前言：JVM虚拟机是java程序运行平台，对于一个java程序是十分重要的。在运行时JVM虚拟机的类加载器将.class文件加载到虚拟机中转化为虚拟机的可运行文件运行，在现在的虚拟机中提供了一个HotSpot（热点探测）机制，频繁读取达到某个阈值的.class文件，会直接被以虚拟机可运行的文件存放在虚拟机中。JVM虚拟机中有两个可选机制版本client和server，clident机制为默认机制，如想更改JVM机制版本在jdk\jre\lib\i386\jvm.cfg文件中更改，将server KNOWN放在client KNOWN上即可。client机制一般运行于客户端应用，消耗较少的计算机资源；server机制一般用于服务端应用，消耗较多的计算机资源。
一：JVM的结构
1：JVM结构组成
（1）类加载子系统与方法区：类记载子系统负责从文件系统或网络中加载class信息，加载的类信息放在方法区中，方法区还会存放运行时的常量池信息，包括字符串和数字常量
（2）JAVA堆：java堆在虚拟机启动时建立，他是java程序最主要的内存工作区域，几乎所有的对象实例都存放在堆中。堆是所有线程共享的
（3）直接内存：java的NIO库允许java程序直接使用内存。直接内存是JAVA堆外的。直接向系统申请的内存空间。访问直接内存的速度一般会高于java堆。直接内存的大小不受JVM的限制，只要不高于物理内存就行。
（4）垃圾回收系统：垃圾回收系统是java虚拟机的重要组成部分，垃圾回收系统可以对方法区，java堆和直接内存进行回收。其中，java堆是垃圾收集器的工作重点。java的垃圾回收系统不同于C++，自动在后台工作，不需要手动控制。
（5）JAVA栈：每个java虚拟机线程都有一个私有的栈，一个线程的java栈在线程被创建时创建，java栈中保存着局部变量，方法参数，同时和java方法的调用，返回密切相关
（6）本地方法栈：本地方法栈用于本地方法的调用，java虚拟机允许java程序调用系统本地系统的本地方法。其他的和java栈类似。
（7）PC寄存器：每个线程的私有空间。在任何时刻，一个线程总在执行一个方法。这个正在被执行的方法称为当前方法。如果当前方法不是本地方法，PC寄存器就会指向当前正在被执行的指令。如果当前方法是本地方法，那么PC寄存器指向undefined
（8）执行引擎：执行引擎是JVM最核心的组件之一，它负责执行虚拟机的字节码，现代虚拟机为了提高执行效率，会使用即时编译技术将方法编译为机器码后执行。
2：JAVA堆的分代
（1）为什么要分代
堆内存是java虚拟机管理内存中最大的一块，也是垃圾回收系统回收最频繁的一段。为了方便垃圾回收和内存管理，引入了堆的分代，堆的分代以对象的生存时间为标准，将堆分为了新生代（年轻代），老年代和永久代。这样在一定程度上提高了垃圾回收的效率，而且尽可能减少了内存碎片的产生
（2）内存分代划分
java虚拟机将堆内存分为新生代（年轻代），老年代，永久代，永久代是HotSpot的特有概念，它采用永久代的方式实现方法区。而HotSpot也有去永久化的趋势,jdk1.7已经将字符串常量池从永久代移除。永久代主要存放常量，类信息，静态变量等数据，与垃圾回收关系不大。新生代和老年代是垃圾回收的主要区域，垃圾回收时以新生代和老年代之间为分界线使用不同的垃圾回收器，内存分代示意图如下：
2-1：新生代（年轻代）
新生成的对象优先存放于新生代中，新生对象朝生夕死，存活率很低。常规进行一次垃圾回收，新生代会回收70%-95%的空间，回收效率很高
HotSpot将新生代划分为三块，一块较大的Eden区和两块较小的Survivor区（from区和to区)，from有时被称为S0区，to有时被称为S1区，默认的比例为8：1：1。划分的目的是HotSpot以复制算法回收新生代。新创建的对象会保存在Eent中，大对象直接进入老年代。当Eent没有足够的空间进行分配时，虚拟机发起一次Minor GC，GC开始时候，to区域中是空的（每次都是），GC开始时，Eent区域中存活下来的对象会被复制到to中，from中对象的年龄值达到年龄阈值的（通常是15，对象每逃过一次GC，年龄值+1，GC分代年龄存放在对象的Header中)，被复制到老年代中，没有达到阈值的被复制到to区中，然后清空Eden区和to区，from区和to区交换身份。现在to区便又为空，为下次GC提供空间。
2-2：老年代
在新生代中经历了多次GC后存活下来的对象会保存到老年代。老年代中的对象的生命周期较长，存活率比较高，在老年代中进行GC的频率相对较低，而且回收的速度也比较慢。
2-3：永久代
永久代存放类信息，常量，静态变量，即时编译器编译后的代码等数据没，对这一区域而言，一般而言不进行垃圾回收
二：JVM垃圾回收算法和收集器
1：垃圾回收常见算法
（1）：引用计数
比较古老的回收算法，原理是此对象有一个引用，增加一个计数，删除一个引用则减少一个计数。垃圾回收时，回收计数为零的对象，此算法的缺点是无法处理循环引用问题
（2）：复制
此算法把内存空间划分为两个相等的区域，每次只使用其中一个区域。垃圾回收时将正在使用的对象复制到另一个区域。此算法只处理正在使用的对象，因此复制成本低，而且复制时可以进行内存整理，不会出现内存碎片。缺点是需要两倍的内存空间
（3）：标记-清除
此算法执行分两阶段，第一阶段从引用根节点开始标记所有被引用的对象，第二次遍历整个堆，把未标记对象的清除，此算法需要暂停整个应用，而且会产生内存碎片
（4）：标记-整理
此算法执行分两阶段，第一阶段从引用根节点开始标记所有被引用的对象，第二次遍历整个堆，把未标记对象的清除，并吧存活对象压缩到堆的某一部分，此算法不会产生碎片，也不会浪费空间，结合了2，3的优点。
2：JVM中垃圾收集器
（1）：Scavenge GC（次收集）和Full GC（全收集）的区别
新生代 GC（Scavenge GC || Minor GC）：作用于新生代的GC，运行十分频繁，回收速度也比较快，当Eden空间不足以为对象分配空间时，会触发Scavenge GC。一般当Eent区为对象分配空间失败时，会触发Scavenge GC，对Eent区进行GC，清除非存活对象，将存活对象保存到Survivor区。然后整理Survivor两个区。Eent区的GC非常频繁，所以采用速度快，效率高的算法。
老年代 GC（Full GC || Major GC)：发生在老年代的GC，GC时至少伴随一次Minor GC，Full GC比Minor GC慢十倍以上。当老年代内存不足，或调用System.gc()方法时，会触发Full GC。
次收集：
当新生带对堆空间紧张时会被触发，收集间隔较短
全收集：
老年堆或持久代空间满时会被触发，也可以使用System.gc()方法来启动
3：分代垃圾收集器
3-1：新生代（年轻代）收集器
（1）串行收集器（Serial）
Serial收集器是HotSpot运行在Client模式下的默认新生代收集器。使用复制算法，他的特点是只用以一个CPU/一条线程去完成工作，且在GC时必须要暂停其他所有的工作线程（STW，可以使用-XX：+UseSerialGC打开）。这一点通过安全点的触发和释放完成
（2）并行收集器（ParNew）
ParNew是前面Serial的多线程版本，除使用多条线程进行GC外，其他的控制参数，收集算法，对象分配规则，回收策略等和Serial完全相同（也是使用VM启用老年代CMS收集器-XX：useConMarkSweepGC的默认新生代收集器，useConMarkSweepGC收集器也可以与Serial收集器搭配使用），在单核处理器下的效率不一定高于单线程的Serial，而且多线程切换麻烦，所以可以通过XX:ParallelGCThreads=<N>参数控制参与GC的线程数量。减少了安全点的时间，即减少了用户线程等待的时间，从理论上垃圾收集线程可以与工作线程一同运行，但实际上并未完全实现这一点
（3）Parallel Scavenge收集器
与ParNew类似，Parallel Scavenge也是使用复制算法，也是并行多线程收集器，但是与其他收集器尽可能缩短垃圾收集时间不同，Parallet Scavenge收集器更关注系统吞吐量（系统吞吐量=运行用户代码时间/（运行用户代码时间+垃圾收集时间））。停顿时间越短越适用于用户交互的程序，良好的响应速度可以提高用户体验，而高吞吐量则适用于后台运算而不需要太多交互的任务，最高效率利用CPU时间。
Parallel Scavenge提供了如下参数设置系统吞吐量
| Parallel Scavenge收集器参数 | 描述 |
| -XX:MaxGCPauseMillis | (毫秒数）收集器将尽量保证内存回收时间不超过设定值，但如果太小会导致GC的频率增加 |
| -XX:GCTimeRatio | （整数：0<GCTimeRatio<100)是垃圾收集时间点 |
3-2：老年代收集器
（1）Serial Old收集器
Serial Old是Serial收集器的老年代版本，同样是单线程收集器，使用“标记-整理”算法（老年代没有Survivor区，无法使用复制算法）。可以与任何一个新生代收集器配合使用。
（2）Parallel Old 收集器
Parallel Old是Parallel Scavenge的老年代版本，使用多线程和“标记-整理”算法，吞吐量优先，主要与Parallel Scavenge配合使用。
（3）CMS收集器
CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器是一款划时代的收集器，一枚真正意义上的并发收集器（不用暂停用户线程，用户线程和GC线程并行，称为并发）。虽然现在有理论上表现更好的G1收集器，但主流的互联网企业线上选用的仍然是CMS。CMS是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器，CMS又称为多并发低暂停的收集器，基于“标记-清除”算法（CMS可以与Serial,ParNew新生代收集器配合使用，默认使用ParNew）大概分为以下四个步骤：1），3）需要暂停工作线程
1）：初始标记（initlal mark）
2）：并发标记（CMS Concurrent Mark:GC rootsTracing过程）
3）：重新标记（CMS remark）
4）：并发清除（CMS concurrent Sweep,死亡对象被就地释放。注意：此处没有压缩）
3-3：分区收集器-G1收集器
G1收集器是面向服务器端的收集器，主要目的是配备多核CPU的服务器治理大内存，G1收集器保留老年代，新生代，永久代的概念，但是不基于分代处理，而是将堆分为多个大小相等的独立区域。可用于整个堆的垃圾回收。
--xx：+UseG1GC 启用G1收集器
三：JVM的调优
1：JVM自带的监测小工具
（1）jps
用于查看JVM中所有进程的具体状态，包括进程的PID，程序路径等
jps -v //输出JVM参数
jps -q //输出JVM中各个线程的PID
jps -m //输出main方法的参数
jps -l //输出完全的包名，主类名，PID等
（2）jstat
监测资源和性能，监测JVM内存中各个区域的内存大小和使用量
结构：jstat [option] [pid] [time>] [count]
option //可选参数
time //间隔多长时间打印一次，单位毫秒
count //打印多少次，不写无限打印
option：
jstat -compiler [pid] //显示JVM实时编译的数量等信息
jstat -class [pid] //显示加载类的数量，和所占用的内存空间
jstat -gc [pid] //显示GC的信息，查看各区的分配大小和使用量
jstat -gcutil [pid] //统计GC信息
jstar -gccapacity [pid] //JVM中三代对象的内存使用和占用状态
jstat -printcompilation [pid] //当前JVM执行的信息
（3）jmap
可以获得JVM的堆中的详细信息，从而分析堆的运行状态
结构：
jmap [option] [pid]
参数：
jmap -heap [pid] //打印堆的信息。GC算法，内存大小和使用情况等
jmap -histo [pid] //打印堆的对象信息，包括内存大小等
jmap -histo：live [pid] //会先触发GC
jmap -finalizerinfo //打印等待回收的对象信息
（4）jstack
打印栈的详细信息，从而分析栈的运行状态
结构：jstack [option] [pid]
参数
jstack -F [pid] //当jstack -l [pid]没有响应时强制打印栈信息
jstack -l [pid] //长列表，打印锁的附加信息
jstack -h //打印帮助信息
（5）jconsole
监控java应用程序
jconsole [pid] //本地监控
jconsole [IP:port] //远程监控
远程监控需要配置jmx代理信息，如修改tomcat的bin目录下吃的catalina.bat文件
set JAVA_OPTS= %JAVA_OPTS% -Djava.rmi.server.hostname=HostIP
set JAVA_OPTS= %JAVA_OPTS% -Dcom.sun.management.jmxremote.port=8888
set JAVA_OPTS= %JAVA_OPTS% -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false
set JAVA_OPTS= %JAVA_OPTS% -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false
（6）jvisualvm
jdk自带的图形话监测工具，可以使用插件，如Visual GC（专门用于监测垃圾回收系统的插件）
2：JVM参数介绍
参数的使用环境（多个参数用空格隔开）：
（1）可以在eclipse中设置参数
run as->run configurations->选择运行的程序->arguments->VM arguments->run
（2）命令行中设置参数
（3）基于JVM的程序自带参数设置，如Tomcat
Tomcat默认可以使用的内存为128MB。
Windows下，在文件/bin/catalina.bat中，在rem Guess CATALINA_HOME if not definedset CURRENT_DIR=%cd%后面添加JVM参数
Unix下，在文件/bin/catalina.sh中，在文件头部设置JVM参数
配置大概如下：
JAVA_OPTS="-Xms50m -Xmx100m -XX:ParallelGCThreads=8"
2：一些参数
-Xms //初始堆大小，如-Xms10m
-Xmx //最大堆大小，如-Xmx100m
-XX:NewSize=n //设置新生代大小
-XX:MaxPermSize=n //设置持久代大小
-XX：NewRatio=n //年轻代和老年代的比值
-XX：SurvivorRatio=n //Eden区和Survivor区的比值
XX:+UseSerialGC //设置串行收集器
-XX:+UseParallelGC //设置并行收集器
-XX:+UseParalledlOldGC //设置并行年老代收集器
-XX:+UseConcMarkSweepGC //设置并发收集器
等等等等。。。。。
官方英文文档：http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/tech/vmoptions-jsp-140102.html
非官网中文文档：http://www.jvmer.com/jvm-xx-%E5%8F%82%E6%95%B0%E4%BB%8B%E7%BB%8D/