【JVM】第1篇：JVM内存模型

JVM内存区域

（1）程序计数器
看做当前线程所执行的字节码行号显示器；任意时刻，一个CPU都会执行一条线程中的指令，为了线程切换后能回到正确位置，每个线程都需要一个独立的线程计数器；执行native方法时，计数器值为空；此区域没有任何OutOfMemoryError的区域；

（2）虚拟机栈
虚拟机栈的生命周期和线程同步，虚拟机栈中的局部变量表用于存储各种基本数据类型、对象引用类型；long和double会占用两个局部变量表的空间，局部变量表在编译器完成空间分配；
StackOverflowError：线程请求过多
OutOfMemoryError：如果虚拟机栈扩展时无法申请到足够内存；

（3）本地方法栈
与虚拟机栈发挥的作用非常相似，区别是：虚拟机栈为Java方法服务的；本地方法栈是为native方法服务的；

（4）Java堆
存放实例对象的以及数组的；
OutOfMemoryError异常；

堆内存划分：

Young Generation：新生代
所有新生成的对象首先都是放在年轻代的。年轻代的目标就是尽可能快速的收集掉那些生命周期短的对象。年轻代分三个区：一个Eden ['i:dən]区，两个 Survivor[sə'vaɪvə]区(一般而言)。大部分对象在Eden区中生成。当Eden区满时，还存活的对象将被复制到Survivor[sə'vaɪvə]区（两个中的一个），当这个 Survivor区满时，此区的存活对象将被复制到另外一个Survivor区，当这个Survivor去也满了的时候，从第一个Survivor区复制过来的并且此时还存活的对象，将被复制年老区。

Old Generation：老年代
在年轻代中经历了N次垃圾回收后仍然存活的对象，就会被放到年老代中。因此，可以认为年老代中存放的都是一些生命周期较长的对象。

Perm Area：永久带
用于存放静态文件，如今Java类、方法等。

（5）方法区
虚拟机加载的类信息，常量，静态变量等；
运行时常量池也是方法区的一部分：存放编译器生成的各种字面量和符号引用；
OutOfMemoryError异常；

Java对象创建以及内存布局

（1）虚拟机执行new指令 ----> 检查指令参数是否能在常量池中定位到类的符号引用 ----> 如果没有检查到引用代表的类，则先执行类的加载过程 ----> 类加载通过后，为新生对象分配内存 ----> 分配到的内存空间初始化为零 ----> 虚拟机对对象进行设置 ----> 执行init方法，完成对象创建
（2）对象在内存中存储布局可分为3块区域：
对象头：一部分存储对象自身运行时数据，如hashCode，线程持有的锁等；一部分是类型指针，确定对象是哪个类的实例；
实例数据：就是程序代码中定义的各种类型字段内容；
对齐填充：没有特殊含义，仅仅起到占位符的作用；

垃圾回收器和内存分配策略

如何判断对象已经死亡，既内存需要回收？

引用计数器法：给对象添加一个引用计数器，每当一个地方引用它时，计数器值加一；引用失效，计数器值一，值为零时对象就不再使用了；缺点时无法解决对象之间的循环引用；
可达性分析算法：当一个对象到 GC root 没有任何引用链时证明对象不可用了；

Java语言中可作为GC roots的对象有：
虚拟机栈引用的对象，方法区中类的静态属性、常量引用的对象，本地方法区中Native方法引用的对象；

垃圾收集算法

（1）标记-清除算法：
首先标记处所有需要回收的对象，标记完成后统一回收；执行下图所示：

主要有两个缺点：一是执行效率不高，另一个是会产生大量不连续的内存碎片，导致再次分配较大对象时，无法得到连续的内存空间而再一次触发垃圾回收机制；

（2）复制算法：
为了解决标记-清除算法的效率问题，可以使用复制算法；它将内存划分为大小相等的两块，每次使用其中一块，当一块内存使用完了，就将存活的对象复制到另一块，然后回收已使用过的内存；

该算法在对象存活较多时，效率底下，同时内存空间浪费；适合于新生代内存；

（3）标记-整理算法：
标记所有可回收对象，它不是直接对可回收对象进行清理；而是让所有的存活对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存；

（4）分代收集算法：
目前商业虚拟机都采用分代收集算法。

Java中垃圾回收器类型

垃圾回收器种类

Serial ['sɪərɪəl]收集器
新生代收集器，使用复制算法，使用一个线程进行GC，串行，其它用户工作线程暂停。该收集器简单高效。
ParNew [pɑː][njuː]收集器
新生代收集器，使用复制算法，Serial收集器的多线程版，用多个线程进行GC，并行，其它工作线程暂停。使用-XX:+UseParNewGC开关来控制使用ParNew+Serial Old收集器组合收集内存；使用-XX:ParallelGCThreads来设置执行内存回收的线程数。
Parallel Scavenge 收集器
吞吐量优先的垃圾回收器，作用在新生代，使用复制算法，关注CPU吞吐量，即运行用户代码的时间/总时间。使用-XX:+UseParallelGC开关控制使用Parallel Scavenge+Serial Old收集器组合回收垃圾。
Serial Old收集器
老年代收集器，单线程收集器，串行，使用标记整理算法，使用单线程进行GC，其它工作线程暂停。
Parallel Old ['pærəlel]收集器
吞吐量优先的垃圾回收器，作用在老年代，多线程，并行，多线程机制与Parallel Scavenge差不错，使用标记整理算法，在Parallel Old执行时，仍然需要暂停其它线程。
CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器
老年代收集器，致力于获取最短回收停顿时间（即缩短垃圾回收的时间），使用标记清除算法，多线程，优点是并发收集（用户线程可以和GC线程同时工作），停顿小。使用-XX:+UseConcMarkSweepGC进行ParNew+CMS+Serial Old进行内存回收，优先使用ParNew+CMS（原因见Full GC和并发垃圾回收一节），当用户线程内存不足时，采用备用方案Serial Old收集。

如何读懂 GC 日志

其实每个垃圾回收器的日志是不一样的，但是为了方便查看日志它们也有一定的共性，如下所示的一段 GC 日志：

33.125: [GC [DefNew: 3324k->152k(3712k),0.0025925 secs] 3324->152k(11904k),0.003168 secs]100.667: [Full GG [Tenurend: 0k->210k(1024k),0.00149142 secs]4603k->210k(19456k),
[Perm : 2999k->2999k(21248k)],0.0150007 secs] [Times:user=0.01 sys=0.00,real=0.02 secs]

日志最前面的数字 "33.125:"和"100.667:" 表示GC发生的时间，是从Java虚拟机启动以来经过的时间
"[DefNew"、"[Tenured"、"[Perm"表示GC发生的时间，这里显示的区域名称和使用GC收集器密切相关，上面例子中使用的Serial收集器，它的新生代命名为Default New Generation，所以显示"[DefNew"
方括号内部的3324k->152k(3712k)表示"GC前该区域已使用容量->GC后该内存区域已使用容量(该内存区域总容量)"
方括号外的3324->152k(11904k)表示"GC前Java堆已使用容量->GC后Java堆已使用容量(Java堆总容量)"
"0.0025925 secs"表示该内存区域GC所用时间，单位秒

和GC有关的JVM参数

做GC调优需要大量的实践，耐心和对项目的分析。做GC的调优很大程度上依赖于对系统的分析，系统拥有怎样的对象以及他们的平均生命周期。举个例子，如果一个应用大多是短生命周期的对象，那么应该确保Eden区足够大，这样可以减少Minor GC的次数。可以通过-XX:NewRatio来控制新生代和老年代的比例，比如-XX:NewRatio=3代表新生代和老年代的比例为1：3。需要注意的是，扩大新生代的大小会减少老年代的大小，这会导致Major GC执行的更频繁，而Major GC可能会造成用户线程的停顿从而降低系统吞吐量。JVM中可以用NewSize和MaxNewSize参数来指定新生代内存最小和最大值，如果两个参数值一样，那么就相当于固定了新生代的大小。

（1）Minor ['maɪnə] GC：从年轻代空间（包括 Eden 和 Survivor 区域）回收内存被称为 Minor GC；
（2）Major['meɪdʒə] GC：是清理老年代；
（3）Full GC：是清理堆空间，包括年轻代和老年代；
参考文章：Minor GC,Major GC,Full Gc

GC参数了解

内存相关常用参数

(1) -Xms : 堆内存的初始大小，默认是物理内存的1/64
(2) -Xmx : 堆内存的最大值，默认不超过物理内存
(3) -Xmn : 年轻代堆内存大小
(4) -Xss : 栈内存大小设置
(5) -XX:PermSize : 内存永久区的初始大小
(6) -XX:MaxPermSize : 内存永久区的大小
(7) -XX:SurvivorRatio : Eden区与Survivor区的大小比值；设置成8，则两个Survivor区与一个Eden区的比值是2:8
(8) -XX:+UseAdaptiveSizePolicy : 动态调整 Java 堆内存中各个区域的大小以及即进入老年代的年龄

收集器使用相关参数

(1) -XX:UseParallelGC : 使用 Parallel Scavenge(年轻代并行的多线程收集器) + Serial Old(老年代单线程收集器) 收集器
(2) -XX:UseParNewGC : 使用 ParNew + Serial Old 收集器
(3) -XX:ParallelGCThreads : 并行收集的线程数
(4) -XX:UseParallelOldGC : 使用 Parallel Scavenge(年轻代并行的多线程收集器) + Parallel Old 收集器
(5) -XX:MaxGCPauseMillis : 设置GC的最大停顿时间，仅在使用 Parallel Scavenge 收集器时生效
(6) -XX:+UseConcMarkSweepGC : 使用 ParNew + CMS + Serial Old 组合收集器
(7) -XX:GCTimeRatio : GC时间占总时间的比例，默认99，即允许 1% 的GC时间。仅在使用 Parallel Scavenge 收集器时生效

调试参数：

(1) -XX:+DisableExplicitGC : 忽略来自程序中System.gc()方法触发的垃圾回收
(2) -XX:+PrintGCDetails : 打印GC的相信信息
(3) -XX:+PrintHeapAtGC :
(4) -XX:+PrintTenuringDistribution :
(5) -XX:+PrintGCTimeStamps : 打印GC停顿耗时
(6) -XX:+PrintGCDateStamps :
(7) -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError :
(8) -XX:ErrorFile :
(9) -XX:HeapDumpPath :

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0 : cms 收集器每次进入Full GC都进行碎片整理
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80 : cms 收集器触发比例(当空间使用了80%后就触发回收)
-XX:ReservedCodeCacheSize=128m :
-XX:InitialCodeCacheSize=128m

jd线上机器jvm参数设置：

/export/servers/jdk1.6.0_25/bin/java -server

-Xms128M -Xmx256M -Xss256K
-XX:PermSize=32M
-XX:MaxPermSize=32M
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy
-XX:+UseParallelGC
-XX:+UseParallelOldGC
-XX:GCTimeRatio=39
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:/export/home/tomcat/logs/loghub.360buy.com/jcollector/gc.log
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:ErrorFile=/export/home/tomcat/logs/loghub.360buy.com/jcollector/hs_err.log
-XX:HeapDumpPath=/export/home/tomcat/logs/loghub.360buy.com/jcollector/heap_dump.hprof -classpath

mt线上机器jvm参数设置：

JVM_ARGS="-server -Dfile.encoding=UTF-8 -Dsun.jnu.encoding=UTF-8 -Djava.io.tmpdir=/tmp -Djava.net.preferIPv6Addresses=false"
JVM_GC="

-XX:+DisableExplicitGC
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintHeapAtGC
-XX:+PrintTenuringDistribution
-XX:+UseConcMarkSweepGC
-XX:+PrintGCTimeStamps
-XX:+PrintGCDateStamps

"
JVM_GC=$JVM_GC"

        -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0 -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80"

JVM_HEAP="

    -XX:SurvivorRatio=8 -XX:PermSize=256m -XX:MaxPermSize=256m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:ReservedCodeCacheSize=128m -XX:InitialCodeCacheSize=128m
"

JVM_SIZE="-Xmx4g -Xms4g -Xmn1g"

参考文章
JDK 1.8内存模型
全面理解Java内存模型
年轻代、年老点和持久代