JVM

JVM是Java Virtual Machine(Java虚拟机)的缩写,JVM是一种用于计算设备的规范,它是一个虚构出来的计算机,是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。
Java语言的一个非常重要的特点就是与平台的无关性。而使用Java虚拟机是实现这一特点的关键。一般的高级语言如果要在不同的平台上运行,至少需要编译成不同的目标代码。而引入Java语言虚拟机后,Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息,使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码(字节码),就可以在多种平台上不加修改地运行。Java虚拟机在执行字节码时,把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。这就是Java的能够“一次编译,到处运行”的原因。

JAVA内存区域及使用分配

1、程序计数器
程序计数器(Program CounterRegister)是一块较小的内存空间,它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。此内存区域是唯一一个在Java 虚拟机规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

2、Java 虚拟机栈
每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

3、本地方法栈
本地方法栈(Native MethodStacks)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java 方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native 方法服务。

4、Java 堆
此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存。这一点在Java 虚拟机规范中的描述是:所有的对象实例以及数组都要在堆上分配,不是“绝对”的。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域,按照分代收集算法的划分,堆内存空间可以继续细分为年轻代,老年代。年轻代又可以划分为较大的Eden区,两个同等大小的From Survivor,To Survivor区。默认的Eden区和Survivor区的大小比例为8:1:1,这个比例可以调节。在为新创建的对象分配内存的时候先将对象分配到Eden区和From Survivor区,在立即回收时,会将Eden区和Survivor区还存活的对象复制到To Survivor区中,如果To Survivor区的大小不能容纳存活的对象,会把存活的对象分配到老年区。总体来说,新创建的小对象会放在年轻代,年轻代的对象大多在下一次垃圾回收时被回收,老年代存储大的对象和存活时间长的对象。

  • 永久代(Perm):主要保存class,method,field等对象,该空间大小,取决于系统启动加载类的数量,一般该区域内存溢出均是启动时溢出。java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
  • 老年代(Old):一般是经过多次垃圾回收(GC)没有被回收掉的对象
  • 新生代(Eden):新创建的对象,
  • 新生代(Survivor0):经过垃圾回收(GC)后,没有被回收掉的对象
  • 新生代(Survivor1):同Survivor0相同,大小空间也相同,同一时刻Survivor0和Survivor1只有一个在用,一个为空

JVM堆的配置

1. JVM运行时堆的大小   
-Xms堆的最小值   
-Xmx堆空间的最大值
2. 新生代堆空间大小调整   
-XX:NewSize新生代的最小值   
-XX:MaxNewSize新生代的最大值   
-XX:NewRatio设置新生代与老年代在堆空间的大小
-XX:SurvivorRatio新生代中Eden所占区域的大小
3. 永久代大小调整   
-XX:MaxPermSize
4. 其他  
-XX:MaxTenuringThreshold,设置将新生代对象转到老年代时需要经过多少次垃圾回收,但是仍然没有被回收

5、方法区(非堆)
方法区(Method Area)与Java 堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

6、直接内存
直接内存(Direct Memory)并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域,但是这部分内存也被频繁地使用,而且也可能导致OutOfMemoryError 异常出现,所以我们放到这里一起讲解。
在JDK 1.4 中新加入了NIO(New Input/Output)类,引入了一种基于通道(Channel)与缓冲区(Buffer)的I/O方式,它可以使用Native函数库直接分配堆外内存,然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能,因为避免了在Java 堆和Native 堆中来回复制数据。

GC的三种收集算法的原理和特点,用途,优化思路

三种垃圾收集算法:复制算法,标记-清除算法、标记-整理算法

标记-清除算法:首先标记出所有需要回收的对象,标记完成后统一回收所有被标记的对象。缺点:标记和清除两个过程效率都不高;标记清楚后会产生空间碎片,空间碎片导致分配较大对象时可能提前出发垃圾回收。

复制算法:将可用内存分为两个区域,每次只使用其中一块,当使用的那一块内存用完时,将还存活的对象复制到另外一块内存中,然后把已使用过的内存空间一次清理掉。优点:解决的空间碎片问题,实现简单。缺点:将内存缩小为两块,内存使用率不高。复制操作频繁效率变低。

标记-整理算法:可回收对象标记后,让所有存活的对象向一端移动,然后清理掉边界以外的内存。优点:不会产生空间碎片,比复制算法提高了内存空间利用率。

复制算法用在年轻代的垃圾回收中,标记整理和标记清除算法用在老年代垃圾回收的收集器中

类加载过程:加载、验证、准备、解析、初始化

虚拟机的类加载机制就是把描述类的数据从Class文件(或者其他途径)加载到内存,并对数据进行校验、转换解析和初始化,最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型。

加载
1.通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流
2、将这个字节流所戴晓的静态结构转化为方法区的运行时数据结构
3、在内存中生成一个代表这个类的Class对象,作为方法区这个类的各种数据的访问入口。

验证
1、文件格式验证,保证输入的字节流在格式上符合Class文件的格式规范,保证输入的字节流能正确的解析,只有通过这个验证,字节流才会存储在方法区之内
2、元数据验证,对类的元数据进行语义校验,保证类描述的信息符合Java语言规范。比如验证类的是否实现了父类或者接口中的方法等
3、字节码验证,通过数据流和控制流的分析,确保类的方法符合逻辑,不会在运行时对虚拟机产生危害
4、符号引用校验,发生在解析阶段,确保解析阶段将符号引用转化为直接饮用的正常执行。

准备:正式为类变量(static)分配内存,并设置类变量初始值(数据类型的零值),这些变量所使用的内存在方法区中分配。

解析:虚拟机将常量池内的符号引用转化为直接饮用,解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行。

初始化:初始化阶段才真正执行类中定义的Java代码,初始化阶段是执行类构造器方法的过程。方法(类构造器)是由编译器自动收集类中的静态变量和静态代码块合并产生的。子类和父类的初始化过程优先级为:父类类构造器->子类类构造器->父类对象构造函数->子类对象构造函数。类中静态类变量和静态代码块是按照在类中定义的顺序执行的。

jstat 命令查看jvm的GC情况

语法结构:

1
2
Usage: jstat -help|-options
jstat -<option> [-t] [-h<lines>] <vmid> [<interval> [<count>]]

参数解释:
Options — 选项,我们一般使用 -gcutil 查看gc情况
vmid — VM的进程号,即当前运行的java进程号
interval– 间隔时间,单位为秒或者毫秒
count — 打印次数,如果缺省则打印无数次


S0C:年轻代中第一个survivor(幸存区)的容量 (字节)
S1C:年轻代中第二个survivor(幸存区)的容量 (字节)
S0U:年轻代中第一个survivor(幸存区)目前已使用空间 (字节)
S1U:年轻代中第二个survivor(幸存区)目前已使用空间 (字节)
EC:年轻代中Eden(伊甸园)的容量 (字节)
EU:年轻代中Eden(伊甸园)目前已使用空间 (字节)
OC:Old代的容量 (字节)
OU:Old代目前已使用空间 (字节)
PC:Perm(持久代)的容量 (字节)
PU:Perm(持久代)目前已使用空间 (字节)
YGC:从应用程序启动到采样时年轻代中gc次数
YGCT:从应用程序启动到采样时年轻代中gc所用时间(s)
FGC:从应用程序启动到采样时old代(全gc)gc次数
FGCT:从应用程序启动到采样时old代(全gc)gc所用时间(s)
GCT:从应用程序启动到采样时gc用的总时间(s)

S0 — Heap上的 Survivor space 0 区已使用空间的百分比
S1 — Heap上的 Survivor space 1 区已使用空间的百分比
E — Heap上的 Eden space 区已使用空间的百分比
O — Heap上的 Old space 区已使用空间的百分比
P — Perm space 区已使用空间的百分比
YGC — 从应用程序启动到采样时发生 Young GC 的次数
YGCT– 从应用程序启动到采样时 Young GC 所用的时间(单位秒)
FGC — 从应用程序启动到采样时发生 Full GC 的次数
FGCT– 从应用程序启动到采样时 Full GC 所用的时间(单位秒)
GCT — 从应用程序启动到采样时用于垃圾回收的总时间(单位秒)

其它参数:
NGCMN:年轻代(young)中初始化(最小)的大小 (字节)
NGCMX:年轻代(young)的最大容量 (字节)
NGC:年轻代(young)中当前的容量 (字节)
OGCMN:old代中初始化(最小)的大小 (字节)
OGCMX:old代的最大容量 (字节)
OGC:old代当前新生成的容量 (字节)
PGCMN:perm代中初始化(最小)的大小 (字节)
PGCMX:perm代的最大容量 (字节)
PGC:perm代当前新生成的容量 (字节)
S0:年轻代中第一个survivor(幸存区)已使用的占当前容量百分比
S1:年轻代中第二个survivor(幸存区)已使用的占当前容量百分比
E:年轻代中Eden(伊甸园)已使用的占当前容量百分比
O:old代已使用的占当前容量百分比
P:perm代已使用的占当前容量百分比
S0CMX:年轻代中第一个survivor(幸存区)的最大容量 (字节)
S1CMX :年轻代中第二个survivor(幸存区)的最大容量 (字节)
ECMX:年轻代中Eden(伊甸园)的最大容量 (字节)
DSS:当前需要survivor(幸存区)的容量 (字节)(Eden区已满)
TT: 持有次数限制
MTT : 最大持有次数限制

Jstack/Jmap …. 有时间更新