2018-09-13 JVM内存管理+GC垃圾回收机制+JVM内

主要题目出处：《近一个月的面试总结(java)》

一、 JVM内存管理机制（Java Virtual Machine）

JVM将内存划分为6个部分：

1. PC寄存器（也叫程序计数器）：记录当前线程运行位置，每个线程都有一个独立的程序计数器，线程的阻塞、回复、挂起等操作都需要程序计数器的参与，因此是线程私有的。
2. 虚拟机栈：创建线程时创建，用来存储栈帧，因此也是线程私有。java程序中的方法执行时，会创建一个栈帧，用于存储临时数据 、中间结果、局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。溢出会报StackOverflowError。
3. 堆：所有线程共享，用于存储对象。堆空间不够，同时无法申请足够内存时，会报OutOfMemoryError。
4. 方法区：各个线程共享，存储静态变量、运行时常量池等信息。
5. 运行时常量池：每个类一个，从class常量池中迁移过来，程序中使用的常量值。
6. 本地方法栈：支持native方法，如在java中调用C/C++。
   参考资料：《面试总结：java程序执行过程 + JVM内存管理 + GC垃圾回收机制》

二、 GC垃圾回收机制（Garbage Collection）

三个问题：

1. 哪些内存需要回收？

2. 何时回收？

• 引用计数法：对某个对象a，若给a赋有效值，则a的引用计数增加1，否则减少1，当引用次数为0时，即可回收。
  该方法存在问题：a=1;a=2;a=null;时，虽然显式清空，但是引用计数仍为1，GC不回收。
• 可达性分析：设立若干根对象，每个对象都是一个子节点，当一个对象找不到根的时候，认为其不可达。
  根对象可以选择：
  1、java虚拟机栈中引用对象。
  2、方法区中静态变量引用的对象。
  3、方法区中常量引用的对象。
  4、本地方法栈中引用的对象。

3. 怎么回收？

• 标记-清除算法：遍历所有GC Root。分别标记所有可达与不可达对象，删去其中不可达部分。
  优点：平庸而简便
  缺点：效率低，回收空间不连续。
• 复制算法：将内存分为两块，每次只使用其中一块，当内存满了，就将仍存活对象复制到另一块中，并严格按照内存地址排列，然后原先的那块内存统一回收。
  优点：能得到连续内存空间
  缺点：浪费一半内存
• 分代算法：按照对象存活时间，分成新生代、老年代、永久代。
  新生代：蜉蝣于天地，朝生夕死，用复制算法批量删。
  老年代：有的人还活着，但是他已经活的太久了。所有同龄的都已逝去，所有新生的都尚未了解。没有人记得他，他已经在社会层面死亡了。用标记-清除算法抹去。
  永久代：不可以删的如加载的class信息，就不删了留着吧。
  参考资料：《面试总结：java程序执行过程 + JVM内存管理 + GC垃圾回收机制》

三、 JVM内存调优

JVM内存块 = Permanent + Heap = (永久代) + (年轻代 + 年老代)
其中年轻代中存在一个Eden区，以及两个Survivor区。
大部分的对象都在Eden区生成，Eden满了之后，仍存活的对象进入Survivor区，两个Survivor区执行第二题中的复制算法。
经过N（自定义）次Survivor满引发的垃圾回收后，仍然存在的对象，可以进入年老代。
若年老代满了，触发一次Full GC，年轻代和年老代全部进行清理。如果仍然空间不够，则报错。

内存调优：
参数说明：

• -client：设置JVM使用Client模式，启动快，但运行时性能与内存管理效率不高，用于客户端程序或开发调试。32位环境直接运行java程序默认使用。

• -server：设置JVM使用Server模式，启动慢，但是性能和内存管理效率高，适用于生产环境。64位JDK环境下默认使用。

• -Xmx3550m：设置JVM最大堆内存为3550M

• -Xms3550m：设置JVM初始堆内存为3550M

• -Xss128k：设置每个线程的栈大小

• -Xmn2g：设置年轻代大小为2G，推荐采用整个堆大小的3/8

• -XX:NewSize=1024m：设置年轻代初始值为1024M

• -XX:MaxNewSize=1024m：设置年轻代最大值为1024M

• -XX:PermSize=256m：设置持久代初始值为256M

• -XX:NewRatio=4：设置年轻代（1+2）与年老代的比值

• -XX:SurvivorRatio=4：设置年轻代中Eden区与Survivor区总大小的比值，此处表示Eden区占4/6,Survivor区每个子区占1/6

• -XX:MaxTenuringThreshold=7：表示一个对象存活过几次垃圾清理，就进入年老区
  推荐使用Xmn，一次设定初始值和最大值，且两者相等。

三种垃圾回收器

1. 串行收集器：适用于小数据量

• -XX:+UseSerrialGC：设置串行收集器

2. 并行收集器：吞吐量优先

• -XX:+UseParallelGC：设置年轻代垃圾收集方式为并行收集
• -XX:+UseParallelOldGC：设置年老代垃圾收集方式为并行收集
• -XX:+ParallelGCThreads=20：设置并行收集器的线程数，即同时有多少个线程一起进行垃圾回收，一般与CPU数目相等。
• -XX:+UseAdaptiveSizePolicy：并行处理器自动调整年轻代Eden与Survivor区比例，以达到目标系统规定指标。建议始终打开。

3. 并发收集器：响应时间优先

• -XX:+UseConcMarkSweepGC：即CMS收集，设置年老代为并发收集
• -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0：并发收集器不自动对内存空间压缩整理。一段时间后会产生内存碎片，设置0次Full GC后，对内存空间进行整理，即每次Full GC后，对内存空间进行整理。

实际案例

1. 大型网站服务器
   服务器配置：8 CPU, 8G MEM, JDK 1.6.X
   参数方案：

-server（服务器端）
-Xmx3550m（JVM最大堆内存3550M） -Xms3550m（JVM初始堆内存3550M）
-Xmn1256m（年轻代大小1256M）
-Xss128k（线程栈大小128K）
-XX:SurvivorRatio=6（年轻代中Eden/Survivor大小=6:1）
-XX:MaxPermSize=256m（设置持久代最大值为256M）
-XX:ParallelGCThreads=8（并行收集器线程数为8）
-XX:MaxTenuringThreshold=0（N的初值为0）
-XX:+UseConcMarkSweepGC（设置年老代为并发收集）

调优说明：

• -Xms与-Xmx相同，避免重复申请内存。-Xmx约为系统内存1/2，充分利用资源，同时确保安全的系统运行空间。
• -Xms大小，官方推荐为系统内存3/8
• 较小的线程栈，以支持更多线程。提升系统性能。
• Eden/Survivor大小，系统默认是8，根据经验设置6。
• 并行收集器线程数，一般等于CPU数
• 设置垃圾最大年龄，年龄长，增加在年轻代回收概率。0表示直接进入年老代，适合年老代比较多的应用。
• 并发的目的是减少应用停止时间，适用于应用中存在较多较长生命周期的应用。

2. 内部集成服务器
   服务器配置：1 CPU, 4G MEM, JDK 1.6.X
   参数方案：

-server
-XX:PermSize=196m -XX:MaxPermSize=196m
-Xmn320m -Xms768m -Xmx1024m

调优说明：

• 内部集成服务器，可能需要加载大量java类进入内存，因此持久代适当开大
• 年轻代大小为整个堆3/8
• 根据系统大小设置堆内存大小即可

参考资料：《JVM 内存调优 与 实际案例》