浅谈JVM原理及性能调优分享

Posted 2021-04-05 艾编程

JVM，熟悉JVM架构与GC垃圾回收机制以及相应的堆参调优，有过在linux进⾏系统调优的经验。本次课程的主题内容：

1、JVM组成结构

2、JVM体系结构概览

3、栈（Stak）

4、堆（Heap）

5、JVM垃圾收集（Java Garbage Collection）(下次教程分享)

6、GC三⼤算法(下次教程分享)

7、GC⾯试题(下次教程分享)

如上图以上操作

⼀、JVM组成结构谈谈

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JVM是运⾏在操作系统之上的，他与硬件没有直接的交互。

⼆、JVM体系结构概览

1. Class Loader类加载器

负责加载class⽂件，class⽂件在⽂件开头有特定的⽂件标示，并且ClassLoader只负责class⽂件的加载

2. Execution Engine执⾏引擎 负责解释命令，提交操作系统执⾏

3. Native Interface 本地接⼝

Java语⾔本身不能对操作系统底层进⾏访问和操作，但是可以通过JNI接⼝调⽤其他语⾔来实现对底层的访问。

4. Native Method Stack 本地⽅法栈

java在内存中专⻔开辟了⼀块区域处理标记为native的代码，他的具体做法是Native Method

Stack中登记native⽅法，在Execution Engine执⾏时加载native libraies。

5. Runtime Data Area 运⾏数据区

6. Method Area⽅法区

⽅法区是被所有线程共享，所有字段和⽅法字节码、以及⼀些特殊⽅法如构造函数，接⼝代码也在此定义。简单说，所有定义的⽅法的信息都保存在该区域，==此区属于共享区间==。⽤来保存装载的类的元结构信息。

==静态变量+常量+类信息+运⾏时常量池存放在⽅法区==

==实例变量存在堆内存中==

7. PC Register 程序计数器

每个线程都有⼀个程序计数器，就是⼀个指针，指向⽅法区中的⽅法字节码（下⼀个将要执⾏的指令代码），由执⾏引擎读取下⼀条指令，是⼀个⾮常⼩的内存空间，可以忽略不记

==栈管运⾏，堆管存储==

8. Java Stack 栈

栈也叫栈内存，主管Java程序的运⾏，是在线程创建时创建，它的⽣命期是跟随线程的⽣命期，线程结束栈内存也就释放，对于栈来说不存在垃圾回收问题，只要线程⼀结束该栈就Over，⽣命周期和线程⼀致，是线程私有的。基本类型的变量、实例⽅法、引⽤类型变量都是在函数的栈内存中分配

栈管运⾏，堆管存储 

三、栈（Stak）

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栈也叫栈内存，主管Java程序的运⾏，是在线程创建时创建，它的⽣命期是跟随线程的⽣命期，线程结束栈内存也就释放，对于栈来说不存在垃圾回收问题，只要线程⼀结束该栈就Over，⽣命周期和线程⼀致，是线程私有的。基本类型的变量、实例⽅法、引⽤类型变量都是在函数的栈内存中分配。

1 、栈存储什么

先进后出，后进先出即为栈

栈帧中主要保存3类数据

• 本地变量（Local Variables）：输⼊参数和输出参数以及⽅法内的变量；

• 栈操作（Operand Stack）：记录出栈、⼊栈的操作；

• 栈帧数据（Frame Data）：包括类⽂件、⽅法等。

2 、栈运⾏原理

栈中的数据都是以栈帧（Stack Frame）的格式存在，栈帧是⼀个内存去块，是

⼀个数据集，是⼀个有关⽅法（Method）和运⾏期数据的数据集，当⼀个⽅法A被调⽤时就产⽣⼀个栈帧F1，并被压⼊到栈中，

A⽅法调⽤了B⽅法，于是产⽣栈帧F2也被压⼊到栈，B⽅法调⽤了C⽅法，于是产⽣栈帧F3也被压⼊到栈。。。

执⾏完毕后，先弹出F3，再弹出F2，再弹出F1.。。。

遵循“先进后出/后进先出”的原则。

图示在⼀个栈中有两个栈：

栈2是最先被调⽤的⽅法，先⼊栈，

然后⽅法2调⽤了⽅法1，栈帧1处于栈顶的位置，

栈帧2处于栈底，执⾏完毕后，依次弹出栈帧1和栈帧2，线程结束，栈释放。

每执⾏⼀个⽅法都会产⽣⼀个栈帧，保存到栈（后进先出）的顶部，顶部栈就是当前的⽅法，该⽅法执⾏完毕后会⾃动将此栈帧出栈。

3、判断JVM优化是哪⾥

主要时优化堆

4、 三种JVM

1、Sun公司的HotSpot

2、 BEA公司的JRockit

3.、IBM公司的 J9 VM

四、堆（Heap）

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1 、堆内存示意图

2、新⽣区

新⽣区是类的诞⽣、成⻓、消亡的区域，⼀个类再这⾥产⽣，应⽤，最后被垃圾回收器收集，结束⽣命。新⽣去⼜分欸两部分：伊甸区（Eden Space）和幸存者区（Survivor Space），所有的类都是再伊甸区被new出来。幸存区⼜连个：0区和1区。当伊甸园的空间⽤完是，程序有需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进⾏垃圾回收（Minor GC），将伊甸园区中的不再被其他对象所引⽤的对象进⾏销毁。

然后将伊甸园区中的⽣于对象移动到幸存0区，若幸存0区也满了，再对该区进⾏垃圾回收，然后移动到1区。如果1区也满了，再移动到养⽼区。若养⽼区也满了，那么这时候将产⽣MajorGC（FullGC），进⾏养⽼区的内存清理。若养⽼区执⾏了FullGC后发现依然⽆法进⾏对象保存，就会产⽣OOM异常（OutOfMemoryError）。

如果出现 java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space 异常，说明java虚拟机的堆内存不够。原因有⼆：

1. Java虚拟机的对内存设置不够，可以通过参数-Xms、-Xmx来调整默认最⼤内存是机器的四分之⼀⼤⼩

2. 代码中创建了⼤量⼤对象，并且⻓时间不能被垃圾收集器收集（存在被引⽤）

==JDK1.8之后，永久代取消了，由元空间取代== 

3 、养⽼区

养⽼区⽤于保存从新⽣区筛选出来的JAVA对象，⼀般池对象都在这个区域活跃。

4、永久区

永久存储区是⼀个常驻内存区域，⽤于存放JDK滋⽣所携带的Class，Interface的元数据，也就是说它存储的是运⾏环境必须的类信息，被装载进此区域的数据是不会被垃圾回收器回收掉的，关闭JVM才会释放此区域所占⽤的内存。

如果出现 java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space ，说明是Java虚拟机对永久带Perm内存设置不够，⼀般出现这种情况，都是程序启动需要加载⼤量的第三⽅jar包。例如在⼀个Tomcat下部署了太多的应⽤。或者⼤量动态反射⽣成的类不断被加载，最终导致Perm区被沾满。

Jdk1.6之前：有永久代，常量值1.6在⽅法区

Jdk1.7：有永久代，但已经逐步“去永久代”，常量池1.7在堆

Jdk1.8之后：⽆永久代，常量池1.8在元空间

5、⼩总结

逻辑上堆由新⽣代、养⽼代、元空间构成、实际上堆只有新⽣和养⽼代；⽅法区就是永久代，永久代是⽅法区的实现

⽅法区（Method Area）和堆⼀样，是各个线程共享的内存区域，它⽤于存储虚拟机加载的类信息、普通常量、静态常量、编译器编译后的代码等，虽然JVM规范将⽅法区描述为堆的⼀个逻辑部分，但他却还有⼀个别名叫做Non-Heap（⾮堆），⽬的就是要和堆分开。对于HotSpot虚拟机，很多开发者习惯将⽅法区成为

“永久代”，但严格本质上说两者不同，或者说使⽤永久代来实现⽅法区⽽已，永久代是⽅法区（相当于⼀个接⼝Interface）的⼀个实现，JDK1.7的版本中，已经将原本放在永久代的字符串常量池移⾛。

常量池（Constant Pool）是⽅法区的⼀部分，Class⽂件除了有类的版本、字段、⽅法、接⼝等描述信息外，还有⼀项信息就是常量池，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

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