目錄

前言

JVM組成決議

堆疊和堆疊幀

JVM指令碼：

區域變數表

運算元堆疊

動態鏈接

方法出口

程式計數器

為什么要設計程式計數器？

堆記憶體

先介紹一下堆記憶體的構成：

這里提一下jvm的垃圾回收演算法

可以通過java自帶的jvisualvm來看一下記憶體的變化

提一下關于jvm調優

方法區

本地方法堆疊

最后

前言

面試經常被問 JVM如何調優？這個問題該怎么回答，其實真的沒調過，有JVM調優經驗的人能回答下怎么調優和調優后的效果？JVM調優對現在的研發和整個系統線上運行來說真的有很大意義，為什么一直問這問題？我是認為JVM調優意義不大，如果把調記憶體啥的算調優就不談了，

說jvm的記憶體模型前先了解一下物理計算機的記憶體處理，物理計算器上用戶磁盤和cpu的互動，由于cpu讀寫速度速度遠遠大于磁盤的讀寫速度速度，所以有了記憶體（高速快取區），但是隨著cpu的發展，記憶體的讀寫也跟不上cpu的讀寫速度了，cpu的產商就給每個cpu加入了一個高速快取，也就是下面的結構，

JVM組成決議

1. 運行時資料區
   運行時資料區中包括：堆疊、堆、方法區（元空間）、本地方法堆疊、程式計數器，詳細概念在之后會有記錄，
2. 類裝載子系統
   將位元組碼檔案加載進運行時資料區，
3. 位元組碼執行引擎

堆疊和堆疊幀

在Java中，每開啟一個執行緒，虛擬機就會為其分配一個堆疊空間和一個程式計數器，堆疊空間內又包含這個執行緒所要執行的每個方法對應的堆疊幀，
先來看一段簡單的代碼：

public class StackDemo {
    public static void main(String[] args) {
            StackDemo sd = new StackDemo();
            int number = sd.compute();
            System.out.println("計算之后結果是："+number);
        }

        public int compute(){
            int a = 1;
            int b = 2;
            int c = (a + b) * 10;
            return c;
        }
}

JVM指令碼：

對生成的class檔案進行反編譯，生成對應的JVM指令碼：

使用javap -c StackDemo.class命令，表示將這個class檔案反編譯并將反編譯，并直接輸出指令碼到控制臺，

public class com.jdc.demo.StackDemo {
  public com.jdc.demo.StackDemo();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: new           #2                  // class com/jdc/demo/StackDemo
       3: dup
       4: invokespecial #3                  // Method "<init>":()V
       7: astore_1
       8: aload_1
       9: invokevirtual #4                  // Method compute:()I
      12: istore_2
      13: getstatic     #5                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      16: new           #6                  // class java/lang/StringBuilder
      19: dup
      20: invokespecial #7                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
      23: ldc           #8                  // String 計算之后結果是：
      25: invokevirtual #9                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      28: iload_2
      29: invokevirtual #10                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
      32: invokevirtual #11                 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
      35: invokevirtual #12                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      38: return

  public int compute();
    Code:
       0: iconst_1 //將int型別的常量1壓入到運算元堆疊中，
       1: istore_1 //將int型別值 存入到區域變數1 這里指的是a
       2: iconst_2 //將int型別的常量2壓入到運算元堆疊中，
       3: istore_2 //將int型別值 存入到區域變數2 這里指的是b
       4: iload_1 //從區域變數1中裝載int型別值入堆疊，
       5: iload_2 //從區域變數2中裝載int型別值入堆疊，
       6: iadd //將堆疊頂的兩個int型別數相加，結果重新入堆疊，
       7: bipush        10 //往堆疊中壓入10
       9: imul //將堆疊頂的兩個int型別數相乘，結果重新入堆疊，
      10: istore_3 //將int型別值 存入到區域變數3 這里指的是c
      11: iload_3 //從區域變數3(c)中裝載int型別值入堆疊，(是為了return)
      12: ireturn //回傳
}

不難看出這一段中就是我們剛才寫的簡單的StackDemo類，可以通過查Oracle官方提供的指令碼決議，網上也有很多，這里我已將compute()方法用到的指令意思標明到注解中，
看一下compute()方法的注釋中的執行程序，

再來結合圖看看執行程序：

    堆疊的資料結構：FILO
   上述圖中main執行緒中有兩個方法，main()方法和一個負責計算數字的compute()方法，具體執行程序如下：

1. main執行緒啟動之后，先執行main()方法，執行main()方法的時候給它在堆疊空間中開辟出一塊新的空間（堆疊幀），
2. main()方法內部的區域變數的創建就是在這個堆疊幀中存放，但是要注意的是這里的區域變數是物件的話，它的值并不是存放在區域變數表中，而是在堆中存放具體，這里指向堆中對應的地址，之前第一節的圖一中可以看出，堆疊中有很多指向堆的物件參考，
3. 等main()方法執行到呼叫compute()方法的那一步，執行緒調起compute()方法這時候compute()方法進堆疊，同樣為它分配一塊堆疊幀存放它自己的區域變數，
4. 等這個compute()方法執行完成自己的邏輯，就退出整個堆疊compute()方法出堆疊
5. 這個時候回傳并繼續執行main()方法中接下來的操作，

區域變數表

如上節圖中以及執行程序中可以看出，區域變數表和運算元堆疊配合完成對資料處理的操作，
比如int a=1，
在指令碼中分為三步：

• 把這個1就是先放入運算元堆疊，
• 同時給a這個變數在區域變數表中申請了一小塊地方來存放，
• 然后將1從運算元出堆疊，并賦值給區域變數表中的a，完成賦值操作，

運算元堆疊

如堆疊那一節圖中以及執行程序中可以看出，區域變數表和運算元堆疊配合完成對資料處理的操作，
比如int a=1，
在指令碼中分為三步：

• 把這個1就是先放入運算元堆疊，
• 同時給a這個變數在區域變數表中申請了一小塊地方來存放，
• 然后將1從運算元出堆疊，并賦值給區域變數表中的a，完成賦值操作，

動態鏈接

動態鏈接：方法是存放在方法區中的，方法加載到方法區的對應的入口記憶體地址（其他方法呼叫的時候）通過動態鏈接就可以很方便的知道對應方法的代碼在方法區內的地址，

方法出口

compute()方法執行完之后回傳到main()方法中，這個時候繼續從main()方法中呼叫compute()方法的下一句開始執行，而不是重新從main()方法的第一句開始執行，這個就是方法出口，

程式計數器

程式計數器，很簡單但是又很重要的一個設計，

每個執行緒開啟都會有一個程式計數器，如上和堆疊幀章節中生成的jvm指令碼，最左邊有數字0 1 2…，這個值就是給程式計數器的，

為什么要設計程式計數器？

程式計數器作用：因為Java是多執行緒執行，所以就存在執行緒優先級高低之分，如果在這個執行緒執行程序中，有一個優先級更高的執行緒過來搶占CPU資源，等優先級高的那個執行緒執行完成之后，再將CPU資源還給當前執行緒，當前執行緒就是通程序式計數器才能知道目前它執行到哪一步，

堆記憶體

堆記憶體是最重要也是最復雜的一部分，這里面不僅要負責創建新的物件，還要負責gc，判斷一個系統性能的重要指標之一就是程式員對堆記憶體的管理，因為大部分的JVM調優都會提到堆記憶體，

先介紹一下堆記憶體的構成：

1.創建物件都會放在年輕代的Eden區，當Eden區物件放滿之后，這時候虛擬機會進行gc，但是這里的gc并不是full gc，而是minor gc，就是只清理年輕代的物件，而不管老年區的物件，這時候就要提一下GCRoots根節點（執行緒堆疊中的本地變數，靜態變數，本地方法堆疊的變數等），當需要進行gc之前，jvm會根據Eden中的每一個GCRoots根節點去找它底下的參考，一層一層往下找，直到找到最后一個物件沒有其他參考，這時候虛擬機會將這整個程序中的所有物件看做是非垃圾物件，

2.在gc的時候會將這些非垃圾物件賦值到S1區，然后將Eden區中剩余的沒有參考的垃圾物件清理，清理完成之后，Eden區空出來了，有用的物件現在都存放在S1中，然后將S1和S2替換（之前是Eden和S1配合，目下一次的gc就是Eden和S2配合），第二次進行gc的時候，會對Eden區和剛才的S1區進行和第一次gc同樣的操作…每次gc之后，活下來的物件年齡會+1，進行一定次數的gc之后，也就是說這個幸存者物件年齡達到足夠大，這時候虛擬機會將它放入老年代，------->使用java自帶工具查看jvisualvm

3.當老年區裝滿之后，jvm會進行一次非常耗時的full gc，這個時候程式整個是沒辦法繼續進行的，當full gc完了之后，如果順利，程式將繼續執行，只是性能上有一些損耗，因為常說的jvm調優說白了就是減少gc次數和減少每次gc時間（可以設定初始堆大小，，，等等），如果目前老年代中的物件還都是非垃圾物件，那么就會出現OOM記憶體溢位，

這里提一下jvm的垃圾回收演算法

垃圾回收演算法有四種，一一介紹一下：
1、標記-清除：最基礎的也是最簡單，最容易實作的一種演算法，分為兩階段，第一階段標記已經沒有參考的物件（垃圾），第二階段清除，
優點：方便，
缺點：產生記憶體碎片，因為你并不知道一塊兒記憶體上邊哪里的是垃圾，哪里的是非垃圾，所以清理完之后會存在很多記憶體碎片，

2、復制演算法：是目前新生代還在使用的方法，但是現在的使用時經過優化的（8:1:1），它的實作是將一塊記憶體分成大小相同的兩塊，每次使用一塊，當這塊記憶體滿了的時候，將它上邊還存活的物件移動到另一塊記憶體上，，，回圈使用，
缺點：記憶體使用不充分，花了100塊錢，卻只能享受50塊錢的服務，

3、標記-整理：這種演算法和第一種標記清除差不多，都是第一階段先對垃圾物件進行標記，但是標記整理的第二階段不是立即清理，而是先將存活的物件向一邊移動，然后最后清理掉垃圾物件那邊的記憶體，

4、分代收集：目前jvm使用最多，大概就是對新生代使用復制演算法，而對老年區采用的是標記整理演算法，因為新生代時時刻刻都在產生物件，所以非常容易滿，這也就以為著它需要經常進行清理，所以采用復制演算法，但它的復制演算法不是講記憶體分成1:1的兩塊，而是默認分為8:1:1

可以通過java自帶的jvisualvm來看一下記憶體的變化

這里只附上一張圖，因為它上邊的監控都是動態變化的，而且理論上邊也已經記錄清除，有興趣的小伙伴可以自己去試試，
代碼：

public class Test{

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        List<Test> list = new ArrayList<Test>();
        //死回圈，讓一直創建物件，并且都是有參考物件
        while (true){
            list.add(new Test());
            Thread.sleep(10);
        }
    }
}

win+R—>cmd—>jvisualvm
上圖：

提一下關于jvm調優

STW：stop the word 意思就是在gc的時候，程式執行緒是暫停的，這個時候就看垃圾多不多了，如果多的話，gc要執行的時間就長，這個時候用戶的體驗就會非常差，
jvm調優：減少STW次數和時間，但是STW是必須得要的，這是java的設計機制，和程式計數器一樣，非常巧妙，

原因：可以從本文第一張圖看到，拿堆疊和堆來舉例子，堆疊中的方法有關于物件的參考，而這個參考正是指向堆中的，當gc的時候是通過這個GCRoots根來一步一步找到堆，然后再從堆中找下一個參考，比如一個專案中，物件是在不斷創建（電商專案中搞活動大促銷搶東西的前幾秒），這中時候，一秒鐘創建的物件可能是幾十MB的，再加上關聯的訂單物件創建、購物車、等等一系列，如果這個時候我gc一次，gc是需要時間的，它的時間和STW時間一樣，但是如果沒有STW，我在這次gc開始前，還有成千上萬個物件正在創建的程序中（這個時候它們有參考，比如創建的訂單物件依賴購物車物件），這個時候gc完成了，會將執行緒中堆疊中的方法堆疊幀釋放掉，釋放掉堆疊幀之后，自然就沒有方法的區域變數表了，又因為我開始就是通過區域變數表中的某個物件作為GCRoots根往下找參考的，如果沒有STW時間，在gc執行完之后我這個物件本來不是垃圾，但是它現在的GCRoots根的沒有了，自然沒有了參考，這個時候我這個物件就成為了垃圾，還沒用就成了垃圾，那程式肯定就會GG，，，

方法區

主要存放的是常量、靜態變數以及類資訊，

本地方法堆疊

執行非java本地代碼（native關鍵字）的方法，

最后

感謝你看到這里，文章有什么不足還請指正，覺得文章對你有幫助的話記得給我點個贊，每天都會分享java相關技術文章或行業資訊，歡迎大家關注和轉發文章！

文章到此就結束了！

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