JVM详解-从入门到深入了解

约定不等于承诺〃 2022-05-31 04:09 214阅读 0赞

## Java Virtual Mechine ##

### About JVM ###

*  内存划分

![|center][center]

*  堆内存分配
    
    VM初始分配的内存由-Xms指定，默认是物理内存的1/64；JVM最大分配的内存由-Xmx指 定，默认是物理内存的1/4。默认空余堆内存小于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制；空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到 -Xms的最小限制。因此服务器一般设置-Xms、-Xmx相等以避免在每次GC 后调整堆的大小。对象的堆内存由称为垃圾回收器的自动内存管理系统回收。   
    ![r_heap1.PNG][]

### About GC ###

*  [Java 内存区域和GC机制][Java _GC] 比较详细的介绍了JVM的内存区域划分，以及GC机制
 *  [成为JavaGC专家系列][JavaGC]

##### 对象存活 #####

*  引用计数   
    对象新增一个引用，那么计数增1.
 *  可达性分析   
    从GC roots 开始向下搜索，经历的链路成为引用链，没有被引用链关联的引用，为不可用对象。

> Java中GC Roots:
> 
> 1.  虚拟机栈中引用的对象。
> 2.  方法区中静态属性引用的对象。
> 3.  方法区中常量引用的对象。
> 4.  本地方法栈中JNI引用的对象。

#### GC 算法 ####

*  Mark-Sweep 标记-清除
    
    缺点： 效率较低；碎片化严重。   
    ![331425-20160624174234266-1575111287.png][]
 *  Copy 复制算法
    
    缺点： 持续复制，效率低。   
    ![331425-20160624174237703-328169343.png][]
 *  Mark-Compact 标记-压缩(老年代使用)   
    ![331425-20160624174239219-1187241876.png][]

#### GC Collectors ####

*  Serial
    
    有点古老，串行收集，在多cpu，多core的今天，已经渐渐被淘汰：
    
    参数控制： -XX：+UseSerialGC
    
    ![331425-20160624174240391-864339858.png][]
 *  ParNew
    
    Serial 的多线程版本，新生代并行，复制算法，老年代串行，标记-压缩算法。
    
    参数控制： -XX:+UseParNewGC; -XX:ParallelGCThreads 线程数量。
    
    ![331425-20160624174244797-1533472044.png][]
 *  Parallel Scavenge
    
    类似ParNew,他关注的系统的吞吐量，也可以通过参数实现自适应性调节控制。新生代复制算法，老年代标记-压缩算法。
 *  Parallel Old
    
    since jdk 1.6

多线程 + 标记-整理算法

参数控制： -XX:+UseParallelOldGC

*  CMS Concurrent Mark Sweep
    
    一种以最短停顿为目标的收集器
    
     *  初始标记（initial mark） stop-the-world,标记gc roots 直接关联对象。
     *  并发标记（concurrent mark）trace gc roots
     *  重新标记（remark） stop-the-world
     *  并发清除（concurrent sweep）
    
    优点：并发收集，低停顿；   
    缺点：大量碎片；并发阶段；
    
    参数控制： -XX:+UseConcMarkSweepGC,-XX:+ UseCMSCompactAtFullCollection 在Full GC后，进行一次碎片整理；整理过程是独占的，会引起停顿时间变长.   
    ![331425-20160624174246485-1027326741.png][]
 *  Garbage First
    
    1.  空间整合，G1收集器采用标记整理算法，不会产生内存空间碎片。分配大对象时不会因为无法找到连续空间而提前触发下一次GC。
    2.  可预测停顿，这是G1的另一大优势，降低停顿时间是G1和CMS的共同关注点，但G1除了追求低停顿外，还能建立可预测的停顿时间模型，能让使用者明确指定在一个长度为N毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒，这几乎已经是实时Java（RTSJ）的垃圾收集器的特征了。

内存分为多个大小相等的独立区域(Region)   
![331425-20160624174247641-1572774731.jpg][]

*  收集步骤：
    
    1.  标记阶段，首先初始标记(Initial-Mark),这个阶段是停顿的(Stop the World Event)，并且会触发一次普通Mintor GC。对应GC log:GC pause (young) (inital-mark)。
    2.  Root Region Scanning，程序运行过程中会回收survivor区(存活到老年代)，这一过程必须在young GC之前完成。
    3.  Concurrent Marking，在整个堆中进行并发标记(和应用程序并发执行)，此过程可能被young GC中断。在并发标记阶段，若发现区域对象中的所有对象都是垃圾，那个这个区域会被立即回收(图中打X)。同时，并发标记过程中，会计算每个区域的对象活性(区域中存活对象的比例)。   
        ![331425-20160624174249203-774809988.png][]
    4.  Remark, 再标记，会有短暂停顿(STW)。再标记阶段是用来收集 并发标记阶段 产生新的垃圾(并发阶段和应用程序一同运行)；G1中采用了比CMS更快的初始快照算法:snapshot-at-the-beginning (SATB)。
    5.  Copy/Clean up，多线程清除失活对象，会有STW。G1将回收区域的存活对象拷贝到新区域，清除Remember Sets，并发清空回收区域并把它返回到空闲区域链表中。![331425-20160624174250656-1729618538.png][]
    6.  复制/清除过程后。回收区域的活性对象已经被集中回收到深蓝色和深绿色区域。![331425-20160624174252078-703896755.png][]

### About Monitor ###

#### jstat ####

HotSpot JVM 提供的一个监控工具，不仅提供GC操作的信息，还有提供类装载操作的信息以及运行时便已操作对的信息。

*  使用方法 -> jstat -\[option\] \[other-option\] \[interval\] \[times\] ; 【jvmId】的获取 ps -ef | grep java
 *  输入参数 option

<table style="width:749.6px; color:rgb(69,69,69); font-size:16px"> 
 <thead> 
  <tr style="border-width:1px 0px 0px; border-right-style:initial; border-bottom-style:initial; border-left-style:initial; border-right-color:initial; border-bottom-color:initial; border-left-color:initial; border-top-style:solid; border-top-color:rgb(221,221,221)"> 
   <th align="center" style="color:rgb(79,79,79); padding-right:8px; padding-left:8px; text-align:left; background-color:rgb(239,243,245)"> 参数</th> 
   <th style="color:rgb(79,79,79); padding-right:8px; padding-left:8px; text-align:left; background-color:rgb(239,243,245)"> 描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody style="border:0px"> 
  <tr style="border-width:1px 0px 0px; border-right-style:initial; border-bottom-style:initial; border-left-style:initial; border-right-color:initial; border-bottom-color:initial; border-left-color:initial; border-top-style:solid; border-top-color:rgb(221,221,221)"> 
   <td align="center" style="color:rgb(79,79,79); padding-right:8px; padding-left:8px"> gc</td> 
   <td style="color:rgb(79,79,79); padding-right:8px; padding-left:8px">输出每个堆区域的当前可用空间以及已用空间（Eden，Survivor等等），GC执行的总次数，GC操作累计所花费的时间。</td> 
  </tr> 
  <tr style="border-width:1px 0px 0px; border-right-style:initial; border-bottom-style:initial; border-left-style:initial; border-right-color:initial; border-bottom-color:initial; border-left-color:initial; border-top-style:solid; border-top-color:rgb(221,221,221); background-color:rgb(247,247,247)"> 
   <td align="center" style="color:rgb(79,79,79); padding-right:8px; padding-left:8px"> gccapacity</td> 
   <td style="color:rgb(79,79,79); padding-right:8px; padding-left:8px">输出每个堆区域的最小空间限制（ms）/最大空间限制（mx），当前大小，每个区域之上执行GC的次数。（不输出当前已用空间以及GC执行时间）。</td> 
  </tr> 
  <tr style="border-width:1px 0px 0px; border-right-style:initial; border-bottom-style:initial; border-left-style:initial; border-right-color:initial; border-bottom-color:initial; border-left-color:initial; border-top-style:solid; border-top-color:rgb(221,221,221)"> 
   <td align="center" style="color:rgb(79,79,79); padding-right:8px; padding-left:8px"> gccause</td> 
   <td style="color:rgb(79,79,79); padding-right:8px; padding-left:8px">输出-gcutil提供的信息以及最后一次执行GC的发生原因和当前所执行的GC的发生原因</td> 
  </tr> 
  <tr style="border-width:1px 0px 0px; border-right-style:initial; border-bottom-style:initial; border-left-style:initial; border-right-color:initial; border-bottom-color:initial; border-left-color:initial; border-top-style:solid; border-top-color:rgb(221,221,221); background-color:rgb(247,247,247)"> 
   <td align="center" style="color:rgb(79,79,79); padding-right:8px; padding-left:8px"> gcnew</td> 
   <td style="color:rgb(79,79,79); padding-right:8px; padding-left:8px">输出Young的GC性能</td> 
  </tr> 
  <tr style="border-width:1px 0px 0px; border-right-style:initial; border-bottom-style:initial; border-left-style:initial; border-right-color:initial; border-bottom-color:initial; border-left-color:initial; border-top-style:solid; border-top-color:rgb(221,221,221)"> 
   <td align="center" style="color:rgb(79,79,79); padding-right:8px; padding-left:8px"> gcnewcapacity</td> 
   <td style="color:rgb(79,79,79); padding-right:8px; padding-left:8px">Young空间大小的统计</td> 
  </tr> 
  <tr style="border-width:1px 0px 0px; border-right-style:initial; border-bottom-style:initial; border-left-style:initial; border-right-color:initial; border-bottom-color:initial; border-left-color:initial; border-top-style:solid; border-top-color:rgb(221,221,221); background-color:rgb(247,247,247)"> 
   <td align="center" style="color:rgb(79,79,79); padding-right:8px; padding-left:8px"> gcold</td> 
   <td style="color:rgb(79,79,79); padding-right:8px; padding-left:8px">OLD 空间GC性能</td> 
  </tr> 
  <tr style="border-width:1px 0px 0px; border-right-style:initial; border-bottom-style:initial; border-left-style:initial; border-right-color:initial; border-bottom-color:initial; border-left-color:initial; border-top-style:solid; border-top-color:rgb(221,221,221)"> 
   <td align="center" style="color:rgb(79,79,79); padding-right:8px; padding-left:8px"> gcoldcapacity</td> 
   <td style="color:rgb(79,79,79); padding-right:8px; padding-left:8px">OLD空间大小的统计</td> 
  </tr> 
  <tr style="border-width:1px 0px 0px; border-right-style:initial; border-bottom-style:initial; border-left-style:initial; border-right-color:initial; border-bottom-color:initial; border-left-color:initial; border-top-style:solid; border-top-color:rgb(221,221,221); background-color:rgb(247,247,247)"> 
   <td align="center" style="color:rgb(79,79,79); padding-right:8px; padding-left:8px"> gcpermcapacity</td> 
   <td style="color:rgb(79,79,79); padding-right:8px; padding-left:8px">perm大小的统计</td> 
  </tr> 
  <tr style="border-width:1px 0px 0px; border-right-style:initial; border-bottom-style:initial; border-left-style:initial; border-right-color:initial; border-bottom-color:initial; border-left-color:initial; border-top-style:solid; border-top-color:rgb(221,221,221)"> 
   <td align="center" style="color:rgb(79,79,79); padding-right:8px; padding-left:8px"> gcutil</td> 
   <td style="color:rgb(79,79,79); padding-right:8px; padding-left:8px">输出每个堆区域使用占比，以及gc执行的总次数和GC操作所花费的时间</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

\- 输出数据介绍 ：

*  S0/S1/E/O/P \[C/U\] - 对应区域的空间大小和使用量，单位KB，
 *  YGC/FGC\[-/T\] - GC的统计次数、时间
 *  NGC/OGC/PGC\[/MN/MX\] 对应区域当前大小/最小值/最大值
 *  GCC/LGCC 当前/最后一次GC的原因
 *  TT 老年化阈值，在移动向老年代之前，能够在新生代存活次数。
 *  MTT 最大老年化阈值，同上。
 *  DSS 幸存者所需要的空间大小，单位KB
    
    其中：   
    C - capacity 空间大小   
    U - used 使用量   
    T - 对应GC时间
    
     *  other-option
     *  \-hn 展示每次输出数据的前n行。 -h3 只显示前3行。

[center]: /images/20220531/79179c6cb87a4dcc8b606bf0d4e13b1a.png
[r_heap1.PNG]: /images/20220531/be86a29acd5c40318e2354cdf8a24c19.png
[Java _GC]: http://www.cnblogs.com/zhguang/p/3257367.html
[JavaGC]: http://www.importnew.com/1993.html
[331425-20160624174234266-1575111287.png]: /images/20220531/a76918b0fc05456586b6a843ec8e7e57.png
[331425-20160624174237703-328169343.png]: /images/20220531/f47f460275e548e8a0d37509bd61534e.png
[331425-20160624174239219-1187241876.png]: /images/20220531/609aa01053fb4d68b1e4a3138e9eb842.png
[331425-20160624174240391-864339858.png]: /images/20220531/45d28a106fdd4c8cb8db3b6704692e20.png
[331425-20160624174244797-1533472044.png]: /images/20220531/4d6790e3c68c4981aef89f7e17cb2ce0.png
[331425-20160624174246485-1027326741.png]: /images/20220531/cfed6ade9c6740fe82f6baec9ccfe785.png
[331425-20160624174247641-1572774731.jpg]: /images/20220531/8066e89f4e2d4d59bb9933aeccd8d0e7.png
[331425-20160624174249203-774809988.png]: /images/20220531/d43c0fda26ed445fa2fbc05ee8232cfc.png
[331425-20160624174250656-1729618538.png]: /images/20220531/2378b16da7454a77bf2938d2e1103846.png
[331425-20160624174252078-703896755.png]: /images/20220531/717bf0eaf5ca4223b8f395d5985e4602.png