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JavaJVM学习笔记

jiezi 
最美的不是下雨天，是曾与你躲过雨的屋檐————《不能说的秘密》

JVM 双亲委派机制


好处：防止内存中出现了多份相同的字节码
当一个.class 文件要被加载进 JVM 的时候

  1. AppClassLoader 首先不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给父类加载器 ExtClassLoader 去完成
  2. 当 ExtClassLoader 加载一个 class 时，它首先也不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给 BootStrapClassLoader 去完成
  3. 如果 BootStrapClassLoader 加载失败，会使用 ExtClassLoader 来尝试加载；若 ExtClassLoader 也加载失败，则会使用 AppClassLoader 来加载，若 AppClassLoader 还是加载失败，会抛出异常 ClassNotFoundException

当成功加载好某个类时，会将这个类缓存起来，下次使用时直接使用缓存，不会再次加载

类加载过程

加载器加载到 jvm 中，步骤：

  1. 加载, 通过类名查找并加载该类的二进制流，在堆中生成该类的 class 类对象

加载阶段和连接阶段的部分内容是交叉进行的，加载阶段尚未结束，连接阶段可能就已经开始了

  1. 连接
    a. 验证，文件格式验证→元数据验证→字节码验证→符号引用验证
    b. 准备，为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这里指的事类的静态变量，不包括实例变量
    c. 解析，将常量池的符号引用代替为直接引用

    JIT 即时编辑器

    JVM 解析过程：

    对热点代码进行重新编译优化，生成机器代码，让 CPU 直接执行，非热点代码直接解析

    热点代码： 多次调用的方法，多次执行的循环体
    使用 热点探测 来检测是否为热点代码：采样和计数器，jvm 使用的是计数器，当计数器超过阈值溢出了，就会触发 JIT 编译

  2. 初始化


图片来源：https://segmentfault.com/a/11…

JVM 内存结构

基于 JDK1.8

  1. 堆：线程共享，内存中最大的一块，存放对象实例，基本所有对象实例以及数组都在这里分配内存，是垃圾收集器的主要区域，现在收集器基本采用分代垃圾收集算法，所有堆又分为新生代和老年代
  2. 虚拟机栈：线程私有，生命周期和线程相同，描述的是 Java 方法执行的内存结构，每次方法调用的数据通过栈传递，所以每个方法被执行时都会同时创建一个栈帧
  3. 本地方法栈：线程私有，与虚拟机栈类似，区别是虚拟机栈为 Java 方法执行服务，本机方法栈为虚拟机使用到的 Native 方法服务
  4. 程序计数器：线程私有，是当前线程所执行的字节码的行号指示器，因此每条线程都有一个独立的程序计数器
  5. 方法区：线程共享的内存区域，用于储存被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据

常量池：

主要针对 String
https://tech.meituan.com/2014…

JVM 垃圾回收——GC

JVM 垃圾回收主要针对的是内存结构中的堆

JVM 回收的是 "垃圾"，即是程序不再使用了，不再需要了，因此回收的第一步需要判断哪些是垃圾，即对象死亡
常用有：** 引用计数法 ** 和 ** 可达性分析算法 **

引用计数法：给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它，计数器就加 1；当引用失效，计数器就减 1；任何时候计数器为 0 的对象就是不可能再被使用的

可达性分析算法：主流的 JVM 采用的是这种方式，这个算法的基本思想就是通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起点，从这些节点开始向下搜索，节点所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的话，则证明此对象是不可用的。能够做 GC Roots 的有：

- 虚拟机栈中引用的对象(局部变量)
- 方法去中类静态属性引用的对象(static 对象实例)
- 方法区中常量引用的对象(常量实例)
- 本地方法引用的对象

引用：强引用、软引用、弱引用和虚引用

  • 强引用：最普遍的引用，如 Object object = new Object()就是强引用，即使内存不足也不会回收这类引用，抛出 OutOfMemory 的异常
  • 软引用：软引用引用的对象，在垃圾回收时，如果发现内存资源不足，即使被引用了依然会被回收，但是在内存资源充足的情况下是不会回收的
  • 弱引用：弱引用引用的对象，在垃圾回收时，不管内存资源充不充足，都会被回收
  • 虚引用：形同虚设的引用，在任何时候都可能被垃圾回收

不可达的对象并非一定回收
如果一个不可达的对象覆盖了 finalize 方法，并且这个方法从来没被执行过，垃圾回收器就不会马上回收，而是放在一个队列，进行二次标记，但在下一次回收前，重新建立引用，便不会被回收。

** 不推荐在 finalize 方法中去释放资源，因为它什么时候会被调用是不确定的。**

垃圾回收算法

  • 标记 - 清除算法
  • 复制算法
  • 标记 - 整理算法
  • 分代收集算法

分代收集算法
将 java 堆分为新生代和老年代，根据各个年代的特点选择合适的垃圾收集算法

  • 新生代（Minor GC）：复制算法，所以分为 Eden 区、Survivor1、Survivor2 三个区
  • 老年代（Full GC）：标记 - 清除算法 或标记 - 整理算法

垃圾收集器

算法只是方法论，收集器才是干活的

  • Serial 收集器
  • ParNew 收集器
  • Parallel Scavenge 收集器
  • Serial Old 收集器
  • Parallel Old 收集器
  • CMS 收集器
  • G1 收集器

根据具体应用场景选择适合自己的垃圾收集器

什么情况下触发垃圾回收

  • Minor GC：当新对象生成，并且在 Eden 申请空间失败时，就会触发 Minor GC，对 Eden 区域进行 GC，清除非存活对象，并且把尚且存活的对象移动到 Survivor 区。然后整理 Survivor 的两个区。这种方式的 GC 是对年轻代的 Eden 区进行，不会影响到年老代。因为大部分对象都是从 Eden 区开始的，同时 Eden 区不会分配的很大，所以 Eden 区的 GC 会频繁进行。因而，一般在这里需要使用速度快、效率高的算法，使 Eden 去能尽快空闲出来。

  • Full GC：对整个堆进行整理，所以比 Minor GC 要慢，因此应该尽可能减少 Full GC 的次数。触发 Full GC 的原因有几个：

    • 老年代被写满
    • 持久带被写满
    • System.gc()被显示调用
    • 上一次 GC 之后 Heap 的各域分配策略动态变化

JVM 参数与调优

在对 JVM 调优的过程中，很大一部分工作就是对于 FullGC 的调节

  • 年轻代：

    1. 响应时间优先的应用：尽可能设大，直到接近系统的最低响应时间限制（根据实际情况选择）。在此种情况下，年轻代收集发生的频率也是最小的。同时，减少到达年老代的对象。
    2. 吞吐量优先的应用：尽可能的设置大，可能到达 Gbit 的程度。因为对响应时间没有要求，垃圾收集可以并行进行，一般适合 8CPU 以上的应用。

  • 老年代：

    1. 响应时间优先的应用：年老代使用并发收集器，所以其大小需要小心设置，一般要考虑并发会话率和会话持续时间等一些参数。如果堆设置小了，可以会造成内存碎片、高回收频率以及应用暂停而使用传统的标记清除方式；如果堆大了，则需要较长的收集时间。最优化的方案，一般需要参考以下数据获得：

      1. 并发垃圾收集信息
      2. 持久代并发收集次数
      3. 传统 GC 信息
      4. 花在年轻代和年老代回收上的时间比例
      5. 减少年轻代和年老代花费的时间，一般会提高应用的效率
    2. 吞吐量优先的应用
      一般吞吐量优先的应用都有一个很大的年轻代和一个较小的年老代。原因是，这样可以尽可能回收掉大部分短期对象，减少中期的对象，而年老代尽存放长期存活对象。
** 较小堆引起的碎片问题 **

因为年老代的并发收集器使用标记、清除算法，所以不会对堆进行压缩。当收集器回收时，他会把相邻的空间进行合并，这样可以分配给较大的对象。但是，当堆空间较小时，运行一段时间以后，就会出现“碎片”，如果并发收集器找不到足够的空间，那么并发收集器将会停止，然后使用传统的标记、清除方式进行回收。如果出现“碎片”，可能需要进行如下配置：

1. -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：使用并发收集器时，开启对年老代的压缩。2. -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0：上面配置开启的情况下，这里设置多少次 Full GC 后，对年老代进行压缩

常见配置汇总

堆设置

-Xms: 初始堆大小
-Xmx: 最大堆大小
-XX:NewSize=n: 设置年轻代大小
-XX:NewRatio=n: 设置年轻代和年老代的比值。如: 为 3，表示年轻代与年老代比值为 1：3，年轻代占整个年轻代年老代和的 1 /4
-XX:SurvivorRatio=n: 年轻代中 Eden 区与两个 Survivor 区的比值。注意 Survivor 区有两个。如：3，表示 Eden：Survivor=3：2，一个 Survivor 区占整个年轻代的 1 /5
-XX:MaxPermSize=n: 设置持久代大小

收集器设置

-XX:+UseSerialGC: 设置串行收集器
-XX:+UseParallelGC: 设置并行收集器
-XX:+UseParalledlOldGC: 设置并行年老代收集器
-XX:+UseConcMarkSweepGC: 设置并发收集器

垃圾回收统计信息

-XX:+PrintGC
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps
-Xloggc:filename

并行收集器设置

-XX:ParallelGCThreads=n: 设置并行收集器收集时使用的 CPU 数。并行收集线程数。-XX:MaxGCPauseMillis=n: 设置并行收集最大暂停时间
-XX:GCTimeRatio=n: 设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比。公式为 1 /(1+n)

并发收集器设置

-XX:+CMSIncrementalMode: 设置为增量模式。适用于单 CPU 情况。-XX:ParallelGCThreads=n: 设置并发收集器年轻代收集方式为并行收集时，使用的 CPU 数。并行收集线程数。

学习链接：

https://segmentfault.com/a/11…
https://snailclimb.top/JavaGu…
感谢两位大佬的文章，受益匪浅

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