JVM简介

JVM是Java Virtual Machine(Java虚拟机)的缩写,是实现java跨平台特性的关键。Java虚拟机在执行字节码时,把字节码解释成具体平台上的机器指令进行执行,这样实现了Java“一次编译,到处运行”。

JVM新生代

  1. 新生代=1个eden区+2个Survivor区
  2. -Xmn 年轻代大小(早期版本)
    -XX:NewSize, -XX: MaxNewSize (设置年轻代大小(for 1.3/1.4)默认值大小调整为个堆的3/8)
  3. -XX: NewRatio
    年轻代(包含Eden和两个Survivor区)与年老代的比值(除去持久代)Xms=Xmx并且设置了Xmn的情况下,改参数不需要设置。
  4. -XX.SurvivorRatio
    Eden区与Survivor区的大小比值,设置为8,则两个Survivor区与一个Eden区的比值为2:8,一个Survivor区占整个年轻代的1/10
  5. 用来存放JVM刚分配的Java对象。

Java年老代(tenured generation)

  1. 老年代=整个堆 - 年轻代大小 - 持久代大小
  • 年轻代中经过垃圾回收没有回收掉的对象被复制到年老代。
  • 老年代存储对象比年轻代年龄大的多,而且不乏大对象。
  • 新建的对象也有可能直接进入老年代
    • 大对象,可通过启动参数设置-XX: PretenureSizeThreshold=1024 (单位为字节,默认为0)来代表超过多大时就不在新生代分配,而是直接在老年代分配。
  • 大的数组对象,且数组中午引用外部对象。
  • 老年代大小无配置参数

Java持久代(perm generation)

  1. 持久代=整个堆 - 年轻代大小 - 老年代大小
  2. -XX:PermSize -XX:MaxPermSize
    设置持久代的大小,一般情况推荐把-XX:PermSize设置成XX:MaxPermSize的相同值,因为永久带大小的调整会导致堆内存需要触发fgc.
  3. 存放Class,Method元信息,其大小与项目的规模,类,方法的数量有关。一般设置为128M就足够,设置原则是预留30%的空间。
  • 永久代的回收方式
    • 常量池中的常量,无用的类信息,常量的回收很简单,没有引用了就会被回收。
    • 对于无用的类进行回收,必须保证三点:
      • 类的所有实例都已经被回收
      • 加载类的ClassLoader已经被回收
      • 类对象的Class对象没有被引用(即没有通过反射引用该类的地方)

JVM内存垃圾回收

JVM垃圾收集算法
  1. 引用计数算法
    每个对象有一个引用计数属性,新增一个引用时计数加1,引用释放时计数减1,计数为0时可以回收。此方法简单,无法解决对象互斥循环引用的问题,还有一个问题是如何解决精确计数。此种方式已经不再使用。
  2. 根搜索算法
    从GC Roots开始向下检索,搜索所走过的路径为引用链,当一个对象到GC链没有一个引用链相连时,则证明对象是不可用的,不可达对象。
    在Java语言中,GC Roots包括:
    • 虚拟机栈中引用的对象
    • 方法区中类静态属性实体引用的对象。
    • 方法区中常量引用的对象
    • 本地方法栈中JNI引用的对象
JVM垃圾回收算法
  1. 复制算法(Copying)
    复制算法采用从根集合扫描,并将存活的对象复制到一块新的,没有使用过空间中,这种算法当控件存活的对象比较少时,极为高效,但是此算法用于新生代内存回收,从E区回收到S0或者S1。
  • 标记清除算法
    标记-清除算法采用从根集合进行扫描,对存活的对象标记,标记完毕后,再扫描整个空间中未被标记的对象,进行回收。
    标记清除算法不需要进行对象的移动,并且仅对不存货的对象进行处理,在存活对象比较多的情况下极为高效,但是由于标记清除算法直接回收不存活的对象,因此会造成内存碎片。

  • 标记整理算法
    标记整理算法采用标记-清除算法一样的方式进行对象的标记,但在清除时不同,在回收不存活的对象占用空间后,会将所有存活对象往左端空闲空间移动,并更新对应的指针。标记整理算法是在标记清除算法的基础上,又进行了对象的移动,因此成本更高,但是却解决了内存碎片的问题。

  • 回收的方式

    • 串行回收:gc单线程内存回收,会暂停所有用户线程
    • 并行回收:收集是指多个gc线程并行工作,但此时用户线程是暂停的,所以 Serial是串行的,Parallel收集器是并行的,而CMS收集器是并发的。
    • 并发回收:是指用户线程同事执行(不一定是并行,可能交替,但总体上是在同时执行),不需要停顿用户线程——其实在CMS中用户线程还是需要停顿的,只是非常短,gc线程在另一个CPU上执行。

JVM的优化

JVM的调优,尽量的避免FULL GC。

  1. JVM堆配置参数

    • -Xms初始堆大小
      默认物理内存的1/64(<1GB)
    • -Xmx最大堆大小
      默认物理内存的1/4(<1GB),实际建议不大于4GB
    • 一般建议设置 -Xmx = -Xms
      好处是避免每次 在gc之后,调整堆的大小,减少系统内存分配开销。
    • 整个堆的大小=年轻代大小+年老代大小+持久代大小
  2. GC性能指标

    • 吞吐量 应用花在非GC上的时间百分比
    • GC负荷: 与吞吐量相反,指应用花在GC上的时间百分比
    • 暂停时间: 应用花在GC stop-the-world的时间
    • GC频率: GC频率
    • 反应速度:从一个对象成为垃圾到被回收的时间
    • 一个交互式的应用要求暂停时间越少越好,然而,一个非交互型的应用需要GC负荷越低越好
    • 一个实时系统对暂停时间和GC负荷的要求,越低越好。
  3. 内存容量配置原则

    • 年轻代大小选择

      • 响应时间优先的应用:尽可能设大,直到接近系统的最低响应时间限制,(根据实际情况选择),在此种情况下,年轻代收集发生的频率是最小的,同时,减少到达老年代的对象。

      • 吞吐量优先的应用: 尽可能的设置大,可能到达的Gbit的程度。因为对响应时间没有要求,垃圾收集可以并行进行,一般适合8CPU以上的应用。

    • 避免设置过小,当新生代设置过小会导致:

      • YGC次数更加频繁
      • 可能导致YGC对象直接进入旧生代,如果此时旧生代满了,会触发FGC
  • 年老代大小选择
    • 响应时间优先的应用: 年老代使用并发收集器CMS,所以大小需要小心设置,一般考虑并发会话率和会话持续时间等一些参数。如果堆设置小了,可能会造成内存碎片;高回收频率和应用暂停使用传统标记清除的方式;如果堆大了,则需要较长的收集时间。优化方案需要参考以下数据(通过GC log):

      • 并发垃圾收集信息
      • 持久代并发收集次数
      • 传统gc信息
      • 年轻代和年老代回收上的时间比例
    • 吞吐量优先的应用:一般吞吐量优先的应用都有一个很大的年轻代和一个较小的年老代,这样可以尽可能回收掉大部分短期对象,减少中期的对象,而年老代尽量存放长期存活的对象。

  • CMS(并发标记清除)回收器相关参数
    • 标记清除算法
      同时是一个使用多线程并发回收的垃圾收集器
    • -XX:ParallelCMSThreads
      手工设定CMS的线程数量,CMS默认启动的线程数是(ParallelGCThreads+3)/4
  • -XX:+UseConcMarkSweepGC开启
    使用ParNew+CMS+Serial Old的收集器组合进行内存回收,Serial Old作为CMS出现“Concurrent Mode Failure”失败后的后备收集器。
  • -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction
    设置CMS收集器在年老代空间被使用多少后触发垃圾收集,默认值是68%,仅在CMS收集器时有效,-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70
  • -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
    由于CMS收集器会产生碎片,此参数设置在垃圾收集后是否需要一次内存碎片整理过程,仅在使用CMS收集器时有效
  • -XX:+CMSFullGCBeforeCompaction
    设置CMS收集器在进行若干次垃圾收集后再次进行内存碎片整理过程,通常与UseCMSCompactAtFullCollection参数一起使用
  • -XX:CMSInitiatingPermOccupancyFraction
    设置Perm Gen使用到达多少比率时触发,默认92%

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