（六）JVM虚拟机

1、概述

jvm，java虚拟机，模拟计算机的各项功能，将编译后的java字节码解释成具体平台的机器指令进行运行，从而达到“一次编译，到处运行”；

流程：java编译器将java代码编译成字节码class文件，类加载器依靠java类库对字节码进行 加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载等操作；

　　加载：将创建一个字节数组，读取字节码文件；

　　验证：格式、字节码、元数据、符号饮用的验证；

　　准备：为静态变量分配空间并设置默认值；

　　解析：对 对象对符号饮用替换为指针直接引用；

　　初始化：初始化父类或者执行初始化语句；

加载器：启动类加载器/扩展类加载器/应用程序类加载器；--将字节码文件加载到内存中，转化成对象；

双亲委派模型：收到类加载请求，加载器会先请求父类加载器去尝试加载，父类搜索不到，子类才加载；---防止不同加载器加载多次，出现多份同样的字节码文件；

　　打破双亲委派：继承ClassLoader类，重写loadClass和findClass；

2、jvm模型结构

方法区和堆是所有java线程共享的；方法区：类结构信息，静态变量、构造函数、常量池；　　堆：最主要的工作内存区域，存放几乎所有的java对象；

java栈/jvm栈：是线程的私有的工作内存空间，每当创建线程时，就会为其分配一个工作内存空间；存放基本数据类型、对象的引用；java方法；

本地方法栈：java方法有时会调用本地方法、native方法；线程的setPriority是java写的，但是实现调用的是C语言实现的，在本地方法栈中；

程序计数器：线程私有，用于记录线程执行的指令地址，便于上下文切换时恢复到原有状态位置；

jvm栈，

　　有后进先出的栈帧队列，每调用一个函数都会对应入栈，执行完毕出栈，当栈桢队列深度超出jvm允许最大深度时抛StackOverflowError，一般是 递归中会发生；

　　jvm栈是可以动态扩展的，当内存不足时，新线程无法分配到内存空间，则抛出OutOfMemory，一般是 创建过多线程会发生；

3、新生代与老年代

堆中存放着几乎所有的对象，通过回收机制，自动清理垃圾对象，实现自动管理；

新生代分为：eden、survivor0、survivor1：

GC：新生代的eden空间存满时触发Young GC(Minor GC--对象年龄+1；清理新生代的对象到survivor，survivor占用率会升高，eden+s0>s1则放到老年代，老年代剩余空间不足则直接Full GC)；老年代空间存满时触发Full GC(Major GC--清理整个堆)；经过一定次数(15)GC存活下来的新生代对象升级到老年代，大对象直接进入老年代；

增加survivor可以减少送到老年代对象的数量，进而减少Full GC的发生；Full GC通常会至少会有1次Young GC，且时间是Young GC的十倍以上；

两个survivor：首次GC，存活对象移到s0，清空eden；二次GC时，将eden和s0的存活对象移到s1；清空eden和s0；这样，保证了存活对象占用连续的内存空间，避免了碎片化；

–XX:NewRatio　　　　　　　　----新生代与老年代比例，默认是1:2；

–XX:SurvivorRatio　　　　　　 ----新生代各个区域比例，默认是Edem : from-s0 : to-s1 = 8 : 1 : 1

-XX:+MaxTenuringThreshold　　---对象被GC/复制次数，默认15

永久代的变化：
JDK1.8前：类的元数据如方法数据、方法信息（字节码，栈和变量大小）、运行时常量池、已确定的符号引用和虚方法表等被保存在永久代中；32位为64M，64位为85M，超出会抛OOM；
JDK1.8及以后：永久代从Java堆中移除，类的元数据直接保存在本地内存区域，称之为元空间；（永久代大小难确定，调优困难，有效避免内存溢出）

GC发生时确定堆中对象是存活，两种方法：引用计数法、可达性分析法。
引用计数法：对象上有引用计数器，被引用时计数器+1，使用完毕计数器-1，0时表示不可能再被使用，实现简单，判断高效，但不能解决相互引用问题；
可达性分析法：以GCRoots对象做起点，搜索引用链上的对象，当一个对象到 GC Roots没有任何引用链时，意味着该对象可以被回收。

4、GC收集器与收集算法

收集器：

　　Serial收集器：单线程，复制算法；

　　ParNew收集器：多线程，复制算法；

　　Parallel收集器：年轻代、高吞吐量、多线程，复制算法；

　　Parallel Old 收集器：老年代、多线程，标记整理算法；

　　CMS收集器：最短回收停顿时间，标记清除算法；--初始标记/并发标记/重新标记，并发清除，大量碎片；

　　G1收集器：标记整理算法；--初始标记，并发标记，最终标记，筛选标记，无碎片；

CMS收集器和G1收集器的区别：

CMS收集器是老年代的收集器，可以配合新生代的Serial和ParNew收集器一起使用；以最小的停顿时间为目标；标记清除算法；易产生碎片；

G1收集器收集范围是老年代和新生代，不需要结合其他收集器使用；可预测停顿时间；标记整理算法；进行空间整合，降低了内存空间碎片。

收集算法：

复制算法--常用于新生代，复制对象较少，因为存活对象少：

　　将内存空间分为两个相等区域，每次只使用一个；当垃圾回收时，将当前区域正在使用对象复制到另一个区域；复制成本小，且空间被整理，无碎片；但需要两倍空间；

标记整理算法--常用于老年代，老年代存活对象较多，不适合用复制：

　　标记+整理，标记要回收的对象，整理移动存活对象到一端，然后清理边界外对象数据；　无碎片，整理耗时；　 最耗时、最慢，需要移动对象；

标记清除算法--常用于老年代：

　　标记+清除，标记要回收的对象，统一回收所有被标记的对象；　　有碎片，标记耗时；　　中等速度，无需移动对象；

5、引用类型

强引用：GC时不会被回收，即便是内存不足抛出异常；

弱引用：时间较短，发现时就会被回收；

软引用：内存不足时回收；

虚引用：任何时候都可以被回收，无用；唯一目的就是回收时收到通知；监控对内存地址的引用；

强引用  >  软引用  >  弱引用  >  虚引用

持久代:存放类名、方法、常量池信息、对象数组、jvm内部对象等；默认容量是32/64M；JDK8后元空间取代直接放到内存中了，不占虚拟机空间；

6、参数配置

调优与监控：top -Hp pid：cpu的耗时与性能；

　　　　　　jstat：编译、类加载内存、垃圾收集等运行时的状态信息；jstat -class <pid>

　　　　　　jstack：某时刻的线程快照，查看堆栈信息；jstack -l <pid>

　　　　　　jdk-bin路径下：jvisualvm/jconsole配置ip和端口；tomcat加监控端口；-- 堆大小/使用/cpu使用/GC活动/新生代老年代/线程数量/vm参数，页面类似win任务管理器

堆栈：

-Xmx3550m--最佳1/4内存
//最大堆大小为3550m
-Xms3550m --1/64 设置一致，避免堆内存申请伸缩扩容，且满了才触发GC，初期GC减少
//设置初始堆大小为3550m
-Xmn2g --3/8
//设置年轻代大小为2g
-Xss128k 256kb-1M
//每个线程的堆栈大小为128k
-XX:MaxPermSize=16m  --1/64
//设置持久代大小为16m
-XX:NewRatio=4 1.3/1.4
//设置年轻代与年老代的比值
-XX:SurvivorRatio=4  8.1.1
//设置年轻代中Eden区与Survivor区的大小比值
-XX:MaxTenuringThreshold=0 -串行GC有效
//设置垃圾最大年龄，进入年老代

垃圾收集器：

-XX:+UseParallelGC
//选择垃圾收集器为并行收集器
-XX:ParallelGCThreads=20
//配置并行收集器的线程数
-XX:+UseConcMarkSweepGC 
//设置年老代为并发收集
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5
//设置运行多少次GC以后对内存空间进行压缩、整理
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
//打开对年老代的压缩

辅助信息：

-XX:+PrintGC
//输出形式:[GC 118250K->113543K(130112K), 0.0094143 secs][Full GC 121376K->10414K(130112K), 0.0650971 secs]
-XX:+PrintGCDetails
//输出形式:[GC [DefNew: 8614K->781K(9088K), 0.0123035 secs] 118250K->113543K(130112K), 0.0124633 secs] [GC [DefNew: 8614K->8614K(9088K), 0.0000665 secs][Tenured: 112761K->10414K(121024K), 0.0433488 secs] 121376K->10414K(130112K), 0.0436268 secs

内存堆不足java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space -- 增加xmx/xms

内存栈不足java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread -- 减小Xss

内存持久不足java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space-- 增加MaxPermSize

内存溢出java.lang.StackOverflowError -- 业务逻辑，梳理减少递归次数，增加Xss大小

堆小回收时间长java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded -- 用来预测抛异常