[Java] JVM

 目标

• 熟悉GC常用算法，熟悉常见垃圾收集器，具有实际JVM调优实战经验

组成

• 类装载子系统
• 运行时数据区（内存模型）
• 字节码执行引擎

内存区域

• 堆
  • 存放new出来的对象
  • 所有线程和方法共享
• 栈（线程栈）
  • JVM为每个线程分配一个独立的栈空间，存储局部变量
  • 栈帧：每个方法对应一块栈帧，存放方法的局部变量，方法运行完销毁
  • 局部变量表：为变量分配内存空间，变量指向堆中的对象（地址）
  • 操作数栈：存放临时数据
  • 动态链接：实现多态
  • 方法出口：调用函数后返回原位置继续执行
• 本地方法栈：本地c语言写的方法在运行过程中需要的运行空间，为调用本地方法的线程分配
• 程序计数器（pc Register）：线程正在运行的代码的行号，每个线程独有，实现多线程
• 方法区（元空间）
  • 常量
  • 静态变量（static）
  • 类信息

gc（Garbage Collect）

• 垃圾：没有引用指向的对象
• C++：new()，delete()，自己清理垃圾
• 找垃圾算法
  • reference count（引用计数）：不能解决环形引用
  • root searching（根可达算法）
    • 从gc root出发，向下搜索引用的对象，找到的对象标记为非垃圾对象
    • 存入S0区，并回收Eden中的对象
  • 哪些是根　　
    • JVM stack
    • native method stack
    • run time constant pool
    • static reference in method area
    • Clazz
• 回收算法
  • Mark-Sweep（标记清除）：会产生碎片
  • Copying：内存浪费
  • Mark-Compact：需移动对象，效率比Copying低
• 发展路线
  • 随着内存增大而演进（先脉络，后细节）
  • 从分代算法演化到不分带算法
  • hotspot
    • 工作在年轻代的GC
      • Serial：a stop-the-world（STW）, copying collector which uses a single GC thread（几M~几十M）
      • ParNew：PS，可配合CMS
      • Parallel Scavenge：a STW, copying collector which uses multiple GC threads（几个G，1.8默认）
    • 工作在老年代的GC
      • CMS：初始标记（STW，找gc root，快）->并发标记（不用STW，慢）->重新标记（STW，快）->并发清理（承上启下，三色标记+写屏障，几十个G）
      • Seril Old：STW，single GC thread，用 mark-sweep 或 Mark-Compact
      • Parallel Old（1.8默认 PS + PO/Parallel GC，几百个参数）
    • G1
      • Garbage First（先清理垃圾多的块，几十个参数）
      • 逻辑分代，物理不分代（上百G）
      • 分区回收
      • 三色标记+SATB+写屏障
    • ZGC Shenandoah
      • 逻辑，物理都不分代（4T）
      • 基于C4（None STW）
      • ColoredPointers，颜色指针+读屏障
    • Epsilon
      • 调试，确认不用GC参与就能干完活
• 分区算法
  • 80%对象“朝生夕死”
  • 找出eden区的幸存对象，复制到s0，清除剩余对象
  • 找出eden区、s0区的幸存对象，复制到s1，清除剩余对象
  • s0，s1互换，重复上一步
  • 15次（不同GC不一样）不死的对象，复制到老年区（如缓存对象，spring中的bean等）
  • 老年区满，full gc，整体回收
• 概念
  • YGC：minor gc
  • FGC：full gc，major gc
  • TLAB：thread local allocation buffer，每个线程专属的内存空间，属于eden
  • 标记失误：垃圾在标记后，清除前被引用
  • 分代年龄：放在对象头中，每次minor gc后没有被清除，分代年龄+1
  • 对象头（Object Header）：并发编程、JVM基础
  • 类装载子系统：装载类到本地方法栈
  • 字节码执行引擎：修改程序计数器，执行方法区中的class文件

CMS

G1

 

调优

• 目的： 减少STW（Stop The World），即JVM触发full gc会暂停所有其他线程，造成卡顿
• STW的目的：线程停止后，gc root可能消失，导致原来不是垃圾的对象变成垃圾对象
• 对象动态年龄判断机制
• 手段
  • 调吞吐量
  • 调响应时间
• OOM（out of memory）：如何通过调优解决

实例1

• 8G内存，degn
• 每日用户点击量上亿
• 日活500w左右
• 京东、拼多多等
• 每秒几十单
• 大促时80%的订单在几分钟产生
• 每秒1000多单
• 每个订单对象1KB
• 每秒300KB订单对象
• 下单涉及其它对象，如库存，优惠券，积分等，再放大20倍
• 6M/s对象放入堆中
• 其他操作再放大10倍
• 60M/s对象放入eden，1s后都变成垃圾（）
• 10s放满 
• gc root：
• old区几分钟放满，执行full gc，1s后变成垃圾（不应该放在old）
• 将eden调为1.6G，25s填满
• 调优后，不会发生full gc

调优前

调优后

 

实例2

中间件性能调优

工具

• arthas

参考

• javap-c：反汇编
• JVM指令手册