(zhǎng)為32)误趴，操作數(shù)棧，動(dòng)態(tài)鏈接（面向?qū)ο蟮亩鄳B(tài)性）务傲，方法出口（兩種出棧：1）return 2）exception）等凉当。

• 局部變量表：存放的是編譯器，數(shù)據(jù)類型售葡，引用類型看杭，returnAddress類型

  （Tips：這個(gè)局部變量表，指的就是我們平常說(shuō)的棧）

棧的區(qū)域是固定的挟伙，當(dāng)我們不斷調(diào)用方法楼雹，就會(huì)不斷產(chǎn)生棧幀進(jìn)入棧中，如果超出了棧的大小，就會(huì)出現(xiàn)stackOverflow的異常贮缅，想象平常最容易出現(xiàn)的場(chǎng)景就是遞歸榨咐，如果沒(méi)寫(xiě)好的話，無(wú)止境的遞歸谴供。

內(nèi)存區(qū)域之本地方法棧

本地方法棧為虛擬機(jī)執(zhí)行native方法服務(wù)

而虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行java方法服務(wù)

這就是二者唯一區(qū)別的區(qū)別块茁，在***hot spot VM中這兩個(gè)區(qū)域并沒(méi)有明顯的區(qū)分。
之所以開(kāi)辟這個(gè)區(qū)域桂肌，是為了方便和系統(tǒng)交互数焊，使用java和操作系統(tǒng)交互，有不便之處崎场，所以最頂層的ClassLoader采用的C++編寫(xiě)佩耳。

內(nèi)存區(qū)域之堆

內(nèi)存中最大的一塊。

存放對(duì)象的實(shí)例谭跨。

垃圾收集器管理的主要區(qū)域干厚，所以很多人稱之為GC堆

如果堆內(nèi)存溢出，會(huì)產(chǎn)生OutOfMemeory的Error

-Xmx -Xms饺蚊， 這兩個(gè)VM參數(shù)萍诱，可以修改堆大小

內(nèi)存區(qū)域之方法區(qū)

很多人稱之為永生代。

垃圾收集在這個(gè)區(qū)域比較少見(jiàn)污呼。

存儲(chǔ)虛擬機(jī)加載的類信息（類的版本裕坊，字段，方法燕酷，接口）籍凝，常量，靜態(tài)變量苗缩，即時(shí)編譯器（JIT）編譯后的代碼等數(shù)據(jù)饵蒂。

可能出現(xiàn)OutOfMemory

運(yùn)行時(shí)常量池

屬于方法區(qū)的一部分

存放編譯時(shí)生成的字面量，以及符號(hào)引用

小例子：

String str1 = "abc";
String str2 = "abc";
String str3 = new String("abc");

在這里 a與b的地址是相同的酱讶，這收益于常量池退盯，而c與a，b是不相同的因?yàn)閚ew是直接在堆中開(kāi)辟了一條內(nèi)存空間泻肯，不受常量池影響的

直接內(nèi)存大多時(shí)候也被稱為堆外內(nèi)存渊迁，自從 JDK 引入 NIO 后，直接內(nèi)存的使用也越來(lái)越普遍灶挟。通過(guò) native 方法可以分配堆外內(nèi)存琉朽，通過(guò) DirectByteBuffer 對(duì)象來(lái)操作。

對(duì)象創(chuàng)建

給對(duì)象分配內(nèi)存的方式：

• 指針碰撞

• 空閑列表

具體使用哪一種方式稚铣，是由堆內(nèi)存是否規(guī)整決定的箱叁，是否規(guī)整是由垃圾回收機(jī)制決定的墅垮，如果垃圾回收會(huì)把區(qū)域變得相對(duì)完整則使用指針碰撞，如果是零散的耕漱，則使用空閑列表算色。

對(duì)象的結(jié)構(gòu)

對(duì)象的大小必須是八的整數(shù)倍。

對(duì)象結(jié)構(gòu)：

• Header （自身運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)螟够，類型指針）

  • markword（自身運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)）

    第一部分markword,用于存儲(chǔ)對(duì)象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)剃允，如哈希碼（HashCode）、GC分代年齡齐鲤、鎖狀態(tài)標(biāo)志、線程持有的鎖椒楣、偏向線程ID给郊、偏向時(shí)間戳等，這部分?jǐn)?shù)據(jù)的長(zhǎng)度在32位和64位的虛擬機(jī)（未開(kāi)啟壓縮指針）中分別為32bit和64bit捧灰，官方稱它為“MarkWord”淆九。

  • klass（類型指針）

    這個(gè)區(qū)域存放的是klass類型的指針，這個(gè)指針說(shuō)明了當(dāng)前這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例毛俏。

  • 數(shù)組長(zhǎng)度（只有數(shù)組對(duì)象有）

    記錄了數(shù)組的長(zhǎng)度炭庙，所以我們才可以通過(guò)length調(diào)用長(zhǎng)度

• instanceData

  這個(gè)區(qū)域是真實(shí)存儲(chǔ)信息的地方，不管是從父類繼承來(lái)的還是自己所有的煌寇，都需要進(jìn)行記錄焕蹄。

• padding 填充內(nèi)存的作用，因?yàn)閷?duì)象分配的內(nèi)存必須是八的整數(shù)倍阀溶，所以如果在instanceData并沒(méi)有對(duì)齊的情況下腻脏，便會(huì)填充

對(duì)象的訪問(wèn)定位

• 使用句柄：有點(diǎn)像是一種間接尋址的感覺(jué)在堆內(nèi)存中，存在一個(gè)句柄池银锻，引用指向了句柄池中的一塊地址永品，然后句柄池再指向堆內(nèi)存，使用這種方法最大的好處就是存儲(chǔ)的是穩(wěn)定的句柄地址击纬。

• 使用指針：引用直接指向堆內(nèi)存鼎姐。最大的好處就是速度快，節(jié)省了一次指針定位的開(kāi)銷

虛擬機(jī)參數(shù)

1.-Xms 設(shè)置堆的最小值

2.-Xmx 設(shè)置堆的最大值

3.-Xss 設(shè)置棧容量

垃圾回收

打印GC的詳細(xì)信息 需要在VM 參數(shù)中加入下面兩個(gè)參數(shù)：-verbose:gc -xx:PrintGCDetail

如何判定對(duì)象為垃圾對(duì)象更振？

1.引用計(jì)數(shù)法

在對(duì)象中添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器炕桨，當(dāng)有地方引用時(shí)+1，當(dāng)引用失效-1殃饿。
但是一般并不使用,因?yàn)槿绻嬖谝玫南嗷ヒ蕾嚹敲匆糜?jì)數(shù)法將會(huì)失效谋作。

2.可達(dá)性分析

從GC root 節(jié)點(diǎn)，向下搜索乎芳，如果一個(gè)地址對(duì)于GC root對(duì)象（包括 虛擬機(jī)棧中的局部常量表中的引用的對(duì)象遵蚜，方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對(duì)象帖池，方法區(qū)中常量所引用的的對(duì)象，本地方法棧中引用的對(duì)象）吭净，再也沒(méi)有任何可走的路徑睡汹，那么將會(huì)把在堆中的整個(gè)內(nèi)存都給回首掉。

這里說(shuō)的最多的字眼就是引用寂殉，Java 中一共包括四種引用方法：

• 強(qiáng)引用
  垃圾回收器永遠(yuǎn)不會(huì)回收掉強(qiáng)引用的對(duì)象
• 軟引用
  有用但是非必須囚巴，在內(nèi)存即將溢出之前如果有軟引用會(huì)調(diào)用第二次GC，如果還是溢出友扰，才會(huì)曝出異常彤叉。使用SoftReference來(lái)使用軟引用
• 弱引用
  非必須的引用，只能存活到下一次GC之前村怪，無(wú)論內(nèi)存是否足夠秽浇，使用WeakReference 來(lái)使用弱引用。
• 虛引用
  這種引用存在的目的是甚负，當(dāng)這個(gè)引用的對(duì)象被回收的時(shí)候柬焕，我們會(huì)得到一個(gè)通知，提供PhantomReference來(lái)實(shí)現(xiàn)虛引用梭域。

大多數(shù)情況下斑举，回收的都是堆區(qū)，很少收集方法區(qū)病涨，那是因?yàn)檫@樣做性價(jià)比很低富玷。

如果回收方法區(qū)的話，主要回收兩種：廢棄常量既穆，無(wú)用的類凌彬。

回收策略:

• 標(biāo)記-清除算法

  通過(guò)可達(dá)性分析算法，首先標(biāo)記有哪些是需要清理的循衰，然后再將它們進(jìn)行清除铲敛。這個(gè)算法簡(jiǎn)單，但是存在的問(wèn)題就是效率問(wèn)題和空間問(wèn)題会钝。被標(biāo)記可能十分分散伐蒋，清理后，在內(nèi)存里就會(huì)出現(xiàn)特別零散的空間迁酸，不利于日后開(kāi)辟空間使用先鱼。

• 復(fù)制算法

  復(fù)制算法，將堆內(nèi)存劃分成兩份奸鬓，然后操作其中的一份焙畔，當(dāng)需要進(jìn)行垃圾回收的時(shí)候，復(fù)制算法會(huì)講沒(méi)有被回收的實(shí)例復(fù)制到另一份中去然后串远，將原來(lái)的所有的（不管有沒(méi)有被回收的都刪除掉）刪除掉宏多，然后在另一份中進(jìn)行繼續(xù)操作儿惫，下次在GC的時(shí)候，就和剛剛的操作一樣伸但，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是兩個(gè)區(qū)域交替的工作肾请。這樣有效的解決了標(biāo)記-清除算法的效率問(wèn)題。但是這個(gè)問(wèn)題更胖，造成了堆內(nèi)存中有空間浪費(fèi)的情況

  現(xiàn)在大多數(shù)虛擬機(jī)新生代都是采用了這種回收策略铛铁。

  多說(shuō)一點(diǎn)，在hotspot中却妨，新生代會(huì)有一個(gè)eden區(qū)饵逐，兩個(gè)survior區(qū)，比例為8:1彪标，每次一個(gè)eden區(qū)和一個(gè)survior區(qū)被占用梳毙，也就是說(shuō)只會(huì)有一個(gè)survior區(qū)被浪費(fèi)掉。

• 標(biāo)記-整理算法

  一般應(yīng)用與老年代捐下，因?yàn)閺?fù)制算法消耗空間，可能需要內(nèi)存擔(dān)保萌业。

  這個(gè)算法是將不需要GC的對(duì)象移向內(nèi)存的一段坷襟，然后將除了一端區(qū)域界線外的對(duì)象全部清除掉

• 分代收集算法

  根據(jù)不同的內(nèi)存區(qū)域（新生代，或者老年代）生年，選擇不同的GC算法婴程。

  新生代使用復(fù)制算法，而老年代時(shí)候標(biāo)記-清理抱婉，或標(biāo)記-整理档叔，可以做到每一塊都因地制宜。

垃圾回收器：

不同的垃圾回收器對(duì)應(yīng)不同的使用場(chǎng)景蒸绩。

垃圾收集器的不斷推塵出新衙四，其實(shí)就是一個(gè)不斷縮短垃圾回收時(shí)間的過(guò)程。

• Serial

  • 最基本

  • 單線程

    這就導(dǎo)致了一個(gè)問(wèn)題患亿，多線程并發(fā)運(yùn)行传蹈，但是需要垃圾回收了，那么所有線程都被阻塞步藕，只有垃圾回收線程在運(yùn)行惦界，直到回收完畢，其他線程才繼續(xù)運(yùn)行咙冗。

    這個(gè)回收器對(duì)于運(yùn)行在client端是一個(gè)好的選擇沾歪。

• Parnew

  • 多線程

    開(kāi)多個(gè)線程"打掃衛(wèi)生"，效率更高雾消，多個(gè)線程共同工作的時(shí)候灾搏，還是會(huì)導(dǎo)致阻塞挫望。

  • 復(fù)制算法（新生代收集器），可以與Cms（老年代收集器）共同使用

• Parallel scavenge

  • 復(fù)制算法（新生代收集器）确镊，不可以與Cms共同使用

  • 多線程收集器

  • 達(dá)到可控制的吞吐量（吞吐量：cpu用于運(yùn)行用戶代碼的時(shí)間與cpu消耗的總時(shí)間的比值）

    吞吐量 = 執(zhí)行用戶代碼的時(shí)間/（執(zhí)行用戶代碼的時(shí)間 + 垃圾回收的時(shí)間）

• Cms（Concurrent Mark sweep）

  可以邊扔垃圾邊打掃士骤。

  • 使用標(biāo)記-清理算法

  • 工作過(guò)程

    • 初始標(biāo)記
    • 并發(fā)標(biāo)記
    • 重新標(biāo)記
    • 并發(fā)清理

  • 優(yōu)點(diǎn)

    • 并發(fā)收集
    • 低停頓

  • 缺點(diǎn)

    • 占用大量CPU
    • 無(wú)法清理浮動(dòng)垃圾

• G1

  • 使用標(biāo)記-整理算法
  • 優(yōu)點(diǎn)
    • 并行和并發(fā)
    • 分代收集
    • 空間整合
  • 工作過(guò)程
    • 初始標(biāo)記
    • 并發(fā)標(biāo)記
    • 最終標(biāo)記
    • 篩選回收
  • 工作原理
    • G1與其他的收集器在內(nèi)存布局上有很大的差別，它是將內(nèi)存劃分成了一塊一塊可以不連續(xù)的region蕾域，雖然保留新生代拷肌，老年代，但是已經(jīng)不在物理隔離旨巷。在后臺(tái)會(huì)維護(hù)一個(gè)優(yōu)先列表巨缘，每次根據(jù)允許的收集時(shí)間，回收掉價(jià)值最大的region區(qū)采呐，所以這個(gè)收集器叫 Garbage first若锁。

上面有一個(gè)概念，容易讓人混淆斧吐，那就是并發(fā)和并行又固，舉個(gè)例子，并行就是你去看病煤率，醫(yī)院有多個(gè)看病的醫(yī)生仰冠，而并發(fā)就是有多個(gè)病人找了同一個(gè)醫(yī)生。

內(nèi)存分配

內(nèi)存分配原則：

• 優(yōu)先分配到Eden區(qū)蝶糯，當(dāng)Eden區(qū)內(nèi)存不足的時(shí)候洋只，會(huì)發(fā)生一次 Minor GC。

• 大對(duì)象直接分配到老年代昼捍，因?yàn)镋den區(qū)經(jīng)常出現(xiàn) Minor GC识虚，而且采用的是復(fù)制算法，如果把大對(duì)象放在其中不方便移動(dòng)妒茬，所以放在了GC不經(jīng)常發(fā)生的老年代担锤。發(fā)生在老年代的GC，我們稱之為 Full GC/Major GC乍钻，而且Full GC的速度要比 Minor GC 慢上10倍以上妻献。

  那什么是大對(duì)象呢？大對(duì)象指的是在內(nèi)存中需要大量的連續(xù)內(nèi)存团赁，例如說(shuō) 長(zhǎng)的字符串或者大的數(shù)組育拨。

• 長(zhǎng)期存活的對(duì)象分配到老年代

  • 每個(gè)對(duì)象都會(huì)有一個(gè)年齡對(duì)象計(jì)數(shù)器，這個(gè)計(jì)數(shù)器會(huì)因?yàn)槊恳淮翁舆^(guò)了GC就會(huì)增加1欢摄，等到長(zhǎng)到15（默認(rèn)值）的時(shí)候熬丧，便會(huì)晉升到老年代。

• 空間分配擔(dān)保

  • 例子：假如現(xiàn)在分別有2M,2M,2M,4M的對(duì)象怀挠，然后我們的Eden區(qū)設(shè)置為8M析蝴。
    那么前三個(gè)會(huì)首先進(jìn)入到Eden區(qū)域中害捕，但是卻發(fā)現(xiàn)4M對(duì)象放不進(jìn)去，那么會(huì)將之前的6M移到別的空閑區(qū)域中闷畸，然后在eden中放入4M對(duì)象尝盼，這個(gè)叫做 空間分配擔(dān)保

• 動(dòng)態(tài)對(duì)象年齡判斷

  • 這是什么意思呢？當(dāng)對(duì)象的年齡還沒(méi)到進(jìn)入老年代的閥值（默認(rèn)15）的情況下佑菩，也是有可能進(jìn)入老年代的盾沫。那就是當(dāng)survivor區(qū)中同一年齡的所有對(duì)象的大小大于survivor內(nèi)存大小的一半的時(shí)候，大于或等于這個(gè)年齡的對(duì)象將至今進(jìn)入老年組殿漠。

• 逃逸分析與棧上分配

  • 對(duì)象的作用域僅在方法中有效赴精，沒(méi)有發(fā)生逃逸，則把對(duì)象放到棧內(nèi)存中

    換句話說(shuō) 能使用局部變量绞幌，盡量使用局部變量

第四十九節(jié)：虛擬機(jī)工具

虛擬機(jī)工具：

• JPS：java process status

  • -m 運(yùn)行時(shí)傳入的參數(shù)

  • -v 虛擬機(jī)傳入的參數(shù)

  • -l 詳細(xì)的類信息蕾哟，或者jar包信息

• Jstate：監(jiān)控虛擬機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)的，例如類裝載莲蜘，內(nèi)存谭确，垃圾回收，JIT編譯等數(shù)據(jù)的

• Jinfo:實(shí)時(shí)查看和調(diào)整虛擬機(jī)各項(xiàng)參數(shù)

  • -v可以查看在啟動(dòng)的時(shí)候票渠，指定的參數(shù)列表

• Jmap：用于生成堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照逐哈，一般稱為heapdump或dump

• Jhat：結(jié)合jmap生成的文件進(jìn)行分析，形成可視化潔面

• Jstack：生成當(dāng)前時(shí)刻線程快照

• HSDIS：生成JIT的反編譯代碼

• Jconsole：代替了JPS庄新，并且可以查看遠(yuǎn)程進(jìn)程的狀態(tài)。

• VisualVM:多合一故障處理工具

性能調(diào)優(yōu)例子

問(wèn)題為將用戶績(jī)效考核信息處理為一個(gè)Excel薯鼠，但是時(shí)不時(shí)的不定時(shí)間會(huì)出現(xiàn)卡頓择诈。

解決思路：

• 優(yōu)化sql ?

• 監(jiān)控CPU ?

• 監(jiān)控內(nèi)存 ?

  • 經(jīng)常Full GC ?

根本原因?yàn)榘岩慌_(tái)tomcat的堆設(shè)置的太大，而且用戶生成excel的時(shí)間比較集中出皇，導(dǎo)致大對(duì)象不斷的生成羞芍，導(dǎo)致老年代告急，所以經(jīng)常Full GC郊艘，產(chǎn)生full gc后所有其他的工作線程被阻塞荷科，所以導(dǎo)致會(huì)有時(shí)間空檔期。

解決方案：在一臺(tái)服務(wù)器上部署多個(gè)服務(wù)器構(gòu)成集群纱注，每個(gè)集群的堆分配4G畏浆。

后記

在今后的不斷學(xué)習(xí)中，我會(huì)不斷的更新這篇文章狞贱。