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JVM總結

2023-02-28 07:20:00 後端開發

JVM總結

目錄
  • JVM總結
    • 1. 記憶體結構
      • 執行緒私有區
      • 執行緒共享區
      • 堆疊的區別
      • 獲取堆記憶體資料
    • 2. 垃圾回收
      • 垃圾回識訓制
      • 垃圾回收演算法
      • 分代垃圾回收的程序
      • 判斷一個物件是否為垃圾
      • 參考型別
    • 3. 物件分配
      • 物件在記憶體中如何分配
      • 物件如何從年輕代進入老年代
    • 4. 垃圾收集器
      • 常見的垃圾收集器
      • CMS的垃圾回收程序
      • G1垃圾回收器引數
    • 5. 類加載器
      • 類加載器的流程
      • 常用的類加載器
      • 雙親委派機制
    • 6. JVM調優
      • 需要調優的場景
      • 調優步驟
      • 調優引數

1. 記憶體結構

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執行緒私有區

程式計算器

  • 作用：是一塊較小的記憶體空間，存盤的是當前執行緒所執行的位元組碼檔案的序號
  • 特點：執行緒私有，不會出現記憶體空間溢位

虛擬機堆疊

虛擬機堆疊是管理JAVA方法執行的記憶體模型，每個方法執行時都會創建一個當前堆疊楨，在當前堆疊楨里面存盤方法的區域變數表,運算元堆疊，動態鏈接方法，回傳值，回傳地址等資訊，堆疊大小決定了方法呼叫的可達深度（遞回多少層，嵌套呼叫多少層其他方法，在idea中，-Xss引數可以設定虛擬機堆疊的大小）

  • 是執行緒私有的
  • 區域變數表存放了編譯期可知的所有基本資料型別（byte,short,int,long,float,double,boolean,char），以及物件參考
  • 堆疊太小或者方法呼叫過深都將拋出StackOverFlowError例外

本地方法堆疊

為本地語言服務的堆疊，Native方法服務

執行緒共享區

堆記憶體

存放物件實體的區域，物件，陣列，以及常量池（從java7開始常量池也會使用堆記憶體）

堆記憶體從GC角度可以分為：新生類(Eden區，From Survision區和To Survision區)，老年代，永久代（在Java8的時候被移除了）

特點：是執行緒貢獻，需要考慮執行緒安全問題，同時會產生記憶體溢位問題

-Xms 設定最小堆記憶體大小（不能小于1024K）

-Xmx:設定最大堆記憶體大小（不能小于1024K）

方法區

用于存盤已被虛擬機加載的類資訊，常量，靜態變數，即時編譯器編譯后代碼等資料

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特點：

  • 是一塊執行緒共享的記憶體區域
  • 方法區的大小決定了系統可以保存多少個類，如果系統定義了太多的類，導致方法區溢位，虛擬機同樣會拋出記憶體溢位的錯誤
  • 現在說的方法區一般是指元資料區(元空間Metaspace，java8的時候添加的),如果不指定大小，默認情況下，虛擬機會耗盡系統的可用記憶體

堆疊的區別

  • 存盤的東西不同，堆疊記憶體存盤區域變數和方法呼叫，而堆記憶體存盤物件，包括成員變數，區域變數，還有類變數
  • 共享不同，堆疊記憶體是執行緒私有的，堆記憶體是所有執行緒共有的
  • 例外錯誤不同：堆疊空間不足：java.lang.StackOverFlowError，堆空間不足：java.lang.OutOfMemoryError，
  • 大小不同，堆疊空間小于堆空間

獲取堆記憶體資料

java.lang.Runtime類中包含了與記憶體先關的方法

獲取剩余空間的的位元組數：Runtime.freeMemory()

獲取總記憶體的位元組數：Runtime.totalMenory()

2. 垃圾回收

垃圾回識訓制

在Java中，程式員不需要顯示的去釋放一個物件的記憶體，而是由虛擬機自動去執行，在JVM中，有一個垃圾回收執行緒，他是低優先級的，在正常情況下是不會執行的，只有在虛擬機空閑或者在堆記憶體不足時才會觸發執行，掃描那些被視為垃圾的物件，將他們添加到回收的集合中進行回收，也可以進行手動回收，通過System.gc(),通知GC運行

垃圾回收演算法

  • 標記清除法

    標記出所有需要回收的物件，在標記完成后，統一回收的被標記的物件

    優點：速度比較快

    缺點：會產生記憶體碎片，碎片過多，仍會使得連續空間變少

  • 標記整理

    標記出所有需要回收的物件，在標記完成后統一進行整理，將存活物件進行一端移動，減少記憶體碎片，效率相對較低

    優點：無記憶體碎片

    缺點：效率較低

  • 復制演算法

    開辟兩份大小相等的空間，一份空間始終空著，垃圾回收時將存活物件拷貝進空閑時間

    優點:無記憶體碎片

    缺點:占用空間多

  • 分代回收

根據物件的存活周期不同，將物件劃分為幾塊，比如堆記憶體的新生代和老年代，然后根據各個年代的特點采用最合適的演算法進行回收；

新生代物件的存活時間比較短，因此使用的是復制演算法，老年代物件存活的時間比較長，因此使用的是標記清除或者標記整理

分代垃圾回收的程序

分代垃圾回收器分兩個區,新生代和老年代，新生代默認占1/3，老年代占2/3

新生代使用復制演算法，新生代里面又分3個區(Eden,To Survivor, From Survicior)默認占比是8:1:1，當Eden區滿了之后就會觸發第一次MinorGC，將Eden區和From區存活的物件復制到To Survivor區域，然后to Survivor區域和From Survivor互換，原來的To Servivor區域成為下一次的From Survivor區域，然后清空Eden和From Survivor區中的物件，From中的物件每經過一次MinorGC，他的年齡值就會加1，達到15的移動到老年代，這里使用了復制演算法，老年代滿了或者是超過了臨界值則會觸發完全垃圾回收

判斷一個物件是否為垃圾

參考計數法

堆中每個物件實體都有一個參考計數，當一個物件被創建的時候，且將這個物件實體分配給一個變數，該變數計數設定為1，當任何其他變數被賦值為這個物件的參考時，計數加1，但當一個物件實體的某個參考超過了生命周期，或者被設定為一個新值時，這個物件實體的參考計數將會減1，任何參考計數為0的物件都是可以被當做垃圾收集的物件，也就是一個垃圾，參考計數法容易產生回圈參考的問題，如果兩個物件相互參考，那么他們的參考就會一直存在，導致一直無法回收，為了解決這個問題，下面引入了可達性分析法

可達性分析演算法

可達性分析演算法又叫做根搜索法，就是通過一系列的稱之為“GC Roots”的物件作為起始點，從這些節點開始向下搜索，搜索走過的路徑被稱為（Reference Chain）影響鏈，當一個物件到GC Roots沒有任何鏈相連時（即從 GC Roots節點到該節點是不可達的），則這個物件就是可以被當做垃圾收集的物件，也就是一個垃圾

可以被作為GC Roots的物件

  • 虛擬機堆疊中參考的物件
  • 方法區靜態成員的參考物件
  • 方法區常量的參考物件
  • 本地方法堆疊參考的物件

參考型別

  • 強參考

    默認宣告的就是強參考，只要強參考存在，垃圾回收器就永遠不會回收該物件，哪怕記憶體不足時也不會去回收，所以強參考是造成Java記憶體泄漏的主要原因，如果想回收某個物件可以將值賦值為null,切斷強參考關系

  • 軟參考：一些非必需但是仍有用的物件，通過SoftReference實作，在記憶體足夠的時候，軟參考物件不會回收，在記憶體不足時則會回收，當回收了軟參考物件記憶體還是不足時，會拋出記憶體溢位例外

  • 弱參考：比軟參考的參考強度更低一些，通過WeakReference實作，無論記憶體是否足夠，JVM都會被進行垃圾回收

  • 虛參考：最弱的參考關系，通過PhantomReference類實作，每次垃圾回收都會被回收，主要用于跟蹤物件的垃圾回收狀態，虛參考的物件始侄訓傳一個null,虛參考物件始終和參考佇列一起使用，當一個物件還存在虛參考時，會被加入到參考佇列中，jvm通過參考佇列是否包含這個虛參考來了解這個物件是否將要被進行垃圾回收

3. 物件分配

物件在記憶體中如何分配

物件優先在Eden區中分配，當Eden區沒有足夠的空間時，會觸發垃圾回收，把存活的物件移動到Survicor空間，如果Survivor空間也滿了，則會把部分物件移動到老年代中，如果物件太大，是一個大物件，則這個物件會直接分配到老年代，不會發生GC

物件如何從年輕代進入老年代

  • 物件年齡夠老，默認是15，可以通過XX:MaxTenuringThreshold設定,復制到老年代，同時年齡加1
  • 大物件會直接分配到老年代，大物件的定義和具體的JVM版本，堆大小，垃圾回收策略有關，一般為2K~128k,可以通過XX:pretenureSizeThreshold設定其大小

4. 垃圾收集器

JVM針對新生代和老年代分別提供了不同的垃圾收集器，新生代有Serial,ParNew,Parallel Scavenge,針對老年代提供的垃圾收集器有Serial Old，Parallel Old，CMS，還有針對不同區域的G1磁區收集演算法

常見的垃圾收集器

Serial垃圾收集器

Java虛擬機運行在Client模式下的新生代的默認垃圾收集器，基于復制演算法實作，是一個單執行緒收集器，在進行垃圾收集時，必須暫停其他所有作業執行緒，直到垃圾收集結束，Serial收集器對于但CPU運行環境來說，沒有執行緒互動開銷，可以獲得最高的單執行緒垃圾收集效率

ParNew垃圾收集器

Java虛擬機運行在Server模式下，新生代的默認垃圾收集器，基于復制演算法實作，采用多執行緒模式作業，在進行垃圾收集時，必須暫停其他所有作業執行緒，直到垃圾收集結束，ParNew垃圾收集器默認開啟與CPU同等數量的執行緒進行垃圾回收，可以通過-XX:ParallelGCThreads引數調節作業執行緒數

Parallel Scavenge垃圾收集器

Parallel Scavenge垃圾收集器是為提高新生代垃圾收集效率而設計的垃圾收集器，基于復制演算法實作，采用多執行緒，在系統吞吐量上有很大的優化，，可以更高效的利用CPU完成垃圾回收任務，Parallel Scavenge提供了三個引數用于調節，控制垃圾回收的停頓時間及吞吐量，分別是：控制足最大垃圾收集停頓時間：-XX:MaxGCPauseMillis，控制吞吐量大小：-XX:GCTimeRation，控制是否開啟自適應調節策略：UseAdaptiveSizePolicy

Serial Old垃圾收集器

Serial Old是JVM運行在Client模式下，老年代的默認垃圾收集器，Serial Old是Serial的老年代實作，同Serial一樣采用單執行緒執行，不同的是Serial Old基于標記整理演算法實作

Parallel Old垃圾收集器

Parallel Old垃圾收集器采用多執行緒并發進行垃圾回收，基于標記整理法實作，在設計上優先考慮系統吞吐量，其次考慮停頓時間等因素

CMS垃圾收集器

CMS垃圾收集器是為老年代設計的垃圾收集器，其主要目的是達到最短時間的垃圾回收停頓時間，基于執行緒的標記清除演算法實作

CMS的垃圾回收程序

  • 初始標記：只標記GC Roots直接關聯的物件，速度很快，需要暫停所有作業執行緒
  • 并發標記：和用戶一起作業，執行GC Roots跟蹤標記程序，不需要暫停作業執行緒
  • 重新標記：為了確保并發標記的正確性，重新標記已經標記的物件，需要暫停作業執行緒
  • 并發清除：和用戶執行緒一起作業，執行清除GC Roots不可達物件的任務，不需要暫停作業執行緒

G1垃圾收集器

G1垃圾收集器是為了避免全區域垃圾收集引起的系統停頓，將堆記憶體劃分大小固定的幾個獨立區域，獨立使用這些區域跟蹤垃圾收集進度，同時在維護一個優先級串列，根據系統允許的最長垃圾收集時間，優先回收垃圾最多的區域，相對于CMD垃圾收集器，G1垃圾收集器不產生記憶體碎片，可以精確的控制停頓時間，在不犧牲吞吐量的前提下實作停頓垃圾回收

G1垃圾回收器引數

  • -XX:MaxGCPauseMillis:暫停毫秒級，默認200毫秒
  • -XX:G1HeapRegionSize:區域大小，默認最多2048塊，每塊的大小需要為2的冪次方，最大為32M
  • -XX:G1NewSizePercent:新生代的最低百分比，默認5%
  • -XX:G1MaxNewSizePercent:新生代的最大百分比，默認60%

5. 類加載器

類加載器負責將class檔案加載到java虛擬機中，并為之創建一個Class物件

類加載器的流程

  • 加載:將class檔案加載到記憶體中，將靜態資料結構轉化成方法區中運行時的資料結構，在堆中生成一個代表這個類的物件，作為資料訪問的入口
  • 驗證：確保加載的類符合JVM規范和安全，保證被效驗類的方法在運行時不會做出危害虛擬機的事件，做一個安全檢查
  • 準備：為static變數在方法區中分配記憶體空間，設定變數的初始值，注意只設定靜態變數，不包括實體變數，實體變數在物件初始化時賦值
  • 決議:虛擬機將常量池內的符號參考替換為直接參考的程序，符號參考中的符號可以是任何形式的字面量，只要能無歧義的定位到目標即可，直接參考是可以直接指向目標的指標，相對偏移量或者間接定位到目標的句柄
  • 初始化：初始化類變數和其他資源
  • 使用
  • 卸載：GCh將物件從記憶體中卸載

常用的類加載器

  • 啟動類加載器(Bootstrap ClassLoader):虛擬機內置類加載器，加載java核心類別庫，如JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar,resources.jar,sun.boot.class.path，使用C+/C++實作,他沒有父類加載器，是擴展類加載器和應用程式加載器的父類加載器
  • 擴展類加載器(Extension classLoader):由java語言撰寫，從系統屬性java.ext.dirs目錄中或者JDK安裝目錄JRE/lib/ext加載類別庫
  • 應用程式類加載器(Application ClassLoader):應用程式類加載器，負責加載用戶類路徑上所指定的類，我們程式中默認的類加載器,可以通過ClassLoader#getSystemClassLoader()獲取并操作這個加載器

雙親委派機制

雙親委派機制是當一個類加載器需要加載一個位元組碼檔案時，首先會把這個任務委托給他的上級類加載器，上級類加載器又交給他的上級，以此遞回，直到上級類加載器不能加載該位元組碼檔案，然后再自己去加載這個位元組碼檔案，如果自己也無法加載則拋出ClassNotFoundException例外，這樣做的好處是防止一個位元組碼檔案多次加載，保證了資料的安全性，即使重復加載了也不會是同一個class物件

6. JVM調優

在調優之前要先明確是否需要使用JVM調優，因為大多數Java應用是不需要調優的，大多數導致GC問題的原因是代碼層面的問題，比如創建的物件數量過多，使用了大量的全域變數和大物件

需要調優的場景

  • Heap記憶體(老年代)持續上漲，達到設定的最大記憶體值
  • Full GC次數頻繁
  • GC停頓時間過長
  • 應用出現OutOfMemory等記憶體例外
  • 系統吞吐量不高

調優步驟

  • 分析GC日志和Demp檔案，判斷是否需要優化，確定瓶頸問題點
  • 確定JVM調優量化目標
  • 調整JVM調優引數，包括記憶體，延遲，吞吐量
  • 觀察調優前后的差異，不斷分析和調整，找到最合適的引數
  • 將這些引數應用到服務器

調優引數

語法

  • -XX:+ ' +'表示啟用該選項
  • -XX:- '-'表示關閉該選項
  • -XX:= '='給選項設定一個數字型別的值，可跟隨單位，例如:m和M表示兆位元組，k和K表示k位元組，g和G表示千兆位元組

引數示例

-Xms4g:設定最小堆記憶體大小為4g,堆記憶體初始大小
-Xmx4g：設定最大堆記憶體大小為4g,堆記憶體最大值
-Xmn1200m:設定年輕代大小為1200MB，增大年輕代后，將會減小老年代的大小，這個值對系統性能較大，官方推薦配置為整個堆的3/8
-Xss512K:設定每個執行緒的堆疊大小，JDK5.0后每個執行緒堆疊大小為1MB,以前為256K，值越小，能創建的執行緒越多
-XX:NewRatio=4:設定年輕代與老年代的比值為1:4，年輕代占整個堆疊的1/5
-XX:SurvivorRatio=8:設定年輕代中Eden區和Survivor區的比值為2:8，一個Survivor區占整個年輕代的1/10
-XX:MaxTenuringThreshold=15:設定Survivor區中物件年齡的最大值為15，超過這個值則進入老年代，如果設定為0，則年輕代不經過Survivor，直接進入老年代
-XX:+UseParNewGC:年輕代
-XX:+UseConcMarkSweepGC:老年代

常用調優引數

-Xms:初始化堆記憶體大小，默認為物理記憶體的1/64(小于1G)
-Xmx:堆記憶體的最大值，默認(MaxHeapFreeRation引數可以調整)空余堆記憶體大于70%時，JVM會減少堆直到-Xms的最小限制
-Xmn:新生代大小，包括Eden和兩個Survivor區
-XX:MaxDirectMemorySize=1G:直接記憶體，報java.lang.OutOfMemoryError:Direct buffer memory例外時可以上調這個值
-XX:+DisableExplicitGC:禁止運行期間顯示的呼叫System.gc()來觸發full GC
-XX:CMSlnitiatingOccupancyFraction=60：老年代記憶體回收閾值，默認為68
-XX:ConcGCThreads=4:CMS垃圾回收器并行執行緒數，推薦值為CPU核心數
-XX:ParallelGCThreads=8:新生代并行收集器的執行緒數
-XX:MaxTenuringThreshold=10:Survivor區的最大年齡值，超過就會進入老年代

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  • Java-SpringBoot-Range請求頭設定實作視頻分段傳輸

    老實說，人太懶了，現在基本都不喜歡寫筆記了，但是網上有關Range請求頭的文章都太水了 下面是抄的一段StackOverflow的代碼...自己大修改過的，寫的注釋挺全的，應該直接看得懂，就不解釋了 寫的不好...只是希望能給視頻網站開發的新手一點點幫助吧. 業務場景：視頻分段傳輸、視頻多段傳輸（理 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:42 more
  • Windows 10開發教程_編程入門自學教程_菜鳥教程-免費教程分享

    教程簡介 Windows 10開發入門教程 - 從簡單的步驟了解Windows 10開發，從基本到高級概念，包括簡介，UWP，第一個應用程式，商店，XAML控制元件，資料系結，XAML性能，自適應設計，自適應UI，自適應代碼，檔案管理，SQLite資料庫，應用程式到應用程式通信，應用程式本地化，應用程式 ......

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