深入理解JVM笔记

java虚拟机

• 本地方法区
• 方法区
• 栈区
• 堆区
• pc

jvm 有哪些内存空间

• 堆
• 永久区（产生大量的类，元数据保存在此）
• 线程栈
• 直接内存
• codecache

一些概念

• GC的对象是堆空间和永久区

内存模型

• 每一个线程有一个工作内存和内存独立
• 工作内存存放变量的拷贝

可见性

概念：一个线程修改了变量，其他线程可以立即知道

• volatile
• synchronized
• final

有序性

• 在本线程内，操作都是有序的
• 在线程外，操作是无序的

指令重排

• 一个线程内保证语义的串行性
• 编译器不考虑多线程之间的语义

常用的配置参数

Trace跟踪参数

-verbose:gc
-XX:+printGC
-XX:+printGCDetails         //打印GC的详细信息
-XX:+printGCTimeStamps      //打印GC发生的时间戳
-Xloggc:./log/gc.log        //指定GC位置
-XX:+PrintHeapAtGC          //在每一次GC之后，都打印堆的信息
-XX:+TraceClassLoading      //跟踪每一个类的加载
-XX:+PrintClassHistogram    //打印类的直方图，即使用情况

//堆的分配参数
-Xmx                    //最大堆 
-Xms                    //最小堆
-Xmn                    //新生代大小
-XX:NewRatio            //设置新生代:老年代的比 = 1:x
-XX:SurvivorRatio       //两个Survivor:eden = 2:x

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError     //OOM时导出堆文件
-XX:+HeapDumpPath                   //OOM时的路径
-XX:OnOutOfMemoryError              //OOM时，执行指定的一个脚本

//永久区
-XX:PermSize            //初始永久区
-XX:MaxPermSize         //最大永久区

//栈大小分配
-Xss                    //决定函数调用深度，每个线程都有独立的栈空间，一般都是几百K

//例子
-Xmx20m -Xms20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=~/

垃圾回收的一些算法

引用计数法

• 根对象

引用计数法的问题

• 计数+-法，影响性能
• 循环引用：根对象不可达对象（即垃圾对象）之间循环引用

标记-清除法

• 现代垃圾回收算法的思想基础
• 标记阶段
• 清除阶段

标记-压缩算法

• 不适合存活对象较多的场合，如老年代？？
• 标记-清除算法上做了一些优化
• 标记阶段
• 复制压缩，清理边界外所有空间

复制算法

• 相比于标记-清除算法，较为高效
• 不适合于存活对象较多的场合，如老年代
• 将原有的内存空间分为两块，每次只使用其中的一块，在垃圾回收的时候，将正在使用的内存中的存活对象复制到未使用的内存块中，之后，清除正在使用的内存块中的所有对象，交换两个内存的角色，完成垃圾回收
• 缺点：每次只能使用一半的空间

复制算法扩展

• 老年代没有关系，作为担保空间
• 三块空间 1 + 2
  
  • eden
  • from
  • to
• 大对象直接进入担保空间
• 老年对象进入老年代
• 剩余对象复制到

分代思想

• 少量对象存活，适合复制算法
• 大量对象存活，适合标记清理或者标记压缩
• 老年代
  
  • 标记清除
  • 标记压缩
• 新生代
  
  • 复制算法

可触及性

可触及的

• 从根节点可以触及到这个对象
• finalize()方法只会被调用一次，避免使用该方法

可复活的

• 一旦所有引用被释放，就是可复活状态
• 因为在finalize()中可能复活该对象

不可触及的

• 在finalize()后，可能会进入不可触及状态
• 不可触及的对象不可能复活
• 可以回收

根

• 栈中引用的对象
• 方法区中静态成员或者常量引用的对象（全局对象）
• JNI方法栈中引用对象

Stop the world

• java中一种全局暂停的现象
• 全局停顿，所有java代码停止，native代码可以执行，但是不能和JVM交互
• 多半由于GC引起
  
  • Dump线程
  • 死锁检查
  • 堆Dump

GC参数

堆细分

• eden
• from
• to
• tenured

串行收齐器

• 最老，最稳定
• 效率高
• 可能会产生较长的停顿
• -XX:+UseSerialGC
  
  • 新生代、老年代全部使用串行回收
  • 新生代复制算法
  • 老年代标记-压缩

并行收集器ParNew

• -XX:+UseParNewGC
  
  • 新生代并行
  • 老年代串行
• Serial收齐器新生代的并行版本
• 复制算法
• 多线程，需要多核支持
• -XX:ParallelGCThreads限制线程数量
• 多线程不一定快

Parallel收集器：新生代

• 类似ParNew
• 新生代复制算法
• 老年代标记压缩
• 更加关注吞吐量
• -XX:+UseParallelGC
  
  • 使用Parallel收集器 + 老年代串行
• -XX:+UseParallelOldGC
  
  • 使用Parallel收集器 + 老年代并行

并行回收器参数

• -XX:MaxGCPauseMills
  
  • 最大停顿时间，单位毫秒
  • GC尽量保证回收时间不超过设定值
• -XX:GCTimeRatio
  
  • 0-100的取值范围
  • 垃圾收集时间占总时间的比
  • 默认99，即最大允许1%时间做GC

CMS收集器（老年代）

• Concurrent Mark Sweep 并发标记清除
• 标记清除算法
• 与标记-压缩相比
• 并发阶段会降低吞吐量
• 老年代收集器（新生代使用ParNew）
• -XX:+UseConcMarkSweepGC

运行过程

• 初始标记（暂停）

  • 根可以直接关联到的对象
  • 速度快

• 并发标记（和用户线程一起）

  • 主要标记过程，标记全部对象

• 重新标记（暂停）

  • 由于并发标记时，用户线程依然运行，因此在正式清理前，再做修正

• 并发清除（和用户线程一起）

  • 基于标记结果，直接清理对象

特点

• 尽可能降低停顿
• 会影响系统整体吞吐量和性能
• 清理不彻底
• 因为和用户线程一起运行，不能在空间快满的时候再清理（在垃圾回收的时候，用户程序还在分配空间）
  
  • -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 设置触发GC
  • 如果内存预留不够，会引起concurrent mode failure

• 使用串行收集器作为后备

• CMS参数

  • -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection Full GC 之后，进行一次整理，引起停顿
  • -XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction 设置几次Full GC后，进行一次碎片整理
  • -XX:ParallelCMSThreads 设定CMS的线程数量

GC参数整理

-XX:+UseSerialGC                        //新生代，老年代串行收集器
-XX:SurvivorRatio                       //survivor:eden
-XX:NewRatio                            //新生代:老年代
-XX:+UseParNewGC                        //新生代并行收集
-XX:+UseParallelGC                      //新生代并行收集，吞吐量
-XX:+UseParallelOldGC                   //老年代并行收集
-XX:ParallelGCThreads                   //垃圾回收线程数
-XX:+UseConcMarkSweepGC                 //新生代并行，老年代CMS+串行收集
-XX:ParallelCMSThreads                  //CMS线程数
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction      //
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection      //垃圾回收后，是否进行一次内存压缩
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction          //多少次CMS垃圾回收，进行一次内存压缩
-XX:+CMSClassUnloadingEnabled           //允许对类元数据进行回收
-XX:CMSInitiatingPermOccupancyFraction  //永久区占用率达到这一百分比时，启动CMS回收
-XX:UseCMSInitiatingOccupancyOnly       //只有在到达阀值的时候，才进行CMS回收

性能监控工具

//系统工具，初步定位
uptime              //Linux命令
pidstat -p xxxx -u 1 3 -t       //-u显示CPU
pidstat -p xxx -d 1 3 -t        //-d显示io

//java自带工具
jps             //列出java进程
-l
-v
-m

jinfo           //

jmap                                //堆信息
-histo xxx > xxx.log
-dump:format=b,file=filepath xxx    //

jstack
-l              //打印锁信息
-m              //打印java和native的帧信息
-F              //强制dump
jstack xxx >> filepath

JConsole
jvisualvm

堆分析

MAT是基于eclipse软件

偏向锁

• 大部分情况下是没有竞争的
• 偏心，锁会偏向于当前已经占有锁的线程
• 将对象头Mark的标记设置为偏向，并将线程ID写入对象头中
• 只要没有竞争，获得偏向锁的线程，在将来进入同步块，不需要做同步
• 当其他线程请求相同的锁时，偏向模式结束
• XX:+UseBiasedLocking,默认启动
• 在竞争激烈的场合，偏向锁会增加系统负担
• 在jvm刚启动时，过几秒钟才会打开偏向锁。-XX:BiasedLockingStartupDelay=0刚启动即启用偏向锁

轻量级锁

• 嵌入在线程栈中
• 如果对象没有被锁定
  
  • 将对象头的Mark指针保存到锁对象中
  • 将对象头设置为指向锁的指针
• 轻量级锁失败，存在竞争，升级为重量级锁
• 竞争激烈，性能下降

自旋锁

• 如果线程可以很快获得锁，那么可以不在OS层挂起线程，让线程做几个空操作（自旋）
• JDK1.6 -XX:+UseSpinning 开启
• JDK1.7 中去掉此参数，改为内置实现
• 如果同步块很长，自旋失败，会降低系统性能
• 如果同步块很短，。。。。

总结

• 不是Java语言层面的锁优化方法
• 内置于JVM中的获取锁的优化方法，和获取锁的步骤
  
  • 偏向锁可用，会先尝试偏向锁
  • 轻量级锁可用，尝试轻量级锁
  • 以上都失败，自旋锁
  • 最后普通锁

锁优化

• 减小锁粒度
• 锁分离（读锁、写锁、LinkedBlockingQueue等等）
• 锁粗化，频繁进入锁
• 锁消除，JVM自动消除
  
  • -server -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+EliminateLocks
• 无锁
  
  • CAS（Compare and Swap）
  • 非阻塞同步
  • java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger

Class文件

B       //byte
C       //char
D       //double
F       //float
I       //int
J       //long
S       //short
Z       //boolean
V       //void
L       //对象
[       //数组
[[      //二维数组

字节码执行过程

• 程序计数器
• 局部变量表
• 操作数栈

sipush xxx      //将xxx压入堆栈当中
istore_1        //操作数栈 -> 局部变量表1的位置
iload_1         //局部变量表位置1 -> 操作数栈
iadd            //结果入栈
idiv
ireturn         //返回操作数栈顶元素
_nop            //空指令
ldc             //常量池中项入栈
pop             //
dup             //复制栈顶一个字长，入栈

JIT just in time

• 将一些热点代码编译成机器码

-XX:CompileThreshold=1000
-XX:+PrintCompilation

-Xint           //解释执行
-Xcomp          //全部编译执行
-Xmixed         //默认，混合