JVM调优

先来一张JVM思维导图,网上看到的,整理的已经比较全面了,感觉很不错!

  1. Heap-堆:新生代(Eden-幸存区、S0-From、S1-To),老年代
  2. PermGen-持久代
  3. 线程栈

JVM导图

类的生命周期包括这几个部分,加载、连接、初始化、使用和卸载,其中前三部是类的加载的过程,如下图:

类加载过程

  1. 加载,查找并加载类的二进制数据,在Java堆中也创建一个java.lang.Class类的对象;
  2. 连接,连接又包含三块内容:验证、准备、初始化。1)验证,文件格式、元数据、字节码、符号引用验证;2)准备,为类的静态变量分配内存,并将其初始化为默认值;3)解析,把类中的符号引用转换为直接引用;
  3. 初始化,为类的静态变量赋予正确的初始值;
  4. 使用,new出对象程序中使用;
  5. 卸载,执行垃圾回收;

JVM的内存结构如下图:

JVM内存结构

  • Java堆(Heap),是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块,Java堆是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建,此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存。
  • 方法区(Method Area),方法区(Method Area)与Java堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
  • 程序计数器(Program Counter Register),程序计数器(Program Counter Register)是一块较小的内存空间,它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
  • JVM栈(JVM Stacks),与程序计数器一样,Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)也是线程私有的,它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
  • 本地方法栈(Native Method Stacks),本地方法栈(Native Method Stacks)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。

对象分配规则:

  • 对象优先分配在Eden区,如果Eden区没有足够的空间时,虚拟机执行一次Minor GC。
  • 大对象直接进入老年代(大对象是指需要大量连续内存空间的对象)。这样做的目的是避免在Eden区和两个Survivor区之间发生大量的内存拷贝(新生代采用复制算法收集内存)。
  • 长期存活的对象进入老年代,虚拟机为每个对象定义了一个年龄计数器,如果对象经过了1次Minor GC那么对象会进入Survivor区,之后每经过一次Minor GC那么对象的年龄加1,知道达到阀值对象进入老年区。
  • 动态判断对象的年龄,如果Survivor区中相同年龄的所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半,年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入老年代。
  • 空间分配担保,每次进行Minor GC时,JVM会计算Survivor区移至老年区的对象的平均大小,如果这个值大于老年区的剩余值大小则进行一次Full GC,如果小于检查HandlePromotionFailure设置,如果true则只进行Monitor GC,如果false则进行Full GC。

GC算法 垃圾回收:

对象存活判断

判断对象是否存活一般有两种方式:

  1. 引用计数:每个对象有一个引用计数属性,新增一个引用时计数加1,引用释放时计数减1,计数为0时可以回收。此方法简单,无法解决对象相互循环引用的问题。
  2. 可达性分析(Reachability Analysis):从GC Roots开始向下搜索,搜索所走过的路径称为引用链。当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时,则证明此对象是不可用的,不可达对象。

GC算法

GC最基础的算法有三种:标记 -清除算法、复制算法、标记-压缩算法,我们常用的垃圾回收器一般都采用分代收集算法:

  1. 标记 -清除算法,“标记-清除”(Mark-Sweep)算法,如它的名字一样,算法分为“标记”和“清除”两个阶段:首先标记出所有需要回收的对象,在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。
  2. 复制算法,“复制”(Copying)的收集算法,它将可用内存按容量划分为大小相等的两块,每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了,就将还存活着的对象复制到另外一块上面,然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。
  3. 标记-压缩算法,标记过程仍然与“标记-清除”算法一样,但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理,而是让所有存活的对象都向一端移动,然后直接清理掉端边界以外的内存。
  4. 分代收集算法,“分代收集”(Generational Collection)算法,把Java堆分为新生代和老年代,这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。

垃圾回收器

  1. Serial收集器,串行收集器是最古老,最稳定以及效率高的收集器,可能会产生较长的停顿,只使用一个线程去回收。
  2. ParNew收集器,ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本。
  3. Parallel收集器,Parallel Scavenge收集器类似ParNew收集器,Parallel收集器更关注系统的吞吐量。
  4. Parallel Old 收集器,Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本,使用多线程和“标记-整理”算法。
  5. CMS收集器,CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。
  6. G1收集器,G1 (Garbage-First)是一款面向服务器的垃圾收集器,主要针对配备多颗处理器及大容量内存的机器. 以极高概率满足GC停顿时间要求的同时,还具备高吞吐量性能特征。

GC分析 命令调优

GC日志分析

年轻代young gc回收:

1
2016-07-05T10:43:18.093+0800: 25.395: [GC [PSYoungGen: 274931K->10738K(274944K)] 371093K->147186K(450048K), 0.0668480 secs] [Times: user=0.17 sys=0.08, real=0.07 secs]

老年代full gc回收:

1
2016-07-05T10:43:18.160+0800: 25.462: [Full GC [PSYoungGen: 10738K->0K(274944K)] [ParOldGen: 136447K->140379K(302592K)] 147186K->140379K(577536K) [PSPermGen: 85411K->85376K(171008K)], 0.6763541 secs] [Times: user=1.75 sys=0.02, real=0.68 secs]

通过上面日志分析得出,PSYoungGen、ParOldGen、PSPermGen属于Parallel收集器。其中PSYoungGen表示gc回收前后年轻代的内存变化,ParOldGen表示gc回收前后老年代的内存变化,PSPermGen表示gc回收前后永久区的内存变化,young gc 主要是针对年轻代进行内存回收比较频繁,耗时短,full gc 会对整个堆内存进行回城,耗时长,因此一般尽量减少full gc的次数。

  • Young GC
    Young GC
  • Full GC
    Full GC

JVM操作命令

Sun JDK监控和故障处理命令有jps jstat jmap jhat jstack jinfo

  • jps,JVM Process Status Tool,显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程。
  • jstat,JVM statistics Monitoring是用于监视虚拟机运行时状态信息的命令,它可以显示出虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据。
  • jmap,JVM Memory Map命令用于生成heap dump文件。
  • jhat,JVM Heap Analysis Tool命令是与jmap搭配使用,用来分析jmap生成的dump,jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器,生成dump的分析结果后,可以在浏览器中查看。
  • jstack,用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。
  • jinfo,JVM Configuration info 这个命令作用是实时查看和调整虚拟机运行参数。

调优工具

常用调优工具分为两类,jdk自带监控工具:jconsole和jvisualvm,第三方有:MAT(Memory Analyzer Tool)、GChisto。

  • jconsole,Java Monitoring and Management Console是从java5开始,在JDK中自带的java监控和管理控制台,用于对JVM中内存,线程和类等的监控。
  • jvisualvm,jdk自带全能工具,可以分析内存快照、线程快照;监控内存变化、GC变化等。
  • MAT,Memory Analyzer Tool,一个基于Eclipse的内存分析工具,是一个快速、功能丰富的Java heap分析工具,它可以帮助我们查找内存泄漏和减少内存消耗。
  • GChisto,一款专业分析gc日志的工具。

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