JVM原理

（1）jvm是java的核心和基礎(chǔ)，在java編譯器和os平臺之間的虛擬處理器，可在上面執(zhí)行字節(jié)碼程序。

（2）java編譯器只要面向jvm，生成jvm能理解的字節(jié)碼文件。java源文件經(jīng)編譯成字節(jié)碼程序，通過jvm將每條指令翻譯成不同的機器碼，通過特定平臺運行。

JVM執(zhí)行程序的過程

• 加載.class文件
• 管理并分配內(nèi)存
• 執(zhí)行垃圾收集

JRE（java運行時環(huán)境）由JVM構(gòu)造的java程序的運行環(huán)，也是Java程序運行的環(huán)境，但是他同時一個操作系統(tǒng)的一個應(yīng)用程序一個進程，因此他也有他自己的運行的生命周期，也有自己的代碼和數(shù)據(jù)空間。

JVM在整個jdk中處于最底層，負責(zé)于操作系統(tǒng)的交互，用來屏蔽操作系統(tǒng)環(huán)境，提供一個完整的Java運行環(huán)境，因此也就虛擬計算機。

JVM的生命周期

JVM實例對應(yīng)了一個獨立運行的java程序它是進程級別

1) 啟動。啟動一個Java程序時，一個JVM實例就產(chǎn)生了，任何一個擁有public static void
main(String[] args)函數(shù)的class都可以作為JVM實例運行的起點

2) 運行。main()作為該程序初始線程的起點，任何其他線程均由該線程啟動。JVM內(nèi)部有兩種線程：守護線程和非守護線程，main()屬于非守護線程，守護線程通常由JVM自己使用，java程序也可以表明自己創(chuàng)建的線程是守護線程

3) 消亡。當(dāng)程序中的所有非守護線程都終止時，JVM才退出；若安全管理器允許，程序也可以使用Runtime類或者System.exit()來退出

JVM執(zhí)行引擎實例則對應(yīng)了屬于用戶運行程序的線程它是線程級別的

JVM運行時數(shù)據(jù)區(qū)

方法區(qū)（Method Area）

方法區(qū)是所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲已被Java虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。

它有個別命叫Non-Heap（非堆）。當(dāng)方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配需求時，拋出OutOfMemoryError異常。

Java堆（Java Heap）

java堆是java虛擬機所管理的內(nèi)存中最大的一塊，是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機啟動時創(chuàng)建。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對象實例。

在Java虛擬機規(guī)范中的描述是：所有的對象實例以及數(shù)組都要在堆上分配。

java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域，因此也被成為“GC堆”。

從內(nèi)存回收角度來看java堆可分為：新生代和老生代。

從內(nèi)存分配的角度看，線程共享的Java堆中可能劃分出多個線程私有的分配緩沖區(qū)。

無論怎么劃分，都與存放內(nèi)容無關(guān)，無論哪個區(qū)域，存儲的都是對象實例，進一步的劃分都是為了更好的回收內(nèi)存，或者更快的分配內(nèi)存。

根據(jù)Java虛擬機規(guī)范的規(guī)定，java堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中。當(dāng)前主流的虛擬機都是可擴展的（通過 -Xmx 和 -Xms 控制）。如果堆中沒有內(nèi)存可以完成實例分配，并且堆也無法再擴展時，將會拋出OutOfMemoryError異常。

程序計數(shù)器（Program Counter Register）

程序計數(shù)器是一塊較小的內(nèi)存空間，它可以看作是：保存當(dāng)前線程所正在執(zhí)行的字節(jié)碼指令的地址(行號)，也可以把它叫做線程計數(shù)器。

由于Java虛擬機的多線程是通過線程輪流切換并分配處理器執(zhí)行時間的方式來實現(xiàn)的，一個處理器都只會執(zhí)行一條線程中的指令。因此，為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置，每條線程都有一個獨立的程序計數(shù)器，各個線程之間計數(shù)器互不影響，獨立存儲。稱之為“線程私有”的內(nèi)存。程序計數(shù)器內(nèi)存區(qū)域是虛擬機中唯一沒有規(guī)定OutOfMemoryError情況的區(qū)域。

Java虛擬機棧（Java Virtual Machine Stacks）

java虛擬機是線程私有的，它的生命周期和線程相同。

虛擬機棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個方法在執(zhí)行的同時都會創(chuàng)建一個棧幀（Stack Frame）用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息。

虛擬機棧中是有單位的，單位就是棧幀，一個方法一個棧幀。一個棧幀中他又要存儲，局部變量，操作數(shù)棧，動態(tài)鏈接，出口等。

本地方法棧（Native Method Stack）

本地方法棧很好理解，他很棧很像，只不過方法上帶了 native 關(guān)鍵字的棧字

它是虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）的服務(wù)

native關(guān)鍵字的方法是看不到的，必須要去oracle官網(wǎng)去下載才可以看的到，而且native關(guān)鍵字修飾的大部分源碼都是C和C++的代碼。

同理可得，本地方法棧中就是C和C++的代碼

Java內(nèi)存結(jié)構(gòu)

直接內(nèi)存（Direct Memory）

直接內(nèi)存不是虛擬機運行時數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是java虛擬機規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域。但是既然是內(nèi)存，肯定還是受本機總內(nèi)存（包括RAM以及SWAP區(qū)或者分頁文件）大小以及處理器尋址空間的限制。

在JDK1.4 中新加入了NIO(New Input/Output)類，引入了一種基于通道(Channel)與緩沖區(qū)（Buffer）的I/O 方式，它可以使用native 函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存，然后通脫一個存儲在Java堆中的DirectByteBuffer 對象作為這塊內(nèi)存的引用進行操作。這樣能在一些場景中顯著提高性能，因為避免了在Java堆和Native（本地）堆中來回復(fù)制數(shù)據(jù)。

直接內(nèi)存與堆內(nèi)存的區(qū)別：

直接內(nèi)存申請空間耗費很高的性能，堆內(nèi)存申請空間耗費比較低

直接內(nèi)存的IO讀寫的性能要優(yōu)于堆內(nèi)存，在多次讀寫操作的情況相差非常明顯

JVM字節(jié)碼執(zhí)行引擎

虛擬機核心的組件就是執(zhí)行引擎，它負責(zé)執(zhí)行虛擬機的字節(jié)碼，一般戶先進行編譯成機器碼后執(zhí)行。

“虛擬機”是一個相對于“物理機”的概念，虛擬機的字節(jié)碼是不能直接在物理機上運行的，需要JVM字節(jié)碼執(zhí)行引擎編譯成機器碼后才可在物理機上執(zhí)行。

垃圾收集系統(tǒng)

程序在運行過程中，會產(chǎn)生大量的內(nèi)存垃圾（一些沒有引用指向的內(nèi)存對象都屬于內(nèi)存垃圾，因為這些對象已經(jīng)無法訪問，程序用不了它們了，對程序而言它們已經(jīng)死亡），為了確保程序運行時的性能，java虛擬機在程序運行的過程中不斷地進行自動的垃圾回收（GC）。

垃圾收集系統(tǒng)是Java的核心，也是不可少的，Java有一套自己進行垃圾清理的機制，開發(fā)人員無需手工清理。

JVM的垃圾回收機制

垃圾回收機制簡稱GC

GC主要用于Java堆的管理。Java 中的堆是 JVM 所管理的最大的一塊內(nèi)存空間，主要用于存放各種類的實例對象。

什么是垃圾回收機制

程序在運行過程中，會產(chǎn)生大量的內(nèi)存垃圾（一些沒有引用指向的內(nèi)存對象都屬于內(nèi)存垃圾，因為這些對象已經(jīng)無法訪問，程序用不了它們了，對程序而言它們已經(jīng)死亡），為了確保程序運行時的性能，java虛擬機在程序運行的過程中不斷地進行自動的垃圾回收（GC）。

GC是不定時去堆內(nèi)存中清理不可達對象。不可達的對象并不會馬上就會直接回收， 垃圾收集器在一個Java程序中的執(zhí)行是自動的，不能強制執(zhí)行清楚那個對象，即使程序員能明確地判斷出有一塊內(nèi)存已經(jīng)無用了，是應(yīng)該回收的，程序員也不能強制垃圾收集器回收該內(nèi)存塊。程序員唯一能做的就是通過調(diào)用System.gc 方法來"建議"執(zhí)行垃圾收集器，但是他是否執(zhí)行，什么時候執(zhí)行卻都是不可知的。這也是垃圾收集器的最主要的缺點。當(dāng)然相對于它給程序員帶來的巨大方便性而言，這個缺點是瑕不掩瑜的。

手動執(zhí)行GC：

System.gc(); // 手動回收垃圾

finalize方法作用

finalize()方法是在每次執(zhí)行GC操作之前時會調(diào)用的方法，可以用它做必要的清理工作。
它是在Object類中定義的，因此所有的類都繼承了它。子類覆蓋finalize()方法以整理系統(tǒng)資源或者執(zhí)行其他清理工作。finalize()方法是在垃圾收集器刪除對象之前對這個對象調(diào)用的。

public class Test {public static void main(String[] args) {Test test = new Test();test = null;System.gc(); // 手動回收垃圾}@Overrideprotected void finalize() throws Throwable {// gc回收垃圾之前調(diào)用System.out.println("gc回收垃圾之前調(diào)用的方法");}
}

新生代、老年代、永久代(方法區(qū))的區(qū)別

Java 中的堆是 JVM 所管理的最大的一塊內(nèi)存空間，主要用于存放各種類的實例對象。

在 Java 中，堆被劃分成兩個不同的區(qū)域：新生代 ( Young )、老年代 ( Old )。

老年代就一個區(qū)域。新生代 ( Young ) 又被劃分為三個區(qū)域：Eden、From Survivor、To Survivor。

這樣劃分的目的是為了使 JVM 能夠更好的管理堆內(nèi)存中的對象，包括內(nèi)存的分配以及回收。

默認的，新生代 ( Young ) 與老年代 ( Old ) 的比例的值為 1:2 ( 該值可以通過參數(shù) –XX:NewRatio 來指定 )，即：新生代 ( Young ) = 1/3 的堆空間大小。老年代 ( Old ) = 2/3 的堆空間大小。

其中，新生代 ( Young ) 被細分為 Eden 和 兩個 Survivor 區(qū)域，這兩個 Survivor 區(qū)域分別被命名為 From Survivor 和 ToSurvivor ，以示區(qū)分。

默認的，Edem ： From Survivor ： To Survivor = 8 : 1 : 1 ( 可以通過參數(shù) –XX:SurvivorRatio 來設(shè)定 )，即： Eden = 8/10 的新生代空間大小，From Survivor = To Survivor = 1/10 的新生代空間大小。

JVM 每次只會使用 Eden 和其中的一塊 Survivor 區(qū)域來為對象服務(wù)，所以無論什么時候，總是有一塊 Survivor 區(qū)域是空閑著的。

因此，新生代實際可用的內(nèi)存空間為 9/10 ( 即90% )的新生代空間。

永久代就是JVM的方法區(qū)。在這里都是放著一些被虛擬機加載的類信息，靜態(tài)變量，常量等數(shù)據(jù)。這個區(qū)中的東西比老年代和新生代更不容易回收。

Minor GC、Major GC、Full GC區(qū)別及觸發(fā)條件

Minor GC是新生代GC，指的是發(fā)生在新生代的垃圾收集動作。由于java對象大都是朝生夕死的，所以Minor GC非常頻繁，一般回收速度也比較快。

Major GC是老年代GC，指的是發(fā)生在老年代的GC，通常執(zhí)行Major GC會連著Minor GC一起執(zhí)行。Major GC的速度要比Minor GC慢的多。

Full GC是清理整個堆空間，包括年輕代和老年代

Minor GC 觸發(fā)條件一般為：

• eden區(qū)滿時，觸發(fā)MinorGC。即申請一個對象時，發(fā)現(xiàn)eden區(qū)不夠用，則觸發(fā)一次MinorGC。
• 新創(chuàng)建的對象大小 > Eden所?？臻g

Major GC和Full GC 觸發(fā)條件一般為：

Major GC通常是跟full GC是等價的

• 每次晉升到老年代的對象平均大小>老年代剩余空間
• MinorGC后存活的對象超過了老年代剩余空間
• 永久代空間不足
• 執(zhí)行System.gc()
• CMS GC異常
• 堆內(nèi)存分配很大的對象

垃圾收集器

垃圾收集器是垃圾回收算法（引用計數(shù)法、標(biāo)記清楚法、標(biāo)記整理法、復(fù)制算法）的具體實現(xiàn)，不同垃圾收集器、不同版本的JVM所提供的垃圾收集器可能會有很在差別。

• 新生代收集器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge
• 老年代收集器：CMS、Serial Old、Parallel Old
• 整堆收集器：G1

垃圾回收器詳解

垃圾回收器	工作區(qū)域	回收算法	工作線程	用戶線程并行	描述
Serial	新生帶	復(fù)制算法	單線程	否	Client模式下默認新生代收集器。簡單高效
ParNew	新生帶	復(fù)制算法	多線程	否	Serial的多線程版本，Server模式下首選， 可搭配CMS的新生代收集器
Parallel Scavenge	新生帶	復(fù)制算法	多線程	否	目標(biāo)是達到可控制的吞吐量
Serial Old	老年帶	標(biāo)記-整理	單線程	否	Serial老年代版本，給Client模式下的虛擬機使用
Parallel Old	老年帶	標(biāo)記-整理	多線程	否	Parallel Scavenge老年代版本，吞吐量優(yōu)先
CMS	老年帶	標(biāo)記-清楚	多線程	是	追求最短回收停頓時間
G1	新生帶 + 老年帶	標(biāo)記-整理 + 復(fù)制算法	多線程	是	JDK1.9默認垃圾收集器

JVM參數(shù)配置

-Xms：初始堆大小，JVM 啟動的時候，給定堆空間大小。 -Xmx：最大堆大小，JVM 運行過程中，如果初始堆空間不足的時候，最大可以擴展到多少。 -Xmn：設(shè)置堆中年輕代大小。整個堆大小=年輕代大小+年老代大小+持久代大小。 -XX:NewSize=n 設(shè)置年輕代初始化大小大小 -XX:MaxNewSize=n 設(shè)置年輕代最大值-XX:NewRatio=n 設(shè)置年輕代和年老代的比值。如: -XX:NewRatio=3，表示年輕代與年老代比值為 1：3，年輕代占整個年輕代+年老代和的 1/4 -XX:SurvivorRatio=n 年輕代中 Eden 區(qū)與兩個 Survivor 區(qū)的比值。注意 Survivor 區(qū)有兩個。8表示兩個Survivor :eden=2:8 ,即一個Survivor占年輕代的1/10，默認就為8-Xss：設(shè)置每個線程的堆棧大小。JDK5后每個線程 Java 棧大小為 1M，以前每個線程堆棧大小為 256K。-XX:ThreadStackSize=n 線程堆棧大小-XX:PermSize=n 設(shè)置持久代初始值	-XX:MaxPermSize=n 設(shè)置持久代大小-XX:MaxTenuringThreshold=n 設(shè)置年輕帶垃圾對象最大年齡。如果設(shè)置為 0 的話，則年輕代對象不經(jīng)過 Survivor 區(qū)，直接進入年老代。-XX:LargePageSizeInBytes=n 設(shè)置堆內(nèi)存的內(nèi)存頁大小-XX:+UseFastAccessorMethods 優(yōu)化原始類型的getter方法性能-XX:+DisableExplicitGC 禁止在運行期顯式地調(diào)用System.gc()，默認啟用	-XX:+AggressiveOpts 是否啟用JVM開發(fā)團隊最新的調(diào)優(yōu)成果。例如編譯優(yōu)化，偏向鎖，并行年老代收集等，jdk6紙之后默認啟動-XX:+UseBiasedLocking 是否啟用偏向鎖，JDK6默認啟用	-Xnoclassgc 是否禁用垃圾回收-XX:+UseThreadPriorities 使用本地線程的優(yōu)先級，默認啟用

JVM的GC垃圾收集器設(shè)置

-XX:+UseSerialGC:設(shè)置串行收集器，年輕帶收集器 -XX:+UseParNewGC:設(shè)置年輕代為并行收集?？膳c CMS 收集同時使用。JDK5.0 以上，JVM 會根據(jù)系統(tǒng)配置自行設(shè)置，所以無需再設(shè)置此值。-XX:+UseParallelGC:設(shè)置并行收集器，目標(biāo)是目標(biāo)是達到可控制的吞吐量-XX:+UseParallelOldGC:設(shè)置并行年老代收集器，JDK6.0 支持對年老代并行收集。 -XX:+UseConcMarkSweepGC:設(shè)置年老代并發(fā)收集器-XX:+UseG1GC:設(shè)置 G1 收集器，JDK1.9默認垃圾收集器

示例：

假設(shè)服務(wù)器內(nèi)存8G，運行8個微服務(wù)，給每個微服務(wù)分配800M內(nèi)存

設(shè)置JVM：

java -Xmx800m -Xms800m -Xmn300m -Xss1024k

-Xmx800m 設(shè)置JVM最大內(nèi)存為800M
-Xms800m 設(shè)置JVM最小內(nèi)存為800M(與最大值保持一致可以防止每次垃圾回收(GC)后JVM對內(nèi)存進行再分配)
-Xmn300m 設(shè)置新生代大小，新生代大小會影響到老年代的大小，Sun推薦設(shè)置為總內(nèi)存的3/8
-Xss1024k 每個線程堆棧大小，值越小能生成的線程數(shù)越多，但是一般不超過5000個，在遞歸場景下值太小可能會造成堆棧溢出