进阶面试之 JVM 调优

什么是 JVM

JVM 是 Java Virtual Machine 的缩写，翻译成中文就是 Java 虚拟机，简单点说就是一种能够运行 Java 字节码的虚拟机。JVM 有着自己一套完整的硬件架构，还具有相应的指令系统，它屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，让 Java 程序只需要生成在 Java 虚拟机上运行的字节码，就可以在多种平台上不加修改地运行。

Java 虚拟机不是只为 Java 而生，实际上只要编译能够生成正确的 Java 字节码文件，那么这个语言就能在 JVM 上运行。目前市面上就有很多这样的语言：

• Groovy
• Kotlin
• Scala
• JRuby
• Jython
• ……

Groovy、Kotlin、Scala 都是原生就能在 JVM 上实现运行的新语言，JRuby 和 Jython 则是移植到 JVM 的旧语言（实现了相应的 JVM 编译器）。下面这张图可供大家参考理解：

在这里插入图片描述

JVM 并不是一个具体的实现，或者说它只是一种规范，HotSpot 则是 Java 虚拟机的一个实现，它是 Oracle 官方发布并维护的，当然除了 HotSpot，还有 IBM J9、Kaffe、TaobaoVM 等等，不过我们绝大多数人都在使用 HotSpot，所以我们平时说的 JVM 调优，就是基于 HotSpot 的调优。

JVM 规范相关的知识可以参考 Oracle 官网（JDK 8）：

https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/index.html

JVM 规范随着 JDK 版本的迭代也在不断变更，目前我们绝大多数同学应该都还在使用 JDK 8，所以下面的内容都会以 JDK 8 和 HotSpot 为基础。

GC 基础概念

GC 就是 Garbage Collection 的缩写，翻译过来就是垃圾回收，学 Java 的同学都知道，我们不需要手动去管理内存的回收，都是交给 GC 来自动回收。但是正因为 GC 是自动回收机制，肯定没有手动回收那样精确、高效，并且还会产生一些问题需要我们自行解决，这也是我们需要掌握 GC 技术的原因。

如何识别垃圾对象

引用计数法

顾名思义，为每个对象添加一个引用计数器，当有其他对象引用该对象时计数器 +1，反之则 -1，一旦某个对象的引用计数器为 0，则表示该对象可以被回收了。

这种方法的优点在于它能够快速回收不再被使用的对象，同时在回收过程中不会导致长时间的停顿，还可以清晰地标明每一个对象的生存周期。对于一些实时性要求比较高或内存受限的系统，这种方式非常适合。

当然这种方法存在着两个主要缺点：

• 频繁更新引用计数会降低运行效率
• 无法解决循环引用的问题（可以通过其他算法辅助优化解决）

可达性分析

这种算法的根本思路：给定一个集合的引用作为根出发，通过引用关系遍历对象图，能被遍历到的（可到达的）对象就被判定为存活，其余对象（也就是没有被遍历到的）就自然被判定为死亡。该算法的本质是找到所有活的对象，从而把其他的认定为垃圾对象，而不是直接找出所有垃圾对象并回收。

回收算法

标记—清除（Mark-Sweep）

从 GC Root 开始遍历搜索并标记，然后将没有标记的对象直接回收，整个过程不会发送对象的移动。这种算法容易产生大量的空闲空间碎片，使得大容量对象不容易获得连续的内存空间，从而造成空间浪费。在存活对象较多的时候比较高效。

标记—整理（Mark-Compact）

该算法和第一个非常类似，主要目的就是避免内存碎片化的问题，它会在回收的同时将保留的对象搬运到连续的内存空间。

复制（Copying）

将内存空间分成两个部分，每次回收时将一个半区的存活对象复制到另外一个半区。复制算法可以通过碰撞指针的方式进行快速地分配内存，但是也存在着空间利用率不高的缺点。

	标记—清除	标记—整理	复制
速度	中等	最慢	最快
空间开销	少（但会堆积碎片）	少（不堆积碎片）	通常需要活对象的 2 倍大小（不堆积碎片）
是否移动对象	否	是	是

关于时间开销