JVM三大組成部分是什么

本篇內(nèi)容介紹了“JVM三大組成部分是什么”的有關(guān)知識(shí)，在實(shí)際案例的操作過(guò)程中，不少人都會(huì)遇到這樣的困境，接下來(lái)就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

JVM三大組成部分：類(lèi)加載子系統(tǒng)、運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)、執(zhí)行引擎

• 1.程序計(jì)數(shù)器（線程私有）
  當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器。

• 2.虛擬機(jī)棧（線程私有）
  每個(gè)方法被執(zhí)行的時(shí)候都會(huì)同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（Stack Frame）用于存儲(chǔ)局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)
  鏈接、方法出口等信息。每一個(gè)方法被調(diào)用直至執(zhí)行完成的過(guò)程，就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中從入棧到出棧的過(guò)程。

• 3.本地方法棧（線程私有）
  為虛擬機(jī)使用到的Native 方法（底層C編寫(xiě)的方法）服務(wù)。

• 4.堆（線程共享）
  此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對(duì)象實(shí)例，幾乎所有的對(duì)象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存。是垃圾收集器管理的主要區(qū)域，也被稱(chēng)作“GC堆”。
  堆大小 = 新生代 + 老年代。其中，堆的大小可以通過(guò)參數(shù) –Xms、-Xmx 、 -Xmn 來(lái)指定。
  默認(rèn)的，新生代 ( Young ) 與老年代 ( Old ) 的比例的值為 1:2 ( 該值可以通過(guò)參數(shù) –XX:NewRatio 來(lái)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(xì)分為 Eden 和 兩個(gè) Survivor 區(qū)域，這兩個(gè) Survivor 區(qū)域分別被命名為 from 和 to，以示區(qū)分。
  默認(rèn)的，Edem : from : to = 8 :1 : 1 ( 可以通過(guò)參數(shù)–XX:SurvivorRatio 來(lái)設(shè)定 )，即： Eden = 8/10 的新生代空間大小，from = to = 1/10 的新生代空間大小。

• 5.方法區(qū)--JDK1.8改為元空間---非堆內(nèi)存（線程共享）
  存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類(lèi)信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。在JDK1.8版本廢棄了永久代，替代的是元空間（MetaSpace），元空間與永久代上類(lèi)似，都是方法區(qū)的實(shí)現(xiàn)，他們最大區(qū)別是：元空間并不在JVM中，而是使用本地內(nèi)存。可通過(guò)-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize來(lái)指定最小值和最大值。

1.JVM如何確定垃圾？GC ROOT(可達(dá)性分析)
虛擬機(jī)棧（棧幀中的局部變量表）中引用的對(duì)象。
木地方法棧中JNI（Native方法）引用的對(duì)象。
方法區(qū)中的類(lèi)靜態(tài)屬性引用的對(duì)象。
方法區(qū)中常量引用的對(duì)象。

2.JVM調(diào)優(yōu)步驟
2.1 打印GC日志
-XX:+PrintGCDetails  -XX:+PrintGCTimeStamps  -XX:+PrintGCDateStamps，Tomcat則直接加在JAVA_OPTS變量里
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError讓虛擬機(jī)在發(fā)生內(nèi)存溢出時(shí) Dump 出當(dāng)前的內(nèi)存堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照，以便分析
2.2 分析日志得到關(guān)鍵性指標(biāo)
2.3 分析GC原因，調(diào)優(yōu)JVM參數(shù)

3.JVM查看系統(tǒng)默認(rèn)值
jps：查看進(jìn)程號(hào)，jps -l
jinfo：查看默認(rèn)值，jinfo -flag 配置項(xiàng) 進(jìn)程號(hào)/jinfo -flags 進(jìn)程號(hào)
java  -XX:+PrintFlagsFinal version
    -XX:+PrintFlagsInitial 查看初始值
    -XX:+PrintFlagsFinal  查看修改更新
    -XX:+PrintCommandLineFlags 默認(rèn)的垃圾回收器

4.JVM常用基本參數(shù)配置
-Xms：初始大小內(nèi)存，默認(rèn)為物理內(nèi)存1/64  等價(jià)于-XX:InitialHeapSize
-Xmx：最大分配內(nèi)存，默認(rèn)為物理內(nèi)存的1/4 等價(jià)于-XX:MaxHeapSize
-Xss：設(shè)置單個(gè)線程棧的大小，一般默認(rèn)為512k~1024k 等價(jià)于-XX:ThreadStackSize
-Xmn：設(shè)置年輕代大小
-XX:MetaspaceSize： 元空間的本質(zhì)和永久代類(lèi)似，都是對(duì)JVM規(guī)范中方法區(qū)的實(shí)現(xiàn)。不過(guò)元空間與永久代之間最大的區(qū)別在于：元空間并不在虛擬機(jī)中，而是使用本地內(nèi)存。因此，默認(rèn)情況下，元空間的大小僅受本地內(nèi)存限制。
-XX:PrintGCDetails：打印GC情況 (查看：名稱(chēng) GC前內(nèi)存占用->GC后內(nèi)存占用 該區(qū)內(nèi)存總大小)

-XX:SurvivorRatio：設(shè)置新生代中eden/ S0/S1空間的比例；默認(rèn)-XX:SurvivorRatio=8，即Eden:S0:S1 = 8:1:1；SurvivorRatio的值就是設(shè)置eden區(qū)的比例占比，S0/S1相同。
-XX:NewRatio：配置年輕代與老年代在堆中的占比，默認(rèn)-XX:NewRatio=2，新生代占1，老年代占2，年輕代占整個(gè)堆的1/3；NewRatio值就是設(shè)置老年代的占比，新生代為1。
-XX:MaxTenuringThreshold：設(shè)置垃圾最大年齡，默認(rèn)為15，且最大不能超過(guò)15。

5.垃圾回收算法和垃圾收集器（GC算法是方法論，垃圾收集器就是算法的落地實(shí)現(xiàn)）
四種垃圾回收算法
1.引用計(jì)數(shù)：引用時(shí)+1，反之亦然，為0時(shí)，表示可回收（循環(huán)引用有問(wèn)題）

2.復(fù)制（Copy）：實(shí)際可使用的內(nèi)存空間縮小為原來(lái)的一半（浪費(fèi)空間、耗時(shí)）
將內(nèi)存按容量劃分為兩塊，每次只使用其中一塊。當(dāng)這一塊內(nèi)存用完了，就將存活的對(duì)象復(fù)制到另一塊上，然后再把已使用的內(nèi)存空間一次清理掉。這樣使得每次都是對(duì)半個(gè)內(nèi)存區(qū)回收，也不用考慮內(nèi)存碎片問(wèn)題，簡(jiǎn)單高效。缺點(diǎn)需要兩倍的內(nèi)存空間。

3.標(biāo)記清除（Mark Sweep）：產(chǎn)生內(nèi)存碎片
GC分為兩個(gè)階段，標(biāo)記和清除。首先標(biāo)記所有可回收的對(duì)象，在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的對(duì)象。同時(shí)會(huì)產(chǎn)生不連續(xù)的內(nèi)存碎片。碎片過(guò)多會(huì)導(dǎo)致以后程序運(yùn)行時(shí)需要分配較大對(duì)象時(shí)，無(wú)法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存，而不得已再次觸發(fā)GC。

4.標(biāo)記整理（Mark Compact）：壓縮整理效率低（耗時(shí)）
也分為兩個(gè)階段，首先標(biāo)記可回收的對(duì)象，再將存活的對(duì)象都向一端移動(dòng)，然后清理掉邊界以外的內(nèi)存。此方法避免標(biāo)記-清除算法的碎片問(wèn)題，同時(shí)也避免了復(fù)制算法的空間問(wèn)題。

擴(kuò)：一般年輕代中執(zhí)行GC后，會(huì)有少量的對(duì)象存活，就會(huì)選用復(fù)制算法，只要付出少量的存活對(duì)象復(fù)制成本就可以完成收集。而老年代中因?yàn)閷?duì)象存活率高，沒(méi)有額外過(guò)多內(nèi)存空間分配，就需要使用標(biāo)記-清除或者標(biāo)記-整理算法來(lái)進(jìn)行回收。

四種垃圾回收器
Serial串行：它為單線程環(huán)境設(shè)計(jì)且只使用一個(gè)線程進(jìn)行垃圾回收，會(huì)暫停所有線程。所以不適合生產(chǎn)環(huán)境

Parallel并行：多個(gè)垃圾收集線程并行工作，此時(shí)用戶(hù)線程是暫停的，適用于科學(xué)計(jì)算/大數(shù)據(jù)處理首臺(tái)處理等弱交互場(chǎng)景

CMS并發(fā)：用戶(hù)線程和垃圾收集線程同時(shí)執(zhí)行（不一定是并行，可能交替執(zhí)行），不需要停頓用戶(hù)線程（停頓短，可忽略），適用于對(duì)響應(yīng)時(shí)間有要求的場(chǎng)景
* 初始標(biāo)記（Initial Mark）
* 并發(fā)標(biāo)記（Concurrent Mark）
* 重新標(biāo)記（Remark）
* 并發(fā)清除（Concurrent Sweep）
其中，初始標(biāo)記、重新標(biāo)記這兩個(gè)步驟仍然需要暫停應(yīng)用線程。初始標(biāo)記只是標(biāo)記一下GC Roots能直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象，速度很快，并發(fā)標(biāo)記階段是標(biāo)記可回收對(duì)象，而重新標(biāo)記階段則是為了修正并發(fā)標(biāo)記期間因用戶(hù)程序繼續(xù)運(yùn)作導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動(dòng)的那一部分對(duì)象的標(biāo)記記錄，這個(gè)階段暫停時(shí)間比初始標(biāo)記階段稍長(zhǎng)一點(diǎn)，但遠(yuǎn)比并發(fā)標(biāo)記時(shí)間短。
由于整個(gè)過(guò)程中消耗最長(zhǎng)的并發(fā)標(biāo)記和并發(fā)清除過(guò)程收集器線程都可以與用戶(hù)線程一起工作，所以，CMS收集器內(nèi)存回收與用戶(hù)一起并發(fā)執(zhí)行的，大大減少了暫停時(shí)間。

G1：將堆內(nèi)存劃分多個(gè)大小相等的獨(dú)立區(qū)域（Region），并且能預(yù)測(cè)暫停時(shí)間，能預(yù)測(cè)原因它能避免對(duì)整個(gè)堆進(jìn)行全區(qū)收集。G1跟蹤各個(gè)Region里的垃圾堆積價(jià)值大?。ㄋ@得空間大小以及回收所需時(shí)間），在后臺(tái)維護(hù)一個(gè)優(yōu)先列表，每次根據(jù)允許的收集時(shí)間，優(yōu)先回收價(jià)值最大的Region，從而保證了在有限時(shí)間內(nèi)獲得更高的收集效率。
G1收集器工作工程分為4個(gè)步驟，包括：
* 初始標(biāo)記（Initial Mark）
* 并發(fā)標(biāo)記（Concurrent Mark）
* 最終標(biāo)記（Final Mark）
* 篩選回收（Live Data Counting and Evacuation）
初始標(biāo)記與CMS一樣，標(biāo)記一下GC Roots能直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象。并發(fā)標(biāo)記從GC Root開(kāi)始標(biāo)記存活對(duì)象，這個(gè)階段耗時(shí)比較長(zhǎng)，但也可以與應(yīng)用線程并發(fā)執(zhí)行。而最終標(biāo)記也是為了修正在并發(fā)標(biāo)記期間因用戶(hù)程序繼續(xù)運(yùn)作而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變化的那一部分標(biāo)記記錄。最后在篩選回收階段對(duì)各個(gè)Region回收價(jià)值和成本進(jìn)行排序，根據(jù)用戶(hù)所期望的GC暫停時(shí)間來(lái)執(zhí)行回收。

擴(kuò)：

1.G1比較CMS的優(yōu)勢(shì)：
1）G1不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片
2）可以精確控制停頓。該收集器是把整個(gè)堆（新生代、老生代）劃分成多個(gè)固定大小的區(qū)域，每次根據(jù)允許停頓的時(shí)間去收集圾最多的區(qū)域

2.垃圾收集器組合：默認(rèn)的垃圾收集器-Parallel Scavenge

6.為什么分代？
將對(duì)象根據(jù)存活概率進(jìn)行分類(lèi)，對(duì)存活時(shí)間長(zhǎng)的對(duì)象，放到固定區(qū)，從而減少掃描垃圾時(shí)間及Full GC頻率。
針對(duì)分類(lèi)進(jìn)行不同的垃圾回收算法，對(duì)算法揚(yáng)長(zhǎng)避短。注：Full GC會(huì)引發(fā)STW（stop the world）

7.為什么survivor分為兩塊相等大小的幸存空間？
主要為了解決碎片化。如果內(nèi)存碎片化嚴(yán)重，也就是兩個(gè)對(duì)象占用不連續(xù)的內(nèi)存，已有的連續(xù)內(nèi)存不夠新對(duì)象存放，就會(huì)觸發(fā)GC。

8.為什么會(huì)堆內(nèi)存溢出？
在年輕代中經(jīng)過(guò)GC后還存活的對(duì)象會(huì)被復(fù)制到老年代中。當(dāng)老年代空間不足時(shí)，JVM會(huì)對(duì)老年代進(jìn)行完全的垃圾回收（Full GC）。
如果GC后，還是無(wú)法存放從Survivor區(qū)復(fù)制過(guò)來(lái)的對(duì)象，就會(huì)出現(xiàn)OOM（Out of Memory）。
OOM（Out of Memory）異常常見(jiàn)有以下幾個(gè)原因：
1）老年代內(nèi)存不足：java.lang.OutOfMemoryError:Javaheapspace
2）永久代內(nèi)存不足：java.lang.OutOfMemoryError:PermGenspace
3）內(nèi)存泄漏：代碼bug，占用內(nèi)存無(wú)法及時(shí)回收。
OOM在這幾個(gè)內(nèi)存區(qū)都有可能出現(xiàn)，實(shí)際遇到OOM時(shí)，能根據(jù)異常信息定位到哪個(gè)區(qū)的內(nèi)存溢出。
可以通過(guò)添加個(gè)參數(shù)-XX:+HeapDumpOnOutMemoryError，讓虛擬機(jī)在出現(xiàn)內(nèi)存溢出異常時(shí)Dump出當(dāng)前的內(nèi)存堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照以便事后分析。

9.cpu過(guò)高問(wèn)題排查
故障現(xiàn)象：用戶(hù)反饋網(wǎng)頁(yè)卡頓嚴(yán)重，登錄2分鐘...
9.1.先用top命令查看資源占用情況，找出cpu占比最高的
top

9.2.ps -ef或者jps進(jìn)一步定位進(jìn)程
ps -ef | grep java

9.3.定位到具體線程或者代碼
top -Hp pid

ps -mp pid -o THREAD,tid,time
-m 顯示所有線程
-p 顯示在pid列表中的進(jìn)程
-o 該參數(shù)后是用戶(hù)自定義格式

9.4.將需要的線程ID轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制
printf "%x\n" tid

9.5.jstack 打印線程堆棧信息
jstack 進(jìn)程ID | grep 線程id（16進(jìn)制線程ID小寫(xiě)英文） -A60(表示查找到所在行的后60行)

擴(kuò)展
參數(shù)類(lèi)型：1.標(biāo)配，例：java -version ,java -help  2.-X參數(shù)（了解），例：-Xlint解釋執(zhí)行，-Xcomp第一次使用就編譯成本地代碼（先編譯） 3.-XX

finalize： 是一個(gè) java.lang.Object 里的方法 ，當(dāng)一個(gè)對(duì)象被gc時(shí)，調(diào)用，可覆蓋該方法，重新給對(duì)象賦值，即不會(huì)被回收。當(dāng)垃圾收集確定沒(méi)有對(duì)對(duì)象的更多引用時(shí)，由對(duì)象上的垃圾收集器調(diào)用。一個(gè)子類(lèi)覆蓋finalize方法來(lái)處理系統(tǒng)資源或執(zhí)行其他清理。

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