002_JVM内存结构及调优学习

摘要: jvm的内存结构和配置属性，垃圾回收机制，jvm内存区域配置，jvm性能调优

1. 常遇到关于内存溢出的错误
java.lang包下
StackOverflowError 很少
OutOfMemoryError： heap space（堆空间） 比较常见
OutOfMemoryError： PermGen space 经常出现

2. Java虚拟机结构和属性

内存区域: 保存java类和对象的物理区域

堆: Java的内存区域叫做堆(heap)

堆被分成3个区域:
新域(young generation)、旧域(tenured generation)、永久域(perm generation)
标记为virtual的部分被保留下来，必要时才分配出去。

新域: 有Eden和两个救助空间survivor组成，新对象存放在Eden中

旧域: 对象在两个救助空间survivor之间移动，当它们足够"老",能够被移入到保存生存期较长对象的旧域

永久域: 在虚拟机的整个生存期都生存的对象

常用虚拟机配置选项属性

-Xmx Java Heap最大值，默认值为物理内存的1/4，最佳设值应该视物理内存大小及计算机内其他内存开销而定；

-Xms Java Heap初始值，Server端JVM最好将-Xms和-Xmx设为相同值，开发测试机JVM可以保留默认值；

-Xmn Java Heap Young区大小，不熟悉最好保留默认值；

-Xss 每个线程的Stack大小，不熟悉最好保留默认值；

具体实施查看 remark001_几招搞定JVM内存设置.txt

3. JVM垃圾回收机制，2种回收方法，7种垃圾收集器

2种回收方法
引用计数: 当应用程序引用某一对象的时候，JVM增加引用数，当引用超出范围时，JVM减少引用数，
当某对象的引用数为0时，便可以进行垃圾回收机制。（早期JVM的技术）

对象引用遍历(对象引用树) => 目前大多数JVM技术
对象引用遍历树，是将对象引用关系构
7fe0
建成一棵树，从一组根对象开始，沿着整个对象树上的每条链接，
递归确定可到达(reachable)的对象。如果某对象别的对象(至少一个)引用，则将它作为垃圾收集起来。
在对象遍历阶段，GC必须记住哪些对象可以到大，以便删除不可到达的对象，这称为标记(marking)对象。

7种垃圾收集器
标记-清除收集器(Serial收集器): 对遍历对象图进行遍历，并标记可到达的对象，然后扫描对象以寻找未标记对象并释放内存。
该收集器一般使用单线程工作并停止其它操作。
(你妈妈在打扫房间，会叫你出去等一会)

标记-清除-压缩收集器:
与Serial收集器有相同的标记阶段。在第二阶段，把标记对象复制到堆栈的新域中以便压缩堆栈。
这种收集器也会停止其它操作。

复制收集器: 它将堆栈分为2个域，称为半空间，它每次仅使用一个半空间。
GC运行时，JVM生成的新对象放在一个半空间中，将可到达对象复制到另一个半空间中，从而压缩堆栈。
这种方法适用于短生存期的对象，持续复制长生存期的对象则导致效率降低。

增量收集器: 把堆栈分为多个域，每次仅从一个域收集垃圾。这会造成较小的应用程序中断。

分代收集器: 把堆栈分成两个或多个域，用以存放不同寿命的对象。JVM生成的新对象一般放在其中的某个域中。
过一段时间，继续存在的对象将获得使用期并转入更长寿命的域中。
分代收集器对不同域使用不同的算法以优化性能。

并发收集器: 同时发生，与应用程序同时运行。该收集器在某一时刻一般不得不停止其它操作以完成特定任务，
但是因为其它应用程序可进行后台操作，所以中断其它处理的实际时间大大降低。

并行收集器: 使用某种传统算法，并使用多线程并行执行它们的工作。在多CPU机器上使用多线程技术可以显著提高Java应用程序的可扩展性。

解释两个名词：并发和并行。
这两个名词都是并发编程中的概念，在谈论垃圾收集器的上下文语境中，他们可以解释为：
并行（Parallel）：指多条垃圾收集线程并行工作，但此时用户线程仍然处于等待状态。
并发（Concurrent）：指用户线程与垃圾收集线程同时执行（但不一定是并行的，可能会交替执行），
用户程序继续运行，而垃圾收集程序运行于另一个CPU上。

4. JVM内存区域配置: 堆区域、新域与旧域、永久区域(非堆内存)、新域子空间

Sun的JVM使用的是分代收集器，它把堆分成3个主要域: 新域与旧域、永久区域(也叫非堆内存分配).
JVM生成的所有新对象放在新域、一旦对象经历了一定数量的垃圾收集循环后，便获得使用期进入旧域。
在永久域中JVM则存储类和方法对象。

Java虚拟机的配置选项有专门用于对这些域进行配置的属性

配置堆区域
堆实质上就是新域+旧域的和，它代表这2个区域的内存大小。
设置堆的初始大小和最大大小内存 128MB
java -Xms128m (其中s为start )
java -Xmx128m (其中x为max )

通常可以将初始化大小设置为最大大小，这样可以避免程序动态增加堆的大小。

配置新域和旧域

设置新域大小64MB
java -Xms256m -Xmx256m -Xmn64m (Xmn 其中n为new)

设置新域的初始值和最大值 64MB
(-XX:NewSize 设置新域初始值 )
(-XX:MaxNewsize 设置新域最大值 )
java -Xms256m -Xmx256m -XX:NewSize 64m -XX:MaxNewsize=64m

设置了新域的大小，旧域大小即为堆的大小减去新域的大小，不需要对旧域进行设置，JVM也没有提供对旧域设置属性。

配置永久域(非堆内存)

永久域默认大小为4MB，运行程序时，JVM会调整永久域大小以满足需要。
为了避免调整，可使用-XX:PermSize设置初始值，使用-XX:MaxPermSize设置最大值
java -Xms512m -Xmx512m -Xmn128m -XX:PermSize=32m -XX:MaxPermSize=64m

配置新域子空间

默认状态，JVM在新域使用复制收集器，对旧域使用标记-清除-压缩收集器。
在新域

JVM内存区域配置的实战案例: remark002_eclipse内存溢出崩溃_服务器JVM崩溃.txt

5. JVM性能调优

调优配置参考

JVM的堆大小决定了JVM花费在收集垃圾上的时间和频度。

应用中建立和释放对象的速度决定了垃圾收集的频度。

编程中，注意使用对象的缓存而不是建立对象。

对生存时间越长，需要收集时间也越长，收集也会变慢。

一次完全的垃圾收集应该不超过3-5秒。

如果系统花费很多时间收集垃圾，应该减少堆大小。

一般来说，你使用物理内存的80%为堆大小。

对于1GB内存，单CPU的机器来说，如下的一组参考配置

-Xms800m -Xmx800m // 堆初始值和堆最大值一样
-Xmn200m // 新域的内存
-XX:PermSize=128m // 永久域初始值
-XX:MaxPermSize=128m // 永久域最大值
-XX:NewSize=200m // 新域的初始值
-XX:MaxNewSize=200m // 新域最大值
-XX:NewRatio=3 // 设置该值后可不设置NewSize
-XX:SurvivorRatio=4 // 设置救助区域大小
-XX:userParNewGC // 可用来设置并行收集
-XX:ParallelGCThreads // 可用来增加并行度
-XX:UseParallelGC // 设置后可以使用并行清除收集器
-XX:UseAdaptiveSizePolicy // 上面一个联合使用效果更好，利用它可以自动优化新域大小和救助空间比值

我们经常遇到java.lang.OutOfMemoryError. Java heap space的错误

根源是JVM虚拟机默认Heap大小是64MB，可通过设置最小值和最大值来解决

(1) windows中更改系统环境变量
加上 JAVA_OPTS=-Xm800m -Xmx800m

(2) tomcat的话，可以在\bin\catalina.bat或catalina.sh加上
set JAVA_OPTS=-Xm800m -Xmx800m

JVM调优实战

heap内存设置

进入JAVA_HOME/demo/jfc/SwingSet2目录
java -jar -Xmn4m -Xms16m -Xmx16m SwingSet2.jar
出现如下错误: Exception in thread "Image Fetcher 1" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

除了异常信息，会发现程序的响应速度变慢。
说明Heap size偏小，GC占用了更多时间，应该分配到的执行时间较少。

设置成如下,则安然无恙:

java -jar -Xmn4m -Xms16m -Xmx32m SwingSet2.jar

Heap最大不要超过可用物理内存的80%，一般要将-Xms和-Xmx选项设置为相同，
而-Xmn为1/4的-Xmx(heap最大值)