JVM总结

Posted 2020-12-03 juanjuankaikai

1. JVM堆结构

JVM整个堆大小=新生代+老年代+永久代

在JVM中堆空间划分如下图所示：

1.1 年轻代

        所有新生成的对象首先都是放在年轻代，年轻代的目标就是尽可能快速的收集掉那些生命周期短的对象。年轻代一般分3个区，1个Eden区，2个Survivor区（s0 和 s1）。大部分对象在Eden区中生成。当Eden区满时，还存活的对象将被复制到Survivor区（两个中的一个），当一个Survivor区满时，此区的存活对象将被复制到另外一个Survivor区，当另一个Survivor区也满了的时候从前一个Survivor区复制过来的并且此时还存活的对象，将可能被复制到年老代。2个Survivor区是对称的，没有先后关系，所以同一个Survivor区中可能同时存在从Eden区复制过来对象，和从另一个Survivor区复制过来的对象；而复制到年老区的只有从另一个Survivor区过来的对象，而且因为需要交换的原因，Survivor区至少有一个是空的。

        针对年轻代的垃圾回收即Young GC（YGC）。

1.2 年老代

       在年轻代中经历了N次（可配置）垃圾回收后仍然存活的对象，就会被复制到年老代中。因此，可以认为年老代中存放的都是一些生命周期较长的对象。

针对年老代的垃圾回收即Full GC。

1.3 持久代

       用于存放静态类型数据，如Java Class, Method 等。持久代对垃圾回收没有显著影响。但是有些应用可能动态生成或调用一些Class，例如Hibernate CGLib 等，在这种时候往往需要设置一个比较大的持久代空间来存放这些运行过程中动态增加的类型。

2. JVM调优参数总结

1） -Xmx

        设置最大堆内存的大小。

2） -Xms

        设置初始堆内存大小。此值可以设置与-Xmx相同，以避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配内存。

3） -Xmn

        设置年轻代内存大小。整个JVM内存大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小。持久代一般固定大小为64m，所以增大年轻代后，将会减小年老代大小。此值对系统性能影响较大，Sun官方推荐配置为整个堆的3/8。

4） -XX:NewRatio=4

        设置年轻代（包括Eden和两个Survivor区）与年老代的比值（除去持久代）。设置为4，则年轻代与年老代所占比值为1:4，年轻代占整个堆栈的1/5。

5） -XX:SurvivorRatio=4

        设置年轻代中Eden区与Survivor区的大小比值。设置为4，则两个Survivor区与一个Eden区的比值为2:4，一个Survivor区占整个年轻代的1/6。

6） -XX:MaxPermSize=16m

        设置持久代大小为16m。

7） -XX:MaxTenuringThreshold=0

        设置垃圾最大年龄。如果设置为0的话，则年轻代对象不经过Survivor区，直接进入年老代。对于年老代比较多的应用，可以提高效率。如果将此值设置为一个较大值，则年轻代对象会在Survivor区进行多次复制，这样可以增加对象再年轻代的存活时间，增加在年轻代即被回收的概论。

8. -Xss 

        设置每个线程堆栈大小。在相同物理内存下，减小这个值能生成更多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的，不能无限生成，经验值在3000~5000左右。

   例：

         java -Xmx3550m -Xms3550m -Xss128k -XX:NewRatio=4 -XX:SurvivorRatio=4 -XX:MaxPermSize=16m -XX:MaxTenuringThreshold=0

3.  jvm垃圾收集算法

3.1 引用计数算法

        JDK1.2之前使用，现在基本不用。

        缺点：无法精准计数，无法解决对象互相循环引用

3.2 跟搜索算法

        为了解决引用计数法的循环引用问题，Java使用跟搜索算法。通过一系列的“GC roots”对象作为起点搜索。如果在“GC roots”和一个对象之间没有可达路径，则称该对象是不可达的。要注意的是，不可达对象不等价于可回收对象，不可达对象变为可回收对象至少要经过两次标记过程。两次标记后仍然是可回收对象，则将面临回收。

比较常见的将对象视为可回收对象的原因：

1）显式地将对象的唯一强引用指向新的对象。

2）显式地将对象的唯一强引用赋值为Null。

3）局部引用所指向的对象（如，方法内对象）。

4. jvm垃圾回收算法

4.1 标记-清除算法(Mark-Sweep)

        最基础的垃圾回收算法，分为两个阶段，标注和清除。标记阶段标记出所有需要回收的对象，清除阶段回收被标记的对象所占用的空间。如图：

        从图中我们就可以发现，该算法最大的问题是内存碎片化严重，后续可能发生大对象不能找到可利用空间的问题。

4.2 复制算法(Copying)

        为了解决Mark-Sweep算法内存碎片化的缺陷而被提出的算法。按内存容量将内存划分为等大小的两块。每次只使用其中一块，当这一块内存满后将尚存活的对象复制到另一块上去，把已使用的内存清掉，如图：

 

        这种算法虽然实现简单，内存效率高，不易产生碎片，但是最大的问题是可用内存被压缩到了原本的一半。且存活对象增多的话，Copying算法的效率会大大降低。

4.3 标记-整理压缩算法(Mark-Compact)

       结合了以上两个算法，为了避免缺陷而提出。标记阶段和Mark-Sweep算法相同，标记后不是清理对象，而是将存活对象移向内存的一端。然后清除端边界外的对象。如图：

4.4 分代收集算法(Generational Collection)

        分代收集法是目前大部分JVM所采用的方法，其核心思想是根据对象存活的不同生命周期将内存划分为不同的域，一般情况下将GC堆划分为老生代(Tenured/Old Generation)和新生代(Young Generation)。老生代的特点是每次垃圾回收时只有少量对象需要被回收，新生代的特点是每次垃圾回收时都有大量垃圾需要被回收，因此可以根据不同区域选择不同的算法。

       目前大部分JVM的GC对于新生代都采取Copying算法，因为新生代中每次垃圾回收都要回收大部分对象；而老生代因为每次只回收少量对象，因而采用Mark-Compact算法。

5. jvm回收器选择

        JVM给出了3种选择：串行收集器、并行收集器、并发收集器。串行收集器只适用于小数据量的情况，所以生产环境的选择主要是并行收集器和并发收集器。

5.1 串行收集器

        使用单线程处理所有垃圾回收工作，因为无需多线程交互，所以效率比较高。但是，也无法使用多处理器的优势，所以此收集器适合单处理器机器。当然，此收集器也可以用在小数据量（100M 左右）情况下的多处理器机器上。可以使用-XX:+UseSerialGC 打开。

5.2 并行收集器

        对年轻代进行并行垃圾回收，因此可以减少垃圾回收时间。一般在多线程多处理器机器上使用。使用-XX:+UseParallelGC打开。并行收集器在J2SE5.0引入，在Java SE6.0中进行了增强--可以对年老代进行并行收集。如果年老代不使用并发收集的话，是使用单线程进行垃圾回收 ，因此会制约扩展能力。使用-XX:+UseParallelOldGC 打开。

        使用-XX:ParallelGCThreads=<N> 设置并行垃圾回收的线程数。此值可以设置与机器处理器数量相等。

        此收集器可以进行如下配置：

        最大垃圾回收暂停: 指定垃圾回收时的最长暂停时间，通过-XX:MaxGCPauseMillis=<N> 指定。<N>为毫秒.如果指定了此值的话，堆大小和垃圾回收相关参数会进行调整以达到指定值 。设定此值可能会减少应用的吞吐量。

        吞吐量: 吞吐量为垃圾回收时间与非垃圾回收时间的比值 ，通过-XX:GCTimeRatio=<N> 来设定，公式为1/（1+N） 。例如，-XX:GCTimeRatio=19时，表示5%的时间用于垃圾回收。默认情况为99，即1%的时间用于垃圾回收。

5.3 并发收集器

        可以保证大部分工作都并发进行（应用不停止），垃圾回收只暂停很少的时间，此收集器适合对响应时间要求比较高的中、大规模应用。使用-XX:+UseConcMarkSweepGC 打开。

        并发收集器主要减少年老代的暂停时间，他在应用不停止的情况下使用独立的垃圾回收线程，跟踪可达对象。在每个年老代垃圾回收周期 中，在收集初期并发收集器会对整个应用进行简短的暂停，在收集中还会再暂停一次。第二次暂停会比第一次稍长，在此过程中多个线程同时进行垃圾回收工作。

        并发收集器使用处理器换来短暂的停顿时间 。在一个N个处理器的系统上，并发收集部分使用K/N 个可用处理器进行回收，一般情况下1<=K<=N/4 。在只有一个处理器的主机上使用并发收集器 ，设置为incremental mode 模式也可获得较短的停顿时间。

        浮动垃圾 ：由于在应用运行的同时进行垃圾回收，所以有些垃圾可能在垃圾回收进行完成时产生，这样就造成了“Floating Garbage”，这些垃圾需要在下次垃圾回收周期时才能回收掉。所以，并发收集器一般需要20% 的预留空间用于这些浮动垃圾。

        Concurrent Mode Failure ：并发收集器在应用运行时进行收集，所以需要保证堆在垃圾回收的这段时间有足够的空间供程序使用，否则，垃圾回收还未完成，堆空间先满了。这种情况下将会发生“并发模式失败”，此时整个应用将会暂停，进行垃圾回收。

        启动并发收集器 ：因为并发收集在应用运行时进行收集，所以必须保证收集完成之前有足够的内存空间供程序使用，否则会出现“Concurrent Mode Failure”。通过设置-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=<N> 指定还有多少剩余堆时开始执行并发收集

5.4 回收器小结

串行处理器：

       适用情况：数据量比较小（100M左右）；单处理器下并且对响应时间无要求的应用。

       缺点：只能用于小型应用

并行处理器：

       适用情况：“对吞吐量有高要求”，多CPU、对应用响应时间无要求的中、大型应用。举例：后台处理、科学计算。

       缺点：应用响应时间可能较长

并发处理器：

       适用情况：“对响应时间有高要求”，多CPU、对应用响应时间有较高要求的中、大型应用。举例：Web服务器/应用服务器、电信交换、集成开发环境。