# jvm内存结构

JDK7-主要分为四五部分：方法区、虚拟机栈、本地栈、计数器、堆

计数器：行号指示器，线程私有。PC寄存器，说到这里我们的类已经加载了，实例对象、方法、静态变量都去了自己改去的地方，那么问题来了，程序该怎么执行，哪个方法先执行，哪个方法后执行，这些指令执行的顺序就是PC寄存器在管，它的作用就是控制程序指令的执行顺序。执行引擎当然就是根据PC寄存器调配的指令顺序，依次执行程序指

虚拟机栈：局部变量，操作栈、动态链接、方法出口，线程私有。java栈是每个线程私有的区域，它的生命周期与线程相同，一个线程对应一个java栈，每执行一个方法就会往栈中压入一个元素，这个元素叫“栈帧”，而栈帧中包括了方法中的局部变量、用于存放中间状态值的操作栈，这里面有很多细节，我们以后再讲。如果java栈空间不足了，程序会抛出StackOverflowError异常，想一想什么情况下会容易产生这个错误，对，递归，递归如果深度很深，就会执行大量的方法，方法越多java栈的占用空间越大。

本地方法栈角色和java栈类似，只不过它是用来表示执行本地方法的，本地方法栈存放的方法调用本地方法接口，最终调用本地方法库，实现与操作系统、硬件交互的目的。

堆：存放对象实例。多线程共享。垃圾回收重点区域。java堆也是线程共享的区域，我们的类的实例就放在这个区域，可以想象你的一个系统会产生很多实例，因此java堆的空间也是最大的。如果java堆空间不足了，程序会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区是各个线程共享的区域，存放类信息、常量、静态变量。

## 虚拟机中内存原理

在c里面通过malloc等来申请内存（c++通过new），非malloc对象由栈分配。应用内存回收给glic，glic再返回操作系统。所以在系统内存中会存在内存碎片。栈的内存是需要连续性回收。

# 类加载

类生命周期

加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载

类加载顺序

包含bootstrap classloader、system classloader、app classloader，三层关系中使用双亲委托方式。

# 虚拟机执行系统

# 垃圾回收

堆这块区域是JVM中最大的，应用的对象和数据都是存在这个区域，这块区域也是线程共享的，也是 gc 主要的回收区，一个 JVM 实例只存在一个堆类存，堆内存的大小是可以调节的。类加载器读取了类文件后，需要把类、方法、常变量放到堆内存中，以方便执行器执行，堆内存分为三部分：新生代、老年代、永久区。

## 新生区

eden space  -伊甸园

survivor 0 space -- 幸存0区

survivor 1 space -- 幸存1区

## 养老区 tenure generation space

## 永久存储区 permanent space

新生区是类的诞生、成长、消亡的区域，一个类在这里产生，应用，最后被垃圾回收器收集，结束生命。新生区又分为两部分：伊甸区（Eden space）和幸存者区（Survivor pace），所有的类都是在伊甸区被new出来的。幸存区有两个：0区（Survivor 0 space）和1区（Survivor 1 space）。当伊甸园的空间用完时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园进行垃圾回收（Minor GC）,将伊甸园中的剩余对象移动到幸存0区。若幸存0区也满了，再对该区进行垃圾回收，然后移动到1区。那如果1去也满了呢？再移动到养老区。若养老区也满了，那么这个时候将产生Major GC（FullGCC），进行养老区的内存清理。若养老区执行Full GC 之后发现依然无法进行对象的保存，就会产生OOM异常“OutOfMemoryError”。

## 垃圾回收器种类

参数

s

# java启动参数

## java启动参数共分为三类；

其一是标准参数（-），所有的JVM实现都必须实现这些参数的功能，而且向后兼容；

其二是非标准参数（-X），默认jvm实现这些参数的功能，但是并不保证所有jvm实现都满足，且不保证向后兼容；

其三是非Stable参数（-XX），此类参数各个jvm实现会有所不同，将来可能会随时取消，需要慎重使用；

## 一、标准参数中比较有用的：

verbose 

-verbose:class 

 输出jvm载入类的相关信息，当jvm报告说找不到类或者类冲突时可此进行诊断。

-verbose:gc 

 输出每次GC的相关情况。

-verbose:jni 

 输出native方法调用的相关情况，一般用于诊断jni调用错误信息。

## 二、非标准参数又称为扩展参数，一般用到最多的是

-Xms512m  设置JVM促使内存为512m。此值可以设置与-Xmx相同，以避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配内存。

-Xmx512m ，设置JVM最大可用内存为512M。

-Xmn200m：设置年轻代大小为200M。整个堆大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小。持久代一般固定大小为64m，所以增大年轻代后，将会减小年老代大小。此值对系统性能影响较大，Sun官方推荐配置为整个堆的3/8。

-Xss128k：

设置每个线程的堆栈大小。JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M，以前每个线程堆栈大小为256K。更具应用的线程所需内存大小进行调整。在相同物理内存下，减小这个值能生成更多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的，不能无限生成，经验值在3000~5000左右。

-Xloggc:file

 与-verbose:gc功能类似，只是将每次GC事件的相关情况记录到一个文件中，文件的位置最好在本地，以避免网络的潜在问题。

 若与verbose命令同时出现在命令行中，则以-Xloggc为准。

-Xprof

 跟踪正运行的程序，并将跟踪数据在标准输出输出；适合于开发环境调试。

## 非Stable参数

用-XX作为前缀的参数列表在jvm中可能是不健壮的，SUN也不推荐使用，后续可能会在没有通知的情况下就直接取消了；但是由于这些参数中的确有很多是对我们很有用的，比如我们经常会见到的-XX:PermSize、-XX:MaxPermSize等等；

### 行为参数：

参数及其默认值 描述

-XX:-DisableExplicitGC 禁止调用System.gc()；但jvm的gc仍然有效

-XX:+MaxFDLimit 最大化文件描述符的数量限制

-XX:+ScavengeBeforeFullGC 新生代GC优先于Full GC执行

-XX:+UseGCOverheadLimit 在抛出OOM之前限制jvm耗费在GC上的时间比例

-XX:-UseConcMarkSweepGC 对老生代采用并发标记交换算法进行GC

-XX:-UseParallelGC 启用并行GC

-XX:-UseParallelOldGC 对Full GC启用并行，当-XX:-UseParallelGC启用时该项自动启用

-XX:-UseSerialGC 启用串行GC

-XX:+UseThreadPriorities 启用本地线程优先级

上面表格中黑体的三个参数代表着jvm中GC执行的三种方式，即串行、并行、并发；

串行（SerialGC）是jvm的默认GC方式，一般适用于小型应用和单处理器，算法比较简单，GC效率也较高，但可能会给应用带来停顿；

并行（ParallelGC）是指GC运行时，对应用程序运行没有影响，GC和app两者的线程在并发执行，这样可以最大限度不影响app的运行；

并发（ConcMarkSweepGC）是指多个线程并发执行GC，一般适用于多处理器系统中，可以提高GC的效率，但算法复杂，系统消耗较大；

性能调优参数列表：

参数及其默认值 描述

-XX:LargePageSizeInBytes=4m 设置用于Java堆的大页面尺寸

-XX:MaxHeapFreeRatio=70 GC后java堆中空闲量占的最大比例

-XX:MaxNewSize=size 新生成对象能占用内存的最大值

-XX:MaxPermSize=64m 老生代对象能占用内存的最大值

-XX:MinHeapFreeRatio=40 GC后java堆中空闲量占的最小比例

-XX:NewRatio=2 新生代内存容量与老生代内存容量的比例

-XX:NewSize=2.125m 新生代对象生成时占用内存的默认值

-XX:ReservedCodeCacheSize=32m 保留代码占用的内存容量

-XX:ThreadStackSize=512 设置线程栈大小，若为0则使用系统默认值

-XX:+UseLargePages 使用大页面内存

# 调试参数列表

我们在日常性能调优中基本上都会用到以上黑体的这几个属性；

参数及其默认值 描述

-XX:-CITime 打印消耗在JIT编译的时间

-XX:ErrorFile=./hs_err_pid.log 保存错误日志或者数据到文件中

-XX:-ExtendedDTraceProbes 开启solaris特有的dtrace探针

-XX:HeapDumpPath=./java_pid.hprof 指定导出堆信息时的路径或文件名

-XX:-HeapDumpOnOutOfMemoryError 当首次遭遇OOM时导出此时堆中相关信息

-XX:OnError=";" 出现致命ERROR之后运行自定义命令

-XX:OnOutOfMemoryError=";"  当首次遭遇OOM时执行自定义命令

-XX:-PrintClassHistogram 遇到Ctrl-Break后打印类实例的柱状信息，与jmap -histo功能相同

-XX:-PrintConcurrentLocks 遇到Ctrl-Break后打印并发锁的相关信息，与jstack -l功能相同

-XX:-PrintCommandLineFlags 打印在命令行中出现过的标记

-XX:-PrintCompilation 当一个方法被编译时打印相关信息

-XX:-PrintGC 每次GC时打印相关信息

-XX:-PrintGC Details 每次GC时打印详细信息

-XX:-PrintGCTimeStamps 打印每次GC的时间戳

-XX:-TraceClassLoading 跟踪类的加载信息

-XX:-TraceClassLoadingPreorder 跟踪被引用到的所有类的加载信息

-XX:-TraceClassResolution 跟踪常量池

-XX:-TraceClassUnloading 跟踪类的卸载信息

-XX:-TraceLoaderConstraints 跟踪类加载器约束的相关信息

### 例子

/usr/local/jdk/bin/java -Dresin.home=/usr/local/resin -server -Xms1800M -Xmx1800M -Xmn300M -Xss512K -XX:PermSize=300M -XX:MaxPermSize=300M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:MaxTenuringThreshold=5 -XX:GCTimeRatio=19 -Xnoclassgc -XX:+DisableExplicitGC -XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0 -XX:-CMSParallelRemarkEnabled -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70 -XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0 -XX:+PrintClassHistogram -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintHeapAtGC -Xloggc:log/gc.log

### 堆大小设置

JVM 中最大堆大小有三方面限制：相关操作系统的数据模型（32-bt还是64-bit）限制；系统的可用虚拟内存限制；系统的可用物理内存限制。32位系统下，一般限制在1.5G~2G；64为操作系统对内存无限制。我在Windows Server 2003 系统，3.5G物理内存，JDK5.0下测试，最大可设置为1478m。

典型设置：

java-Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k

-Xmx3550m：设置JVM最大可用内存为3550M。

-Xms3550m：设置JVM促使内存为3550m。此值可以设置与-Xmx相同，以避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配内存。

-Xmn2g：设置年轻代大小为2G。整个堆大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小。持久代一般固定大小为64m，所以增大年轻代后，将会减小年老代大小。此值对系统性能影响较大，Sun官方推荐配置为整个堆的3/8。

-Xss128k：设置每个线程的堆栈大小。JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M，以前每个线程堆栈大小为256K。更具应用的线程所需内存大小进行调整。在相同物理内存下，减小这个值能生成更多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的，不能无限生成，经验值在3000~5000左右。

java -Xmx3550m -Xms3550m -Xss128k-XX:NewRatio=4 -XX:SurvivorRatio=4 -XX:MaxPermSize=16m -XX:MaxTenuringThreshold=0

-XX:NewRatio=4:设置年轻代（包括Eden和两个Survivor区）与年老代的比值（除去持久代）。设置为4，则年轻代与年老代所占比值为1：4，年轻代占整个堆栈的1/5

-XX:SurvivorRatio=4：设置年轻代中Eden区与Survivor区的大小比值。设置为4，则两个Survivor区与一个Eden区的比值为2:4，一个Survivor区占整个年轻代的1/6

-XX:MaxPermSize=16m:设置持久代大小为16m。

-XX:MaxTenuringThreshold=0：设置垃圾最大年龄。如果设置为0的话，则年轻代对象不经过Survivor区，直接进入年老代。对于年老代比较多的应用，可以提高效率。如果将此值设置为一个较大值，则年轻代对象会在Survivor区进行多次复制，这样可以增加对象再年轻代的存活时间，增加在年轻代即被回收的概论。

回收器选择

JVM给了三种选择：串行收集器、并行收集器、并发收集器，但是串行收集器只适用于小数据量的情况，所以这里的选择主要针对并行收集器和并发收集器。默认情况下，JDK5.0以前都是使用串行收集器，如果想使用其他收集器需要在启动时加入相应参数。JDK5.0以后，JVM会根据当前系统配置进行判断。

吞吐量优先的并行收集器

如上文所述，并行收集器主要以到达一定的吞吐量为目标，适用于科学技术和后台处理等。

典型配置：

java -Xmx3800m -Xms3800m -Xmn2g -Xss128k-XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20

-XX:+UseParallelGC：选择垃圾收集器为并行收集器。此配置仅对年轻代有效。即上述配置下，年轻代使用并发收集，而年老代仍旧使用串行收集。

-XX:ParallelGCThreads=20

：配置并行收集器的线程数，即：同时多少个线程一起进行垃圾回收。此值最好配置与处理器数目相等。

java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20-XX:+UseParallelOldGC

-XX:+UseParallelOldGC

：配置年老代垃圾收集方式为并行收集。JDK6.0支持对年老代并行收集。

java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC-XX:MaxGCPauseMillis=100

-XX:MaxGCPauseMillis=100:

设置每次年轻代垃圾回收的最长时间，如果无法满足此时间，JVM会自动调整年轻代大小，以满足此值。

java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy 

-XX:+UseAdaptiveSizePolicy

：设置此选项后，并行收集器会自动选择年轻代区大小和相应的Survivor区比例，以达到目标系统规定的最低相应时间或者收集频率等，此值建议使用并行收集器时，一直打开。

响应时间优先的并发收集器

如上文所述，并发收集器主要是保证系统的响应时间，减少垃圾收集时的停顿时间。适用于应用服务器、电信领域等。

典型配置：

java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:ParallelGCThreads=20-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC

-XX:+UseConcMarkSweepGC

：设置年老代为并发收集。测试中配置这个以后，-XX:NewRatio=4的配置失效了，原因不明。所以，此时年轻代大小最好用-Xmn设置。

-XX:+UseParNewGC:设置年轻代为并行收集。可与CMS收集同时使用。JDK5.0以上，JVM会根据系统配置自行设置，所以无需再设置此值。

java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseConcMarkSweepGC-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5 -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction：由于并发收集器不对内存空间进行压缩、整理，所以运行一段时间以后会产生“碎片”，使得运行效率降低。此值设置运行多少次GC以后对内存空间进行压缩、整理。

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：打开对年老代的压缩。可能会影响性能，但是可以消除碎片

辅助信息

JVM提供了大量命令行参数，打印信息，供调试使用。主要有以下一些：

-XX:+PrintGC

输出形式：[GC 118250K->113543K(130112K), 0.0094143 secs]

                [Full GC 121376K->10414K(130112K), 0.0650971 secs]

-XX:+PrintGCDetails

输出形式：[GC [DefNew: 8614K->781K(9088K), 0.0123035 secs] 118250K->113543K(130112K), 0.0124633 secs]

                [GC [DefNew: 8614K->8614K(9088K), 0.0000665 secs][Tenured: 112761K->10414K(121024K), 0.0433488 secs] 121376K->10414K(130112K), 0.0436268 secs]

-XX:+PrintGCTimeStamps-XX:+PrintGC：PrintGCTimeStamps可与上面两个混合使用

输出形式：11.851: [GC 98328K->93620K(130112K), 0.0082960 secs]

-XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime:打印每次垃圾回收前，程序未中断的执行时间。可与上面混合使用

输出形式：Application time: 0.5291524 seconds

-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime：打印垃圾回收期间程序暂停的时间。可与上面混合使用

输出形式：Total time for which application threads were stopped: 0.0468229 seconds

-XX:PrintHeapAtGC:打印GC前后的详细堆栈信息

输出形式：

34.702: [GC {Heap before gc invocations=7:

def new generation   total 55296K, used 52568K [0x1ebd0000, 0x227d0000, 0x227d0000)

eden space 49152K, 99% used[0x1ebd0000, 0x21bce430, 0x21bd0000)

from space 6144K, 55% used[0x221d0000, 0x22527e10, 0x227d0000)

to   space 6144K,   0% used [0x21bd0000, 0x21bd0000, 0x221d0000)

tenured generation   total 69632K, used 2696K [0x227d0000, 0x26bd0000, 0x26bd0000)

the space 69632K,   3% used[0x227d0000, 0x22a720f8, 0x22a72200, 0x26bd0000)

compacting perm gen total 8192K, used 2898K [0x26bd0000, 0x273d0000, 0x2abd0000)

the space 8192K, 35% used [0x26bd0000, 0x26ea4ba8, 0x26ea4c00, 0x273d0000)

ro space 8192K, 66% used [0x2abd0000, 0x2b12bcc0, 0x2b12be00, 0x2b3d0000)

rw space 12288K, 46% used [0x2b3d0000, 0x2b972060, 0x2b972200, 0x2bfd0000)

34.735: [DefNew: 52568K->3433K(55296K), 0.0072126 secs] 55264K->6615K(124928K)Heap after gc invocations=8:

def new generation   total 55296K, used 3433K [0x1ebd0000, 0x227d0000, 0x227d0000)

eden space 49152K,   0% used[0x1ebd0000, 0x1ebd0000, 0x21bd0000)

from space 6144K, 55% used [0x21bd0000, 0x21f2a5e8, 0x221d0000)

to   space 6144K,   0% used [0x221d0000, 0x221d0000, 0x227d0000)

tenured generation   total 69632K, used 3182K [0x227d0000, 0x26bd0000, 0x26bd0000)

the space 69632K,   4% used [0x227d0000, 0x22aeb958, 0x22aeba00, 0x26bd0000)

compacting perm gen total 8192K, used 2898K [0x26bd0000, 0x273d0000, 0x2abd0000)

the space 8192K, 35% used [0x26bd0000, 0x26ea4ba8, 0x26ea4c00, 0x273d0000)

ro space 8192K, 66% used [0x2abd0000, 0x2b12bcc0, 0x2b12be00, 0x2b3d0000)

rw space 12288K, 46% used [0x2b3d0000, 0x2b972060, 0x2b972200, 0x2bfd0000)

}

, 0.0757599 secs]

-Xloggc:filename:与上面几个配合使用，把相关日志信息记录到文件以便分析。

常见配置汇总

堆设置

-Xms:初始堆大小

-Xmx:最大堆大小

-XX:NewSize=n:设置年轻代大小

-XX:NewRatio=n:设置年轻代和年老代的比值。如:为3，表示年轻代与年老代比值为1：3，年轻代占整个年轻代年老代和的1/4

-XX:SurvivorRatio=n:年轻代中Eden区与两个Survivor区的比值。注意Survivor区有两个。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一个Survivor区占整个年轻代的1/5

-XX:MaxPermSize=n:设置持久代大小

收集器设置

-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

垃圾回收统计信息

-XX:+PrintGC

-XX:+PrintGCDetails

-XX:+PrintGCTimeStamps

-Xloggc:filename

并行收集器设置

-XX:ParallelGCThreads=n:设置并行收集器收集时使用的CPU数。并行收集线程数。

-XX:MaxGCPauseMillis=n:设置并行收集最大暂停时间

-XX:GCTimeRatio=n:设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比。公式为1/(1+n)

并发收集器设置

-XX:+CMSIncrementalMode:设置为增量模式。适用于单CPU情况。

-XX:ParallelGCThreads=n:设置并发收集器年轻代收集方式为并行收集时，使用的CPU数。并行收集线程数。

四、调优总结

年轻代大小选择

响应时间优先的应用：尽可能设大，直到接近系统的最低响应时间限制（根据实际情况选择）。在此种情况下，年轻代收集发生的频率也是最小的。同时，减少到达年老代的对象。

吞吐量优先的应用：尽可能的设置大，可能到达Gbit的程度。因为对响应时间没有要求，垃圾收集可以并行进行，一般适合8CPU以上的应用。

年老代大小选择

响应时间优先的应用：年老代使用并发收集器，所以其大小需要小心设置，一般要考虑并发会话率和会话持续时间等一些参数。如果堆设置小了，可以会造成内存碎片、高回收频率以及应用暂停而使用传统的标记清除方式；如果堆大了，则需要较长的收集时间。最优化的方案，一般需要参考以下数据获得：

并发垃圾收集信息

持久代并发收集次数

传统GC信息

花在年轻代和年老代回收上的时间比例

减少年轻代和年老代花费的时间，一般会提高应用的效率

吞吐量优先的应用：一般吞吐量优先的应用都有一个很大的年轻代和一个较小的年老代。原因是，这样可以尽可能回收掉大部分短期对象，减少中期的对象，而年老代尽存放长期存活对象。

较小堆引起的碎片问题

因为年老代的并发收集器使用标记、清除算法，所以不会对堆进行压缩。当收集器回收时，他会把相邻的空间进行合并，这样可以分配给较大的对象。但是，当堆空间较小时，运行一段时间以后，就会出现“碎片”，如果并发收集器找不到足够的空间，那么并发收集器将会停止，然后使用传统的标记、清除方式进行回收。如果出现“碎片”，可能需要进行如下配置：

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：使用并发收集器时，开启对年老代的压缩。

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0：上面配置开启的情况下，这里设置多少次Full GC后，对年老代进行压缩

参考地址

https://www.cnblogs.com/leefreeman/p/7344460.html