JVM的示例分析

小編給大家分享一下JVM的示例分析，相信大部分人都還不怎么了解，因此分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后大有收獲，下面讓我們一起去了解一下吧！

追本溯源——堆和棧

堆通常是一個可以被看做一棵樹的數(shù)組對象，棧是一種只能在一端進行插入和刪除操作的先進后出線性表，JVM的本質(zhì)是堆和棧

第一，從軟件設(shè)計的角度看，棧代表了處理邏輯，而堆代表了數(shù)據(jù)。這樣分開，使得處理邏輯更為清晰。分而治之的思想。這種隔離、模塊化的思想在軟件設(shè)計的方方面面都有體現(xiàn)。

第二，堆與棧的分離，使得堆中的內(nèi)容可以被多個棧共享（也可以理解為多個線程訪問同一個對象）。這種共享的收益是很多的。一方面這種共享提供了一種有效的數(shù)據(jù)交互方式(如：共享內(nèi)存)，另一方面，堆中的共享常量和緩存可以被所有棧訪問，節(jié)省了空間。

第三，棧因為運行時的需要，比如保存系統(tǒng)運行的上下文，需要進行地址段的劃分。由于棧只能向上增長，因此就會限制住棧存儲內(nèi)容的能力。而堆不同，堆中的對象是可以根據(jù)需要動態(tài)增長的，因此棧和堆的拆分，使得動態(tài)增長成為可能，相應(yīng)棧中只需記錄堆中的一個地址即可。

第四，面向?qū)ο缶褪嵌押蜅５耐昝澜Y(jié)合。其實，面向?qū)ο蠓绞降某绦蚺c以前結(jié)構(gòu)化的程序在執(zhí)行上沒有任何區(qū)別。但是，面向?qū)ο蟮囊?，使得對待問題的思考方式發(fā)生了改變，而更接近于自然方式的思考。當(dāng)我們把對象拆開，你會發(fā)現(xiàn)，對象的屬性其實就是數(shù)據(jù)，存放在堆中；而對象的行為（方法），就是運行邏輯，放在棧中。我們在編寫對象的時候，其實即編寫了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也編寫的處理數(shù)據(jù)的邏輯。不得不承認，面向?qū)ο蟮脑O(shè)計，確實很美。

JVM運行機制

此圖看出jvm內(nèi)存結(jié)構(gòu)

JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)主要包括兩個子系統(tǒng)和兩個組件。兩個子系統(tǒng)分別是Classloader子系統(tǒng)和Executionengine(執(zhí)行引擎)子系統(tǒng)；兩個組件分別是Runtimedataarea(運行時數(shù)據(jù)區(qū)域)組件和Nativeinterface(本地接口)組件。

Classloader子系統(tǒng)的作用：根據(jù)給定的全限定名類名(如java.lang.Object)來裝載class文件的內(nèi)容到Runtimedataarea中的methodarea(方法區(qū)域)。Java程序員可以extendsjava.lang.ClassLoader類來寫自己的Classloader。

Executionengine子系統(tǒng)的作用：執(zhí)行classes中的指令。任何JVMspecification實現(xiàn)(JDK)的核心都是Executionengine，不同的JDK例如Sun的JDK和IBM的JDK好壞主要就取決于他們各自實現(xiàn)的Executionengine的好壞。

Nativeinterface組件：與nativelibraries交互，是其它編程語言交互的接口。當(dāng)調(diào)用native方法的時候，就進入了一個全新的并且不再受虛擬機限制的世界，所以也很容易出現(xiàn)JVM無法控制的nativeheapOutOfMemory。

RuntimeDataArea組件：這就是我們常說的JVM的內(nèi)存了

JVM的生命周期

一、首先分析兩個概念

　　 JVM實例和JVM執(zhí)行引擎實例

　?。?）JVM實例對應(yīng)了一個獨立運行的java程序，它是進程級別。

　?。?）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。

二、JVM的生命周期

　　（1）JVM實例的誕生：當(dāng)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。

　?。?）JVM實例的運行 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程序也可以標明自己創(chuàng)建的線程是守護線程。

　?。?）JVM實例的消亡：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。

類的生命

一個java類的完整的生命周期會經(jīng)歷加載、連接、初始化、使用、和卸載五個階段，當(dāng)然也有在加載或者連接之后沒有被初始化就直接被使用的情況

雙親委派模型是一種組織類加載器之間關(guān)系的一種規(guī)范,他的工作原理是:如果一個類加載器收到了類加載的請求,它不會自己去嘗試加載這個類,而是把這個請求委派給父類加載器去完成,這樣層層遞進,最終所有的加載請求都被傳到最頂層的啟動類加載器中,只有當(dāng)父類加載器無法完成這個加載請求(它的搜索范圍內(nèi)沒有找到所需的類)時,才會交給子類加載器去嘗試加載.

認識JVM內(nèi)存模型

對于JVM內(nèi)存，程序員只需要關(guān)注

• 對象去哪兒——堆內(nèi)存(包括新生代和老年代，新生代又分為Enden區(qū)和兩個Survivor區(qū))，堆內(nèi)存用于存放對象，合理分區(qū)主要是為了提高垃圾回收效率，新創(chuàng)建的對象會在Enden區(qū)，經(jīng)歷Minor GC后會到Survivor區(qū)，經(jīng)歷一般15次GC還存活的話會進入老年代。

• 函數(shù)如何調(diào)用——棧內(nèi)存用于運行線程，它們包含了方法里的臨時數(shù)據(jù)、堆里其它對象引用的特定數(shù)據(jù)。

• 類去哪兒——方法區(qū)用來存儲類型信息（運行時常量和靜態(tài)變量）和方法代碼和構(gòu)造函數(shù)代碼，通常也叫永久代，JDK8用元空間代替永久代

JVM資源一般分為兩種CPU和內(nèi)存，CPU代表著線程棧，內(nèi)存代表著堆，而往往生產(chǎn)環(huán)境JVM問題一般都是這兩種資源不足導(dǎo)致的，當(dāng)線程棧使用不當(dāng)?shù)臅r候，通常會CPU爆滿，當(dāng)堆內(nèi)存使用不當(dāng)?shù)臅r候，通常會出現(xiàn)內(nèi)存溢出。

內(nèi)存管理清潔工——垃圾回收

Java程序語言中的一個最大優(yōu)點是自動垃圾回收，Java垃圾回收會找出沒用的對象，把它從內(nèi)存中移除并釋放出內(nèi)存給以后創(chuàng)建的對象使用。下面圖片生動對比手動垃圾回收和自動垃圾回收的區(qū)別。垃圾回收重點關(guān)注碎片和性能。

初識垃圾回收算法

按回收策略

(1).引用計數(shù)算法：

給對象中添加一個引用計數(shù)器，每當(dāng)有一個地方引用它時，計數(shù)器值就加1；當(dāng)引用失效時，計數(shù)器值就減1；任何時刻計數(shù)器都為0的對象就是不再被使用的，垃圾收集器將回收該對象使用的內(nèi)存。引用計數(shù)算法實現(xiàn)簡單，效率很高，微軟的COM技術(shù)、ActionScript、Python等都使用了引用計數(shù)算法進行內(nèi)存管理，但是引用計數(shù)算法對于對象之間相互循環(huán)引用問題難以解決，因此java并沒有使用引用計數(shù)算法。

(2).根搜索算法：

通過一系列的名為“GC Root”的對象作為起點，從這些節(jié)點向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈(Reference Chain)，當(dāng)一個對象到GC Root沒有任何引用鏈相連時，則該對象不可達，該對象是不可使用的，垃圾收集器將回收其所占的內(nèi)存。

在Java語言里，可作為GC Roots對象的包括如下幾種：

a.System Class,像rt.jar里面的java.util.*

b.Thread,開始狀態(tài)的線程

c.虛擬機棧(棧楨中的本地變量表)中的引用的對象

d.方法區(qū)中的類靜態(tài)屬性引用的對象

e.方法區(qū)中的常量引用的對象

f.本地方法棧中JNI的引用的對象

(3).標記-清除算法：

最基礎(chǔ)的垃圾收集算法，算法分為“標記”和“清除”兩個階段：首先標記出所有需要回收的對象，在標記完成之后統(tǒng)一回收掉所有被標記的對象。

標記-清除算法的缺點有兩個：首先，效率問題，標記和清除效率都不高。其次，標記清除之后會產(chǎn)生大量的不連續(xù)的內(nèi)存碎片，空間碎片太多會導(dǎo)致當(dāng)程序需要為較大對象分配內(nèi)存時無法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存而不得不提前觸發(fā)另一次垃圾收集動作。

(4).復(fù)制算法：

將可用內(nèi)存按容量分成大小相等的兩塊，每次只使用其中一塊，當(dāng)這塊內(nèi)存使用完了，就將還存活的對象復(fù)制到另一塊內(nèi)存上去，然后把使用過的內(nèi)存空間一次清理掉。這樣使得每次都是對其中一塊內(nèi)存進行回收，內(nèi)存分配時不用考慮內(nèi)存碎片等復(fù)雜情況，只需要移動堆頂指針，按順序分配內(nèi)存即可，實現(xiàn)簡單，運行高效。

復(fù)制算法的缺點顯而易見，可使用的內(nèi)存降為原來一半。

(5).標記-清除-整理算法：

標記-整理算法在標記-清除算法基礎(chǔ)上做了改進，標記階段是相同的標記出所有需要回收的對象，在標記完成之后不是直接對可回收對象進行清理，而是讓所有存活的對象都向一端移動，在移動過程中清理掉可回收的對象，這個過程叫做整理。

標記-整理算法相比標記-清除算法的優(yōu)點是內(nèi)存被整理以后不會產(chǎn)生大量不連續(xù)內(nèi)存碎片問題。

復(fù)制算法在對象存活率高的情況下就要執(zhí)行較多的復(fù)制操作，效率將會變低，而在對象存活率高的情況下使用標記-整理算法效率會大大提高。

按分區(qū)回收

(1).分代算法：

根據(jù)對象的存活周期的不同將內(nèi)存劃分為幾塊。一般把java堆分為新生代和老年代，這樣就可以根據(jù)各個年代的特點采用最適當(dāng)?shù)氖占惴āＴ谛律?，每次垃圾收集時都發(fā)現(xiàn)有大批對象死去，只有少量存活，那就選用復(fù)制算法，只需要付出少量存活對象的復(fù)制成本就可以完成收集。而老年代中因為對象存活率高、沒有額外空間對他進行分配擔(dān)保，就必須使用“標記-整理”算法進行回收。

按系統(tǒng)線程

串行/并行回收方式：在GC過程中，單線程/多線程收集器采用Stop-the-World機制，做事專一吞吐量高；

并發(fā)回收：工作線程和垃圾回收線程并發(fā)執(zhí)行，一心二用，吞吐量較低，不過保證在GC的時候，其它用戶線程可以工作；

垃圾收集器

JVM常見參數(shù)

最后匯總一下JVM常見配置

類加載設(shè)置

-XX:+TraceClassLoading:類加載日志

-XX:+TraceClassUnloading:類卸載日志

堆設(shè)置

-Xms:初始堆大小

-Xmx:最大堆大小

-XX:NewSize=n:設(shè)置年輕代大小

-XX:NewRatio=n:設(shè)置年輕代和年老代的比值。如:為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。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一個Survivor區(qū)占整個年輕代的1/5

-XX:MaxPermSize=n:設(shè)置持久代大小

收集器設(shè)置

-XX:+UseSerialGC:設(shè)置串行收集器

-XX:+UseParallelGC:設(shè)置并行收集器

-XX:+UseParalledlOldGC:設(shè)置并行年老代收集

-XX:+UseConcMarkSweepGC:設(shè)置并發(fā)收集器

垃圾回收統(tǒng)計信息

-XX:+PrintGC

-XX:+PrintGCDetails

-XX:+PrintGCTimeStamps

-Xloggc:filename

并行收集器設(shè)置

-XX:ParallelGCThreads=n:設(shè)置并行收集器收集時使用的CPU數(shù)。并行收集線程數(shù)。

-XX:MaxGCPauseMillis=n:設(shè)置并行收集最大暫停時間

-XX:GCTimeRatio=n:設(shè)置垃圾回收時間占程序運行時間的百分比。公式為1/(1+n)

并發(fā)收集器設(shè)置

-XX:+CMSIncrementalMode:設(shè)置為增量模式。適用于單CPU情況

-XX:ParallelGCThreads=n:設(shè)置并發(fā)收集器年輕代收集方式為并行收集時，使用的CPU數(shù)。并行收集線程數(shù)。

以上是“JVM的示例分析”這篇文章的所有內(nèi)容，感謝各位的閱讀！相信大家都有了一定的了解，希望分享的內(nèi)容對大家有所幫助，如果還想學(xué)習(xí)更多知識，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道！