JVM简介以及优化

短命女 2023-07-17 07:19 9阅读 0赞

JVM简介：

> 主要有三种JVM实现：HotSpot，JRockit，J9VM
> 
> jvm是运行在操作系统之上的，与硬件系统没有直接的交互
> 
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> 
> 内存模型：
> 
> ![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2MDQyOTM4_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]
> 
> 1 Class Loader类加载器 
> 
>   负责加载class文件，class文件在文件开头有特定的文件标示，并且ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由Execution Engine决定
> 
>  
> 
> 2 Method Area 方法区
> 
>   方法区是被所有线程共享，所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法如构造函数，接口代码也在此定义。简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，此区属于共享区间。 
> 
> 静态变量\+常量\+类信息\+运行时常量池存在方法区中, 实例变量存在堆内存中
> 
> Class对象是存放在堆区的，不是方法区！这点很多人容易犯错。类的元数据（元数据并不是类的Class对象！Class对象是加载的最终产品，类的方法代码，变量名，方法名，访问权限，返回值等等都是在方法区的）才是存在方法区的！
> 
> 因为方法区是被所有线程共享的，所以必须考虑数据的线程安全。假如两个线程都在试图找lava的类，在lava类还没有被加载的情况下，只应该有一个线程去加载，而另一个线程等待。
> 
> 方法区的大小不必是固定的，jvm可以根据应用的需要动态调整。同样方法区也不必是连续的。方法区可以在堆(甚至是虚拟机自己的堆)中分配。jvm可以允许用户和程序指定方法区的初始大小，最小和最大尺寸
> 
>  
> 
> 3 PC Register 程序计数器 
> 
>   每个线程都有一个程序计数器，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（下一个将要执行的指令代码），由执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不记
> 
>  
> 
> ***4 Stack*** ***栈是什么***
> 
>   栈也叫栈内存，主管Java程序的运行，是在线程创建时创建，它的生命期是跟随线程的生命期，线程结束栈内存也就释放，**对于栈来说不存在垃圾回收问题**，只要线程一结束该栈就Over，生命周期和线程一致，是线程私有的。基本类型的变量和对象的引用变量都是在函数的栈内存中分配。栈内存不够时会发生：java.lang.StackOverFlowError
> 
> 主要存储一下内容：
> 
>  
> 
> 本地变量（Local Variables）:输入参数和输出参数以及方法内的变量；
> 
> 栈操作（Operand Stack）:记录出栈、入栈的操作；
> 
> 栈帧数据（Frame Data）:包括类文件、方法等等
> 
> 5 堆空间
> 
> 一个JVM实例只存在一个堆内存，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，保存所有引用类型的真实信息，以方便执行器执行，堆内存分为三部分：新生区，养老区，元空间（永久区）
> 
> 新生区包括：伊甸区，幸存0区，幸存1区。
> 
> Jdk1.6及之前： 有永久代, 常量池1.6在方法区
> 
> Jdk1.7：            有永久代，但已经逐步“去永久代”，常量池1.7在堆
> 
> Jdk1.8及之后： 无永久代，常量池1.8在元空间
> 
> ![20200323094303755.png][]       ![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2MDQyOTM4_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]
> 
> 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
> 
> 养老区用于保存从新生区筛选出来的 JAVA 对象，一般池对象都在这个区域活跃
> 
> 永久区是一个常驻内存区域，用于存放JDK自身所携带的Class，Interface的元数据，以及第三方的jar包

jvm的GC算法：

> jvm优化的主要是方法区和堆空间，属于线程共享区域
> 
>  
> 
> GC：JVM的垃圾回收机制，频繁收集Young区，较少收集Old区，基本不动Perm区，JVM在进行GC时，并非对每个堆区域都进行回收，大部分时候回收的是指新生代
> 
> Java中的GC会有两种回收：年轻代的M inor GC，另外一个就是老年代的Full GC；新对象创建时如果伊甸园空间不足会触发MinorGC，如果此时老年代的内存空间不足会触发Full  GC，如果空间都不足抛出java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space。原因有二：
> 
> （1）Java虚拟机的堆内存设置不够，可以通过参数\-Xms、\-Xmx来调整。
> 
> （2）代码中创建了大量大对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集（存在被引用）
> 
> 如果出现java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space，说明是Java虚拟机对永久代Perm内存设置不够。一般出现这种情况，都是程序启动需要加载大量的第三方jar包
> 
>  *  复制算法：MinorGC（普通GC）:
> 
>   当对象在 Eden ( 包括一个 Survivor 区域，这里假设是 from 区域 ) 出生后，在经过一次 Minor GC 后，如果对象还存活，并且能够被另外一块 Survivor 区域所容纳( 上面已经假设为 from 区域，这里应为 to 区域，即 to 区域有足够的内存空间来存储 Eden 和 from 区域中存活的对象 )，则使用复制算法将这些仍然还存活的对象复制到另外一块 Survivor 区域 ( 即 to 区域 ) 中，然后清理所使用过的 Eden 以及 Survivor 区域 ( 即 from 区域 )，，并且将这些对象的年龄设置为1，以后对象在 Survivor 区每熬过一次 Minor GC，就将对象的年龄 + 1，当对象的年龄达到某个值时 ( 默认是 15 岁，通过-XX:MaxTenuringThreshold 来设定参数)，这些对象就会成为老年代。
> 
> HotSpot JVM把年轻代分为了三部分：1个Eden区和2个Survivor区（分别叫from和to）。默认比例为8:1:1,一般情况下，新创建的对象都会被分配到Eden区(一些大对象特殊处理),这些对象经过第一次Minor GC后，如果仍然存活，则把对象移动到幸存 from区。若幸存 from区也满了，再对该区进行垃圾回收，然后移动到 to 区。对象在Survivor区中每熬过一次Minor GC，年龄就会增加1岁，当它的年龄增加到一定程度时，就会被移动到年老代中。因为年轻代中的对象基本都是朝生夕死的(80%以上)，所以在年轻代的垃圾回收算法使用的是复制算法，复制算法的基本思想就是将内存分为两块，每次只用其中一块，当这一块内存用完，就将还活着的对象复制到另外一块上面。  
>    
> 在GC开始的时候，对象只会存在于Eden区和名为“From”的Survivor区，Survivor区“To”是空的。紧接着进行GC，Eden区中所有存活的对象都会被复制到“To”，而在“From”区中，仍存活的对象会根据他们的年龄值来决定去向。年龄达到一定值(年龄阈值，可以通过-XX:MaxTenuringThreshold来设置)的对象会被移动到年老代中，没有达到阈值的对象会被复制到“To”区域。经过这次GC后，Eden区和From区已经被清空。这个时候，“From”和“To”会交换他们的角色，也就是新的“To”就是上次GC前的“From”，新的“From”就是上次GC前的“To”。不管怎样，都会保证名为To的Survivor区域是空的。Minor GC会一直重复这样的过程，直到“To”区被填满，“To”区被填满之后，会将所有对象移动到年老代中。
> 
> 优缺点：复制算法不会产生内存碎片，但是总会有10%的空间是空余的，造成空间浪费
> 
>  *  标记清除算法
> 
> 养老区主要采用这种算法，当堆中的有效内存空间（available memory）被耗尽的时候，就会停止整个程序（也被称为stop the world），然后进行两项工作，第一项则是标记，第二项则是清除。  
>  标记：从引用根节点开始标记所有被引用的对象。标记的过程其实就是遍历所有的GC Roots，然后将所有GC Roots可达的 对象标记为存活的对象。
> 
> 清除：遍历整个堆，把未标记的对象清除
> 
> 优缺点：不会浪费内存空间，但是此算法需要暂停整个应用效率比较低，会产生内存碎片
> 
>  *  标记清楚整理算法
> 
> 标记的存活对象将会被整理，按照内存地址依次排列，而未被标记的内存会被清理掉。如此一来，当我们需要给新对象分配内存时，JVM只需要持有一个内存的起始地址即可，这比维护一个空闲列表显然少了许多开销。
> 
> 优缺点：标记/整理算法不仅可以弥补标记/清除算法当中，内存区域分散的缺点，也消除了复制算法当中，内存减半的高额代价，缺点是效率慢
> 
> 内存效率：复制算法>标记清除算法>标记整理算法（此处的效率只是简单的对比时间复杂度，实际情况不一定如此）。  
> 内存整齐度：复制算法=标记整理算法>标记清除算法。  
> 内存利用率：标记整理算法=标记清除算法>复制算法。

tomcat之启动调优

> 在配置文件catalina.sh文件的97行加入下面这行配置：
> 
>  export JAVA\_OPTS="-server -Xms1600M -Xmx1600M -Xss512k -XX:+AggressiveOpts -XX:+UseBiasedLocking -XX:PermSize=128M -XX:MaxPermSize=256M -XX:+DisableExplicitGC -XX:MaxTenuringThreshold=31 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC -XX:+CMSParallelRemarkEnabled -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection -XX:LargePageSizeInBytes=128m -XX:+UseFastAccessorMethods -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly -Djava.awt.headless=true"
> 
> 查看配置是否生效：
> 
> 查找端口号：ps -ef|grep tomcat
> 
> 查看内存情况：jmap -heap 端口号
> 
> ![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2MDQyOTM4_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]
> 
> \-server 启动jdk的server版，只要你的tomcat是运行在生成环境中的，这个参数必须添加
> 
> \-Xms：设置初始分配大小，默认为物理内存的1/64
> 
> \-Xmx：最大分配内存，默认为物理内存的1/4
> 
> 把Xms与Xmx两个值设成一样是最优的做法，原因：避免在每次GC后调整堆的大小，因为默认空余内存小于40%时，JVM就会增大堆内存直到-Xmx的最大限制，空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到-Xms的最小限制
> 
> \-XX:+PrintGCDetails：输出详细的GC处理日志
> 
> \-Xss:是指设置每个线程的栈大小，一般设置不超过1M
> 
> \-XX:MaxTenuringThreshold — 设置对象在新生代中存活的次数
> 
> \-XX:+AggressiveOpts  配置后会自动将最新版的JDK优化后的新特性自动注入
> 
> \-XX:+UseBiasedLocking 启用一个优化了的线程锁，对于高并发访问很重要，太多的请求忙不过来会自动优化
> 
> \-XX:PermSize -XX:MaxPermSize 设置永久区的初始大小，最小默认1/64，最大默认32M，在数据量很大的文件导出时，一定要设置这两个值，否则会出现内存溢出的情况 ，-XX：MaxPermSize建议叨叨物理内存的1/4
> 
> \-XX:MaxNewSize,设置最大的年轻代大小，默认16M
> 
> \-XX:NewSize,设置年轻代大小
> 
>

tomcat之并发优化

> 在server.xml文件中<Connector>节点配置优化
> 
> 默认：
> 
> ![20200323112554623.png][]
> 
> 标准版：
> 
> URIEncoding='UTF-8'：解决中文乱码问题，支持GBK
> 
> maxSpareThreads:最大空闲连接数，一旦创建的线程超过这个值，Tomcat就会关闭不需要的socket线程，
> 
> minSpareThreads:最小空闲连接数，最小备用线程数
> 
> connectionTimeout:连接超时时间（毫秒），设置-1表示永不超时
> 
> acceptCount: 队列可接受连接数大小，是当线程数达到maxThreads后，后续请求会被放入一个等待队列，这个acceptCount是这个队列的大小，如果这个队列也满了，就直接refuse connection，默认100
> 
> maxThreads:允许最大的线程数，即同时处理的任务格式，默认值为200，保守推荐 600---900
> 
> ![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2MDQyOTM4_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]
> 
>

tomcat之内存优化

> 新生区，养老区内存不足：java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
> 
> “%TOMCAT\_HOME%\\bin\\catalina.sh”文件，在文件开头增加如下设置：  
>  export JAVA\_OPTS=-Xms2048m -Xmx2048m
> 
> 永久区内存不足：java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
> 
> “%TOMCAT\_HOME%\\bin\\catalina.sh”文件，在文件开头增加如下设置：  
> export JAVA\_OPTS=-Xms256m -Xmx256m  -XX:MaxNewSize=256m -XX:PermSize=128M -XX:MaxPermSize=256m
> 
>

tomcat三种连接模式

> BIO是最稳定最老的一个连接器，是采用阻塞的方式，意味着每个连接线程绑定到每个，Http请求，直到获得Http响应返回，如果Http客户端请求的是keep-Alive连接，那么这些连接也许一直保持着直至达到timeout时间，这期间不能用于其它请求。性能差但是最稳定。
> 
> NIO是使用Java的异步IO技术，不产生阻塞。nio(new I/O)，是Java SE1.4及后续版本提供的一种新的I/O操作方式(即java.nio包及其子包)。Java nio是一个基于缓冲区、并能提供非阻塞I/O操作的Java API，因此nio也被看成是non-blocking I/O的缩写。它拥有比传统I/O操作(bio)更好的并发运行性能
> 
> APR(Apache Portable Runtime)是使用原生C语言编写的非堵塞I/O，  
> 利用了操作系统的网络连接功能，速度很快从操作系统层面解决IO问题。  
> 但是需先安装apr和native

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