ReturnAC

JVM内存结构

  • 线程私有：程序计数器、虚拟机栈、本地方法区
  • 线程共享：堆、方法区, 堆外内存（Java7的永久代或JDK8的元空间、代码缓存）

程序计数器

  • 它是一块很小的内存空间，几乎可以忽略不计。也是运行速度最快的存储区域
  • 在 JVM 规范中，每个线程都有它自己的程序计数器，是线程私有的，生命周期与线程的生命周期一致
  • 任何时间一个线程都只有一个方法在执行，也就是所谓的当前方法。如果当前线程正在执行的是 Java 方法，程序计数器记录的是 JVM 字节码指令地址，如果是执行 native 方法，则是未指定值（undefined）
  • 它是程序控制流的指示器，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成
  • 字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令
  • 它是唯一一个在 JVM 规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域

虚拟机栈

作用：主管 Java 程序的运行，它保存方法的局部变量、部分结果，并参与方法的调用和返回。

特点：

  • 栈是一种快速有效的分配存储方式，访问速度仅次于程序计数器
  • JVM 直接对虚拟机栈的操作只有两个：每个方法执行，伴随着入栈（进栈/压栈），方法执行结束出栈
  • 栈不存在垃圾回收问题

栈中可能出现的异常：

Java 虚拟机规范允许 Java虚拟机栈的大小是动态的或者是固定不变的

  • 如果采用固定大小的 Java 虚拟机栈，那每个线程的 Java 虚拟机栈容量可以在线程创建的时候独立选定。如果线程请求分配的栈容量超过 Java 虚拟机栈允许的最大容量，Java 虚拟机将会抛出一个 StackOverflowError 异常
  • 如果 Java 虚拟机栈可以动态扩展，并且在尝试扩展的时候无法申请到足够的内存，或者在创建新的线程时没有足够的内存去创建对应的虚拟机栈，那 Java 虚拟机将会抛出一个OutOfMemoryError异常

可以通过参数-Xss来设置线程的最大栈空间，栈的大小直接决定了函数调用的最大可达深度。

本地方法栈

也是私有的，与栈一样，管理起来也是一样的

Java 使用起来非常方便，然而有些层次的任务用 Java 实现起来也不容易，或者我们对程序的效率很在意时，问题就来了

  • 与 Java 环境外交互：有时 Java 应用需要与 Java 外面的环境交互，这就是本地方法存在的原因。
  • 与操作系统交互：JVM 支持 Java 语言本身和运行时库，但是有时仍需要依赖一些底层系统的支持。通过本地方法，我们可以实现用 Java 与实现了 jre 的底层系统交互， JVM 的一些部分就是 C 语言写的。
  • Sun's Java：Sun的解释器就是C实现的，这使得它能像一些普通的C一样与外部交互。jre大部分都是用 Java 实现的，它也通过一些本地方法与外界交互。比如，类 java.lang.Thread 的 setPriority() 的方法是用Java 实现的，但它实现调用的是该类的本地方法 setPrioruty()，该方法是C实现的，并被植入 JVM 内部。

方法区/元空间

JDK1.8后改为元空间（采用堆外内存）

  • 方法区（Method Area）与 Java 堆一样，是所有线程共享的内存区域。
  • 虽然 Java 虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫 Non-Heap（非堆），目的应该是与 Java 堆区分开。
  • 运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class 文件中除了有类的版本/字段/方法/接口等描述信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将类在加载后进入方法区的运行时常量池中存放。运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的是 String.intern()方法。受方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出 OutOfMemoryError 异常。
  • 方法区的大小和堆空间一样，可以选择固定大小也可选择可扩展，方法区的大小决定了系统可以放多少个类，如果系统类太多，导致方法区溢出，虚拟机同样会抛出内存溢出错误
  • JVM 关闭后方法区即被释放

堆内存

为了进行高效的垃圾回收，虚拟机把堆内存逻辑上划分成三块区域（分代的唯一理由就是优化 GC 性能）：

  • 新生带（年轻代）：新对象和没达到一定年龄的对象都在新生代
  • 老年代（养老区）：被长时间使用的对象，老年代的内存空间应该要比年轻代更大
  • 元空间（JDK1.8 之前叫永久代）：像一些方法中的操作临时对象等，JDK1.8 之前是占用 JVM 内存，JDK1.8 之后直接使用物理内存

年轻代 (Young Generation)

年轻代是所有新对象创建的地方。当填充年轻代时，执行垃圾收集。这种垃圾收集称为 Minor GC。年轻一代被分为三个部分——伊甸园（Eden Memory）和两个幸存区（Survivor Memory，被称为from/to或s0/s1），默认比例是8:1:1

  • 大多数新创建的对象都位于 Eden 内存空间中
  • 当 Eden 空间被对象填充时，执行Minor GC，并将所有幸存者对象移动到一个幸存者空间中
  • Minor GC 检查幸存者对象，并将它们移动到另一个幸存者空间。所以每次，一个幸存者空间总是空的
  • 经过多次 GC 循环后存活下来的对象被移动到老年代。通常，这是通过设置年轻一代对象的年龄阈值来实现的，然后他们才有资格提升到老一代

老年代(Old Generation)

旧的一代内存包含那些经过许多轮小型 GC 后仍然存活的对象。通常，垃圾收集是在老年代内存满时执行的。老年代垃圾收集称为 主GC（Major GC），通常需要更长的时间。

大对象直接进入老年代（大对象是指需要大量连续内存空间的对象）。这样做的目的是避免在 Eden 区和两个Survivor 区之间发生大量的内存拷贝

对象在堆中的生命周期

  1. 在 JVM 内存模型的堆中，堆被划分为新生代和老年代
    • 新生代又被进一步划分为 Eden区 和 Survivor区，Survivor 区由 From Survivor 和 To Survivor 组成
  2. 当创建一个对象时，对象会被优先分配到新生代的 Eden 区
    • 此时 JVM 会给对象定义一个对象年轻计数器（-XX:MaxTenuringThreshold）
  3. 当 Eden 空间不足时，JVM 将执行新生代的垃圾回收（Minor GC）
    • JVM 会把存活的对象转移到 Survivor 中，并且对象年龄 +1
    • 对象在 Survivor 中同样也会经历 Minor GC，每经历一次 Minor GC，对象年龄都会+1
  4. 如果分配的对象超过了-XX:PetenureSizeThreshold，对象会直接被分配到老年代

对象的分配过程

为对象分配内存是一件非常严谨和复杂的任务，JVM 的设计者们不仅需要考虑内存如何分配、在哪里分配等问题，并且由于内存分配算法和内存回收算法密切相关，所以还需要考虑 GC 执行完内存回收后是否会在内存空间中产生内存碎片。

  1. new 的对象先放在伊甸园区，此区有大小限制
  2. 当伊甸园的空间填满时，程序又需要创建对象，JVM 的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收（Minor GC），将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁。再加载新的对象放到伊甸园区
  3. 然后将伊甸园中的剩余对象移动到幸存者 0 区
  4. 如果再次触发垃圾回收，此时上次幸存下来的放到幸存者 0 区，如果没有回收，就会放到幸存者 1 区
  5. 如果再次经历垃圾回收，此时会重新放回幸存者 0 区，接着再去幸存者 1 区
  6. 什么时候才会去养老区呢？ 默认是 15 次回收标记
  7. 在养老区，相对悠闲。当养老区内存不足时，再次触发 Major GC，进行养老区的内存清理
  8. 若养老区执行了 Major GC 之后发现依然无法进行对象的保存，就会产生 OOM 异常

Minor GC、Major GC、Full GC

  • 部分收集： 不是完整收集整个 Java 堆的垃圾收集。其中又分为：
    • 新生代收集（Minor GC/Young GC）：只是新生代的垃圾收集
    • 老年代收集（Major GC/Old GC）：只是老年代的垃圾收集
    • 混合收集（Mixed GC）：收集整个新生代以及部分老年代的垃圾收集 目前只有 G1 GC 会有这种行为
  • 整堆收集（Full GC）：收集整个 Java 堆和方法区的垃圾

TLAB （Thread Local Allocation Buffer）

  • 从内存模型而不是垃圾回收的角度，对 Eden 区域继续进行划分，JVM 为每个线程分配了一个私有缓存区域，它包含在 Eden 空间内
  • 多线程同时分配内存时，使用 TLAB 可以避免一系列的非线程安全问题，同时还能提升内存分配的吞吐量，因此我们可以将这种内存分配方式称为快速分配策略
  • OpenJDK 衍生出来的 JVM 大都提供了 TLAB 设计

年轻代对象进入老年代条件

1.正常晋升：年龄超过设置计数器的阈值

2.大对象晋升：大小超过设置的阈值

3.动态晋升：GC后，Survivor区域中的几个年龄对象加起来超过了Survivor区内存的一半，年龄大的晋升

4.GC后，存活下来的对象太多，此时有新来对象Survivor区放不下，存活的老对象直接晋升老年代

JVM相关设置及调优

JVM内存相关配置参数

  • 1. -XX:MaxTenuringThreshold：对象年龄计数器 升代的年龄阈值
  • 2.-XX:PetenureSizeThreshold：直接分配到老年代的对象大小阈值
  • 3. -XX:+UseAdaptiveSizePolicy：是否动态调整JVM各区域大小以及进入老年代的年龄（JDK8默认开启，建议不要随便关闭，除非你对JVM内存有了非常明确的规划）
  • 4.-XX:MaxRAMPercentage ： 以容器的大小为准，按比例分配内存给JVM
  • 5. -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDetails -Xloggc:/ #{path}： 打印GC LOG文件到#{path}路径
  • 6.-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/#{path} :服务第一次内存溢出的时候打印Dump文件到#{path}路径
  • 7.-Xms：堆初始大小
  • 8.-Xmx：堆最大值
  • 9. -Xmn：年轻代大小
  • 10. -XX:SurvivorRatio：设置Eden、Survivor的比例
  • 11.-Xss： 栈大小
  • 12：-XX：NewRatio： 设置新、老比例
  • 13：-XX:MetaspaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize：元空间大小

GC性能衡量指标

  • 吞吐量： 这里的吞吐量是指应用程序所花费的时间和系统总运行时间的比值。我们可以按照这个公式来计算 GC 的吞吐量：系统总运行时间 = 应用程序耗时 +GC 耗时。如果系统运行了 100 分钟，GC 耗时 1 分钟，则系统吞吐量为 99%。GC 的吞吐量一般不能低于95%。
  • 停顿时间： 指垃圾收集器正在运行时，应用程序的暂停时间。对于串行回收器而言，停顿时间可能会比较长；而使用并发回收器，由于垃圾收集器和应用程序交替运行，程序的停顿时间就会变短，但其效率很可能不如独占垃圾收集器，系统的吞吐量也很可能会降低。
  • 垃圾回收频率： 多久发生一次指垃圾回收呢？通常垃圾回收的频率越低越好，增大堆内存空间可以有效降低垃圾回收发生的频率，但同时也意味着堆积的回收对象越多，最终也会增加回收时的停顿时间。所以我们只要适当地增大堆内存空间，保证正常的垃圾回收频率即可。

常用内存异常

  • 1. java heap space：堆内存溢出，FGC后依旧内存不够分配，会引起频繁FGC
  • 2.PermGen space：方法区溢出
  • 3.StackOverflowError: 栈溢出，每个请求的线程都有一个分配的栈大小，一般是死循环或者深度递归导致
  • 4. GC overhead limit exceeded：超出GC开销限制，意思是GC占用大量时间释放了很小的空间，一种内存警告，多半要发生堆内存溢出

常用工具以及排查命令

  • 1.MAT （**Eclipse Memory Analyzer **open in new window）工具 ** ：分析Dump内存文件**
  • 2.GCView工具 ：这可以打开GC log文件 便于分析
  • 3.top命令：查看系统CPU 以及 内存
  • 4.jstat 命令
  • 5.jmap命令
  • 6.jstack命令
  • 7.vmstat命令 上下文切换查询 cs：切换次数越少越好 in：中断次数 r：等待任务数
备案号：鄂ICP备2023006484号-1浏览量: 0
Last Updated: