JVM詳解-從入門到深入瞭解

Java Virtual Mechine

About JVM

• 內存劃分

• 堆內存分配

  VM初始分配的內存由-Xms指定，默認是物理內存的1/64；JVM最大分配的內存由-Xmx指 定，默認是物理內存的1/4。默認空餘堆內存小於40%時，JVM就會增大堆直到-Xmx的最大限制；空餘堆內存大於70%時，JVM會減少堆直到 -Xms的最小限制。因此服務器一般設置-Xms、-Xmx相等以避免在每次GC 後調整堆的大小。對象的堆內存由稱爲垃圾回收器的自動內存管理系統回收。 
  

組成	詳解
Young Generation	即圖中的Eden + Survivor （From Space + To Space）
Eden	存放新生的對象，也是主要對象存放位置
Survivor Space	有兩個，存放每次垃圾回收後存活的對象，總會存在一個爲空
Old Generation	Tenured Generation 即圖中的Old Space 主要存放應用程序中生命週期長的存活對象

About GC

• Java 內存區域和GC機制 比較詳細的介紹了JVM的內存區域劃分，以及GC機制
• 成爲JavaGC專家系列

對象存活

• 引用計數 
  對象新增一個引用，那麼計數增1.
• 可達性分析 
  從GC roots 開始向下搜索，經歷的鏈路成爲引用鏈，沒有被引用鏈關聯的引用，爲不可用對象。

Java中GC Roots:

1. 虛擬機棧中引用的對象。
2. 方法區中靜態屬性引用的對象。
3. 方法區中常量引用的對象。
4. 本地方法棧中JNI引用的對象。

GC 算法

• Mark-Sweep 標記-清除

  缺點： 效率較低；碎片化嚴重。 
  

• Copy 複製算法

  缺點： 持續複製，效率低。 
  

• Mark-Compact 標記-壓縮(老年代使用) 
  

GC Collectors

• Serial

  有點古老，串行收集，在多cpu，多core的今天，已經漸漸被淘汰：

  參數控制： -XX：+UseSerialGC

• ParNew

  Serial 的多線程版本，新生代並行，複製算法，老年代串行，標記-壓縮算法。

  參數控制： -XX:+UseParNewGC; -XX:ParallelGCThreads 線程數量。

• Parallel Scavenge

  類似ParNew,他關注的系統的吞吐量，也可以通過參數實現自適應性調節控制。新生代複製算法，老年代標記-壓縮算法。

• Parallel Old

  since jdk 1.6

多線程 + 標記-整理算法

參數控制： -XX:+UseParallelOldGC

• CMS Concurrent Mark Sweep

  一種以最短停頓爲目標的收集器

  • 初始標記（initial mark） stop-the-world,標記gc roots 直接關聯對象。
  • 併發標記（concurrent mark）trace gc roots
  • 重新標記（remark） stop-the-world
  • 併發清除（concurrent sweep）

  優點：併發收集，低停頓； 
  缺點：大量碎片；併發階段；

  參數控制： -XX:+UseConcMarkSweepGC,-XX:+ UseCMSCompactAtFullCollection 在Full GC後，進行一次碎片整理；整理過程是獨佔的，會引起停頓時間變長. 
  

• Garbage First

  1. 空間整合，G1收集器採用標記整理算法，不會產生內存空間碎片。分配大對象時不會因爲無法找到連續空間而提前觸發下一次GC。

  2. 可預測停頓，這是G1的另一大優勢，降低停頓時間是G1和CMS的共同關注點，但G1除了追求低停頓外，還能建立可預測的停頓時間模型，能讓使用者明確指定在一個長度爲N毫秒的時間片段內，消耗在垃圾收集上的時間不得超過N毫秒，這幾乎已經是實時Java（RTSJ）的垃圾收集器的特徵了。

內存分爲多個大小相等的獨立區域(Region) 

• 收集步驟：

  1. 標記階段，首先初始標記(Initial-Mark),這個階段是停頓的(Stop the World Event)，並且會觸發一次普通Mintor GC。對應GC log:GC pause (young) (inital-mark)。
  2. Root Region Scanning，程序運行過程中會回收survivor區(存活到老年代)，這一過程必須在young GC之前完成。
  3. Concurrent Marking，在整個堆中進行併發標記(和應用程序併發執行)，此過程可能被young GC中斷。在併發標記階段，若發現區域對象中的所有對象都是垃圾，那個這個區域會被立即回收(圖中打X)。同時，併發標記過程中，會計算每個區域的對象活性(區域中存活對象的比例)。 
     

  4. Remark, 再標記，會有短暫停頓(STW)。再標記階段是用來收集 併發標記階段 產生新的垃圾(併發階段和應用程序一同運行)；G1中採用了比CMS更快的初始快照算法:snapshot-at-the-beginning (SATB)。

  5. Copy/Clean up，多線程清除失活對象，會有STW。G1將回收區域的存活對象拷貝到新區域，清除Remember Sets，併發清空回收區域並把它返回到空閒區域鏈表中。

  6. 複製/清除過程後。回收區域的活性對象已經被集中回收到深藍色和深綠色區域。

About Monitor

jstat

HotSpot JVM 提供的一個監控工具，不僅提供GC操作的信息，還有提供類裝載操作的信息以及運行時便已操作對的信息。

• 使用方法 -> jstat -[option] [other-option] [interval] [times] ; 【jvmId】的獲取 ps -ef | grep java
• 輸入參數 option

參數	描述
gc	輸出每個堆區域的當前可用空間以及已用空間（Eden，Survivor等等），GC執行的總次數，GC操作累計所花費的時間。
gccapacity	輸出每個堆區域的最小空間限制（ms）/最大空間限制（mx），當前大小，每個區域之上執行GC的次數。（不輸出當前已用空間以及GC執行時間）。
gccause	輸出-gcutil提供的信息以及最後一次執行GC的發生原因和當前所執行的GC的發生原因
gcnew	輸出Young的GC性能
gcnewcapacity	Young空間大小的統計
gcold	OLD 空間GC性能
gcoldcapacity	OLD空間大小的統計
gcpermcapacity	perm大小的統計
gcutil	輸出每個堆區域使用佔比，以及gc執行的總次數和GC操作所花費的時間

- 輸出數據介紹 ：

• S0/S1/E/O/P [C/U] - 對應區域的空間大小和使用量，單位KB，

• YGC/FGC[-/T] - GC的統計次數、時間

• NGC/OGC/PGC[/MN/MX] 對應區域當前大小/最小值/最大值

• GCC/LGCC 當前/最後一次GC的原因

• TT 老年化閾值，在移動向老年代之前，能夠在新生代存活次數。

• MTT 最大老年化閾值，同上。

• DSS 倖存者所需要的空間大小，單位KB

  其中： 
  C - capacity 空間大小 
  U - used 使用量 
  T - 對應GC時間

  • other-option

  • -hn 展示每次輸出數據的前n行。 -h3 只顯示前3行。