柚子快報(bào)邀請(qǐng)碼778899分享：java JVM
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JVM的組成
Java虛擬機(jī)（JVM）是執(zhí)行Java字節(jié)碼的運(yùn)行時(shí)環(huán)境。它由以下幾個(gè)主要部分組成：
1. **類加載器（ClassLoader）**： ? ?- 負(fù)責(zé)加載Java類的字節(jié)碼到JVM中，并進(jìn)行鏈接和初始化。
關(guān)于Java的類加載器，以下是一些關(guān)鍵點(diǎn)，它們對(duì)于理解Java類如何被加載、鏈接和初始化非常重要：
1. **類加載過(guò)程**：
- Java的類加載過(guò)程包括三個(gè)主要步驟：加載（Loading）、鏈接（Linking）、初始化（Initialization）。
2. **加載**：
- 加載是類加載器讀取類文件的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為方法區(qū)中的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的過(guò)程。
3. **鏈接**：
- 鏈接包括驗(yàn)證（Verification）、準(zhǔn)備（Preparation）和解析（Resolution）三個(gè)子階段。驗(yàn)證確保加載的類信息符合JVM規(guī)范；準(zhǔn)備負(fù)責(zé)為靜態(tài)變量分配內(nèi)存并設(shè)置默認(rèn)初始值；解析將符號(hào)引用轉(zhuǎn)換為直接引用。
4. **初始化**：
- 初始化是為靜態(tài)變量賦予正確的初始值，并執(zhí)行靜態(tài)代碼塊的過(guò)程。
5. **類加載器類型**：
- Java提供了多種類型的類加載器：
- **啟動(dòng)類加載器（Bootstrap ClassLoader）**：負(fù)責(zé)加載Java核心庫(kù)，如`rt.jar`。
加載lib目錄下的類庫(kù)
- **擴(kuò)展類加載器（Extension ClassLoader）**：負(fù)責(zé)加載擴(kuò)展目錄中的類庫(kù)。
加載ext目錄下的類庫(kù)
- **系統(tǒng)類加載器（System ClassLoader）**：負(fù)責(zé)加載應(yīng)用程序類路徑（`-classpath`參數(shù)）上的類。
也稱為應(yīng)用類加載器，負(fù)責(zé)加載用戶類路徑（-classpath參數(shù)或系統(tǒng)屬性java.class.path）上指定的類庫(kù)。
- **自定義類加載器（User-Defined ClassLoader）**：應(yīng)用程序可以自定義類加載器來(lái)控制類的加載過(guò)程。
6. **雙親委派模型（Parent Delegation Model）**：
- 類加載器使用雙親委派模型來(lái)查找類。當(dāng)一個(gè)類請(qǐng)求被加載時(shí)，它會(huì)首先委托給它的父類加載器去嘗試加載這個(gè)類，只有當(dāng)父類加載器無(wú)法完成這個(gè)請(qǐng)求時(shí)，子類加載器才會(huì)嘗試自己去加載。
7. **類的唯一性**：
- 在同一個(gè)Java虛擬機(jī)中，任何一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，即使由不同的類加載器加載也是如此。
8. **類加載器的層次結(jié)構(gòu)**：
- 類加載器形成了一個(gè)層次結(jié)構(gòu)，通常從啟動(dòng)類加載器到系統(tǒng)類加載器，再到自定義類加載器。
9. **安全性**：
- 類加載器確保來(lái)自不同源的類是隔離的，例如，從網(wǎng)絡(luò)上加載的類不會(huì)影響系統(tǒng)類加載器加載的類。
10. **資源優(yōu)化**：
- 類加載器允許應(yīng)用程序在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地加載和卸載類，這有助于資源管理和優(yōu)化。
11. **類卸載**：
- 在某些情況下，如類不再被使用，JVM可以卸載這些類以釋放內(nèi)存。
12. **類加載器的實(shí)現(xiàn)**：
- Java允許開(kāi)發(fā)者通過(guò)繼承`java.lang.ClassLoader`類來(lái)實(shí)現(xiàn)自定義的類加載器。
了解類加載器的工作原理對(duì)于Java開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)非常重要，特別是在需要?jiǎng)討B(tài)加載類、隔離類版本、擴(kuò)展應(yīng)用程序功能或處理不同類路徑場(chǎng)景時(shí)。
2. **運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)（Runtime Data Areas）**： ? ?- 包括以下幾個(gè)部分： ? ? ?- **堆（Heap）**：存儲(chǔ)所有Java對(duì)象實(shí)例和數(shù)組。 ? ? ?- **方法區(qū)（Method Area）**：存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)變量等。在Java 8之前，這部分被稱為永久代（Permanent Generation，PermGen）。 ? ? ?- **棧（Stack）**：每個(gè)線程都有自己的棧，用于存儲(chǔ)局部變量和方法調(diào)用信息。 ? ? ?- **程序計(jì)數(shù)器（Program Counter）**：每個(gè)線程都有一個(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器，用于跟蹤當(dāng)前執(zhí)行的字節(jié)碼指令。 ? ? ?- **本地方法棧（Native Method Stack）**：用于存儲(chǔ)本地方法（如JNI調(diào)用）的調(diào)用信息。
3. **執(zhí)行引擎（Execution Engine）**： ? ?- 負(fù)責(zé)解釋執(zhí)行字節(jié)碼或通過(guò)即時(shí)編譯器（JIT）將字節(jié)碼編譯為本地機(jī)器代碼后執(zhí)行。
4. **垃圾回收器（Garbage Collector, GC）**： ? ?- 負(fù)責(zé)自動(dòng)回收不再使用的對(duì)象，以管理堆內(nèi)存。
5. **本地接口（Native Interface）**： ? ?- 允許Java代碼調(diào)用和使用本地應(yīng)用程序編程接口（API），例如JNI（Java Native Interface）。
6. **即時(shí)編譯器（Just-In-Time Compiler, JIT）**： ? ?- 將熱點(diǎn)代碼（經(jīng)常執(zhí)行的代碼）編譯為機(jī)器代碼，以提高執(zhí)行效率。
7. **內(nèi)存管理器（Memory Manager）**： ? ?- 負(fù)責(zé)管理JVM的內(nèi)存分配和回收。
8. **安全管理系統(tǒng)（Security Manager）**： ? ?- 控制對(duì)系統(tǒng)資源的訪問(wèn)，確保代碼的安全性。
9. **線程調(diào)度器（Thread Scheduler）**： ? ?- 管理線程的創(chuàng)建、調(diào)度和執(zhí)行。
10. **編譯系統(tǒng)和解釋器（Compiler and Interpreter）**： ? ? - 解釋器負(fù)責(zé)直接執(zhí)行字節(jié)碼，而編譯系統(tǒng)負(fù)責(zé)將字節(jié)碼編譯為本地代碼。
11. **性能分析器（Profiler）**： ? ? - 用于監(jiān)控和分析JVM的性能。
這些組件共同工作，為Java應(yīng)用程序提供了一個(gè)穩(wěn)定、安全且高效的運(yùn)行環(huán)境。JVM的架構(gòu)設(shè)計(jì)允許它在不同的操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)上運(yùn)行，確保了Java語(yǔ)言的跨平臺(tái)特性。
JDK8 JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)
在 JDK 8 中，JVM 的內(nèi)存結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域：
1. **堆（Heap）**： ? ?- 堆是JVM中最大的一塊內(nèi)存區(qū)域，主要用于存儲(chǔ)對(duì)象實(shí)例和數(shù)組。 ? ?- 堆是垃圾回收器管理的主要區(qū)域，經(jīng)常發(fā)生垃圾回收操作。
JVM堆是Java虛擬機(jī)中用于存儲(chǔ)對(duì)象實(shí)例和數(shù)組的主要內(nèi)存區(qū)域。以下是JVM堆中存儲(chǔ)的一些主要內(nèi)容：
1. **對(duì)象實(shí)例**：
- 所有通過(guò)Java關(guān)鍵字`new`創(chuàng)建的對(duì)象實(shí)例都存儲(chǔ)在堆中。
2. **數(shù)組**：
- 所有的數(shù)組，無(wú)論其元素類型如何（原始類型或引用類型），都存儲(chǔ)在堆中。
3. **實(shí)例變量**：
- 對(duì)象的非靜態(tài)成員變量也存儲(chǔ)在堆中，與對(duì)象實(shí)例一起。
4. **匿名內(nèi)部類**：
- 匿名內(nèi)部類（即使沒(méi)有具體名稱的內(nèi)部類）的實(shí)例同樣存儲(chǔ)在堆中。
5. **反射對(duì)象**：
- 通過(guò)Java反射API創(chuàng)建的類對(duì)象也存儲(chǔ)在堆中。
6. **字符串常量**：
- 盡管字符串常量可能會(huì)存儲(chǔ)在字符串常量池中，但通過(guò)`new`操作符創(chuàng)建的字符串對(duì)象實(shí)例仍然存儲(chǔ)在堆中。
7. **封裝類對(duì)象**：
- 封裝類（如`Integer`、`Double`等）的實(shí)例存儲(chǔ)在堆中。
8. **枚舉實(shí)例**：
- 枚舉類型（`enum`）的實(shí)例也存儲(chǔ)在堆中。
9. **異常對(duì)象**：
- 當(dāng)拋出異常時(shí)，異常對(duì)象的實(shí)例會(huì)存儲(chǔ)在堆中，直到異常被處理。
10. **軟引用、弱引用、虛引用**：
- 這些引用類型指向的對(duì)象也存儲(chǔ)在堆中，盡管它們可能在垃圾回收時(shí)被回收。
11. **動(dòng)態(tài)代理對(duì)象**：
- 使用Java動(dòng)態(tài)代理API創(chuàng)建的代理對(duì)象實(shí)例存儲(chǔ)在堆中。
12. **Java本地方法接口（JNI）對(duì)象**：
- 通過(guò)JNI創(chuàng)建的對(duì)象實(shí)例同樣存儲(chǔ)在堆中。
JVM堆是垃圾回收器管理的主要區(qū)域，因?yàn)榇蠖鄶?shù)對(duì)象都是短暫的，并在此處進(jìn)行分配和回收。堆內(nèi)存的大小可以通過(guò)JVM啟動(dòng)參數(shù)（如`-Xms`和`-Xmx`）進(jìn)行配置。了解堆中存儲(chǔ)的內(nèi)容有助于開(kāi)發(fā)者進(jìn)行內(nèi)存管理和性能優(yōu)化。
JVM堆中的內(nèi)存被劃分為不同的代，主要是為了更有效地進(jìn)行垃圾回收。主要分為以下兩個(gè)部分：
1. **新生代（Young Generation）**：
- 新生代是新創(chuàng)建的對(duì)象存儲(chǔ)的地方。
- 它通常占據(jù)堆內(nèi)存的較小部分，并且被進(jìn)一步劃分為三個(gè)區(qū)域：
- **Eden區(qū)**：大多數(shù)新對(duì)象首先被分配到Eden區(qū)。
- **Survivor區(qū)**：為了能夠回收內(nèi)存，經(jīng)過(guò)一次垃圾回收后仍然存活的對(duì)象會(huì)被復(fù)制到Survivor區(qū)。Survivor區(qū)有兩個(gè)，通常被稱為S0和S1，它們交替使用。
- 新生代使用復(fù)制算法進(jìn)行垃圾回收，稱為Minor GC。這個(gè)過(guò)程涉及將存活的對(duì)象從Eden區(qū)和Survivor區(qū)復(fù)制到另一個(gè)Survivor區(qū)，然后清理Eden區(qū)和當(dāng)前使用的Survivor區(qū)。
Eden區(qū)和S0和S1內(nèi)存劃分比例值是8:1:1
Eden區(qū)內(nèi)存滿了就會(huì)觸發(fā)Minor GC
2. **老年代（Old Generation或Tenured Generation）**：
- 老年代用于存儲(chǔ)在新生代中經(jīng)過(guò)多次垃圾回收后仍然存活的對(duì)象。
- 這些對(duì)象通常已經(jīng)存在較長(zhǎng)時(shí)間，并且被認(rèn)為不太可能在近期內(nèi)變得垃圾。
- 老年代占據(jù)堆內(nèi)存的較大部分，并使用不同的垃圾回收算法，如標(biāo)記-清除或標(biāo)記-清除-整理算法。
- 老年代的垃圾回收，稱為Major GC或Full GC（如果涉及到整個(gè)堆的回收），通常比新生代的回收要慢，并且可能造成應(yīng)用程序的停頓。
線上項(xiàng)目中一定要盡量避免老年代內(nèi)存占滿，老年代內(nèi)存滿了后就會(huì)觸發(fā)Full GC 會(huì)產(chǎn)生Stop the world,這個(gè)時(shí)候除了Full GC線程會(huì)繼續(xù)執(zhí)行，其他線程用戶線程都會(huì)暫停，等待Full GC線程執(zhí)行完，其他用戶線程才會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。
**晉升（Promotion）**：
GC掃一次沒(méi)有清理，那么年齡就會(huì)+1,達(dá)到一定年齡（默認(rèn)是15【CMS GC 默認(rèn)是6歲】）了就會(huì)晉升到老年代。
對(duì)象在新生代中經(jīng)過(guò)多次垃圾回收后，會(huì)根據(jù)其年齡（由垃圾回收次數(shù)決定）被晉升到老年代。這個(gè)過(guò)程有助于減少老年代中的對(duì)象數(shù)量，因?yàn)橹挥心切╅L(zhǎng)期存活的對(duì)象才會(huì)被移動(dòng)到那里。
**分代收集策略**：
JVM的分代垃圾回收策略基于這樣一個(gè)觀察：大多數(shù)對(duì)象都是短暫存在的，而只有少數(shù)對(duì)象會(huì)長(zhǎng)期存活。通過(guò)在新生代和老年代使用不同的垃圾回收算法，JVM可以優(yōu)化內(nèi)存回收的效率和速度。
了解新生代和老年代的概念對(duì)于分析和優(yōu)化Java應(yīng)用程序的內(nèi)存使用和垃圾回收性能至關(guān)重要。
2. **方法區(qū)（Method Area）**： ? ?- 也稱為永久代（PermGen），但在JDK 8中已經(jīng)被元空間（Metaspace）所取代。 ? ?- 方法區(qū)用于存儲(chǔ)類信息、常量、靜態(tài)變量、方法字節(jié)碼等數(shù)據(jù)。
3. **棧（Stack）**： ? ?- 每個(gè)線程都有自己的虛擬機(jī)棧，用于存儲(chǔ)局部變量、方法參數(shù)、方法調(diào)用和返回值。方法開(kāi)始的時(shí)候會(huì)進(jìn)棧，方法執(zhí)行完成會(huì)出棧，相當(dāng)于清空了數(shù)據(jù)，所以不用進(jìn)行GC操作。 ? ?- 棧幀（Stack Frame）是棧的基本單位，每個(gè)方法調(diào)用都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的棧幀。
4. **程序計(jì)數(shù)器（Program Counter）**： ? ?- 每個(gè)線程都有一個(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器，用于記錄當(dāng)前線程執(zhí)行的字節(jié)碼指令地址。
5. **本地方法棧（Native Method Stack）**： ? ?- 用于存儲(chǔ)本地方法（如JNI調(diào)用）的調(diào)用信息。
6. **元空間（Metaspace）**： ? ?- JDK 8中引入，用于替代JDK 7及以前版本的永久代。 ? ?- 元空間不位于虛擬機(jī)內(nèi)存中，而是使用本地內(nèi)存，用于存儲(chǔ)類的元數(shù)據(jù)信息。
7. **代碼緩存（Code Cache）**： ? ?- 用于存儲(chǔ)JIT編譯器編譯后的本地機(jī)器代碼，以提高性能。
8. **運(yùn)行時(shí)常量池（Runtime Constant Pool）**： ? ?- 屬于方法區(qū)的一部分，用于存儲(chǔ)類中的常量，如字符串字面量、數(shù)字常量等。
9. **直接內(nèi)存（Direct Memory）**： ? ?- 不是JVM運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，但Java程序可以通過(guò)NIO操作直接內(nèi)存。
在 JDK 8 中，除了上述內(nèi)存區(qū)域，還引入了一些新的垃圾回收特性，如G1垃圾回收器的進(jìn)一步優(yōu)化，以及用于提高性能的JVM參數(shù)調(diào)整等。了解這些內(nèi)存結(jié)構(gòu)對(duì)于進(jìn)行JVM調(diào)優(yōu)和性能分析非常重要。
JVM調(diào)優(yōu)參數(shù)
JVM 提供了一系列參數(shù)，可以通過(guò)命令行啟動(dòng)Java應(yīng)用程序時(shí)進(jìn)行調(diào)整。這些參數(shù)分為不同的類別，包括內(nèi)存設(shè)置、垃圾收集器配置、性能監(jiān)控和日志記錄等。以下是一些常見(jiàn)的JVM參數(shù)：
### 1. 內(nèi)存管理參數(shù)： - `-Xms
-XX:OldSize=
java -XX:MaxOldSize=4g -jar YourApplication.jar
-XX:MaxOldSize=
-XX:NewRatio=
-XX:SurvivorRatio=
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=
- `-XX:PermSize=
### 2. 垃圾收集器參數(shù)： - `-XX:+UseSerialGC`：使用串行垃圾收集器。 - `-XX:+UseParallelGC`：使用并行垃圾收集器。 - `-XX:+UseConcMarkSweepGC`：使用CMS垃圾收集器。 - `-XX:+UseG1GC`：使用G1垃圾收集器。 - `-XX:+UseZGC`（Java 11及之后）：使用ZGC垃圾收集器（實(shí)驗(yàn)性）。 - `-XX:+UseShenandoahGC`：使用Shenandoah垃圾收集器（實(shí)驗(yàn)性）。
### 3. 性能監(jiān)控參數(shù)： - `-XX:+PrintGC`：打印GC發(fā)生的情況。 - `-XX:+PrintGCDetails`：打印GC的詳細(xì)日志。 - `-XX:+PrintGCDateStamps`：在GC日志中添加時(shí)間戳。 - `-Xloggc:
### 4. JIT編譯器參數(shù)： - `-XX:+PrintCompilation`：打印JIT編譯方法的信息。 - `-XX:+PrintInlining`：打印JIT編譯過(guò)程中的內(nèi)聯(lián)信息。
### 5. 線程參數(shù)： - `-XX:ThreadStackSize=
### 6. 其他參數(shù)： - `-Djava.security.egd=file:/dev/./urandom`：設(shè)置隨機(jī)數(shù)生成器的熵源。 - `-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError`：在發(fā)生OOM時(shí)生成堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)。 - `-XX:HeapDumpPath=
### 7. 實(shí)驗(yàn)性參數(shù)（可能在不同版本中有所不同）： - `-XX:+UnlockExperimentalVMOptions`：解鎖實(shí)驗(yàn)性參數(shù)。 - `-XX:+UseContainerSupport`（Java 19及之后）：?jiǎn)⒂脤?duì)容器化環(huán)境的支持。
這些參數(shù)可以根據(jù)應(yīng)用程序的具體需求和運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行調(diào)整。建議在進(jìn)行調(diào)優(yōu)時(shí)，結(jié)合實(shí)際的性能測(cè)試結(jié)果和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)來(lái)決定最合適的參數(shù)配置。
垃圾回收機(jī)制
判斷什么是垃圾
在Java中，判斷一個(gè)對(duì)象是否成為垃圾，即是否可被垃圾回收器（Garbage Collector，GC）回收，主要基于以下條件：
1. **無(wú)法到達(dá)性（Unreachability）**： ? ?對(duì)象沒(méi)有任何引用與之相連，即從GC Roots開(kāi)始無(wú)法到達(dá)該對(duì)象。
2. **GC Roots的起點(diǎn)**： ? ?GC Roots是垃圾收集器進(jìn)行可達(dá)性分析時(shí)的起始點(diǎn)，包括： ? ?- 靜態(tài)字段（`static`字段）中的對(duì)象引用。 ? ?- 局部變量表（棧幀中的局部變量）中的對(duì)象引用。 ? ?- 活躍線程的引用，包括Java方法棧和本地方法棧。 ? ?- 同步鎖（`synchronized`關(guān)鍵字所創(chuàng)建的鎖）的對(duì)象。 ? ?- 被Java虛擬機(jī)引用的對(duì)象，如系統(tǒng)類加載器。
3. **可達(dá)性分析（Reachability Analysis）**： ? ?垃圾回收器會(huì)定期進(jìn)行可達(dá)性分析，從GC Roots開(kāi)始遍歷所有可達(dá)對(duì)象。所有不可達(dá)的對(duì)象被認(rèn)為是垃圾。
4. **finalize()方法**： ? ?如果對(duì)象沒(méi)有被引用，并且沒(méi)有被垃圾回收器回收，它可能會(huì)成為垃圾回收的候選對(duì)象。如果對(duì)象定義了`finalize()`方法，并且該方法還未被調(diào)用，垃圾回收器可能會(huì)調(diào)用這個(gè)方法。但自Java 9起，`finalize()`方法已被標(biāo)記為過(guò)時(shí)，并推薦使用`Cleaner`類來(lái)實(shí)現(xiàn)類似功能。
5. **引用類型**： ? ?- **強(qiáng)引用（Strong References）**：普通的引用，如`Object obj = new Object();`。 ? ?- **軟引用（Soft References）**：`java.lang.ref.SoftReference`，當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)會(huì)被回收。 ? ?- **弱引用（Weak References）**：`java.lang.ref.WeakReference`，一旦成為弱引用，就會(huì)被垃圾回收器回收。 ? ?- **虛引用（Phantom References）**：`java.lang.ref.PhantomReference`，無(wú)法通過(guò)虛引用訪問(wèn)對(duì)象，僅用于跟蹤對(duì)象被回收的狀態(tài)。
6. **回收時(shí)機(jī)**： ? ?即使對(duì)象已經(jīng)被視為垃圾，垃圾回收器也不一定會(huì)立即回收它們。回收時(shí)機(jī)取決于多種因素，如GC算法、堆內(nèi)存的使用情況等。
7. **回收過(guò)程**： ? ?對(duì)象被判定為垃圾后，GC會(huì)在合適的時(shí)機(jī)進(jìn)行回收。在回收過(guò)程中，對(duì)象占用的內(nèi)存會(huì)被釋放。
開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)以下方式幫助JVM管理內(nèi)存： - 及時(shí)釋放不再使用的引用，如將對(duì)象設(shè)置為`null`。 - 使用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，減少內(nèi)存占用。 - 避免內(nèi)存泄漏，如避免循環(huán)引用或確保及時(shí)關(guān)閉資源。
記住，Java的垃圾回收是自動(dòng)的，但開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)編寫良好的代碼來(lái)輔助JVM更高效地進(jìn)行內(nèi)存管理。 ?
垃圾回收算法
標(biāo)記-清除（Mark-Sweep）：
首先標(biāo)記所有需要回收的對(duì)象。 清除所有被標(biāo)記的對(duì)象，釋放內(nèi)存。 缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片，并且標(biāo)記和清除過(guò)程可能較慢。
復(fù)制（Copying）： 將內(nèi)存分為兩個(gè)相等的區(qū)域，每次只使用一個(gè)區(qū)域。 當(dāng)一個(gè)區(qū)域滿了，將存活的對(duì)象復(fù)制到另一個(gè)區(qū)域，并清空當(dāng)前區(qū)域。 優(yōu)點(diǎn)是解決了內(nèi)存碎片問(wèn)題，缺點(diǎn)是空間利用率降低。
標(biāo)記-整理（Mark-Compact）： 先進(jìn)行標(biāo)記階段，找出存活對(duì)象。 然后將存活對(duì)象向內(nèi)存的一端移動(dòng)，并清空剩余區(qū)域。 優(yōu)點(diǎn)是解決了內(nèi)存碎片問(wèn)題，缺點(diǎn)是移動(dòng)對(duì)象可能較耗時(shí)。
增量回收（Incremental or Generational GC）： 將堆分為不同的代（通常是新生代和老年代），并假設(shè)大部分對(duì)象都是短暫存活的。 新生代使用復(fù)制算法，老年代使用標(biāo)記-清除或標(biāo)記-整理算法。 增量回收嘗試減少單次GC的停頓時(shí)間。
分代收集（Generational Collection）： 基于增量回收的概念，進(jìn)一步優(yōu)化，將對(duì)象分配到不同代。 新生代對(duì)象存活率低，使用復(fù)制算法；老年代對(duì)象存活率高，使用標(biāo)記-清除或標(biāo)記-整理算法。
并發(fā)標(biāo)記-清除（Concurrent Mark-Sweep）： 允許垃圾回收器的某些階段與應(yīng)用程序并發(fā)運(yùn)行，減少停頓時(shí)間。
G1（Garbage-First）： 一種服務(wù)器端的垃圾回收算法，旨在提供可預(yù)測(cè)的停頓時(shí)間。 將堆分割成多個(gè)區(qū)域，并優(yōu)先回收那些包含大量垃圾的區(qū)域。
ZGC（Z Garbage Collector）： 一種低延遲垃圾回收器，使用彩色標(biāo)記和并發(fā)處理。 它允許應(yīng)用程序在非常大的堆上運(yùn)行，同時(shí)保持低延遲。
Shenandoah： 一種與應(yīng)用程序并發(fā)運(yùn)行的垃圾回收器，幾乎沒(méi)有停頓。 它使用全局并發(fā)標(biāo)記和編譯器支持的引用處理。
Epsilon： 一種無(wú)操作垃圾回收器，不執(zhí)行任何垃圾回收，用于性能基準(zhǔn)測(cè)試。
垃圾回收器
在JDK 8中，主要的垃圾回收器（Garbage Collectors，GC）有以下幾種：
1. **Serial GC**：這是單線程的垃圾回收器，使用一個(gè)線程進(jìn)行垃圾回收，適合內(nèi)存資源受限的環(huán)境和小數(shù)據(jù)量的應(yīng)用場(chǎng)景。它在新生代使用復(fù)制算法，在老年代使用標(biāo)記-整理算法。
2. **ParNew GC**：ParNew是Serial GC的多線程版本，同樣在新生代使用復(fù)制算法，適用于多CPU環(huán)境。它是許多運(yùn)行在server模式下的虛擬機(jī)中首選的新生代收集器。
3. **Parallel Scavenge GC**：這個(gè)收集器是一個(gè)關(guān)注吞吐量的新生代收集器，使用復(fù)制算法。它提供了一些參數(shù)，如 `-XX:MaxGCPauseMillis` 用于控制最大垃圾收集停頓時(shí)間，以及 `-XX:GCTimeRatio` 用于設(shè)置吞吐量大小。
它的目標(biāo)是達(dá)到一個(gè)可控的吞吐量（吞吐量=運(yùn)行用戶代碼的時(shí)間 /（運(yùn)行用戶代碼時(shí)間+垃圾收集時(shí)間）），例子：虛擬機(jī)一共運(yùn)行了100分鐘，垃圾收集器用了1分鐘，用戶代碼運(yùn)行時(shí)間99分鐘，那么吞吐量就是99%。
4. **Parallel Old GC**：這是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多線程和標(biāo)記-整理算法。它適用于注重吞吐量和CPU資源的場(chǎng)合。
5. **CMS (Concurrent Mark Sweep) GC**：CMS是一種以最小化GC停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器，采用標(biāo)記-清除算法。它的垃圾收集過(guò)程分為四個(gè)步驟：初始標(biāo)記、并發(fā)標(biāo)記、重新標(biāo)記和并發(fā)清除。CMS在JDK 9中被標(biāo)記為過(guò)時(shí)，并在JDK 14中被移除。
6. **G1 (Garbage-First) GC**：G1是一種服務(wù)器端的垃圾回收器，旨在提供可預(yù)測(cè)的停頓時(shí)間，同時(shí)保持高吞吐量。它將堆內(nèi)存分割成多個(gè)區(qū)域，并優(yōu)先回收那些包含大量垃圾的區(qū)域。G1在JDK 9之后成為默認(rèn)的垃圾回收器。
7. **ZGC (Z Garbage Collector)**：雖然ZGC是在JDK 11中引入的，但它是一種低延遲的垃圾回收器，能夠在保持高吞吐量的同時(shí)，將停頓時(shí)間控制在毫秒級(jí)別。ZGC支持最大16TB的堆內(nèi)存，適合需要極低延遲和大堆內(nèi)存的應(yīng)用場(chǎng)景。
JDK 8的默認(rèn)垃圾回收器組合是Parallel Scavenge GC用于新生代，Parallel Old GC用于老年代。開(kāi)發(fā)者可以根據(jù)應(yīng)用的具體需求和JVM的性能特性來(lái)選擇合適的垃圾回收器。 ?
Java 垃圾收集器（Garbage Collector，GC）日志分析工具
Universal JVM GC analyzer - Java Garbage collection log analysis made easy
GC Easy 是一款在線的 Java 垃圾回收日志分析工具，它通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)輔助用戶快速理解 GC 日志，定位內(nèi)存泄漏和優(yōu)化垃圾回收性能。使用 GC Easy 非常簡(jiǎn)單，用戶只需上傳 GC 日志文件，GC Easy 就會(huì)自動(dòng)解析日志并生成包含多種圖表和詳細(xì)指標(biāo)的分析報(bào)告，幫助用戶直觀地了解應(yīng)用程序的內(nèi)存使用情況和垃圾回收性能 。
打印GC日志
打印GC（Garbage Collection，垃圾回收）日志是監(jiān)控和調(diào)優(yōu)Java應(yīng)用程序性能的重要手段。以下是一些常用的JVM參數(shù)，用于控制GC日志的打?。?/p>
1. **`-Xlog:gc*`**： ? ?這個(gè)參數(shù)會(huì)打印GC日志，`*`可以替換為更具體的日志選項(xiàng)，例如`-Xlog:gc`只打印GC日志，而`-Xlog:gc+heap=info`會(huì)打印GC和堆信息。
2. **`-XX:+PrintGC`**： ? ?啟用這個(gè)參數(shù)會(huì)打印每次GC事件的簡(jiǎn)要信息。
3. **`-XX:+PrintGCDetails`**： ? ?如果需要更詳細(xì)的GC日志，可以使用此參數(shù)，它會(huì)打印GC的詳細(xì)日志，包括GC的類型、花費(fèi)的時(shí)間、回收了多少內(nèi)存等。
4. **`-XX:+PrintGCTimeStamps`**： ? ?這個(gè)參數(shù)會(huì)讓GC日志包含時(shí)間戳，這對(duì)于分析GC事件的發(fā)生時(shí)間非常有用。
5. **`-XX:+PrintGCDateStamps`**： ? ?與`-XX:+PrintGCTimeStamps`類似，但這個(gè)參數(shù)會(huì)打印日期和時(shí)間戳。
6. **`-Xloggc:
7. **`-XX:+UseGCLogFileRotation`**： ? ?啟用日志文件輪轉(zhuǎn)，防止日志文件無(wú)限增長(zhǎng)。
8. **`-XX:NumberOfGCLogFiles=
9. **`-XX:GCLogFileSize=
10. **`-XX:HeapDumpPath=
11. **`-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError`**： ? ? 在發(fā)生OOM時(shí)自動(dòng)生成Heap Dump。
以下是一個(gè)示例，展示如何使用這些參數(shù)啟動(dòng)Java應(yīng)用程序：
```sh java -Xmx1024m -Xms512m -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -Xloggc:/path/to/gc.log -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/path/to/heapdump.hprof YourApplication.jar ```
在這個(gè)示例中，我們?cè)O(shè)置了堆的最大和初始大小，啟用了詳細(xì)GC日志和時(shí)間戳，并將GC日志輸出到指定的文件。同時(shí)，如果發(fā)生OOM錯(cuò)誤，會(huì)自動(dòng)在指定路徑生成Heap Dump文件。
請(qǐng)注意，這些參數(shù)可能會(huì)根據(jù)JDK的版本和實(shí)現(xiàn)有所不同，建議查閱具體版本的官方文檔以獲取最準(zhǔn)確的信息。 ?
演示案例
代碼
public class TestGC {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final int STRING_COUNT = 100000; // 要生成的字符串?dāng)?shù)量
List
for (int i = 0; i < STRING_COUNT; i++) {
String replace = UUID.randomUUID().toString().replace("-", "");
System.out.println(replace);
arr.add(replace);
replace = null;
}
arr.clear();
System.gc();
Thread.sleep(5000);
}
}
設(shè)置jvm參數(shù)
-Xmx128m -Xms128m -XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -Xloggc:gc.log
在Universal JVM GC analyzer - Java Garbage collection log analysis made easy?上傳你的gc日志
然后分析
你會(huì)發(fā)現(xiàn)新生代內(nèi)存空間占分配的128m棧內(nèi)存的三分之一左右，老年代占三分之2左右。
通過(guò)下面這張圖：
新生代內(nèi)存滿了之后，JVM會(huì)觸發(fā)Minor GC（也稱為Young GC），在這次垃圾回收過(guò)程中，不再有存活價(jià)值的對(duì)象會(huì)被回收，而仍然存活的對(duì)象會(huì)根據(jù)其年齡（age）進(jìn)行處理。在HotSpot JVM中，對(duì)象在新生代中有一個(gè)年齡計(jì)數(shù)器，每次經(jīng)歷一次Minor GC后，如果對(duì)象仍然存活，其年齡計(jì)數(shù)器會(huì)增加。當(dāng)對(duì)象的年齡達(dá)到一定的閾值（可以通過(guò)-XX:MaxTenuringThreshold參數(shù)設(shè)置，默認(rèn)值通常是15），對(duì)象就會(huì)被晉升到老年代（Old Generation或Tenured Generation）。
晉升到老年代的對(duì)象會(huì)有更多的生存時(shí)間，JVM會(huì)認(rèn)為這些對(duì)象的生命周期較長(zhǎng)，因此不需要在每次Minor GC時(shí)都進(jìn)行回收。老年代的垃圾回收（Major GC或Full GC）發(fā)生的頻率遠(yuǎn)低于新生代，這樣可以減少垃圾回收的開(kāi)銷。
總結(jié)來(lái)說(shuō)，新生代內(nèi)存滿了會(huì)觸發(fā)Minor GC，在此過(guò)程中，滿足年齡條件的對(duì)象會(huì)被晉升到老年代，而未滿足條件的存活對(duì)象則仍然留在新生代中。這個(gè)過(guò)程有助于JVM更有效地管理內(nèi)存，減少垃圾回收的頻率和成本。
?下圖，平均GC執(zhí)行時(shí)間，和最大GC執(zhí)行時(shí)間
下圖，發(fā)現(xiàn)Full GC 觸發(fā)了一次，我們調(diào)優(yōu)就是為了盡量避免Full GC的觸發(fā)，System.gc()很大可能會(huì)觸發(fā)，我們上面代碼寫了System.gc()，所以Full GC了一次，如果你去掉System.gc()代碼，然后再分析日志，你會(huì)發(fā)現(xiàn)觸發(fā)次數(shù)是0了。下面是FullGC觸發(fā)了條件
Full GC（Full Garbage Collection）是JVM中的老年代垃圾回收，它是一種成本較高的垃圾回收操作，因?yàn)樗鼤?huì)回收整個(gè)堆內(nèi)存（包括新生代和老年代）。Full GC的觸發(fā)條件通常包括以下幾種情況：
1. **老年代空間不足**：當(dāng)老年代中沒(méi)有足夠的內(nèi)存空間去容納新生代晉升的對(duì)象時(shí)，會(huì)觸發(fā)Full GC 。 2. **Metaspace區(qū)內(nèi)存達(dá)到閾值**：從JDK8開(kāi)始，永久代(PermGen)被廢棄，取而代之的是Metaspace。當(dāng)Metaspace區(qū)域的內(nèi)存使用達(dá)到一定閾值時(shí)，會(huì)觸發(fā)Full GC 。 3. **統(tǒng)計(jì)得到的Minor GC晉升到老年代的平均大小大于老年代的剩余空間**：Hotspot為了避免新生代對(duì)象晉升到老年代導(dǎo)致空間不足，在進(jìn)行Minor GC時(shí)會(huì)做一個(gè)判斷，如果統(tǒng)計(jì)得到的晉升平均大小大于老年代剩余空間，則直接觸發(fā)Full GC 。 4. **堆中分配很大的對(duì)象**：當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)很大的對(duì)象，且該對(duì)象需要的內(nèi)存空間大于老年代的剩余空間時(shí)，會(huì)觸發(fā)Full GC 。 5. **CMS GC時(shí)出現(xiàn)promotion failed和concurrent mode failure**：在使用CMS垃圾收集器時(shí)，如果出現(xiàn)晉升失敗或并發(fā)模式失敗，也會(huì)觸發(fā)Full GC 。 6. **顯式調(diào)用System.gc()**：雖然只是建議JVM進(jìn)行Full GC，但在大多數(shù)情況下會(huì)增加Full GC的次數(shù)，導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降 。
在進(jìn)行Full GC時(shí)，JVM會(huì)嘗試清理整個(gè)堆內(nèi)存中的垃圾對(duì)象，這可能會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用程序的線程暫停，從而影響性能。因此，理解并監(jiān)控Full GC的觸發(fā)條件和頻率對(duì)于優(yōu)化Java應(yīng)用程序的性能至關(guān)重要。開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)監(jiān)控工具和調(diào)整JVM參數(shù)來(lái)優(yōu)化垃圾回收過(guò)程，例如設(shè)置堆的最大大小、新生代與老年代的比例、使用合適的垃圾回收器等 。 ?
JVM調(diào)優(yōu)總結(jié)
?
JVM調(diào)優(yōu)是一個(gè)綜合性的過(guò)程，涉及到多個(gè)方面的參數(shù)調(diào)整，主要包括內(nèi)存設(shè)置、垃圾收集器選擇、性能監(jiān)控等。以下是一些常見(jiàn)的JVM調(diào)優(yōu)參數(shù)和策略：
1. **堆內(nèi)存設(shè)置**：使用 `-Xms` 和 `-Xmx` 參數(shù)來(lái)設(shè)置JVM堆的初始大小和最大大小，這有助于優(yōu)化內(nèi)存使用并減少動(dòng)態(tài)調(diào)整的開(kāi)銷。
2. **垃圾收集器選擇**：根據(jù)應(yīng)用的特點(diǎn)和需求，選擇合適的垃圾收集器。例如，`-XX:+UseG1GC` 用于選擇G1垃圾收集器，它適合于大堆內(nèi)存和多核處理器的場(chǎng)景，可以提供平衡的吞吐量和較低的延遲。
3. **性能監(jiān)控**：?jiǎn)⒂?`-XX:+PrintGCDetails` 參數(shù)打印詳細(xì)的GC日志，這有助于監(jiān)控垃圾收集的性能和優(yōu)化垃圾收集策略。
4. **元空間（Metaspace）**：設(shè)置 `-XX:MetaspaceSize` 和 `-XX:MaxMetaspaceSize` 參數(shù)來(lái)控制元空間的大小，避免因元空間無(wú)限增長(zhǎng)導(dǎo)致的問(wèn)題。
5. **日志和監(jiān)控**：使用 `-Xloggc` 將GC日志寫入指定文件，并使用 `-XX:+UseGCLogFileRotation` 開(kāi)啟GC日志文件的輪替，以便于監(jiān)控和分析。
6. **JVM性能調(diào)優(yōu)**：使用 `-XX:+UseStringDeduplication` 開(kāi)啟字符串去重功能，減少堆內(nèi)存的占用；使用 `-XX:+DisableExplicitGC` 禁用System.gc()的顯式調(diào)用，避免可能的性能問(wèn)題。
7. **同步優(yōu)化**：在多線程應(yīng)用中，合理使用同步機(jī)制，避免因過(guò)度同步導(dǎo)致的性能損耗。
8. **JIT編譯器優(yōu)化**：JIT編譯器是JVM性能優(yōu)化的重要手段，通過(guò)調(diào)整JIT編譯器的參數(shù)和關(guān)閉不必要的優(yōu)化，提高程序的執(zhí)行效率。
9. **內(nèi)存分析工具**：使用內(nèi)存分析工具，如VisualVM和MAT，幫助定位內(nèi)存泄漏問(wèn)題并解決。
10. **監(jiān)控工具**：使用jstat、jvisualvm、jconsole等JVM監(jiān)控工具，監(jiān)控和分析Java應(yīng)用的性能。
需要注意的是，JVM調(diào)優(yōu)應(yīng)根據(jù)應(yīng)用程序的具體需求和運(yùn)行情況進(jìn)行，逐步調(diào)整并觀察每次調(diào)整的效果。此外，JVM調(diào)優(yōu)是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程，需要根據(jù)應(yīng)用的運(yùn)行情況不斷進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。 ?
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