JVM的小总结（转）

　　ref：http://www.cnblogs.com/ityouknow/p/6482464.html

注1：看了大神：纯洁的微笑的JVM系列篇，发现好多地方还是似懂非懂，理解的并不透彻，jvm的调优部分更是稀里糊涂；

　　本片主要整理下jvm部分的知识点，方便以后的面试使用，（权且死记硬背了！>_<！）

注2：由于不同的JVM厂商不同，关于JVM的分区，存在几个不确定的地方，以下简述对这些不甚明了的地方的个人理解，难免有误：

　　1、关于JVM的内存划分，“方法区”的叫法是JVM的规范中的术语，而Oracle公司的HotSpot虚拟机对方法区的实现是永久代（PerGen space），所以只有HotSpot才有永久带，也就有了对永久带的配置参数-XX:PermSize，网上的JVM的分析大多对于HotSpot的，但要明白“方法区”与“PerGen space”两者不是等价的。

　　2、JDK8中废弃了永久带（PermGen），启用了元空间（Metaspace）

　　　　 ref：https://www.cnblogs.com/yulei126/p/6777323.html

　　　　ref：http://www.cnblogs.com/paddix/p/5309550.html

　　废弃原因：

PermGen现实中经常爆OutOfMemoryError异常，hotspot中有参数实现PerGen空间的配置
oracle公司融合自身HotSpot JVM与 JRockit VM两种虚拟机，后者没有永久带，不需要配置；
（永久代会为 GC 带来不必要的复杂度，并且回收效率偏低）

　　元空间Metaspace也是对方法区的实现，作用同以前的PermGen，其最大不同在于：Metaspace不在JVM中，而是使用本地内存（即JVM以外的本机内存）存放。因此，默认情况下Metaspace只收到本机内存的限制，同样也可以通过参数指定如：-XX:MetaspaceSize等。

　　JDK1.7中，就已经将PermGen中的部分数据转移到其他地方存储：如类的静态变量转移到Heap区，字符串也在Heap区？？？

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jvm的体系梳理　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

类的加载机制
JVM的内存结构
GC算法垃圾回收
GC分析命令调优

　　注：底部给出思维导图参考

1、类的加载机制

　　1.1：什么是类的加载：

　　　　（1）将类的.class文件以二进制读入到内存，放入运行时数据区的方法区，然后在堆区创建一个java.lang.Class对象，以封装类在方法区的数据结构。

　　　　（2）类加载的最终产品是位于堆区的Class对象，该Class对象封装类在方法区的数据结构，并向JAVA程序员提供了访问方法区内数据解耦的接口。

　　1.2：类的生命周期：

####: 类的生命周期：

　　#---- 类的加载

　　　　|---- 装载（Loading）（为了区分加载，这里称其为装载）：查找并导入类的Class文件，在堆区创建java.lang.Class的对象。

　　　　|---- 连接过程分为三块：

　　　　　　|---- 验证：文件的格式、元数据、字节码、符号引用验证，确保被装载的类的正确性，该阶段虽然重要但不是必须的；

　　　　　　|---- 准备：为类的静态变量（static）分配内存，并将其初始化为默认值；如 public static int value=3 ，此时value的值是0而不是3；而对于： public static final int value=3 ,该阶段value的值是3,而不是0，可以认为final static 常量在javac的编译期间，为value生成了ConstantValue属性，准备阶段jvm根据ConstantValue的值为value指定值。

　　　　　　|---- 解析：将符号引用转换为直接引用；

　　　　 |---- 初始化：为类的静态变量，静态代码块等赋予正确的初始值。

　　 #---- 类的使用：new出对象供程序使用。

　　 #---- 类的卸载：执行垃圾回收。

　　　　补充问题：

　　　　1.2.1:JVM的初始化步骤（初始化过程）：

1. 假如这个类还没有被加载和连接，则程序先加载并连接该类；　
2. 假如这个类的父类还没有被初始化，则先初始化其直接父类；
3. 假如类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句。

　　　　1.2.2：类的初始化时机：

1. new创建类的实例时；
2. 访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值；
3. 调用类的静态方法；
4. 反射（Class.forName("com.wht.Test")）；
5. 初始化某个类的子类时，父类也会进行初始化；
6. JVM启动时被标明为启动类的类

　　　　 1.2.3：哪几种情况下，JVM会结束生命周期：　

　　　　　　1、执行了system.exit（）；

　　　　　　2、程序正常结束；

　　　　　　3、执行过程中发生异常或错误而终止；

　　　　　　4、操作系统的错误导致JVM的进程终止；

　　1.3：类加载器

启动类加载器：Bootstrap ClassLoader，负责加载JDK\jre\lib目录下或被-Xbootclasspath指定位置处，可悲jvm识别的类库；
扩展类加载器：Extension ClassLoader，负责加载JDK\jre\lib\ext目录下或由java.ext.dirs系统变量所指定路径中的所有类库；开发者可以直接使用该加载器；
应用程序加载器：ApplicationClassLoader，负责加载用户类路径（Classpath）所指定的类，开发者可以直接使用该类加载器；

　　类的加载机制：

全盘负责：某个类加载器负责加载某个Class，对该Class所依赖和引用的其他Class都由该加载器负责加载，除非显示指定。　　
父类委托（双亲委托机制）：某个类加载器收到Class加载请求时，现将该请求转至父类加载器，对Class进行加载，父类找不到该类无法完成加载，才尝试自己加载。
缓存机制：所有加载过的Class都会被缓存，当程序中需要使用某个类时，类加载器先从缓存区寻找该Class，不存在，才会读取Class的二进制，生成Class对象存入缓存区。这就是为什么修改了Class后，必须重启JVM，程序的修改才会生效。

2、JVM内存结构　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

方法区和堆是所有线程共享的内存区域；而java栈、本地方法栈和程序计数器是运行是线程私有的内存区域。

堆Heap：存放实例对象，是JVM内存中最大的一块，也是GC的主要区域。
- - 年轻代（8:1:1）
    - Eden空间
    - From Survivor空间
    - To Survivor空间　　
  - 老年代　
方法区Method Area：存放被jvm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。
程序计数器（Program Counter Register）：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。
栈：
- - JVM栈：描述方法执行的内存模型，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。
  - 本地方法栈（Native Method Stacks）：同JVM栈，只不过它是为JVM的Native方法服务；

对象分配规则：

　　注：相关Minor GC、Major GC&Full GC参见：

　　　　ref1：http://www.importnew.com/15820.html ：这是翻译的外国人的总结，感觉有些生硬；

　　　　ref2 : http://www.cnblogs.com/hnrainll/p/3410042.html ：来自博客园，解释的很好，简单明了；

　　说明：

对象优先分配在Eden区，Eden区是连续的内存空间，如果Eden去没有足够的空间，JVM进行一次minor GC或Young GC（即从年轻代回收内存），将剩余的对象复制到一个Survivor区；
大对象直接进入老年代（需要大量连续内存空间的对象），以避免在Eden和两个survivor区间的大量内存拷贝。（新生代采用复制算法收集内存）
长期存活的对象进入老年代。JVM为每一个对象定义了一个年龄计数器，如果经过1次minor GC后，则进入survivor区，之后每一次Minor GC，该对象的年龄加1，直到达到阈值进老年区。
动态判断对象的年龄。如果Survivor区中相同年龄的所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，那年龄大于或等于该年龄的对象进入老年区。
空间分配担保。每次进行Minor GC时，JVM会计算Survivor区移至老年区的对象的平均大小，如果这个值大于老年区剩余值的大小，则进行一次Full GC；如果小于检查HandlePromotionFailure设置，如果出现true则只进行Monitor GC，如果false，则进行Full GC。

　　　注：另外网上还有另一种回答：

Survivor切换：每次的Minor GC都会将剩余对象添加到该Survivor区，当该Survivor满了以后，将其中活着的复制进另一个Survivor区，以后的Minor GC将或者的对象添加到切换后的Survivor区，两个Survivor总有一个是空的。
进入老年代：当在两个Survivor间切换了几次（HotSpot默认15次），将其中仍然存活的对象，复制到老年代。
Full GC：老年代空间一般较大，当老年代内存不足时，出发Major GC.（Full GC与Major GC的区别网上不清楚，参照ref1）

各个内存区域的控制参数大小：

-Xms 设置堆的最小空间；
-Xmx设置堆的最大空间大小；　　　　
-XX:NewSize设置新生代最小空间大小。
-XX:MaxNewSize设置新生代最大空间大小。
-XX:PermSize设置永久代（方法区）最小空间大小。（JDK1.8废弃PermGen）
-XX:MaxPermSize设置永久代（方法区）最大空间大小
-Xss设置每个线程的堆栈大小。
老年代的空间设置：Xms（Xmx）-XX：NewSize（MaxNewSize）进行设置；

3、GC算法垃圾回收：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　3.1、对象存活条件判断：

- 引用计数：每个对象有一个引用计数属性，新增一个引用时计数加1，释放时减1，为0时回收。但无法解决对象相互循环引用的问题；
- 可达性分析：从GC roots开始向下搜索，搜索走过的路径称为引用链。当一个对象到GC roots没有任何引用链相连时，证明此对象是不可用的，不可达对象。

　　3.2、GC 算法：

- 标记-清除算法(Mark-Sweep) ：第一阶段标记处所有需要回收的对象，第二阶段统一回收所有被标记的对象。
- 复制算法（Copying）　　：将可用内存按容量大小划分为相等的两块，每次只使用一块。当前块用完了，则将还活着的对象复制到另外一块上，并把当前块内存清空。
- 标记-压缩算法：标记过程同Mark-Sweep算法，标记完成后，让所有存活的对象向一端移动，清理掉端边界以外的内存。
- 分代收集（Generational Collection）：将JAVA堆分为年轻代和老年代，分别采用不同的收集算法（年轻代：复制；老年代标记整理）。

　　3.3、GC回收器

　　　　垃圾回收器是对GC算法的实现：

Serial收集器：是最古老、最稳定、效率高的收集器。参数控制：-XX:+UseSerialGC
- 单个线程串行GC；
- 新生代复制算法、老年代标记压缩；
- GC过程中会Stop-the-world。
ParNew收集器：是Serial收集器的多线程版本；参数控制：-XX:+UseParNewGC ParNew收集器 -XX:ParallelGCThreads 限制线程数量。
- 新生代并行GC，老年代串行GC；
- 新生代复制算法、老年代标记压缩；
- GC过程会Stop-the-world。
Parallel收集器：类似于ParNew，更关注系统的吞吐量（用户代码运行时间/总运行时间）
- 新生代复制算法、老年代标记压缩；
- 老年代串行；
Parallel Old收集器：参数控制： -XX:+UseParallelOldGC 使用Parallel收集器+ 老年代并行
- 多线程+标记-整理算法
CMS收集器：以获取最短的回收停顿时间为目标。

优点：并发收集、低停顿。
缺点：大量空间碎片，并发降低吞吐量。
步骤：

1. 初始标记：仅标记GC roots直接关联到的对象，stop-the-world；
2. 并发标记：可达性分析的过程，时间较长。
3. 重新标记：修正阶段2因程序继续运行造成的不分对象的标记变动。stop-the-world；
4. 并发清除：并发，时间较长。

4、GC分析命令调优　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　JVM调优就是根据GC的日志分析JVM的内存分配、回收的情况来调整各区域的内存比例或GC回收的策略。？？？

　　4.1、GC日志分析

　　　　young gc日志格式：

　　　　full gc日志格式：

　4.2、JVM调优命令

　　　　运用jvm自带的命令，可以方便的在生产监控和打印堆栈日志信息中帮助开发者定位问题。

　　　　Sun的JDK监控和故障处理命令主要有以下：

- 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。

4.1.1：jps（JVM process status tool）显示指定系统内所有HotSpot的进程。格式： 

　　　　　　　 jps [options] [hostid]  

        - l ：输出主类全名或jar路径；

        -q ：只输出LVMID；

        -m：输出jvm启动时传递给main()的参数；

        - v：输出jvm启动时显示指定的jvm启动参数；

4.1.2：jstat（JVM statistics Monitoring）用于监视虚拟机运行时状态信息的命令，可以显示虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据；

　　　jstat [option] LVMID [interval] [count] ：  操作参数 本地虚拟机进程ID 连续输出时间间隔 连续输出的次数  

　　　 jstat -gc 1262 2000 20 /*每隔2000ms输出1262的gc情况，输出20次 　

-class ： 显示ClassLoader的行为统计；

-compiler：输出JIT编译过的方法数量耗时；

-gc          ：垃圾回收堆的行为统计；

-gccapacity：输出堆的各区域的最大最小空间；

-gcutil        ：输出堆的各区域已用空间占总空间的百分比；

-gccause   ：垃圾收集统计概述；

-gcnew      ：统计新生代行为；

-gcnewcapacity：统计新生代的内存空间；

-gcold        ：统计旧生代行为；

-gcoldcapacity ：统计旧生代的大小和空间；

-gcpermcapacity：永生代的行为统计；

printcompilation  ：hotspot编译方法统计；

4.1.3：jmap（jvm memory map）用于生成heap dump文件（进程所使用内存情况的一次快照）。

　　　　　　 jmap [option] LVMID 

4.1.4：jhat（JVM heap analysis tool）与jmap搭配，分析jmap生成的dump；

4.1.5：jstack ：jstack用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照；

4.1.6：jinfo：实时查看和调整虚拟机的运行参数。

　　4.3、调优工具：

　　　　常用调优工具分为两类,

　　　　jdk自带监控工具：jconsole和jvisualvm（jdk/bin目录下）

　　　　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

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