JVM

JVM 规范是一种高度抽象行为的描述，而不是具体虚拟机的实现，有很多根据规范实现的具体的虚拟机，如 Oracle 的 Hotspot。Java 虚拟机是 Java 语言实现硬件无关、操作系统无关的关键部分。Java 虚拟机和java 语言没有必然的联系，它只是与特定的二进制文件 class 文件有关联。class 文件是一种能够被 Java 虚拟机所执行的二进制文件，常常以文件的形式存储。

JVM 规范

Animorphic Smalltalk 虚拟机 -> Hotspot 虚拟机

JVM 64bit 没有 client 模式 只有 server 模式

JVM 的数据类型也分为两种：基本类型、引用类型。

Java 虚拟机希望尽可能多的类型检查能在程序运行之前完成，换句话说，编译器应当在编译 期间尽最大努力完成可能的类型检查，使得虚拟机在运行期间无需进行这些操作。

运行时数据区

Java 虚拟机定义了若干种程序运行期间会使用到的运行时数据区，其中有一些会随着虚拟机启动而创建，随着虚拟机退出而销毁。另外一些则是与线程一一对应的，这些与线程对应的数据区域会随着线程开始和结束而创建和销毁。

虚拟机定义的运行时数据区，就是我们常说的内存结构。

运行时数据区中的有些数据是一直存在的，被所有的线程共享，而有些数据是线程私有的，随着线程开始而创建，结束而销毁。

• 公有部分包括：方法区、运行时常量池、Java堆。
• 私有部分包括：Java虚拟机栈、本地方法栈、PC寄存器。

方法区 （线程共享）元空间

在Java虚拟机中，方法区(Method Area)是可供各条线程共享的运行时内存区域。它存储了每一个类的结构信息，例如运行时常量池(Runtime Constant Pool)、字段和方法数据、构造函数和普通方法的字节码内容、还包括一些在类、实例、接口初始化时用到的特殊方。

在HotSpot虚拟机中，JDK1.7版本称其为永久代（Permanent Generation），而在JDK1.8则称之为元空间（Metaspace）。

可能有异常

• OutOfMemoryError

如果方法区的内存空间不能满足内存分配请求，那Java虚拟机将抛出一个OutOfMemoryError 异常。

运行时常量池 （分配在方法区内）

运行时常量池(Runtime Constant Pool)是每一个类或接口的常量池(Constant_Pool)的运行时表示形式，每一个运行时常量池都分配在 Java 虚拟机的方法区之中，在类和接口被加载到虚拟机后，对应的运行时常量池就被创建出来。

JAVA 堆 （线程共享）

在 Java 虚拟机中，堆(Heap)是可供各条线程共享的运行时内存区域，也是供所有类实例和数组对象分配内存的区域。

可能有异常

• OutOfMemoryError

如果实际所需的堆超过了能提供的最大容量，那Java虚拟机将会抛出一个OutOfMemoryError 异常。

JAVA 虚拟机栈 （线程私有）

每一个虚拟机线程都有自己私有的虚拟机栈，这个虚拟机栈和线程是同时创建的，用于存储栈帧，就是用于存储局部变量与一些过程结果的地方。每一个方法在执行的时候都会创建一个栈帧，一个方法从开始调用到执行结束的过程，就对应一个栈帧从入栈到出栈的过程。

可能有两个异常

• StackOverFlowError
• OutOfMemoryError

Java8 中默认一个虚拟机栈的空间大小是 1MB 如果存放的栈帧太多导致1MB内存耗尽会 StackOverFlowError

如果在一开始申请分配 1MB 大小空间时内存不够，会OutOfMemoryError。

本地方法栈（线程私有）

如果 Java 虚拟机不支持 natvie 方法，并且自己也不依赖传统栈的话，可以无需支持本地方法栈，如果支持本地方法栈，那这个栈一般会在线程创建的时候按线程分配。

可能有两个异常

• StackOverFlowError
• OutOfMemoryError

程序计数器 PC 寄存器 （线程私有）

Java 虚拟机可以支持多条线程同时执行(可参考《Java 语言规范》第 17 章)，每一条 Java 虚拟机线程都有自己的PC(Program Counter)寄存器。在任意时刻，一条Java虚拟机线程 只会执行一个方法的代码，这个正在被线程执行的方法称为该线程的当前方法(Current Method)。如果这个方法不是 native 的，那 PC 寄存器就保存 Java 虚拟机正在执行的 字节码指令的地址，如果该方法是 native 的，那 PC 寄存器的值是 undefined。

栈帧 Frame

栈帧是存储数据和部分过程结果的数据结构，栈帧随着方法的调用而创建，方法的结束而销毁，在一个虚拟机线程中，只有当前正在执行的方法的栈帧是活动，这个栈帧叫做当前栈帧，这个正在执行的方法叫做当前方法。定义这个方法的类叫做当前类。

如果当前方法又调用了另一个方法，此时就不再叫当前方法，其对应的栈帧也不再是当前栈帧了。一个新方法被调用，新的栈帧会随着创建，该方法也就变成了当前方法，新的栈帧也就变成了当前栈帧。当前方法返回时。当前栈帧会将结果传回给前一个栈帧，结果返回后，这个当前栈帧就会销毁，前一个栈帧重新变成当前栈帧。

栈帧是线程本地私有的数据，不可能在一个栈帧之中引用另外一条线程的栈帧。

JVM 内存结构&内存模型

Oracle JVM 规范

Oracle JAVA 文档

博客园 JVM 规范解读

JVM 内存结构快问快答

https://crowhawk.github.io/2017/08/15/jvm_3/

• 生产环境内存溢出如何处理？
• 生产环境服务器该分配多少内存合适？
• 如何对垃圾回收器的性能进行调优？性能指标有哪些？
• 生产环境 cpu 负载飙高如何处理？
• 生产环境该给应用分配多少线程合适？

JVM 参数类型

• 标准参数 所有 JVM 实现均有 如：java -version java -server java -client

• -X 参数 如：-Xint -Xcomp -Xmixed

• -XX 非标准化参数

  • boolean 类型 表示启用/禁用参数

    -XX:[+]UseG1GC 启用 G1GC

    -XX:[-]UseCompressedClassPointers 禁用压缩类空间

  • key - value 类型

    -XX:GCTimeRatio=19

    -Xms -Xmx -Xss 都是 -XX 参数

    -Xms = -XX:InitialHeapSize 最小内存初始化的堆的大小

    -Xmx = -XX:MaxHeapSize 最大内存

    -Xss = -XX:ThreadStackSize 一个线程堆栈的大小

JVM 常见参数

-Xms

-Xmx

-Xss

-XX:NewSize

-XX:MaxNewSize

-XX:NewRatio

-XX:SurvivorRatio

-XX:MatespaceSize

-XX:MaxMatespaceSize

-XX:+UseCompressedClassPointers

-XX:CompressedClassSpaceSize

-XX:InitialCodeCacheSize

-XX:ReservedCodeCacheSize

垃圾收集器分类

• 串行 Serial：Serial、Serial Old
• 并行 Parallel：ParNew(Serial 的多线程版)、Parallel Scavenge、Parallel Old 吞吐量
• 并发 Concurrent：CMS G1 停顿时间

并行 VS 并发

• 并行：指的是多条垃圾收集线程 并行 工作，在进行垃圾回收时，用户的线程是处于等待状态。
• 并发：指用户线程与垃圾收集线程同时执行（但不一定是并行的，可能会交替执行），用户线程在继续运行。而垃圾收集线程运行在另一个CPU上。

吞吐量 VS 停顿时间

• 吞吐量：吞吐量就是 CPU用于运行用户代码的时间 与 CPU总消耗时间 的比值，即 吞吐量 = 运行用户代码时间 /（运行用户代码时间 + 垃圾收集时间）。 假设虚拟机总共运行了100分钟，其中垃圾收集花掉1分钟，那吞吐量就是99%。
• 停顿时间：垃圾回收器在做垃圾回收时中断应用执行的时间。

并行收集器

启用：-XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC

并发收集器

启用：

• CMS：-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC

• G1：-XX:+UseG1GC

查看 JVM 运行是的参数

-XX:+PrintFlagsFinal

-XX:+PrintFlagsInitial

结果中 = 表示默认值 := 表示修改后的值

JDK 常用命令行工具

• jps 类似 Linux 的 ps 只查看 java 进程
• jinfo
• jstat
• jstack

jinfo -flag 参数名 pid

在线堆分析

在线栈分析

在线GC日志分析

• 参考资料

• 参考资料

• 参考资料

Hotspot UseMaximumCompactionOnSystemGC

Openjdk UseParallelGC