JVM及GC知识点总结

谁践踏了优雅 2023-07-25 06:28 3阅读 0赞

**目录**

一、JVM概述

二、JVM如何确定垃圾及GC Roots的理解

三、JVM的参数类型及设置

四、强引用、软引用、弱引用、虚引用的理解

五、常见OOM异常

六、GC垃圾回收算法和垃圾收集器

七、Linux服务器变慢排查步骤

--------------------

### 一、JVM概述 ###

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTI3MjU2MjM_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

[JVM详细说明][JVM]

**①jvm结构**

1.**Class files** \---------------------------------------类文件

2.**Class loader** \------------------------------------类装载器子系统

3.**Runtime Data Area** \---------------------------运行时数据区

3.1 Java VM stack --------------------------------（线程私有）Java虚拟机栈：一个方法一个栈帧--->局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口

3.2 Native Method Stack ------------------------（线程私有）本地方法栈：为虚拟机使用到的 Native 方法服务

3.3 Program Counter Register ----------------（线程私有）程序计数器：记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址或Undefined

3.4 Method Area ----------------------------------（线程公有）方法区：类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码

3.5 Heap --------------------------------------------（线程公有）堆：存放对象实例和数组、年轻代+老年代

4.**Native Interface** \--------------------------------本地方法接口

4.1本地方法库 -------------------------------------本地方法库

5.**Execution Engine** \------------------------------执行引擎

**②常见垃圾回收算法**

1.引用计数：引用即+1，一般不采用

2.复制：年轻代（Eden--->From<--->To）

3.标记清除：产生空间碎片

4.标记整理：标记清除升级版，移动整理需要成本

### 二、JVM如何确定垃圾及GC Roots的理解 ###

1.内存中不再使用的空间就是垃圾

2.通过**引用计数法**或者**枚举根节点做可达性分析**来确认垃圾是否可以回收

2.1枚举根节点做可达性分析就是判断GC Roots对象是否被使用

**GC Roots对象：**

①虚拟机栈中对象的引用

②方法区中类静态属性的引用

③方法区中常量对象的引用

④本地方法栈中JNI（Native方法）对象的引用

### 三、JVM的参数类型及设置 ###

1.JVM的参数类型

1.1标配参数：

> java -version
> 
> java -help
> 
> java -showversion

1.2X参数

> 解释执行：java -Xint -version
> 
> 编译执行：java -Xcomp -version
> 
> （默认）混合执行：java -Xmixed -version

1.3XX参数

查看当前进程信息

> jps -l
> 
> jinfo -flags 进程号

是否打印GC收集细节：

> \-XX:+PrintGCDetails
> 
> \-XX:-PrintGCDetails

是否使用串行垃圾收集器：

> \-XX:+UseSerialGC
> 
> \-XX:-UseSerialGC

年轻代中eden和S0/S1的空间占比

> \-XX:SurvivorRatio=8--->默认，eden:s0:s1=8:1:1

年轻代大小

> \-Xmn

年轻代和老年代的堆结构占比

> \-XX:NewRatio=2--->默认1:2

晋升老年代转换阈值，即垃圾的最大年龄

> \-XX:MaxtenuringThreshold=15

元空间大小设置

> \-XX:MetaspaceSize=128m

堆大小及最大值

> \-Xms--->-XX:IntianlHeapSize---->初始大小：物理内存1/16
> 
> \-Xmx--->-XX:MaxHeapSize------->初始大小：物理内存1/4

单个线程大小

> \-Xss--->-XX:ThreadStackSize---->一般默认为512-1024K

查看初始默认值

> java -XX:+PrintFlagsInitial

查看修改更新值

> java -XX:+PrintFlagsFinal

**=标识默认值，:=标识修改后的值**

快速查看修改的主要参数值

> java -XX:+PrintCommandLineFlags

### 四、强引用、软引用、弱引用、虚引用的理解 ###

**1.强引用**

普通对象，即使发生OOM也不会被垃圾回收。

示例

>     Object Strong = new Object();  --->o1引用指向实例对象

**2.软引用**

内存充足，不会被 回收；内存不够，就会被回收

适用场景：读取大量本地图片缓存到内存，内存不够就释放资源。

示例

>     //-Xms5m -Xmx5m -XX:+PrintGCDetails 手动造成OOM
>     System.out.println("软引用");
>     Object strong = new Object();
>     SoftReference<Object> soft = new SoftReference<>(strong);
>     strong = null;
>     try {
>         byte[] bytes = new byte[30 * 1024 * 1024];
>     } finally {
>         System.out.println("strong：" + strong);
>         System.out.println("soft：" + soft.get());
>     }

**3.弱引用**

不管内存是否充足，都会被回收

使用场景：读取大量本地图片缓存到内存，只要垃圾回收就释放资源。

示例

>     System.out.println("弱引用");
>     Object strong = new Object();
>     WeakReference<Object> weak = new WeakReference<>(strong);
>     System.out.println("strong：" + strong);
>     System.out.println("soft：" + weak.get());
>     strong = null;
>     System.gc();
>     System.out.println("strong：" + strong);
>     System.out.println("soft：" + weak.get());

**4.虚引用**

本身就是不存储任何数据，返回null，虚引用必须和引用队列（ReferenceQueue）一起使用，一般配合监控垃圾回收

>     System.out.println("虚引用");
>     Object object = new Object();
>     ReferenceQueue<Object> ref = new ReferenceQueue<>();
>     PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<>(object, ref);
>     System.out.println("object: " + object);
>     System.out.println("虚引用: " + phantomReference.get());
>     System.out.println("应用队列" + ref.poll());
>     System.out.println("垃圾回收====");
>     object = null;
>     System.gc();
>     System.out.println("object: " + object);
>     System.out.println("虚引用: " + phantomReference.get());
>     System.out.println("应用队列" + ref.poll());

### 五、常见OOM异常 ###

**Error----------->错误**

**Exception---->异常**

**1.java.lang.StackOverflowError**

示例：循环调用，栈空间不足，导致栈溢出

>     public void test1() {
>         System.out.println("java.lang.StackOverflowError=======");
>         method01();
>     }
>     static void method01() {
>         method01();
>     }

**2.java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space**

示例：new一个超过堆内存大小的对象，导致堆内存不足

>     //-Xms30m -Xmx30m
>     System.out.println("java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space=======");
>     byte[] bytes = new byte[30 * 1024 * 1024];

**3.java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded**

示例：不断创建新对象，导致GC无法正常回收

>     //-Xms10m -Xmx10m
>     System.out.println("java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded=======");
>     List<String> list = new ArrayList<>();
>     int i = 0;
>     try {
>         while (true) {
>             list.add(String.valueOf(i));
>         }
>     } catch (Exception e) {
>         System.out.println("-----> i : " + i);
>         e.printStackTrace();
>         throw e;
>     }

**4.java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory**

示例：直接内存溢出，一般NIO程序经常出现

>     //-Xms10m -Xmx10m -XX:MaxDirectMemorySize=5m -XX:+PrintGCDetails
>     System.out.println("java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory =======");
>     long maxDirectMemory = VM.maxDirectMemory() / 1024l / 1024l;
>     System.out.println("系统最大直接内存：" + maxDirectMemory + "M");
>     ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(6 * 1024 * 1024);

**5.java.lang.OutOfMemoryError: unable to creat new native thread**

示例：服务器线程限制，导致不能创建更多线程

进入linux系统，查看能开启的最大线程数，代表root用户没有限制，子用户最大4096，可自行手动修改

> \[root@v2ray limits.d\]\# pwd  
> /etc/security/limits.d  
> \[root@v2ray limits.d\]\# ls  
> 20-nproc.conf  
> \[root@v2ray limits.d\]\# more 20-nproc.conf   
> \# Default limit for number of user's processes to prevent  
> \# accidental fork bombs.  
> \# See rhbz \#432903 for reasoning.
> 
> \*          soft    nproc     4096  
> root       soft    nproc     unlimited  
> \[root@v2ray limits.d\]\#

>     System.out.println("java.lang.OutOfMemoryError: unable to creat new native thread =======");
>     for (int i = 0; i >= 0; i++) {
>         System.out.println("num--->" + i);
>         new Thread(() -> {
>             try {
>                 TimeUnit.SECONDS.sleep(1l);
>             } catch (InterruptedException e) {
>                 e.printStackTrace();
>             }
>         }, String.valueOf(i)).start();
>     }

**6.java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace**

示例：元空间不足，Metaspace并不在虚拟机内存中，而是使用本地内存

> //-XX:MetaspaceSize=10m -XX:MaxMetaspaceSize=10m
> 
>     System.out.println("java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace =======");
>     int num = 0;
>     while (true) {
>         num++;
>         try {
>             Enhancer enhancer = new Enhancer();
>             enhancer.setSuperclass(OOMTest.class);
>             enhancer.setUseCache(false);
>             enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
>                 @Override
>                 public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
>                     return methodProxy.invokeSuper(o, args);
>                 }
>             });
>             enhancer.create();
>         } catch (Exception e) {
>             System.out.println("创建类超出元空间限制：" + num);
>             e.printStackTrace();
>         }
>     }

### 六、GC垃圾回收算法和垃圾收集器 ###

**1.分类**

垃圾回收算法：引用计数、复制、标记清除、标记整理。

垃圾收集器：串行垃圾收集器(Serial)、并行垃圾收集器(Parallel)、并发垃圾收集器(CMS)、G1垃圾收集器。

**2.具体实现**

2.1串行垃圾回收器Serial

①单线程环境，垃圾回收时暂停用户线程，不适合服务器，更不适合高并发服务

②程序--->GC--->程序--->GC...

2.2并行垃圾回收器Parallel

①多线程并行工作，垃圾回收时暂停所有用户线程，适合大数据等弱交互场景

②程序--->GC--->程序--->GC...

2.3并发垃圾回收CMS(Concurrent Mark Sweep并发标记清除)

①多线程工作，垃圾回收时可**不暂停**用户线程，适合大型互联网公司

②程序--->GC(Mark)--->程序/GC(Mark/PreClean)--->GC(Remark)--->程序/GC(Sweep)...

③-XX:+UseConcMarksSweepGC：并发执行，低停顿；CPU压力大，产生大量碎片，一旦堆内存耗费前未完成GC则触发Serial Old进行垃圾收集，导致系统长时间停顿。

2.4G1垃圾回收器

①将堆内存分割成多个区域，然后并发工作

②java -server-XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -jar XXX.jar

**3.查看本地垃圾回收器**

> java -XX:+PrintCommandLineFlags
> 
> \-XX:InitialHeapSize=198604096 -XX:MaxHeapSize=3177665536 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:-Use  
> LargePagesIndividualAllocation -XX:+UseParallelGC

**4.java垃圾回收器--->Java8默认:UseParallelGC**

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>新生代收集器</td> 
   <td>Serial</td> 
   <td>ParNew</td> 
   <td>Parallel Scavenge</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>老年代收集器</td> 
   <td>Serial Old</td> 
   <td>Parallel Old</td> 
   <td>CMS</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>整堆收集器</td> 
   <td colspan="3">G1</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**5.G1垃圾收集器**

5.1旧版本收集器特点：

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>年轻代和老年代是各自独立且连续的内存块</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p>年轻代收集使用eden+s0+s1进行复制算法</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>老年代收集时必须扫描整个老年代区域</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>特点都是少而快速的执行GC</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

5.2G1的特点

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>把内存划分成多个独立的子区域（Regin）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>物理上不区分年轻代和老年代，只有逻辑上的分代概念，可按需切换</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>整体上采用标记整理算法，局部通过复制算法，不会产生内存碎片</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>充分利用多CPU、多核优势，缩短STW（Stop the work），可配置停顿时间</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

5.3G1执行步骤：初始标记--->并发标记--->最终标记--->筛选回收

### 七、Linux服务器变慢排查步骤 ###

> yum install -y sysstat
> 
> pidstat -d 采样间隔 -p 进程号

1.整机性能查看：

> top--->查看load average(1/5/15分钟平均负载)、%CPU、%MEM

2.CPU查看：

> vm -n 2 3--->查看us、sy内存消耗占比，2秒钟采样一次，共3次

3.内存查看：

> free -m

4.硬盘查看：

> df -h

5.硬盘IO查看：

> iostat -xdk 2 3--->2秒钟采样一次，共3次

6.网络IO查看：

> ifstat

7.进程命令查看：

> jps -l
> 
> ps -ef | grep java | grep -v grep

8.线程号查看：

> ps -mp 进程号 -o THREAD,tid,time

9.前60行错误代码输出，精准定位问题代码行数

> jstack 进程号 | grep tid(小写线程号16进制转换值) -A60

## ##

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[JVM]: https://blog.csdn.net/qq_41701956/article/details/81664921