JVM學(xué)習(xí)筆記.ppt

1、JVM學(xué)習(xí)筆記（一）-基本結(jié)構(gòu),從Java平臺(tái)的邏輯結(jié)構(gòu)上來(lái)看，我們可以從下圖來(lái)了解JVM： 從下圖能清晰看到Java平臺(tái)包含的各個(gè)邏輯模塊，也能了解到JDK與JRE的區(qū)別：,對(duì)于JVM自身的物理結(jié)構(gòu)，我們可以從下圖鳥瞰一下：,對(duì)于JVM的學(xué)習(xí)，在我看來(lái)這么幾個(gè)部分最重要： Java代碼編譯和執(zhí)行的整個(gè)過(guò)程 JVM內(nèi)存管理及垃圾回收機(jī)制 下面將這兩個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)學(xué)習(xí),JVM學(xué)習(xí)筆記（二）-Java代碼編譯和執(zhí)行的整個(gè)過(guò)程,Java代碼編譯是由Java源碼編譯器來(lái)完成，流程圖如下所示：,Java字節(jié)碼的執(zhí)行是由JVM執(zhí)行引擎來(lái)完成，流程圖如下所示：,Java代碼編譯和執(zhí)行的整個(gè)過(guò)程包含了以下三個(gè)

2、重要的機(jī)制： Java源碼編譯機(jī)制 類加載機(jī)制 類執(zhí)行機(jī)制,Java源碼編譯機(jī)制,Java 源碼編譯由以下三個(gè)過(guò)程組成： 分析和輸入到符號(hào)表 注解處理 語(yǔ)義分析和生成class文件 流程圖如下所示：,最后生成的class文件由以下部分組成： 結(jié)構(gòu)信息。包括class文件格式版本號(hào)及各部分的數(shù)量與大小的信息 元數(shù)據(jù)。對(duì)應(yīng)于Java源碼中聲明與常量的信息。包含類/繼承的超類/實(shí)現(xiàn)的接口的聲明信息、域與方法聲明信息和常量池 方法信息。對(duì)應(yīng)Java源碼中語(yǔ)句和表達(dá)式對(duì)應(yīng)的信息。包含字節(jié)碼、異常處理器表、求值棧與局部變量區(qū)大小、求值棧的類型記錄、調(diào)試符號(hào)信息,類加載機(jī)制,JVM的類加載是通過(guò)ClassL

3、oader及其子類來(lái)完成的，類的層次關(guān)系和加載順序可以由下圖來(lái)描述：,1）Bootstrap ClassLoader 負(fù)責(zé)加載$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class，由C+實(shí)現(xiàn)，不是ClassLoader子類。 2）Extension ClassLoader 負(fù)責(zé)加載java平臺(tái)中擴(kuò)展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目錄下的jar包。 3）App ClassLoader 負(fù)責(zé)記載classpath中指定的jar包及目錄中class。 4）Custom ClassLoader 屬于應(yīng)用程序根

4、據(jù)自身需要自定義的ClassLoader，如tomcat、jboss都會(huì)根據(jù)j2ee規(guī)范自行實(shí)現(xiàn)ClassLoader。 加載過(guò)程中會(huì)先檢查類是否被已加載，檢查順序是自底向上，從Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐層檢查，只要某個(gè)classloader已加載就視為已加載此類，保證此類只所有ClassLoader加載一次。而加載的順序是自頂向下，也就是由上層來(lái)逐層嘗試加載此類。,類執(zhí)行機(jī)制,JVM是基于棧的體系結(jié)構(gòu)來(lái)執(zhí)行class字節(jié)碼的。線程創(chuàng)建后，都會(huì)產(chǎn)生程序計(jì)數(shù)器（PC）和棧（Stack），程序計(jì)數(shù)器存放下一條要執(zhí)行的指令在方法內(nèi)的偏移量，棧中

5、存放一個(gè)個(gè)棧幀，每個(gè)棧幀對(duì)應(yīng)著每個(gè)方法的每次調(diào)用，而棧幀又是有局部變量區(qū)和操作數(shù)棧兩部分組成，局部變量區(qū)用于存放方法中的局部變量和參數(shù)，操作數(shù)棧中用于存放方法執(zhí)行過(guò)程中產(chǎn)生的中間結(jié)果。棧的結(jié)構(gòu)如右圖所示：,JVM學(xué)習(xí)筆記（三）-內(nèi)存管理和垃圾回收,JVM內(nèi)存組成結(jié)構(gòu) JVM棧由堆、棧、本地方法棧、方法區(qū)等部分組成，結(jié)構(gòu)圖如下所示：,1）堆：所有通過(guò)new創(chuàng)建的對(duì)象的內(nèi)存都在堆中分配，其大小可以通過(guò)-Xmx和-Xms來(lái)控制。堆被劃分為新生代和舊生代，新生代又被進(jìn)一步劃分為Eden和Survivor區(qū)，最后Survivor由From Space和To Space組成，結(jié)構(gòu)圖如下所示：,新生代：新建

6、的對(duì)象都是用新生代分配內(nèi)存，Eden空間不足的時(shí)候，會(huì)把存活的對(duì)象轉(zhuǎn)移到Survivor中，新生代大小可以由-Xmn來(lái)控制，也可以用-XX:SurvivorRatio來(lái)控制Eden和Survivor的比例 。 舊生代：用于存放新生代中經(jīng)過(guò)多次垃圾回收仍然存活的對(duì)象 2）棧：每個(gè)線程執(zhí)行每個(gè)方法的時(shí)候都會(huì)在棧中申請(qǐng)一個(gè)棧幀，每個(gè)棧幀包括局部變量區(qū)和操作數(shù)棧，用于存放此次方法調(diào)用過(guò)程中的臨時(shí)變量、參數(shù)和中間結(jié)果 3）本地方法棧：用于支持native方法的執(zhí)行，存儲(chǔ)了每個(gè)native方法調(diào)用的狀態(tài) 4）方法區(qū)：存放了要加載的類信息、靜態(tài)變量、final類型的常量、屬性和方法信息。JVM用持久代（Pe

7、rmanet Generation）來(lái)存放方法區(qū)，可通過(guò)-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize來(lái)指定最小值和最大值,垃圾回收機(jī)制,JVM分別對(duì)新生代和舊生代采用不同的垃圾回收機(jī)制 新生代的GC： 新生代通常存活時(shí)間較短，因此基于Copying算法來(lái)進(jìn)行回收，所謂Copying算法就是掃描出存活的對(duì)象，并復(fù)制到一塊新的完全未使用的空間中，對(duì)應(yīng)于新生代，就是在Eden和From Space或To Space之間copy。新生代采用空閑指針的方式來(lái)控制GC觸發(fā)，指針保持最后一個(gè)分配的對(duì)象在新生代區(qū)間的位置，當(dāng)有新的對(duì)象要分配內(nèi)存時(shí)，用于檢查空間是否足夠，不夠就觸發(fā)GC。當(dāng)連續(xù)分配對(duì)

8、象時(shí)，對(duì)象會(huì)逐漸從eden到survivor，最后到舊生代，,用java visualVM來(lái)查看，能明顯觀察到新生代滿了后，會(huì)把對(duì)象轉(zhuǎn)移到舊生代，然后清空繼續(xù)裝載，當(dāng)舊生代也滿了后，就會(huì)報(bào)outofmemory的異常，如下圖所示：,在執(zhí)行機(jī)制上JVM提供了串行GC（Serial GC）、并行回收GC（Parallel Scavenge）和并行GC（ParNew） 1）串行GC 在整個(gè)掃描和復(fù)制過(guò)程采用單線程的方式來(lái)進(jìn)行，適用于單CPU、新生代空間較小及對(duì)暫停時(shí)間要求不是非常高的應(yīng)用上，是client級(jí)別默認(rèn)的GC方式，可以通過(guò)-XX:+UseSerialGC來(lái)強(qiáng)制指定 2）并行回收GC 在整個(gè)

9、掃描和復(fù)制過(guò)程采用多線程的方式來(lái)進(jìn)行，適用于多CPU、對(duì)暫停時(shí)間要求較短的應(yīng)用上，是server級(jí)別默認(rèn)采用的GC方式，可用-XX:+UseParallelGC來(lái)強(qiáng)制指定，用-XX:ParallelGCThreads=4來(lái)指定線程數(shù) 3）并行GC 與舊生代的并發(fā)GC配合使用,舊生代的GC： 舊生代與新生代不同，對(duì)象存活的時(shí)間比較長(zhǎng)，比較穩(wěn)定，因此采用標(biāo)記（Mark）算法來(lái)進(jìn)行回收，所謂標(biāo)記就是掃描出存活的對(duì)象，然后再進(jìn)行回收未被標(biāo)記的對(duì)象，回收后對(duì)用空出的空間要么進(jìn)行合并，要么標(biāo)記出來(lái)便于下次進(jìn)行分配，總之就是要減少內(nèi)存碎片帶來(lái)的效率損耗。在執(zhí)行機(jī)制上JVM提供了串行GC（Serial MSC

10、）、并行GC（parallel MSC）和并發(fā)GC（CMS），具體算法細(xì)節(jié)還有待進(jìn)一步深入研究。 以上各種GC機(jī)制是需要組合使用的，指定方式由下表所示：,JVM學(xué)習(xí)筆記（四）-內(nèi)存調(diào)優(yōu),首先需要注意的是在對(duì)JVM內(nèi)存調(diào)優(yōu)的時(shí)候不能只看操作系統(tǒng)級(jí)別Java進(jìn)程所占用的內(nèi)存，這個(gè)數(shù)值不能準(zhǔn)確的反應(yīng)堆內(nèi)存的真實(shí)占用情況，因?yàn)镚C過(guò)后這個(gè)值是不會(huì)變化的，因此內(nèi)存調(diào)優(yōu)的時(shí)候要更多地使用JDK提供的內(nèi)存查看工具，比如JConsole和Java VisualVM。 對(duì)JVM內(nèi)存的系統(tǒng)級(jí)的調(diào)優(yōu)主要的目的是減少GC的頻率和Full GC的次數(shù)，過(guò)多的GC和Full GC是會(huì)占用很多的系統(tǒng)資源（主要是CPU），影

11、響系統(tǒng)的吞吐量。特別要關(guān)注Full GC，因?yàn)樗鼤?huì)對(duì)整個(gè)堆進(jìn)行整理，導(dǎo)致Full GC一般由于以下幾種情況： 舊生代空間不足 調(diào)優(yōu)時(shí)盡量讓對(duì)象在新生代GC時(shí)被回收、讓對(duì)象在新生代多存活一段時(shí)間和不要?jiǎng)?chuàng)建過(guò)大的對(duì)象及數(shù)組避免直接在舊生代創(chuàng)建對(duì)象 Pemanet Generation空間不足 增大Perm Gen空間，避免太多靜態(tài)對(duì)象 統(tǒng)計(jì)得到的GC后晉升到舊生代的平均大小大于舊生代剩余空間 控制好新生代和舊生代的比例 System.gc()被顯示調(diào)用 垃圾回收不要手動(dòng)觸發(fā)，盡量依靠JVM自身的機(jī)制,調(diào)優(yōu)手段主要是通過(guò)控制堆內(nèi)存的各個(gè)部分的比例和GC策略來(lái)實(shí)現(xiàn)，下面來(lái)看看各部分比例不良設(shè)置會(huì)導(dǎo)致什

12、么后果： 1）新生代設(shè)置過(guò)小 一是新生代GC次數(shù)非常頻繁，增大系統(tǒng)消耗；二是導(dǎo)致大對(duì)象直接進(jìn)入舊生代，占據(jù)了舊生代剩余空間，誘發(fā)Full GC。 2）新生代設(shè)置過(guò)大 一是新生代設(shè)置過(guò)大會(huì)導(dǎo)致舊生代過(guò)小（堆總量一定），從而誘發(fā)Full GC；二是新生代GC耗時(shí)大幅度增加；一般說(shuō)來(lái)新生代占整個(gè)堆1/3比較合適。 3）Survivor設(shè)置過(guò)小 導(dǎo)致對(duì)象從eden直接到達(dá)舊生代，降低了在新生代的存活時(shí)間 4）Survivor設(shè)置過(guò)大 導(dǎo)致eden過(guò)小，增加了GC頻率 另外，通過(guò)-XX:MaxTenuringThreshold=n來(lái)控制新生代存活時(shí)間，盡量讓對(duì)象在新生代被回收,由上一篇博文JVM學(xué)習(xí)筆記

13、（三）-內(nèi)存管理和垃圾回收可知新生代和舊生代都有多種GC策略和組合搭配，選擇這些策略對(duì)于我們這些開發(fā)人員是個(gè)難題，JVM提供兩種較為簡(jiǎn)單的GC策略的設(shè)置方式： 1）吞吐量?jī)?yōu)先 JVM以吞吐量為指標(biāo)，自行選擇相應(yīng)的GC策略及控制新生代與舊生代的大小比例，來(lái)達(dá)到吞吐量指標(biāo)。這個(gè)值可由-XX:GCTimeRatio=n來(lái)設(shè)置 2）暫停時(shí)間優(yōu)先 JVM以暫停時(shí)間為指標(biāo)，自行選擇相應(yīng)的GC策略及控制新生代與舊生代的大小比例，盡量保證每次GC造成的應(yīng)用停止時(shí)間都在指定的數(shù)值范圍內(nèi)完成。這個(gè)值可由-XX:MaxGCPauseRatio=n來(lái)設(shè)置,最后匯總一下JVM常見配置,1、堆設(shè)置 1.-Xms:初始堆大

14、小 2.-Xmx:最大堆大小 3.-XX:NewSize=n:設(shè)置年輕代大小 4.-XX:NewRatio=n:設(shè)置年輕代和年老代的比值。如:為3，表示年輕代與年老代比值為1：3，年輕代占整個(gè)年輕代年老代和的1/4 5.-XX:SurvivorRatio=n:年輕代中Eden區(qū)與兩個(gè)Survivor區(qū)的比值。注意Survivor區(qū)有兩個(gè)。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一個(gè)Survivor區(qū)占整個(gè)年輕代的1/5 6.-XX:MaxPermSize=n:設(shè)置持久代大小,2、收集器設(shè)置 1.-XX:+UseSerialGC:設(shè)置串行收集器 2.-XX:+UseParallelGC:設(shè)置并行收集器 3.-XX:+UseParalledlOldGC:設(shè)置并行年老代收集器 4.-XX:+UseConcMarkSweepGC:設(shè)置并發(fā)收集器 3、垃圾回收統(tǒng)計(jì)信息 1.-XX:+PrintGC 2.-XX:+PrintGCDetails 3.-XX:+PrintGCTimeStamps 4.-Xloggc:filename,4、并行收集器設(shè)置 1.-XX:ParallelGCThreads=n:設(shè)置并行收集器收集時(shí)使用的CPU數(shù)。并行收集線程數(shù)。 2.-XX:MaxGCP