一份关于jvm内存调优及原理的学习笔记

JVM

一.虚拟机的基本结构

1.jvm整体架构

类加载子系统：负责从文件系统或者网络中加载class信息，存入方法区中。

方法区（Perm）：存放加载后的class信息，包括静态方法，jdk1.6以前包含了常量池。

参数：-XX:PermSize初始值  -XX:MaxPermSize最大值

Java堆（Heap）：java工程的主要内存工作区域，所有线程共享，jdk1.7以后包含了常量池。参数： -Xms初始值     -Xmx最大值

直接内存：java堆外，直接向系统申请的内存区间，允许NIO库使用。申请空间慢，读写快。默认下最大可用空间等于堆的最大可用空间。在server模式下，读写速度是堆的10倍。

参数：-XX:MaxDirectMemorySize 最大值

垃圾回收器：

Java栈：线程私有，用于存放局部变量，方法参数，同时和java方法的调用返回密切相关。

参数：-Xss最大值

本地方法栈：和java栈类似，主要用于本地方法调用。

PC寄存器：线程私有

执行引擎：

Java [-options] class [args...]

其中-options是java虚拟机的启动参数，args是传递给main方法的参数、

2.java堆

根据垃圾回收机制的不同，java堆有可能拥有不同的结构，常见的java堆分为新生代和老年代。其中新生代存放刚创建的对象及年龄不大的对象，老年带存放着在新生代中经历过多次回收后还存在的对象。

对象晋升过程：

新生代分为eden区s0,s1区（from，to）。多数情况下对象首先分配在eden区，在一次新生代回收后，存活下来的对象存入s0或s1区。每经过一次新生代的回收，对象的年龄加1。默认情况下年龄达到15的对象将晋升至老年代。如果在第一次回收的时候，存活的对象大于s0（s1）空间，将直接晋升至老年代，如果在为对象第一次分配空间时，对象空间大于eden空间的话，对象也直接分配到老年代。

3.java栈

Java栈和数据结构中的栈有着类似的含义，先进后出，只支持入栈和出栈操作。Java栈中保存的只要内容是栈帧，每一次进行函数调用，都会有一个对应的栈帧被压入栈中，函数调用结束，都会有一个栈帧被弹出栈。

栈帧

每一个栈帧中包含局部变量表，操作数栈和帧数据区。

栈上分配

栈上分配的基本思想，是将线程私有的对象，打散分配到栈上，分配在栈上的函数调用结束后对象会自行销毁，不需要垃圾回收接入，从而提升性能。对于大量的零散小对象，栈上分配提供了一种很好的对象分配优化策略，但由于和堆空间相比，栈空间较小，因此大对象无法也不适合在栈上分配

栈上分配依赖逃逸分析和标量替换的实现，同时必须在server模式下才能启用。参数-XX:+DoEscapeAnalysis启用逃逸分析     -XX:+EliminateAllocations开启标量替换(默认打开).

例：-server -Xms 100m -Xmx 100m -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+EliminateAllocations

二．Jvm常用参数

1.GC参数

-XX:+PrintGC    每次触发GC的时候打印相关日志

-XX:+PrintGCDetails    更详细的GC日志

-XX:+PrintHeapAtGC    每次GC时打印堆的详细详细信息

-XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime    打印应用程序执行时间

-XX:+PrintGCApplicationAtoppedTime    打印应用程序由GC引起的停顿时间

-XX:+PrintReferenceGC    跟踪系统内的软引用，弱引用，虚引用和finallize队列。

1.类跟踪

-verbose:class    跟踪类的加载和卸载

-XX:+TraceClassLoading    单独跟踪类加载

-XX:+TraceClassUnloading    单独跟踪类卸载

-XX:+PrintClassHistogram    查看运行时类的分布情况，使用时在控制台按ctrl+break

2.系统参数查看

-XX:+PrintVMOptions       运行时，打印jvm接受的命令行显式参数

-XX:+PrintCommandLineFlags    打印传递jvm的显式和隐式参数

-XX:+PrintFlagsFinal    打印所有系统参数值

3.堆

-Xms    堆初始值

-Xmx    堆最大可用值

-Xmn    新生代大小，一般设为整个堆的1/3到1/4左右

-XX:SurvivorRatio    设置新生代中eden区和from/to空间的比例关系n/1

-XX:NewRatio    设置老年代与新生代的比

想要合理的分配堆内存，需要了解对象的晋升过程，可以参照上面介绍堆空间架构时，对对象晋升过程的描述。

基本策略：堆的不同分布情况，对系统会产生一定的影响。尽可能将对象预留在新生代，减少老年代GC的次数（通常老年回收起来比较慢）。实际工作中，通常将堆的初始值和最大值设置相等，这样可以减少程序运行时进行的垃圾回收次数和空间扩展，从而提高程序性能。

4.非堆

-XX:PermSize   方法区（永久区）初始值

-XX:MaxPermSize    方法区（永久区）最大值

-Xss    设置栈空间大小

-XX:MaxDirectMemorySize    直接内存最大可用空间，设置不当可能导致系统OOM

5.虚拟机工作模式

-client    默认工作模式

-server    server工作模式，启动虚拟机时需要显式指定

与client模式相比，server模式启动较慢，会尝试搜集更多的系统性能信息，使用更复杂的优化算法对程序进行优化，server模式下系统完全启动并进入稳定期后，执行速度远远快于client模式，适合长期后台运行的系统。Client模式更适合运行时间不长，又追求启动速度的客户端程序。

三．Jvm性能监控工具

1.JConsole

内存监控，线程监控，类加载情况，虚拟机信息

2.Visual VM

线程dump和分析，性能分析，内存快照分析，BTrace

3.Mission Control

MBean服务器，飞行记录器

四．分析java堆

1.常见的内存溢出原因及解决思路

(1)堆溢出：设置-Xmx调整最大可用堆空间

(2)直接内存溢出：可能是系统内存空间不足，同时没达到参数默认的上限，没有触发GC导致OOM，解决方法是通过-XX:MaxDirectMemorySize 来限制最大内存。

(3)过多线程导致OOM：由于每开启一个线程都会给这个线程分配一个栈，因此当线程数达到一定程度，系统空间不足的时候就会内存溢出，可以尝试减少堆空间，或者可以通过设置参数-Xss限制每个栈的大小。

(4)永久区溢出：系统加载的类过多，导致永久区溢出，通过-XX:MaxPermSize来设置永久区最大可用空间。

(5)GC效率低下引起的OOM：GC是内存回收的关键，回收效率低很有可能引起内存溢出，可以通过合理的分配堆（包括新生代和老年代）空间去解决。

2.String造成的内存泄漏

内存泄漏是指，不再使用的对象占据内存不释放，导致可用内存不断减小，最终引起内存泄漏。在Java1.6中String.subString()方法就存在这样的问题。

SubString中新生成的对象并没有从value中获取自己需要的那部分，而是直接简单的使用了相同的引用，只是修改了offset和count，以此来确定新的String对象的值。当原始字符串还在用的时候这种情况是没有问题的，并且共用value还节省了部分的空间，但是一旦原始字符串被回收，value中多余的部分就造成了空间浪费。

3.浅堆和深堆

浅堆：是指一个对象本身所消耗的内存，不包括其内部引用的对象的大小。

深堆：是指对象的保留集中所有对象浅堆的大小之和。

保留集：是指当对象A被垃圾回收后，可以释放的所有对象的集合（包括A本身），通俗的讲就是，仅被对象A所持有的对象的集合。

4.OQL查询语句

类似于sql语法的查询语句，可以在堆中进行对象的查找和筛选。

......