JVM知识点总结

一、JVM结构

• 类加载子系统
  • JVM类加载器分为3层，核心类加载器（Bootstrap类加载器），加载%JAVA_HOME%/lib包下的核心类；扩展类加载器（Extension类加载器） ，加载%JAVA_HOME%/lib/ext内的扩展类；应用类加载器（Application类加载器），加载应用程序内定义的类。
  • 双亲委派：加载类时先判断Bootstrap类加载器是否加载，未加载则判断扩展类加载器是否加载，都未加载则加载应用程序内部的类。优点：①保护核心类；②避免重复加载。
• 执行引擎
• 运行时数据区
  运行时数据区包含：
  • 线程共享区域：
    • 堆区： 动态扩展的数据结构。堆区特点：
      ①线程共享，需要考虑并发问题
      ②动态扩展的内存区域；
      ③被垃圾回收器监控回收；
      ④存储的对象都有一个指向它的类引用指针；
      ⑤分为年轻代和老年代，年轻代又分为Eden和两个Survivor（幸存者）区域，默认比例：8:1:1；
      ⑥按照对象创建的时间顺序分配内存，标记清除算法回收垃圾会产生大量内存碎片导致频繁GC。
    • 方法区： JDK7之前通过永久代实现，使用JVM内存，容易OOM；JDK8使用元空间实现，使用JVM外部内存。
    • 直接内存区域： 由操作系统直接操作的内存区域。优点：①零拷贝②不归Java堆内存管理，降低GC压力。缺点：①不归Java堆内存管理，容易内存泄漏，要注意释放②直接内存的分配和释放比Java堆上的操作成本更高。
  • 线程私有区域：
    • 程序计数器： 记录当前线程执行到的位置，线程切换需要使用。
    • 虚拟机栈： 用于存储方法调用和局部变量。栈帧： 局部变量表、帧数据区、操作数栈、动态链接。
    • 本地方法栈： native方法的方法调用和局部变量。

二、 如何判断对象是否存活

• 引用计数法： 引用一次计数+1，简单快速，但出现互相引用时会导致无法回收。
• 可达性分析法： 以GC Roots为起点，开始向下遍历，能够被访问到的对象认为是存活的，无法到达的对象认为垃圾对象等待回收。
  GC Roots：①静态变量②常量③虚拟机栈引用的对象④本地方法栈引用的对象。

三、垃圾回收算法

• 标记复制： 使用双倍内存，将存活对象移动到另一内存区域，未存活对象回收，然后交换区域。特点：速率快，使用内存只有总内存的一半，常用于年轻代垃圾回收。
• 标记清除： 标记后直接回收为存活对象，会产生大量内存碎片，导致频繁GC。速率中等，常用于老年代垃圾回收。
• 标记整理： 过程：①从GCRoots出发标记存活对象；②将存活对象移动到一端，同时清理未标记的数据；③更新存活对象引用，使其指向对象所在新位置的地址；④回收阶段：回收掉所有未被标记的对象，释放内存（整理阶段的回收可能存在遗漏，如错标，所以需要回收阶段再统一回收）。速率慢，减少内存碎片，减少内存分配失败的情况（内存不连续）。

四、三色标记法

将对象标记为三种颜色：白色、灰色和黑色，用于表示对象的可达性状态。

• 白色：所有对象初始状态都为白色，表示尚未被访问和处理。
• 灰色：对象被标为灰色表示这些对象已经访问，但其引用的对象还未被遍历。
• 黑色：对象被标记为黑色表示这些对象已经被访问，且其引用的对象已经被遍历。

基本步骤：
①初始化：根对象标记为灰色，其他对象标记为白色；
②标记阶段：从根对象开始遍历对象，遍历完成的对象标记为黑色；
③清除阶段：清除所有未被标记为黑色的对象，这些对象被认为不可达，可以回收。

五、四大引用类型

• 强引用： 垃圾回收时，即使系统内存不足，也不会回收该对象，如new的对象。
• 软引用： 垃圾回收时，系统内存充足不会回收，系统内存不足时会被回收，适合缓存功能。
• 弱引用： 垃圾回收时，系统内存无论是否充足，都会被回收，ThreadLocal 中 Key。
• 虚引用： 相当于不存在，垃圾回收时会得到通知。

六、yangGC流程

1. yangGC发生在年轻代，年轻代区域分为1个Eden区和两个幸存区（Survivor），比例8:1:1，幸存区分为from/to两个角色；
2. Eden区三色标记法判断对象存活，然后通过标记复制算法垃圾回收，Eden区存活对象移动到to区域；
3. From区域存储的上一次yangGC存活的对象，根据存活对象的存活年代判断是否移动到老年代，未移动到老年代的对象移动到To区域；
4. 交换From和To区域的引用，保证To区域GC完成后为空；
5. yangGC完成后如果新创建对象需要的内存仍不够，会触发空间担保机制将存活对象从新生代晋升到老年代；
6. 循环上述过程，To区域被填满后所有对象移动到老年代。

七、主流垃圾回收算法

• CMS: 特点：基于标记清除算法，并发收集、低停顿。工作机制：
  ①初始标记：标记GC Roots直接关联的对象，速度很快，需要暂停所有工作线程；
  ②并发标记：遍历GC Roots引用链，并发进行，不需要暂停工作线程；
  ③重新标记：修正并发标记期间，因用户线程继续工作而导致产生变动的一部分对象的标记记录，需要暂停所有工作线程；
  ④并发清除：清除遍历GC Roots不可达的对象，并发进行，不需要暂停工作线程。
• Parallel: ：多线程垃圾回收器，基于标记整理算法。
• G1: JDK9之后默认的垃圾回收器，基于标记整理算法。
• CMS与Parallel区别：
  ①使用场景不同，CMS适合对停顿时间要求较高的场景，Parallel适合对吞吐量要求较高的场景；
  ②工作原理不同，CMS 老年代垃圾回收，基于标记清除算法，会产生内存碎片导致频繁GC，Parallel 老年代垃圾回收，基于标记整理算法，不会产生大量内存碎片；
  ③CMS停顿时间较短，Parallel停顿时间较长，停顿时无法正常提供服务。

八、OOM

• 产生的原因：
  ①堆区分配的内存不足；
  ②堆区内存泄漏，多余内存无法正常释放，代码有问题；
  ③栈内存不足，虚拟机在扩展栈的时候无法申请到足够的内存；
  StackOverflowError ：线程请求的栈深度超过了虚拟机允许的最大深度，会抛出该异常（无限递归）。

九、常用工具

jps：输出JVM中运行的进程状态信息。
jstack：生成虚拟机当前时刻的线程快照。
jstat：虚拟机统计信息监控工具。
jinfo：实时查看和调整虚拟机的各项参数。
jmap：生成虚拟机的内存转存储快照。
JConsole：可视化监控工具。

十、如何进行JVM调优

1. 全面监控，收集性能数据，分析GC日志，料及GC类型、频率、停顿时间等信息；
2. 如果存在内存泄漏，则下载dump文件，利用工具分析内存泄漏对象关联的GC Roots，优化对应代码；
3. 根据业务场景和需求选择合适的GC算法，如CMS、Parallel、G1等；
4. 设置JVM参数，如初始堆内存大小、最大堆内存大小、新生代大小等；
5. 优化代码；
6. 根据需求，压测应用，观察吞吐量、性能、GC频率、内存大小、GC时间等，不断调整JVM参数到合适值，确保调优后达到性能和稳定性要求。

• 一般情况下，yangGC单次小于50ms且间隔在10ms以上，表示健康；
  FullGC单次小于1s，且间隔在10min以上，表示健康。