淺談JVM
一、JVM概述
JVM (JAVA 虛擬機器),定義了一套編譯,載入,解釋執行JAVA程式碼的規範,
基於這套規範市場上不同產品實現,例如Hotspot,JRockit,J9等.
其簡易記憶體體系結構如下:
二、堆的記憶體劃分：
Java堆的記憶體劃分如圖所示，分別為年輕代、Old Memory（老年代）、Perm（永久代）。其中在Jdk1.8中，永久代被移除，使用MetaSpace代替。
1、新生代：
（1）使用複製清除演算法（Copinng演算法），原因是年輕代每次GC都要回收大部分物件。新生代裡面分成一份較大的Eden空間和兩份較小的Survivor空間。每次只使用Eden和其中一塊Survivor空間，然後垃圾回收的時候，把存活物件放到未使用的Survivor（劃分出from、to）空間中，清空Eden和剛才使用過的Survivor空間。
（3）記憶體不足時發生Minor GC
2、老年代：
（1）採用標記-整理演算法（mark-compact），原因是老年代每次GC只會回收少部分物件。
3、Perm：用來儲存類的元資料，也就是方法區。
（1）Perm的廢除：在jdk1.8中，Perm被替換成MetaSpace，MetaSpace存放在本地記憶體中。原因是永久代進場記憶體不夠用，或者發生記憶體洩漏。
（2）MetaSpace（元空間）：元空間的本質和永久代類似，都是對JVM規範中方法區的實現。不過元空間與永久代之間最大的區別在於：元空間並不在虛擬機器中，而是使用本地記憶體。
三、GC垃圾回收：
常見的垃圾回收演算法：
1、Mark-Sweep（標記-清除演算法）：
（1）思想：標記清除演算法分為兩個階段，標記階段和清除階段。標記階段任務是標記出所有需要回收的物件，清除階段就是清除被標記物件的空間。
（2）優缺點：實現簡單，容易產生記憶體碎片
2、Copying（複製清除演算法）：
（1）思想：將可用記憶體劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊。當進行垃圾回收的時候了，把其中存活物件全部複製到另外一塊中，然後把已使用的記憶體空間一次清空掉。
（2）優缺點：不容易產生記憶體碎片；可用記憶體空間少；存活物件多的話，效率低下。
（1）思想：先標記存活物件，然後把存活物件向一邊移動，然後清理掉端邊界以外的記憶體。
（2）優缺點：不容易產生記憶體碎片；記憶體利用率高；存活物件多並且分散的時候，移動次數多，效率低下
4、分代收集演算法：（目前大部分JVM的垃圾收集器所採用的演算法）：
思想：把堆分成新生代和老年代。（永久代指的是方法區） （1） 因為新生代每次垃圾回收都要回收大部分物件，所以新生代採用Copying演算法。新生代裡面分成一份較大的Eden空間和兩份較小的Survivor空間。每次只使用Eden和其中一塊Survivor空間，然後垃圾回收的時候，把存活物件放到未使用的Survivor（劃分出from、to）空間中，清空Eden和剛才使用過的Survivor空間。
（2） 由於老年代每次只回收少量的物件，因此採用mark-compact演算法。
（3） 在堆區外有一個永久代。對永久代的回收主要是無效的類和常量。
幾種不同的垃圾回收型別：
（1）Minor GC：從年輕代（包括Eden、Survivor區）回收記憶體。
（2）Major GC：清理整個老年代，當eden區記憶體不足時觸發。
（3）Full GC：清理整個堆空間，包括年輕代和老年代。當老年代記憶體不足時觸發。
四、JVM優化
1、一般來說，當survivor區不夠大或者佔用量達到50%，就會把一些物件放到老年區。通過設定合理的eden區，survivor區及使用率，可以將年輕物件儲存在年輕代，從而避免full GC，使用-Xmn設定年輕代的大小
2、對於佔用記憶體比較多的大物件，一般會選擇在老年代分配記憶體。如果在年輕代給大物件分配記憶體，年輕代記憶體不夠了，就要在eden區移動大量物件到老年代，然後這些移動的物件可能很快消亡，因此導致full GC。通過設定引數：-XX:PetenureSizeThreshold=1000000，單位為B，標明物件大小超過1M時，在老年代(tenured)分配記憶體空間。
3、一般情況下，年輕物件放在eden區，當第一次GC後，如果物件還存活，放到survivor區，此後，每GC一次，年齡增加1，當物件的年齡達到閾值，就被放到tenured老年區。這個閾值可以同構-XX:MaxTenuringThreshold設定。如果想讓物件留在年輕代，可以設定比較大的閾值。
4、設定最小堆和最大堆：-Xmx和-Xms穩定的堆大小堆垃圾回收是有利的，獲得一個穩定的堆大小的方法是設定-Xms和-Xmx的值一樣，即最大堆和最小堆一樣，如果這樣子設定，系統在執行時堆大小理論上是恆定的，穩定的堆空間可以減少GC次數，因此，很多服務端都會將這兩個引數設定為一樣的數值。穩定的堆大小雖然減少GC次數，但是增加每次GC的時間，因為每次GC要把堆的大小維持在一個區間內。
5、一個不穩定的堆並非毫無用處。在系統不需要使用大記憶體的時候，壓縮堆空間，使得GC每次應對一個較小的堆空間，加快單次GC次數。基於這種考慮，JVM提供兩個引數，用於壓縮和擴充套件堆空間。
（1）-XX:MinHeapFreeRatio 引數用於設定堆空間的最小空閒比率。預設值是40，當堆空間的空閒記憶體比率小於40，JVM便會擴充套件堆空間
（2）-XX:MaxHeapFreeRatio 引數用於設定堆空間的最大空閒比率。預設值是70， 當堆空間的空閒記憶體比率大於70，JVM便會壓縮堆空間。
（3）當-Xmx和-Xmx相等時，上面兩個引數無效
6、通過增大吞吐量提高系統性能，可以通過設定並行垃圾回收收集器。
（1）-XX:+UseParallelGC:年輕代使用並行垃圾回收收集器。這是一個關注吞吐量的收集器，可以儘可能的減少垃圾回收時間。
（2）-XX:+UseParallelOldGC:設定老年代使用並行垃圾回收收集器。
7、嘗試使用大的記憶體分頁：使用大的記憶體分頁增加CPU的記憶體定址能力，從而系統的效能。-XX:+LargePageSizeInBytes 設定記憶體頁的大小
8、使用非佔用的垃圾收集器。-XX:+UseConcMarkSweepGC老年代使用CMS收集器降低停頓。
9、-XXSurvivorRatio=3，表示年輕代中的分配比率：survivor:eden = 2:3
10、JVM效能調優的工具：
（1）jps（Java Process Status）：輸出JVM中執行的程序狀態資訊(現在一般使用jconsole)
（2）jstack：檢視java程序內執行緒的堆疊資訊。
（3）jmap：用於生成堆轉存快照
（4）jhat：用於分析jmap生成的堆轉存快照（一般不推薦使用，而是使用Ecplise Memory Analyzer）
（3）jstat：是JVM統計監測工具。可以用來顯示垃圾回收資訊、類載入資訊、新生代統計資訊等。
（4）VisualVM：故障處理工具
五、類載入機制
1、可以在elipse類中右鍵Run configurations-->Arguments-->VM Arguments中設定引數:
-XX:+TraceClassLoading ----檢視類的載入順序
-XX:MetaspaceSize=2m ----設定metaspace的大小
-XX:MaxMetaspaceSize=10m ----設定metaspace大小的最大值
2、每一個類的最先載入的三個類
3、類載入器把class檔案中的二進位制資料讀入到記憶體中，存放在方法區，然後在堆區建立一個java.lang.Class物件，用來封裝類在方法區內的資料結構。類載入的步驟如下：
載入：查詢並載入類的二進位制資料（把class檔案裡面的資訊載入到記憶體裡面）
連線：把記憶體中類的二進位制資料合併到虛擬機器的執行時環境中
（1）驗證：確保被載入的類的正確性。包括：
A、類檔案的結構檢查：檢查是否滿足Java類檔案的固定格式
B、語義檢查：確保類本身符合Java的語法規範
C、位元組碼驗證：確保位元組碼流可以被Java虛擬機器安全的執行。位元組碼流是操作碼組成的序列。每一個操作碼後面都會跟著一個或者多個運算元。位元組碼檢查這個步驟會檢查每一個操作碼是否合法。
D、二進位制相容性驗證：確保相互引用的類之間是協調一致的。 （2）準備：為類的靜態變數分配記憶體，並將其初始化為預設值
（3）解析：把類中的符號引用轉化為直接引用（比如說方法的符號引用，是有方法名和相關描述符組成，在解析階段，JVM把符號引用替換成一個指標，這個指標就是直接引用，它指向該類的該方法在方法區中的記憶體位置）
初始化：為類的靜態變數賦予正確的初始值。當靜態變數的等號右邊的值是一個常量表達式時，不會呼叫static程式碼塊進行初始化。只有等號右邊的值是一個執行時運算出來的值，才會呼叫static初始化。
4、常見的三種類載入器：
AppClassLoader--應用類載入器，負責載入我們自己寫的類
ExtClassLoader--擴充套件類載入器，負責載入擴充套件包（jre\lib\ext\*.jar）
BootstrapClassLoader--根類載入器，負責載入核心包（jre\lib\rt.jar）
5、類載入類的兩種方式----顯式載入和隱式載入
（1）顯式載入
1 class classA{
2 //類載入時可以執行靜態程式碼塊,但不一定會執行
3 static {
4 System.out.println(11);
5 }
6 }
7
8 //不會執行靜態程式碼塊
9 loader.loadClass("cn.shizhe.ClassLoader.classA");
10 //會執行靜態程式碼塊
11 Class.forName("cn.shizhe.ClassLoader.classA",true,loader);
12 //不會執行靜態程式碼塊
13 Class.forName("cn.shizhe.ClassLoader.classA",false,loader);
（2）隱式載入的時機：--預設都會進行初始化
訪問類的靜態屬性時?(分情況)
訪問static final修飾的八種基本資料型別和字串時不會觸發類的載入
訪問static 修飾的任意屬性時都會觸發類的載入
訪問類的靜態方法
構建類的物件時
6、類的被動載入與主動載入
1 class class1{
2 static int a = 100;
3 static {
4 System.out.println("class1.static");
5 }
6 }
7
8 class class2 extends class1{
9 static {
10 System.out.println("class2.static");
11 }
12 }
13 public class TestClassObject08 {
14 public static void main(String[] args) {
15 //class1為主動載入,class2為被動載入(不執行static初始化操作)
16 System.out.println(class2.a);
17 }
18 }
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