jvm基础(1)

1.整型数和浮点型数的表示

　　原码：第一位为符号位（0为正数，1为负数）。

　　反码：符号位不动，源码取反。

　　正数补码：和原码相同。

　　负数补码：符号位不动，反码加1。

　　例如5的二进制表示可以是00000101,-6的表示：原码10000110，反码11111001，补码11111010，-1的表示：10000001，反码11111110，补码11111111

　　补码的好处:0的表示唯一，数的符号位可以同数值部分作为一个整体参与运算，可以直接做加法，减法运算可以用加法来实现，即用求和来代替求差。

　　例如：0的表示：正数00000000，负数10000000。

　　　　　-6+5                -4+5

　　　　   11111010         11111100

+00000101       +00000101

= 11111111      = 00000001

　　打印正数的二进制表示

int a=-6;
for(int i=0;i<32;i++){
	int t=(a & 0x80000000>>>i)>>>(31-i);
	System.out.print(t);
}

　　IEEE754浮点数的表示格式：s eeeeeeee mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm

符号位(1)  指数位(8) 尾数(23)

　　　　　　　　　　e全0 尾数附加位全0，否则尾数附加位为1

　　　　　　　　　　s*m*2^(e-127)

　　例如：1 10000001 0100000000000000000000

　　-1*2^(129-127)*(2⁰+2^-2) = -5

　　将单精度浮点数转成IEEE754二进制表示的代码示例：

package work.jvm;
public class ftob {
    public static final int BITS = 32;
    public static void main(String[] args) {
         int i;
         ftob ftb = new ftob();
         float f = -9f;
         System.out.println("float is:" + f);
         int[] b = ftb.printBinaryFloat(f);
         System.out.print("Binary is:");
         for(i = 0; i < BITS; i++){
             System.out.print(b[i]);
         }
    }
    public int[] printBinaryFloat(float f){
       int j;
       int r[] = new int[32];
       int temp = Float.floatToIntBits(f);
       for(j = BITS-1; j >= 0; --j){
           r[BITS-1-j] = ((temp>>j)&0x01);
       }
       return r;
    }
}

2.jvm运行机制

　　JVM启动过程：

　　

　　JVM基本结构：

　　

　　(1)PC寄存器：每个线程拥有一个PC寄存器，在线程创建时创建，指向下一条指令的地址，执行本地方法时，PC的值为undefined。

　　(2)方法区：保存装载的类信息，如i类型的常量池、字段和方法信息、方法字节码，通常和永久区(Perm)关联在一起。

　　(3)java堆：和程序开发密切相关，应用系统对象都保存在Java堆中，所有线程共享Java堆，对分代GC来说，堆也是分代的，GC的主要工作区间。

　　

　　(4)java栈：线程私有，栈由一系列帧组成（因此Java栈也叫做帧栈），帧保存一个方法的局部变量、操作数栈、常量池指针，每一次方法调用创建一个帧，并压栈。

　　　　栈上分配：小对象（一般几十个bytes），在没有逃逸的情况下，可以直接分配在栈上，直接分配在栈上，可以自动回收，减轻GC压力，大对象或者逃逸对象无法栈上分配。

　　(5)堆、栈、方法区交互：

public class AppMain
//运行时, jvm 把appmain的信息都放入方法区
{
    public static void main(String[] args)
    //main 方法本身放入方法区。
    {
        Sample test1 = new Sample("测试1");
        //test1是引用，所以放到栈区里， Sample是自定义对象应该放到堆里面
        Sample test2 = new  Sample("测试2");
        test1.printName(); test2.printName();
    }
}

public class Sample
//运行时, jvm 把appmain的信息都放入方法区
{
    private  name;
    //new Sample实例后,name引用放入栈区里,name对象放入堆里
    public Sample(String name)
    {
        this.name = name;
    }
    //print方法本身放入 方法区里。
    public void printName()
    {
        System.out.println(name);
    }
}

 

3.jvm配置参数

　　(1)Trace跟踪参数　

　　-verbose:gc

　　-XX:+printGC

可以打印GC的简要信息

　　-XX:+PrintGCDetails 打印GC详细信息

　　-XX:+PrintGCTimeStamps 打印CG发生的时间戳

　　-Xloggc:log/gc.log 指定GC log的位置，以文件输出

　　-XX:+TraceClassLoading 监控类的加载

　　-XX:+PrintClassHistogram 按下Ctrl+Break后，打印信息 分别显示：序号、实例数量、总大小、类型

　　(2)堆分配参数

　　-Xmx –Xms 指定最大堆和最小堆，例如：-Xmx20m -Xms5m

　　-Xmn 设置新生代大小

　　-XX:NewRatio 新生代（eden+2*s）和老年代（不包含永久区）的比值，比如4 表示新生代:老年代=1:4，即年轻代占堆的1/5。

　　-XX:SurvivorRatio 设置两个Survivor区和eden的比，比如8表示 两个Survivor :eden=2:8，即一个Survivor占年轻代的1/10。

　　-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError，OOM时导出堆到文件。

　　-XX:+HeapDumpPath 导出OOM的路径。

　　-XX:OnOutOfMemoryError 在OOM时，执行一个脚本。例如：

　　　　-XX:OnOutOfMemoryError=D:/tools/jdk1.7_40/bin/printstack.bat %p，其中printstack.bat里脚本为D:/tools/jdk1.7_40/bin/jstack -F %1 > D:/a.txt。

　　　　当程序OOM时，在D:/a.txt中将会生成线程的dump

　　　　也可以在OOM时，发送邮件，甚至是重启程序

　　(3)栈分配参数

　　-Xss 通常只有几百K，决定了函数调用的深度，每个线程都有独立的栈空间，局部变量、参数 分配在栈上。

　　(4)永久区

　　-XX:PermSize  -XX:MaxPermSize

　　(5)堆分配参数建议

　　　　根据实际事情调整新生代和幸存代的大小

　　　　官方推荐新生代占堆的3/8

　　　　幸存代占新生代的1/10

　　　　在OOM时，记得Dump出堆，确保可以排查现场问题

4.GC算法

　　(1)引用计数算法

　　引用计数器的实现很简单，对于一个对象A，只要有任何一个对象引用了A，则A的引用计数器就加1，当引用失效时，引用计数器就减1。只要对象A的应用计数器的值为0，则对象A就不可能再被使用，就可以清除了。像python和actionscript用的就是引用计数算法。引用计数有两个问题：i引用和去引用伴随加法和减法，影响性能；ii很难处理循环引用。这个算法java并没有采用。

　　(2)标记清除

　　标记-清除算法是现代垃圾回收算法的思想基础。标记-清除算法将垃圾回收分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。一种可行的实现是，在标记阶段，首先通过根节点，标记所有从根节点开始的可达对象。因此，未被标记的对象就是未被引用的垃圾对象。然后，在清除阶段，清除所有未被标记的对象。

　　(3)标记压缩

　　标记-压缩算法适合用于存活对象较多的场合，如老年代。它在标记-清除算法的基础上做了一些优化。和标记-清除算法一样，标记-压缩算法也首先需要从跟节点开始，对所有可达对象做一次标记。但之后，它并不简单的清理未标记的对象，而是将所有的存活对象压缩到内存的一端。之后，清理边界外所有的空间。

　　(4)复制算法

　　与标记-清除算法相比，复制算法是一种相对高效的回收方法。不适用于存活对象较多的场合，如老年代。将原有的内存空间分为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时，将正在使用的内存中的存活对象复制到未使用的内存块中，之后，清除正在使用的内存块中的所有对象，交换两个内存的角色，完成垃圾回收。年轻代的from和to两个区（也叫s1和s2）就是复制算法的两个区。

　　gc可能引发stop the world(STW)现象。STW是Java中一种全局暂停的现象，这个时候所有Java代码停止运行，native代码可以执行，但不能和JVM交互。原因多半由GC引起，还有dump线程，死锁检查，堆dump也有可能引发STW。危害：i长时间（零点几秒到几十秒，甚至更长）服务停止，没有响应；ii遇到HA系统，可能引起主备切换，严重危害生产环境。

5.分代思想与可触及性

　　分代思想：依据对象的存活周期进行分类，短命对象归为新生代，长命对象归为老年代。

　　根据不同代的特点，选取合适的收集算法：

　　　　少量对象存活，适合复制算法。

　　　　大量对象存活，适合标记清理或者标记压缩。

　　可触及性：

　　　　可触及的：-从根节点可以触及到这个对象。

　　　　可复活的：-旦所有引用被释放，就是可复活状态，因为在finalize()中可能复活该对象。

　　　　不可触及的：-在finalize()后，可能会进入不可触及状态，不可触及的对象不可能复活，可以被回收。

6.GC参数

　　(1)串行收集器。最古老，最稳定，

效率高，

可能会产生较长的停顿。

 

　　　　参数：

-XX:+UseSerialGC

　　　　　　–新生代、老年代使用串行回收

　　　　　　–新生代复制算法

　　　　　　–老年代标记-压缩

　　

　　(2)并行收集器

　　

　　ParNew收集器

　　　　-XX:+UseParNewGC

　　　　新生代并行，老年代串行

　　　　Serial收集器新生代的并行版本

　　　　复制算法

　　　　多线程，需要多核支持

　　　　-XX:ParallelGCThreads 限制线程数量

　　Parallel收集器

　　　　类似ParNew，新生代复制算法，老年代 标记-压缩，更加关注吞吐量。

　　　　-XX:+UseParallelGC  使用Parallel收集器+ 老年代串行。

　　　　-XX:+UseParallelOldGC  使用Parallel收集器+ 并行老年代。

　　　　-XX:MaxGCPauseMills  最大停顿时间，单位毫秒，GC尽力保证回收时间不超过设定值。

　　　　-XX:GCTimeRatio  0-100的取值范围，垃圾收集时间占总时间的比，默认99，即最大允许1%时间做GC。

 

　　(3)CMS收集器

　　　　Concurrent Mark Sweep 并发标记清除，这个并发的意思是与用户现场一起执行。

　　　　标记-清除算法

　　　　与标记-压缩相比，并发阶段会降低吞吐量

　　　　老年代收集器（新生代使用ParNew）

　　　　-XX:+UseConcMarkSweepGC

　　　　-XX:+ UseCMSCompactAtFullCollection Full GC后，进行一次整理，整理过程是独占的，会引起停顿时间变长。

　　　　-XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction，设置进行几次Full GC后，进行一次碎片整理。

　　　　-XX:ParallelCMSThreads，设定CMS的线程数量。

　　　　CMS运行过程比较复杂，着重实现了标记的过程，可分为

　　　　　　i.初始标记。根可以直接关联到的对象，速度快。

　　　　　　ii.并发标记。（和用户线程一起）。主要标记过程，标记全部对象。

　　　　　　iii.重新标记。由于并发标记时，用户线程依然运行，因此在正式清理前，再做修正。

　　　　　　iv.并发清除（和用户线程一起）。基于标记结果，直接清理对象

　　　　特点：

　　　　　　尽可能降低停顿，会影响系统整体吞吐量和性能。比如，在用户线程运行过程中，分一半CPU去做GC，系统性能在GC阶段，反应速度就下降一半。

　　　　　　清理不彻底，因为在清理阶段，用户线程还在运行，会产生新的垃圾，无法清理。

　　　　　　因为和用户线程一起运行，不能在空间快满时再清理。-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction设置触发GC的阈值，如果不幸内存预留空间不够，就会引起concurrent mode failure。

　　(4)几个实例

 　  以32M堆启动tomcat

　　set CATALINA_OPTS=-server -Xloggc:gc.log -XX:+PrintGCDetails -Xmx32M -Xms32M -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:+UseSerialGC -XX:PermSize=32M 

　　以512M堆启动tomcat

　　set CATALINA_OPTS=-Xmx512m -Xms64m -XX:MaxPermSize=32M  -Xloggc:gc.log -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC -XX:ParallelGCThreads=4

　　(5)最后汇总一下GC参数：

　　　　-XX:+UseSerialGC：在新生代和老年代使用串行收集器

　　　　-XX:SurvivorRatio：设置eden区大小和survivior区大小的比例

　　　　-XX:NewRatio:新生代和老年代的比

　　　　-XX:+UseParNewGC：在新生代使用并行收集器

　　　　-XX:+UseParallelGC ：新生代使用并行回收收集器

　　　　-XX:+UseParallelOldGC：老年代使用并行回收收集器

　　　　-XX:ParallelGCThreads：设置用于垃圾回收的线程数

　　　　-XX:+UseConcMarkSweepGC：新生代使用并行收集器，老年代使用CMS+串行收集器

　　　　-XX:ParallelCMSThreads：设定CMS的线程数量

　　　　-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction：设置CMS收集器在老年代空间被使用多少后触发

　　　　-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：设置CMS收集器在完成垃圾收集后是否要进行一次内存碎片的整理

　　　　-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction：设定进行多少次CMS垃圾回收后，进行一次内存压缩

　　　　-XX:+CMSClassUnloadingEnabled：允许对类元数据进行回收

　　　　-XX:CMSInitiatingPermOccupancyFraction：当永久区占用率达到这一百分比时，启动CMS回收

　　　　-XX:UseCMSInitiatingOccupancyOnly：表示只在到达阀值的时候，才进行CMS回收

 

这一篇文章先写到这里，下一篇继续^-^