JVM的理解

1.数据类型

java虚拟机中，数据类型可以分为两类：基本类型和引用类型。

基本类型的变量保存原始值，即：它代表的值就是数值本身，而引用类型的变量保存引用值。

2. 堆（heap）与栈（stack）

概括：  

1.栈是运行时的单位 , 而堆是存储的单元。

2.栈解决程序的运行问题，即程序如何执行，或者说如何处理数据，堆解决的是数据存储的问题，即数据怎么放，放在哪儿。

在java中一个线程就会相应有一个线程栈与之对应，这点很容易理解，因为不同的线程执行逻辑有所不同，因此需要一个独立的线程栈。而堆则是所有线程共享的。

 疑问一：为什么要把堆和栈区分出来呢？栈中不是也可以存储数据吗？

     1. 从软件设计的角度看，栈代表了处理逻辑，而堆代表了数据。这样分开，使得处理逻辑更为清晰。分而治之的思想。这种隔离、模块化的思想在软件设计的方方面面都有体现。

     2.堆与栈的分离，使得堆中的内容可以被多个栈共享（也可以理解为多个线程访问同一个对象）。

        好处:  a.提供了一种有效的数据交互方式（如：共享内存）

                    b.堆中的共享常量和缓存可以被所有栈访问，节省了空间。

     3. 栈因为运行时的需要，比如保存系统运行的上下文，需要进行地址段的划分。由于栈只能向上增长，因此就会限制住栈存储内容的能力，而堆不同，堆中的对象是可以根据需要动态增长的，

因此栈和堆的拆分使得动态增长成为可能，相应栈中只需记录堆中的一个地址即可。

4. 面向对象就是堆和栈的完美结合。

        其实，面向对象方式的程序与以前结构化的程序在执行上没有任何区别。

        但是，面向对象的引入，使得对待问题的思考方式发生了改变，而更接近于自然方式的思考。

        当我们把对象拆开，你会发现，对象的属性其实就是数据，存放在堆中；

        而对象的行为（方法），就是运行逻辑，放在栈中。

        我们在编写对象的时候，其实就是编写了数据结构，也编写了处理数据的逻辑。不得不承认，面向对象的设计，确实很美。

 疑问二：堆中存什么？栈中存什么？

1. 栈存储的信息都是跟当前线程（或程序）相关的信息。(局部变量、程序运行状态、方法、方法返回值)等，栈中存的是基本数据类型和堆中对象的引用。一个对象的大小是不可估计的，或者说是可以动态变化的，但是在栈中，一个对象只对应了一个4byte的引用（堆栈分离的好处）。

2. 堆只负责存储对象信息。

疑问三：  为什么不把基本类型放堆中呢？

1. 其占用的空间一般是1~8个字节---需要空间比较少，

2.而且因为是基本类型，所以不会出现动态增长的情况---长度固定，因此栈中存储就够了，如果把它存在堆中是没有什么意义的（还会浪费空间，后面说明??）。

3.什么情况下触发垃圾回收

由于对象进行了分代处理，因此垃圾回收区域、时间也不一样。GC有两种类型：Scavenge GC 和 Full GC

Scavenge GC

一般情况下，当新对象生成，并且在Eden申请空间失败时，就会触发Scavenge GC，对Eden区域进行GC，清除非存活对象，并且把尚且存活的对象移动到Survivor区。然后整理Survivor的两个区。这种方式的GC是对年轻代的Eden区进行，不会影响到年老代。因为大部分对象都是从Eden区开始的，同时Eden区不会分配的很大，所以Eden区的GC会频繁进行。因而，一般在这里需要使用速度快、效率高的算法，使Eden区能尽快空闲出来。

Full GC

对整个堆进行整理，包括Young、Tenured 和 Perm。Full GC 因为需要对整个堆进行回收，所以比 Scavenge GC 要慢，因此应该尽可能减少 Full GC 的次数。在对JVM调优的过程中，很大一部分工作就是对于 Full GC 的调节。

有如下原因可能导致Full GC:

.年老代（Tenured）被写满

         . 持久代（Perm）被写满

         . System.gc()被显式调用

         . 上一次GC之后Heap的各域分配策略动态变化

4.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。

n 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

5.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。

6.JVM调优工具

Jconsole，jProfile，VisualVM

Jconsole : jdk自带，功能简单，但是可以在系统有一定负荷的情况下使用。对垃圾回收算法有很详细的跟踪。

JProfiler：商业软件，需要付费。功能强大。

VisualVM：JDK自带，功能强大，与JProfiler类似。推荐。

7.内存泄漏检查

内存泄漏是比较常见的问题，而且解决方法也比较通用，这里可以重点说一下，而线程、热点方面的问题则是具体问题具体分析了。

内存泄漏一般可以理解为系统资源（各方面的资源，堆、栈、线程等）在错误使用的情况下，导致使用完毕的资源无法回收（或没有回收），从而导致新的资源分配请求无法完成，引起系统错误。

内存泄漏对系统危害比较大，因为他可以直接导致系统的崩溃。

需要区别一下，内存泄漏和系统超负荷两者是有区别的，虽然可能导致的最终结果是一样的。内存泄漏是用完的资源没有回收引起错误，而系统超负荷则是系统确实没有那么多资源可以分配了（其他的资源都在使用）。

年老代堆空间被占满

异常： java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

说明：

这是最典型的内存泄漏方式，简单说就是所有堆空间都被无法回收的垃圾对象占满，虚拟机无法再在分配新空间。

如上图所示，这是非常典型的内存泄漏的垃圾回收情况图。所有峰值部分都是一次垃圾回收点，所有谷底部分表示是一次垃圾回收后剩余的内存。连接所有谷底的点，可以发现一条由底到高的线，这说明，随时间的推移，系统的堆空间被不断占满，最终会占满整个堆空间。因此可以初步认为系统内部可能有内存泄漏。（上面的图仅供示例，在实际情况下收集数据的时间需要更长，比如几个小时或者几天）

解决：

这种方式解决起来也比较容易，一般就是根据垃圾回收前后情况对比，同时根据对象引用情况（常见的集合对象引用）分析，基本都可以找到泄漏点。

持久代被占满

异常：java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

说明：

Perm空间被占满。无法为新的class分配存储空间而引发的异常。这个异常以前是没有的，但是在Java反射大量使用的今天这个异常比较常见了。主要原因就是大量动态反射生成的类不断被加载，最终导致Perm区被占满。

更可怕的是，不同的classLoader即便使用了相同的类，但是都会对其进行加载，相当于同一个东西，如果有N个classLoader那么他将会被加载N次。因此，某些情况下，这个问题基本视为无解。当然，存在大量classLoader和大量反射类的情况其实也不多。

解决：

-XX:MaxPermSize=16m

换用JDK。比如JRocket。

堆栈溢出

异常：java.lang.StackOverflowError

说明：这个就不多说了，一般就是递归没返回，或者循环调用造成

线程堆栈满

异常：Fatal: Stack size too small

说明：java中一个线程的空间大小是有限制的。JDK5.0以后这个值是1M。与这个线程相关的数据将会保存在其中。但是当线程空间满了以后，将会出现上面异常。

解决：增加线程栈大小。-Xss2m。但这个配置无法解决根本问题，还要看代码部分是否有造成泄漏的部分。

系统内存被占满

异常：java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread

说明：

这个异常是由于操作系统没有足够的资源来产生这个线程造成的。系统创建线程时，除了要在Java堆中分配内存外，操作系统本身也需要分配资源来创建线程。因此，当线程数量大到一定程度以后，堆中或许还有空间，但是操作系统分配不出资源来了，就出现这个异常了。

分配给Java虚拟机的内存愈多，系统剩余的资源就越少，因此，当系统内存固定时，分配给Java虚拟机的内存越多，那么，系统总共能够产生的线程也就越少，两者成反比的关系。同时，可以通过修改-Xss来减少分配给单个线程的空间，也可以增加系统总共内生产的线程数。

解决：

重新设计系统减少线程数量。

线程数量不能减少的情况下，通过-Xss减小单个线程大小。以便能生产更多的线程。

8.垃圾回收的悖论

所谓“成也萧何败萧何”。Java的垃圾回收确实带来了很多好处，为开发带来了便利。但是在一些高性能、高并发的情况下，垃圾回收确成为了制约Java应用的瓶颈。目前JDK的垃圾回收算法，始终无法解决垃圾回收时的暂停问题，因为这个暂停严重影响了程序的相应时间，造成拥塞或堆积。这也是后续JDK增加G1算法的一个重要原因。

当然，上面是从技术角度出发解决垃圾回收带来的问题，但是从系统设计方面我们就需要问一下了：

我们需要分配如此大的内存空间给应用吗？

我们是否能够通过有效使用内存而不是通过扩大内存的方式来设计我们的系统呢？

我们的内存中都放了什么

内存中需要放什么呢？个人认为，内存中需要放的是你的应用需要在不久的将来再次用到到的东西。想想看，如果你在将来不用这些东西，何必放内存呢？放文件、数据库不是更好？这些东西一般包括：

系统运行时业务相关的数据。比如web应用中的session、即时消息的session等。这些数据一般在一个用户访问周期或者一个使用过程中都需要存在。

缓存。缓存就比较多了，你所要快速访问的都可以放这里面。其实上面的业务数据也可以理解为一种缓存。

线程。

因此，我们是不是可以这么认为，如果我们不把业务数据和缓存放在JVM中，或者把他们独立出来，那么Java应用使用时所需的内存将会大大减少，同时垃圾回收时间也会相应减少。

我认为这是可能的。

解决之道

数据库、文件系统

把所有数据都放入数据库或者文件系统，这是一种最为简单的方式。在这种方式下，Java应用的内存基本上等于处理一次峰值并发请求所需的内存。数据的获取都在每次请求时从数据库和文件系统中获取。也可以理解为，一次业务访问以后，所有对象都可以进行回收了。

这是一种内存使用最有效的方式，但是从应用角度来说，这种方式很低效。

内存-硬盘映射

上面的问题是因为我们使用了文件系统带来了低效。但是如果我们不是读写硬盘，而是写内存的话效率将会提高很多。

数据库和文件系统都是实实在在进行了持久化，但是当我们并不需要这样持久化的时候，我们可以做一些变通——把内存当硬盘使。

内存-硬盘映射很好很强大，既用了缓存又对Java应用的内存使用又没有影响。Java应用还是Java应用，他只知道读写的还是文件，但是实际上是内存。

这种方式兼得的Java应用与缓存两方面的好处。memcached的广泛使用也正是这一类的代表。

同一机器部署多个JVM

这也是一种很好的方式，可以分为纵拆和横拆。纵拆可以理解为把Java应用划分为不同模块，各个模块使用一个独立的Java进程。而横拆则是同样功能的应用部署多个JVM。

通过部署多个JVM，可以把每个JVM的内存控制一个垃圾回收可以忍受的范围内即可。但是这相当于进行了分布式的处理，其额外带来的复杂性也是需要评估的。另外，也有支持分布式的这种JVM可以考虑，不要要钱哦：）

程序控制的对象生命周期

这种方式是理想当中的方式，目前的虚拟机还没有，纯属假设。即：考虑由编程方式配置哪些对象在垃圾收集过程中可以直接跳过，减少垃圾回收线程遍历标记的时间。

这种方式相当于在编程的时候告诉虚拟机某些对象你可以在*时间后在进行收集或者由代码标识可以收集了（类似C、C++），在这之前你即便去遍历他也是没有效果的，他肯定是还在被引用的。

这种方式如果JVM可以实现，个人认为将是一个飞跃，Java即有了垃圾回收的优势，又有了C、C++对内存的可控性。

线程分配

Java的阻塞式的线程模型基本上可以抛弃了，目前成熟的NIO框架也比较多了。阻塞式IO带来的问题是线程数量的线性增长，而NIO则可以转换成为常数线程。因此，对于服务端的应用而言，NIO还是唯一选择。不过，JDK7中为我们带来的AIO是否能让人眼前一亮呢？我们拭目以待。

其他的JDK

本文说的都是Sun的JDK，目前常见的JDK还有JRocket和IBM的JDK。其中JRocket在IO方面比Sun的高很多，不过Sun JDK6.0以后提高也很大。而且JRocket在垃圾回收方面，也具有优势，其可设置垃圾回收的最大暂停时间也是很吸引人的。不过，系统Sun的G1实现以后，在这方面会有一个质的飞跃。