JVM和GC监控技术

一、监控技术简介

JVM是什么？
项目里面有JVM吗？
JVM跟Tomcat有什么关系？
为什么需要去分析JVM？

1. JVM(全称：Java Virtual Machine)，Java虚拟机

是Java程序运行的环境，它是一个虚构的计算机，相当于电脑安装系统一样，可以运行应用程序，很多应用使用java语言开发，java最大特点跨平台(windows、linux)，真正的java程序在java虚拟机上运行

如上图：JDK、JRE、JVM：JDK(开发工具包)包含了JRE(运行环境)，运行时类、库，JRE包含了JVM(java虚拟机)

2. 项目里面有JVM吗？

让tomcat运行起来，就需要有JRE，而JRE自带了JVM

3. JVM跟Tomcat有什么关系？

一个tomcat是一个java进程，其中有很多线程(与有多少个app无关)
一个tomcat启动一个JVM，其中可以有很多APP
一个tomcat中部署的多个APP，虽然同处一个JVM，但是由于无法相互调用，可以认为是分布式的

4. 为什么需要去分析JVM？

JVM对于tomcat来说就相当于运行系统

二、JVM的生命周期

JVM实例诞生：
当启动一个java程序时，一个JVM实例就诞生了，任何一个拥有public void main(String[] args)函数的class都可以作为JVM实例运行的起点
JVM实例运行：
main()作为该程序初始线程的起点，任何其他线程均有该线程启动，JVM内部有两种线程，守护线程和非守护线程，main()属于非守护线程，守护线程通常由JVM自己使用，java程序也可以标明自己创建的线程是守护线程
JVM实例的消亡：
当程序中的所有非守护线程都终止时，JVM才退出

三、JVM的GC机制

GC概述
- garbage collection是进程查看堆内存，分辨哪些对象还在被使用中，哪些对象已经不再使用，并删除不再使用的对象的过程
  - 被使用：指程序中的某些部分仍然由对对象的引用
  - 不再被使用：就是指没有任何部分持有该对象的引用，对于不再被使用的对象，其消耗的内存可以被回收重用，(没有保护(守护线程)就回收掉，释放掉更多的内存给需要的线程使用)
GC分代回收机制：
- GC分代回收机制(java8 HotSpot分代)
- 上图是JAVA8的HotSpot的分代策略
- eden+S0+S1合起来称为年轻代(Young Generation)，GC非常频繁
- S0+S1 称为幸存区(Survivor Space)
- Tenured称为老年代(Old Generation)
- metasnace：元空间(存放不回收的东西)

年轻代(Young Generation)：

Java应用在分配Java对象时，这些对象会被分配到年轻代堆空间中去
. 这个空间大多是小对象并且频繁回收

老年代(Old Generation)：

年轻代堆空间的长期存活对象会转移到(也许是永久性转移)年老代堆空间
这个堆空间通常比年轻代的堆空间大，并且其空间增长速度较缓

持久代(metasnace)：JDK8之后叫元空间

存放JVM和Java类的元数据(metadata)，以及interned字符串和类的静态变量

GC的回收过程：刚开始对象都会被分配到年轻代中，在年轻代中的对象会被进行计数，被频繁使用的对象会被调到幸存区（S0,S1)中，当对象经历多次GC仍然没有被清理，该对象会被认为有一个较长的生命周期，从而被移到年老代中，当年老代中对象到达一定数量时会自动fullgc一次清理掉。当然堆的大小都是可以修改的，结合当前机器的资源修改。

GC频率：当内存达到一定阈值的时候，触发阈值后自动回收(内存小很快到达阈值就会触发GC，内存大，需要很久才达到阈值)

Tips：eden被GC，如果没有被回收掉(进程还没释放，还有守护线程)，就+1次，最高15之后被放到S0或S1继续GC，S0和S1互斥，eden要么分给SO，要么分S1，同样如果在S0或S1没有被GC掉，达到15次就会进入Tenured(老年代)，到了老年代就不怎么GC或者GC很慢很慢

四、内存回收策略

回收策略：Mark-Sweep 标记清除，copying算法，Mark-Compact 标记压缩

内存回收策略	优点	缺点
Mark-Sweep 标记清除	清除较快	删除时会产生碎片,不够放大对象
copying算法	清理的同时进行整理,可以存放大对象	浪费一半的空间
Mark-Compact 标记压缩	标记的时候进行整理,可以存放大对象	速度慢,效率较低

Mark-Sweep 标记清除如下图：适合老年代(只管回收，不管整理)

Tips：例如餐厅吃饭有空余的桌子空出来了，未使用的空间腾出来了，不做整理，只做标记
copying算法如下图：适合年轻代，S0和S1(浪费空间)，如图要么使用上面一半，要么使用下面一半

要么使用S0，要么使用S1，不会两个都用
Mark-Compact 标记压缩：JC不频繁，适合老年代

Tips：

了解JAVA自己的回收机制，更有助于压测，内存如果不用了需要回收释放掉，如果不释放，就会报内存溢出

堆内存：先进先出(例如：进餐厅吃饭，先来的吃完先走)

栈内存：先进后出(例如：有一叠盘子，先放在最下面的最后使用)

五、查看项目使用的jdk版本

命令：java -version
通过tomcat项目内查看
进入到tomcat的bin目录下：cd /usr/local/tomcat7-8083/bin
执行如下：./version.sh
还可以通过tomcat的bin目录下的配置文件查看
执行命令：cat catalina.sh
设置如下

Xms 起始堆内存
Xmx 最大堆内存
PermSize 永久代,在1.8之后称之为元空间
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/usr/local/tomcat7-8083/bin/dushi.hprof
如果出现内存溢出,在对应的路径生成一个hprof文件
-XX:NewRatio=2 新生代和老年代的比例(不写默认1：2)，2代表年轻代占1，老年代占2

六：JVM性能监测工具visualvm安装及配置

下载地址 https://visualvm.github.io/download.html

JDK1.8之前自带JvisualVM,不需要下载,直接使用.在java的bin目录下,可以找到JvisualVM.exe

JDK比较新的版本,不自带这个工具,那么需要下载并安装.工具的名字也变为了VisualVM

默认在C盘：C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_211\bin
双击打开，如果需要监控GC,那么要配置一个GC插件，工具→插件→可用插件,选择visual GC,点击左下角的安装

如果自行安装的版本,需要在运行之前进行配置，进入viusalvm的etc目录，打开visualvm.conf,在大约72行的位置添加一行jdk的路径：visualvm_jdkhome="你的jdk的路径"
JVM性能监测工具visualvm远程连接服务器的两种方式
1. JMX方式连接(这种方式没有GC监控)，能看线程死锁
  
  复制一个catalina-jmx-remote.jar到tomcat服务器的/usr/local/tomcat7-8083/lib然后重启tomcat,就可以连接上了，如果仍然不能连接,那么大多数情况是防火墙拒绝访问,此时可以关闭防火墙,或者将10001添加到白名单
  
  systemctl stop firewalld #关闭防火墙
  
  firewall-cmd --add-port=10001/tcp --permanent #将10001端口添加到白名单
  
  catalina-jmx-remote.jar：支持jmx方式连接的一个扩展包
2. 进入 cd /usr/local/tomcat7-8083/bin,打开catlina.sh
  
  加入以下几句代码
  
  -Djava.rmi.server.hostname=192.168.197.132
  
  -Dcom.sun.management.jmxremote.port=10001
  
  -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false
  
  -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false'
  
  -Djava.rmi.server.hostname=192.168.197.160 填写你的都市商城的IP
  
  -Dcom.sun.management.jmxremote.port=10001 jmx的端口
  
  -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false 不使用SSL连接
  
  -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false 不进行用户验证
  
  之后保存并退出
  
  重启tomcat,就可以访问了
3. jstatd方式连接(这种方式没有CPU监控)
  
  参考之前博客：JVisuaIVM监控Jstatd启动时报错