JVM 学习总结

Java运行时数据区

• 程序计数器 Program Counter Register
• 虚拟机栈 Virtual Machine Stacks
  

  虚拟机栈也是线程私有，而且生命周期与线程相同，每个Java方法在执行的时候都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息

• 本地方法栈 Native Method Stacks

  本地方法栈为虚拟机使用到本地方法服务。

• Java堆 Heap

  对大多数应用来说，Java堆（Heap）是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。该内存区域唯一的目的就是存放对象实例，Java对象实例以及数组都在堆上分配（随着JIT编译器发展等技术成熟，所有对象分配在堆上也渐渐不是那么“绝对”了）。
  Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此Java堆也常被称为“GC堆”，由于现在收集器基于分代收集算法，Java堆还可以细分为：新生代和老年代。

• 方法区 Method Area

  方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
  方法区（永久代）回收性价比比较低，主要回收两部分内容：废弃常量和无用的类。
  

  无用的类必须满足三个条件：

  • 该类的所有实例都已经被回收，Java堆中不存在该类的任何实例。
    
  • 加载该类的ClassLoader已经被回收。
    
  • 该类的java.lang.class对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

• 运行时常量池 Runtime Constant Pool

  运行时常量池是方法区的一部分，Class文件中除了有关类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。
  运行时常量池相对于Class文件常量池的另一个重要特征是具备动态性，Java语言并非不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可以将新的常量池放入池中。

• 直接内存 Direct Memory

  使用Native函数库直接分配的堆外内存，避免在Java堆和Native堆中来回复制数据。
  忽略直接内存，会导致各个内存区域总和大于物理内存。

对象已死么

• 引用计数法 Reference Counting

  难以解决对象之间的相互引用问题。

• 可达性分析 Accessibility Analysis

  起始点GC Roots；搜索走过的路径称为引用链(Reference Chain)

GC Roots 对象

• 虚拟机栈(栈帧中本地变量表)中引用的对象
• 方法区中类静态属性引用的对象
• 方法区中常量引用的对象
• 本地方法栈中JNI(Native方法)引用的对象

引用 Reference

4种引用强度依次减弱， Strong > Soft > Weak > Phantom

• 强引用 Strong Reference

只要强引用还存在，垃圾收集器就永远不会回收掉被引用的对象。

• 软引用 Soft Reference

用来描述一些还有用非必要的对象，在将要发生内存溢出之前，将会把这些对象列入范围进入二次回收。

• 弱引用 Weak Reference

用来描述非必须对象，被弱引用关联的对象只能生存到下次垃圾回收之前。

• 虚引用 Phantom Reference

虚引用对原对象没有任何影响，也无法通过虚引用获得一个对象实例。
设置虚引用的唯一目的就是对象被垃圾回收时收到一个系统通知。

finalize

真正宣告一个对象死亡，至少需要经过两次标记过程。
finalize方法只会被系统调用一次。

垃圾收集算法

• 标记-清除算法（Mark-Sweep）

  1. 标记：第一阶段标记出所有需要回收的对象;
  2. 清除：标记完成后统一回收被标记的对象。

     两个不足：

     1. 效率问题，标记和清除的效率都不是太高;
     2. 空间问题，标记清除后会产生大量不连续的内存碎片。空间碎片太多会导致分配较大对象，因为没有足够连续的内存空间，而提前触发另一次垃圾收集。

• 复制算法（Copying）

  将内存分配成大小相等的两块，当一块用完时，按顺序将还存活的对象复制到另一块中，再将原来的块一次清理掉。 优点：实现简单，运行高效。 不足：将内存缩小为原来的一半，代价高昂。

• 标记-整理算法（Mark-Compact）

  过程与标记-清除算法一样，整理阶段会将所有存活的对象想一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

• 分代收集算法（Generational Collection）

  将不同的内存区域划分为几块。将Java堆划分为新生代和老年代，对不同的使用适合的垃圾收集算法。

  • 老年代：其中的对象存活率高，没有额外的空间进行担保，就必须使用标记-清(整)理来进行回收。
  • 新生代：其中大批对象都会朝生夕死，只有少部分存活，采用复制算法。

    新生代内存空间默认会划分为一块较大的Eden区(80%),和两块较小的Survivor区(各10%)。
    每次回收时，会将Eden区+一块Survivor区中存活的对象复制到另一块Survivor区，然后清理掉已用过的Eden区和Survivor区。
    新生代中每次的可用容量为(80%+10%),剩下的10%会被闲置浪费掉。 当Survivor区空间不足时，剩下的存活对象会通过分配担保机制进入老年代。

GC概念

• GC停顿：可达性分析时，不可以出现对象引用不断变化的情况，所以GC时必须要停止所有java执行线程。
• 安全点(safe point):程序只有执行到安全点时才能停顿。
• 安全区域(safe region):指在一段代码片段中，对象引用关系不会发生变化。

JDK工具

jps - JVM Process Status

显示指定系统内所有的Hotspot虚拟机进程

• jps -q 只输出LVMID，省略主类的名称 30764
• jps -m 输出虚拟机进程启动时传递给主类 Main()函数的参数 30764 DemoApplication
• jps -l 输出主类的全名，如果进程执行的是Jar包，输出Jar路径。 30764 com.example.demo.DemoApplication
• jps -v 输出虚拟机进程启动时JVM参数 30764 DemoApplication -XX:TieredStopAtLevel=1 -Xverify:none -Dspring.output.ansi.enabled=always
  -Dcom.sun.management.jmxremote -Dcom.sun.management.jmxremote.port=41407 -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false
  -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false -Djava.rmi.server.hostname=localhost -Dspring.liveBeansView.mbeanDomain
  -Dspring.application.admin.enabled=true -javaagent:/home/xiong/opt/idea/lib/idea_rt.jar=42621:/home/xiong/opt/idea/bin -Dfile.encoding=UTF-8
  

jstack - Stack Trace For Java

显示虚拟机的线程快照

• jstack -l 30764

jstat - JVM Statistics Monitoring

用于收集Hotspot各方面的运行数据,主要分三类：类装载，垃圾收集，运行期编译状况

• jstat -class 30764 监视类装载，卸载数量，总空间以及类装载所耗费的时间。
• jstat -gc/-gccapacity/-gcutil/-gcause 30764 监视java堆状况，GC信息。
• jstat -compiler/printcompilation 30764 输出JIT编译的方法

jinfo - Configuration Info For Java

显示虚拟机配置信息

jmap - Memory Map For Java

生成虚拟机的内存转储快照（heapdump文件）

• jmap -dump:format=b,file=dump.bin 30764

jhat - JVM Heap Dump Browser

用于分析heapdump文件，它会建立一个web服务，让用户可以在浏览器上查看分析结果。

• jhat dump.bin