java JVM详解（持续更新）

子系统	内容
类装载子系统（ClassLoader）	根据给定的全限定类名称装载class文件到运行时数据区的方法区
执行引擎子系统（Execution engine）	包含即时编译器（JITCompiler）和垃圾回收器（Garbage Collector）；用于执行class文件中的命令

组件：

组件	内容
运行时数据区（Runtime data Area）	jvm的内存，包含方法区、虚拟机栈、本地方法栈、堆、程序计数器
本地接口（Native Interface）	与本地方法库交互，与其他变成语言交互的接口

类装载子系统

类的加载是通过双亲委派模型来完成的

类的生命周期：加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载

双亲委派模型

加载器找到.class文件找到并读取，双亲委派模型描述的是加载器找到.class文件得基本过程。

即加载类时先把请求委托给自己的父类加载器执行,直到顶层的启动类加载器. 父类加载器能够完成加载则成功返回,不能则子类加载器才自己尝试加载.

运行时数据区

JVM在执行Java程序时，会把它管理的内存划分为若干个的区域，每个区域都有自己的用途和创建销毁时间。

区域	线程属性	内存占比
堆区	共享	最大
虚拟机栈	私有
方法区	共享
程序计数器	私有	较小

方法区（Method Area）

线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。

例如，在程序中声明的常量、静态变量和有关于类的信息等的引用，都会存放在方法区，而这些引用所指向的具体对象一般都会在堆中开辟单独的空间进行存储，也可能会在直接内存中进行存储。

堆区（Heap）

通过new关键字创建的对象都会被放在堆内存，由于堆是线程共享的，所以堆内存中的对象都需要考虑线程安全问题。

堆中的数据不需要事先明确生存期，可以动态的分配内存，不再使用的数据和对象由JVM中的GC机制自动回收。对JVM的性能调优一般就是对堆内存的调优。

Java中基本类型的包装类：Byte、Short、Integer、Long、Float、Double、Boolean、Character类型的数据是存储在堆中的。

堆区内存分为两个不同区域：新生代（Young）和老年代（Old）。
年轻代又会被进一步分为1个Eden区和2个Survivor区。在内存分配上，如果保持默认配置的话，年轻代和老年代的内存大小比例为1 : 2，年轻代中的1个Eden区和2个Survivor区的内存大小比例为：8 : 1 : 1。

虚拟机栈区

每个线程运行需要的内存空间，用于保存方法执行的内存模型。
每个栈由多个栈帧（Frame）组成，对应着每次调用方法时所占用的内存。
每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的方法

程序计数区

用于保存当前线程所正在执行的字节码指令的地址(行号)

执行引擎子系统
垃圾回收机制

目的

程序运行过程中会产生大量的内存垃圾，为了确保程序运行时的性能，JVM会在过程中不断地进行自动垃圾回收
关注对象

程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈是线程私有的，所以会随着线程结束而消亡。
Java 堆和方法区是线程共享的，在程序处于运行期才知道哪些对象会创建，这部分内存的分配和回收都是动态的，垃圾回收所关注的就是这部分内存。
判断对象可以回收

在进行内存回收之前要做的事情就是判断那些对象是'死'的，哪些是'活'的

• 引用计数法:当一个对象被引用时，就当引用对象的值加一，当值为 0 时，就表示该对象不被引用，可以被垃圾收集器回收。
• 可达性分析

垃圾回收算法

算法	速度	碎片	空间
标记清除算法	较快	产生内存碎片
标记整理算法	慢	没有内存碎片
复制算法		没有内存碎片	占用两倍内存空间
分代垃圾回收算法

内存分代机制

方法区即被称为永久代，而堆中存放的是对象实例，为了回收的时候对不同的对象采用不同的方法，又将堆分为新生代和老年代，默认情况下新生代占堆的1/3，老年代占堆的2/3。

• 新生代（Young）：HotSpot将新生代划分为三块，一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，默认比例为8：1：1。
• 老年代（Old）：在新生代中经历了多次GC后仍然存活下来的对象会进入老年代中。老年代中的对象生命周期较长，存活率比较高，在老年代中进行GC的频率相对而言较低，而且回收的速度也比较慢。
• 永久代（Permanent）：永久代存储类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据，对这一区域而言，一般而言不会进行垃圾回收。
• 元空间（metaspace）：从JDK 8开始，Java开始使用元空间取代永久代，元空间并不在虚拟机中，而是直接使用本地内存。那么，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。当然，也可以对元空间的大小手动的配置。

JVM调优

JDK自带工具

JDK 自带了很多监控工具，都位于 JDK 的 bin 目录下，其中最常用的是jconsole和jvisualvm这两款视图监控工具。

• jconsole：用于对JVM中的内存、线程和类等进行监控；
• jvisualvm：JDK自带的全能分析工具，可以分析：内存快照、线程快照、程序死锁、监控内存的变化、gc变化等。
第三方工具

• MAT(MemoryAnalyzer Tool)：基于Eclipse的内存分析工具
• GChisto：专业分析gc日志的工具
调优参数

-Xms2g：初始化推大小为2g
-Xmx2g：堆最大内存为2g (为了防止垃圾收集器在最小、最大之间收缩堆而产生额外的时间，通常把最大、最小设置为相同的值)
-XX:NewSize=m;设置年轻代大小
-XX:NewRatio=4：设置年轻代的和老年代的内存比例为 1:4；年轻代和年老代将根据默认的比例(1：2)分配堆内存.
-XX:SurvivorRatio=8：设置新生代Eden和Survivor比例为 8:1

在JVM中，主要是对堆（新生代）、方法区和栈进行性能调优。各个区域的调优参数如下所示。

• 堆：-Xms、-Xmx
• 新生代：-Xmn
• 方法区（元空间）：-XX:MetaspaceSize、-XX:MaxMetaspaceSize
• 栈（线程）：-Xss

为了更加直观的表述，我们可以将JVM的内存区域和对应的调优参数总结成下图所示。

在设置JVM启动参数时，需要特别注意方法区（元空间）的参数设置。

关于方法区（元空间）的JVM参数主要有两个：-XX:MetaspaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize。

-XX:MetaspaceSize：指的是方法区（元空间）触发Full GC的初始内存大小（方法区没有固定的初始内存大小），以字节为单位，默认为21M。达到设置的值时，会触发Full GC，同时垃圾收集器会对这个值进行修改。

如果在发生Full GC时，回收了大量内存空间，则垃圾收集器会适当降低此值的大小；如果在发生Full GC时，释放的空间比较少，则在不超过设置的-XX:MetaspaceSize值或者在没设置-XX:MetaspaceSize的值时不超过21M，适当提高此值。

-XX:MaxMetaspaceSize：指的是方法区（元空间）的最大值，默认值为-1，不受堆内存大小限制，此时，只会受限于本地内存大小。

最后需要注意的是：调整方法区（元空间）的大小会发生Full GC，这种操作的代价是非常昂贵的。如果发现应用在启动的时候发生了Full GC，则很有可能是方法区（元空间）的大小被动态调整了。

所以，为了尽量不让JVM动态调整方法区（元空间）的大小造成频繁的Full GC，一般将-XX:MetaspaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize设置成一样的值。例如，物理内存8G，可以将这两个值设置为256M

最后，我们一起看下在物理内存8G的情况下，启动应用程序时，可以设置的JVM参数。当然，我这里给出的是一些经验值，实际部署到生产环境时，需要经过压测找到最佳的参数值。

• 启动SpringBoot:
java ‐Xms2048M ‐Xmx2048M ‐Xmn1024M ‐Xss512K ‐XX:MetaspaceSize=256M ‐XX:MaxMetaspaceSize=256M ‐jar xxx.jar

• 启动Tomcat（Linux）:
在Tomcat bin目录下catalina.sh文件里配置。
‐Xms2048M ‐Xmx2048M ‐Xmn1024M ‐Xss512K ‐XX:MetaspaceSize=256M ‐XX:MaxMetaspaceSize=256M

• 启动Tomcat（Windows）
在Tomcat bin目录下catalina.bat文件里配置。
‐Xms2048M ‐Xmx2048M ‐Xmn1024M ‐Xss512K ‐XX:MetaspaceSize=256M ‐XX:MaxMetaspaceSize=256M

JVM面试题

垃圾回收是否涉及栈内存？

不会。栈内存是方法调用产生的，方法调用结束后会弹出栈。
栈内存分配越大越好吗？

物理内存是一定的，栈内存越大，可以支持更多的递归调用，但是可执行的线程数就会越少。
栈内存溢出的原因

栈帧过大、过多、或者第三方类库操作，都有可能造成栈内存溢出 java.lang.stackOverflowError，使用 -Xss256k 指定栈内存大小
堆内存调整参数

可以使用 -Xmx8m 来指定堆内存大小。
堆内存诊断方法

jps -》查看当前系统中有哪些 java 进程
jmap -》查看堆内存占用情况 jmap - heap 进程id
Java中创建的对象是存储在JVM中的哪个区域的？

例如，这里，我们简单的列举一行代码，如下所示。
java 复制代码
```
User user = new User();
```
关于上面的代码，不少小伙伴都知道，创建出来的User对象是放在JVM中的堆区域的，而User对象的引用是放在栈中的。但如果你只是了解到这种程度，那面试官就会认为你了解的太浅显了，可能就会达不到他们的要求。其实面试官想要了解你是否对JVM有一个更深入的认识。

站在面试官的角度来看这个问题时，回答创建出来的User对象是放在JVM的堆区，也并没有错。但是JVM的堆内存区域又会分为年轻代和老年代，而年轻代又会分为Eden区和Survivor区。JVM堆空间的逻辑结构如下图所示。

而面试官更想了解的是你能不能说出来创建的对象具体是存放在JVM堆空间的哪个区域。

在JVM内部，会将整个堆空间划分成年轻代和老年代，年轻代默认会占整个堆内存空间的1/3，老年代默认会占整个堆内存空间的2/3。年轻代又会划分为Eden区和两个Survivor区，它们之间的默认比例是Eden：Survivor1：Survivor2 = 8:1:1。

如果你能回答出新创建的User对象是存放在JVM堆空间中年轻代的Eden区，那面试官就会对你刮目相看了。当然，这里没有考虑JVM的逃逸分析情况