JVM 知识整理

1. JVM 类加载机制

• 加载（将文件加载到内存中）
• 验证（确保class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全）
• 准备 (准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量的初始值阶段，即在方法区中分配这些变量所使用的内存空间)
• 解析 (解析阶段是指虚拟机将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。)
• 初始化 (开始真正执行类中定义的Java程序代码)

1. JVM提供了3种类加载器

   • 启动类加载器Bootstrap ClassLoader(负责加载 JAVA_HOME\lib rt.jar)
   • 扩展类加载器Extension ClassLoader(负责加载 JAVA_HOME\lib\ext)
   • 应用程序类加载器ApplicationClassLoader(负责加载用户路径（classpath）上的类库)

2. JVM 通过双亲委任模型进行类的加载。

   • 当一个类加载器收到类加载任务，会先交给其父类加载器去完成，因此最终加载任务都会传递到顶层的启动类加载器，只有当父类加载器无法完成加载任务时，才会尝试执行加载任务。
   • 采用双亲委派的一个好处是比如加载位于rt.jar包中的类java.lang.Object，不管是哪个加载器加载这个类，最终都是委托给顶层的启动类加载器进行加载，这样就保证了使用不同的类加载器最终得到的都是同样一个Object对象。

3. 类实例化顺序，比如父类静态数据，构造函数，字段，子类静态数据，构造函数，字段他们的执行顺序

   • 先静态、先父后子
   • 先静态：父静态 > 子静态
   • 优先级： 父类 > 子类静态代码块 > 非静态代码块 > 构造函数
   • 一个类的实例化过程：
     • （1）父类中的static 代码块，当前类的static
     • （2）顺序执行父类的普通代码块
     • （3）父类的构造函数
     • （4）子类普通代码块
     • （5）子类（当前类）的构造函数，按顺序执行。
     • （6）子类方法的执行。

4. JVM内存分配

   • 根据JVM规范,JVM 内存共分为虚拟机栈、堆、方法区、程序计数器、本地方法栈五部分组成。
   • 其中 堆 、方法区由所有线程共享的数据区
   • 虚拟机栈 、程序计数器、本地方法栈 为线程隔离数据区

   虚拟机栈	线程创建时产生，方法执行时生成栈帧
   本地方法栈
   方法区	存储类的元数据信息 常量等
   堆	java代码中所有的new操作
   非堆	JVM自用的区域，方法区、JVM内部处理、类方法，构造方法等

5. java 8 的内存分代改进 从永久代到元空间，在小范围自动扩展永生代避免溢出。

6. JVM 垃圾回收机制，何时出发MinorGC等操作

   • 垃圾回收机制：不同的对象生命周期不同。
   • JVM 中共划分为三个代：年轻代、老年代和持久代。
   • 年轻代：存放所有新生代的对象；
   • 老年代：在年轻代经历了N次垃圾回收仍然存活的对象，将被放到老年代中，故都是一些生命周期较长的对象；
   • 持久代：用于存放静态文件，如java类、方法等。
   • 新生代的垃圾收集器名为"minor gc",老生代的GC命名为"Full Gc 或者 Major GC",其中System.gc()强制执行的Full Gc

• 判断对象是否需要回收的方法有两种：
  • 1 引用计数 ：当某对象的引用数为0时，便可以进行垃圾收集。
  • 2 对象引用遍历 ：如果某对象不能从这些根对象的一个(至少一个)到达，则将它作为垃圾收集。
• 触发GC的条件：
  • 1 GC在优先级最低的线程中运行，一般在引用程序空闲即没有应用线程在运行时被调用。
  • 2 Java 堆内存不足时，GC被调用。
• GC 算法 GC最基础的算法有三种：标记-清除算法、复制算法、标记压缩算法，我们常见的垃圾回收器一般都采用分代收集算法
  • 标记 -清除算法，“标记-清除”（Mark-Sweep）算法，如它的名字一样，算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。
  • 复制算法，“复制”（Copying）的收集算法，它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。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。
  • 标记-压缩算法，标记过程仍然与“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，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存
  • 分代收集算法，“分代收集”（Generational Collection）算法，把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。
• 垃圾回收器
  • Serial收集器，串行收集器是最古老，最稳定以及效率高的收集器，可能会产生较长的停顿，只使用一个线程去回收。
  • ParNew收集器，ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本。
  • Parallel收集器，Parallel Scavenge收集器类似ParNew收集器，Parallel收集器更关注系统的吞吐量。
  • Parallel Old 收集器，Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和“标记－整理”算法
  • CMS收集器，CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。
  • G1收集器，G1 (Garbage-First)是一款面向服务器的垃圾收集器,主要针对配备多颗处理器及大容量内存的机器. 以极高概率满足GC停顿时间要求的同时,还具备高吞吐量性能特征

1. GC分析 命令调优
   • GC日志分析

   2016-07-05T10:43:18.093+0800: 25.395: [GC [PSYoungGen: 274931K->10738K(274944K)] 371093K->147186K(450048K), 0.0668480 secs] [Times: user=0.17 sys=0.08, real=0.07 secs]
2016-07-05T10:43:18.160+0800: 25.462: [Full GC [PSYoungGen: 10738K->0K(274944K)] [ParOldGen: 136447K->140379K(302592K)] 147186K->140379K(577536K) [PSPermGen: 85411K->85376K(171008K)], 0.6763541 secs] [Times: user=1.75 sys=0.02, real=0.68 secs]
复制代码

通过上面日志分析得出，PSYoungGen、ParOldGen、PSPermGen属于Parallel收集器。其中PSYoungGen表示gc回收前后年轻代的内存变化；ParOldGen表示gc回收前后老年代的内存变化；PSPermGen表示gc回收前后永久区的内存变化。young gc 主要是针对年轻代进行内存回收比较频繁，耗时短；full gc 会对整个堆内存进行回收，耗时长，因此一般尽量减少full gc的次数

• 调优命令

  • Sun JDK监控和故障处理命令有jps jstat jmap jhat jstack jinfo
  • jps，JVM Process Status Tool,显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程。
  • jstat，JVM statistics Monitoring是用于监视虚拟机运行时状态信息的命令，它可以显示出虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据。
  • jmap，JVM Memory Map命令用于生成heap dump文件
  • jhat，JVM Heap Analysis Tool命令是与jmap搭配使用，用来分析jmap生成的dump，jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器，生成dump的分析结果后，可以在浏览器中查看
  • jstack，用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。
  • jinfo，JVM Configuration info 这个命令作用是实时查看和调整虚拟机运行参数。

• 调优工具

  • 常用的调优工具分为两类jdk自带监控工具：jconsole和jvisualvm第三方有：MAT(Memory Analyzer Tool)、GChisto。
    • jconsole，Java Monitoring and Management Console是从java5开始，在JDK中自带的java监控和管理控制台，用于对JVM中内存，线程和类等的监控
    • jvisualvm，jdk自带全能工具，可以分析内存快照、线程快照；监控内存变化、GC变化等。 MAT，Memory Analyzer Tool，一个基于Eclipse的内存分析工具，是一个快速、功能丰富的Java heap分析工具，它可以帮助我们查找内存泄漏和减少内存消耗
    • GChisto，一款专业分析gc日志的工具

1. Eden区和Survivo。

   • 每一个对象的创建跟分配都是在堆上面进行的，堆分为新生代，老生代。
   • 新生代有一个Eden和两个Survivor(from,to)组成，默认比例是8：2。也可以使用-XXSurvivorRatio来改变百分比。

2. JVM 参数

   jvm参数：

   • -Xms：初始堆大小
   • -Xmx：堆最大内存
   • -Xss：栈内存
   • -XX:PermSize 初始永久带内存
   • -XX:MaxPermSize 最大永久带内存

3. 堆空间

   • 堆被划分为：新生代、老年代
   • 堆大小 = 新生代 + 老年代
   • 新生代与老年代的比例值为1:2
   • 新生代中Edem:from:to = 8:1:1 即Eden = 8/10的新生代空间大小， from = to = 1/10的新生代空间大小
   • Minor GC 是发生在新生代中的垃圾收集动作，所采用的是复制算法。
   • Full GC 是发生在老年代的垃圾收集动作，所采用的是标记-清除算法。