一：虛擬機內(nèi)存圖解
JAVA程序運行與虛擬機之上，運行時需要內(nèi)存空間。虛擬機執(zhí)行JAVA程序的過程中會把它管理的內(nèi)存劃分為不同的數(shù)據(jù)區(qū)域方便管理。
虛擬機管理內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)域劃分如下圖：
數(shù)據(jù)區(qū)域分類：
方法區(qū)： (Method Area)
虛擬機棧 ： (VM Stack)
本地方法棧 ： (Native Method Stack)
堆： (Heap)
程序計數(shù)器： (Program Counter Register)
直接內(nèi)存 ： (Direct Memory)
說明：
1. 程序計數(shù)器
行號指示器，字節(jié)碼指令的分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、異常處理、線程恢復(CPU切換)，每條線程都需要一個獨立的計數(shù)器，線程私有內(nèi)存互不影響,該區(qū)域不會發(fā)生內(nèi)存溢出異常。
2. 虛擬機棧
是線程私有的，聲明周期與線程相同，虛擬機棧是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型，每個方法被執(zhí)行時都會創(chuàng)建一個棧幀，即方法運行期間的基礎數(shù)據(jù)結構，棧幀用于存儲：局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等，每個方法執(zhí)行中都對應虛擬機棧幀從入棧到處棧的過程。
是一種數(shù)據(jù)結構，是虛擬機中的局部變量表，對應物理層之上的程序數(shù)據(jù)模型。
局部變量表，是一種程序運行數(shù)據(jù)模型，存放了編譯期可知的各種數(shù)據(jù)類型例如：
Boolean、byte、char、short、int、float、long、double、對象引用類型(對象內(nèi)存地址變量，指針或句柄)，程序運行時，根據(jù)局部變量表分配棧幀空間大小，在運行中，大小是不變的異常類型：stackOverFlowError 線程請求棧深度大于虛擬機允許深度 OutOfMemory 內(nèi)存空間耗盡無法進行擴展。
3. 本地方法棧
與虛擬機棧類似，虛擬機棧為Java程序服務，本地方法棧支持虛擬機的運行服務，具體實現(xiàn)由虛擬機廠商決定，也會拋出 stackOverFlowError、OutOfMemory異常。
4. 堆
是虛擬機管理內(nèi)存中最大的一部分，被所有線程共享，用于存放對象實例(對象、數(shù)組)，物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間，由于GC收集器，分代收集，所以劃分為：新生代 Eden、From SurVivor空間、To SurVivor空間，allot buffer(分配空間)，可能會劃分出多個線程私有的緩沖區(qū)，老年代。
5. 方法區(qū)
與堆一樣屬于線程共享的內(nèi)存區(qū)域，用于存儲虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼（動態(tài)加載OSGI）等數(shù)據(jù)。理論上屬于java虛擬機的一部分，為了區(qū)分開來叫做 Non-Heap非堆。
這個區(qū)域可以選擇不進行垃圾回收，該區(qū)域回收目的主要是常量池的回收，及類型的卸載class,內(nèi)存區(qū)不足時會拋出OutOfMemory異常
運行時常量池：
方法區(qū)的一部分，Class的版本、字段、接口、方法等，及編譯期生成的各種字面量、符號引用，編譯類加載后存放在該區(qū)域。會拋出OutOfMemory異常。
6. 直接內(nèi)存
直接內(nèi)存不屬于虛擬內(nèi)存區(qū)域，是一種基于通道與緩沖區(qū)的IO方式，可以使用本地函數(shù)直接分配堆外內(nèi)存，在堆中存儲引用的外部內(nèi)存地址，通過引用完成對直接引用內(nèi)存的操作，1.4之后提供的NIO顯著提高效率，避免了堆內(nèi)存與Native內(nèi)存的來回復制操作，不受虛擬機內(nèi)存控制，會拋出OUtOfMemory異常。
二：對象訪問內(nèi)部實現(xiàn)過程
對象訪問 涉及到對象的地址變更狀態(tài)變更，內(nèi)存地址移動，變量、接口、實現(xiàn)類、方法、父類型等。
一、 句柄方式 (訪問)
二、指針方式 (訪問)
優(yōu)缺點：
句柄訪問方式：reference中存儲的是穩(wěn)定的地址，對象變更時只會改變句柄實例數(shù)據(jù)指針，引用本身不需要修改
指針訪問方式：優(yōu)點速度快，節(jié)省了指針定位時間開銷
三：內(nèi)存區(qū)域控制參數(shù)及對應溢出異常
開發(fā)過程中，或程序運行過程中每次遇到OutOfMemory異?；騁C異常或StackOverflowError異常我們都是一堆參數(shù)亂配，都把值調(diào)大，只是大體知道是跟jvm內(nèi)存分配有關，具體應該怎么調(diào)，對應的異常應該調(diào)整那些參數(shù)，或者換句話說，jvm內(nèi)存分配區(qū)域中都分別對應那些參數(shù)大多數(shù)情況下都是不知道的，只是把相關的參數(shù)跳上去，預期結果都是應該起作用，到底能不能起作用，自己心里也沒底。下面就來說一下jvm堆、棧、方法區(qū)等內(nèi)存區(qū)域?qū)膮?shù)，及每個區(qū)域可能拋出的異常類型，發(fā)生異常的場景分析。
一、參數(shù)類型
1.堆空間參數(shù)
2.?？臻g參數(shù)
3.方法區(qū)空間參數(shù)
4.本機直接內(nèi)存參數(shù)
二、異常類型
1.OutOfMemory異常
2.StackOverflowError異常
三、輔助參數(shù)說明
1.-XX: HeapDumpOnOutOfMemoryError 打印堆內(nèi)存異常時打印出快照信息
2.-XX: HeapDumpPath 快照輸出路徑
3.-Xmn指定eden區(qū)的大小 -XX:SurvirorRation來調(diào)整幸存區(qū)的大小
4.-XX:PretenureSizeThreshold設置進入老年代的閥值
四、參數(shù)說明、對應場景的異常
1.堆內(nèi)存參數(shù)
-Xms：堆最小值（新生代和老年代之和）
-Xmx：堆最大值（新生代和老年代之和）
當最小值=最大值時，這時堆內(nèi)存是不可擴展的。
例：-Xms80M -Xmx80M
通常將-Xmx和-Xms設置為一樣的大小來減少gc的次數(shù)，堆內(nèi)存不足時拋出OutOfMemoryError異常。
2.棧內(nèi)存參數(shù)
-Xss
例：-Xss128k
單線程下無論棧幀太大還是棧容量太小，及引用深度超過虛擬機允許深度都會拋出StackOverflowError每個方法壓入棧的幀大小是不一致的。多線程下當每個線程分配棧幀太大內(nèi)存不能夠擴展時拋出OutOfMemoryError異常線程棧幀越大，可創(chuàng)建的線程越少。
3.方法區(qū)參數(shù)
-XX:PermSize方法區(qū)內(nèi)存最小值
-XX:MaxPermSize 方法區(qū)內(nèi)存最大值
各個線程共享的內(nèi)存區(qū)域，主要用來存儲類的元數(shù)據(jù)、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)
例：-XX:PermSize=20M -XX:MaxPermSize=20M
異常類型 OutOfMemoryError :
原因：常量過多，或代理反射等使用頻繁
4.本機直接內(nèi)存參數(shù)
-XX:MaxDirectMemorySize
例：-XX:MaxDirectMemorySize=10M
不足時拋出OutOfMemory異常
四：垃圾收集算法
經(jīng)典的垃圾回收算法以下幾種
一、標記--清除算法(Mark-Sweep)
回收前狀態(tài)：
回收后狀態(tài)：
優(yōu)缺點：
算法執(zhí)行分為兩個階段標記與清除，所有的回收算法，基本都
基于標記回收算法做了深度優(yōu)化
缺點：效率問題，內(nèi)存空間碎片（不連續(xù)的空間）
二、復制算法(Copying)
回收前狀態(tài)：
Eden內(nèi)存空間 8
Survivor1空間（From空間）1
Survivor2空間(To空間) 1
Eden內(nèi)存空間與Survivor空間 8:1
回收后狀態(tài)：
Survivor1空間（From空間）1
Eden內(nèi)存空間與Survivor空間 8:1
優(yōu)缺點：
比較標記清除算法，避免了回收造成的內(nèi)存碎片問題，
缺點：以局部的內(nèi)存空間犧牲為代價，不過空間的浪費比較小，默認8:1的比例1是浪費的。
復制也有一定的效率與空間成本
三、標記整理算法(Mark-Compact)
回收前狀態(tài)：
回收后狀態(tài)：
優(yōu)缺點：
避免了，空間的浪費，與內(nèi)存碎片問題。
缺點：整理時復制有效率成本。
五：垃圾收集器
一、七種垃圾收集器
(1) Serial（串行GC）-XX: UseSerialGC
(2) ParNew（并行GC）-XX: UseParNewGC
(3) Parallel Scavenge（并行回收GC）
(4) Serial Old（MSC）（串行GC）-XX: UseSerialGC
(5) CMS（并發(fā)GC）-XX: UseConcMarkSweepGC
(6) Parallel Old（并行GC）-XX: UseParallelOldGC
(7) G1（JDK1.7update14才可以正式商用）
二.1~3用于年輕代垃圾回收：年輕代的垃圾回收稱為minor GC
三.4~6用于年老代垃圾回收（當然也可以用于方法區(qū)的回收）：年老代的垃圾回收稱為full GC
G1獨立完成'分代垃圾回收'
注意：并行與并發(fā)
并行：多條垃圾回收線程同時操作
并發(fā)：垃圾回收線程與用戶線程一起操作
四、常用五種組合
Serial/Serial Old
ParNew/Serial Old：與上邊相比，只是比年輕代多了多線程垃圾回收而已
ParNew/CMS：當下比較高效的組合
Parallel Scavenge/Parallel Old：自動管理的組合
G1：最先進的收集器，但是需要JDK1.7update14以上
五. Serial/Serial Old
年輕代Serial收集器采用單個GC線程實現(xiàn)'復制'算法（包括掃描、復制）
年老代Serial Old收集器采用單個GC線程實現(xiàn)'標記-整理'算法
Serial與Serial Old都會暫停所有用戶線程（即STW）
說明：
STW（stop the world）：編譯代碼時為每一個方法注入safepoint（方法中循環(huán)結束的點、方法執(zhí)行結束的點），在暫停應用時，需要等待所有的用戶線程進入safepoint，之后暫停所有線程，然后進行垃圾回收。
適用場合：
CPU核數(shù)<2，物理內(nèi)存<2G的機器（簡單來講，單CPU，新生代空間較小且對STW時間要求不高的情況下使用）
-XX:UseSerialGC：強制使用該GC組合
-XX:PrintGCApplicationStoppedTime：查看STW時間
六.ParNew/Serial Old：
ParNew除了采用多GC線程來實現(xiàn)復制算法以外，其他都與Serial一樣，但是此組合中的Serial Old又是一個單GC線程，所以該組合是一個比較尷尬的組合，在單CPU情況下沒有Serial/Serial Old速度快（因為ParNew多線程需要切換），在多CPU情況下又沒有之后的三種組合快（因為Serial Old是單GC線程），所以使用其實不多。
-XX:ParallelGCThreads：指定ParNew GC線程的數(shù)量，默認與CPU核數(shù)相同，該參數(shù)在于CMS GC組合時，也可能會用到
七.Parallel Scavenge/Parallel Old：
特點：
年輕代Parallel Scavenge收集器采用多個GC線程實現(xiàn)'復制'算法（包括掃描、復制）年老代Parallel Old收集器采用多個GC線程實現(xiàn)'標記-整理'算ParallelScavenge與Parallel Old都會暫停所有用戶線程（即STW）
說明：
吞吐量：CPU運行代碼時間/(CPU運行代碼時間 GC時間)CMS主要注重STW的縮短（該時間越短，用戶體驗越好，所以主要用于處理很多的交互任務的情況）Parallel Scavenge/Parallel Old主要注重吞吐量（吞吐量越大，說明CPU利用率越高，所以主要用于處理很多的CPU計算任務而用戶交互任務較少的情況）
參數(shù)設置：
-XX: UseParallelOldGC：使用該GC組合
-XX:GCTimeRatio：直接設置吞吐量大小，假設設為19，則允許的最大GC時間占總時間的1/(1 19)，默認值為99，即1/(1 99)
-XX:MaxGCPauseMillis：最大GC停頓時間，該參數(shù)并非越小越好
-XX: UseAdaptiveSizePolicy：開啟該參數(shù)，-Xmn/-XX:SurvivorRatio/-XX:PretenureSizeThreshold這些參數(shù)就不起作用了，虛擬機會自動收集監(jiān)控信息，動態(tài)調(diào)整這些參數(shù)以提供最合適的的停頓時間或者最大的吞吐量（GC自適應調(diào)節(jié)策略），而我們需要設置的就是-Xmx，-XX: UseParallelOldGC或-XX:GCTimeRatio兩個參數(shù)就好（當然-Xms也指定上與-Xmx相同就好）
注意：
-XX:GCTimeRatio和-XX:MaxGCPauseMillis設置一個就好
不開啟-XX: UseAdaptiveSizePolicy，-Xmn/-XX:SurvivorRatio/-XX:PretenureSizeThreshold這些參數(shù)依舊可以配置，以resin服務器為例
<jvm-arg>-Xms2048m</jvm-arg> <jvm-arg>-Xmx2048m</jvm-arg> <jvm-arg>-Xmn512m</jvm-arg> <jvm-arg>-Xss1m</jvm-arg> <jvm-arg>-XX:PermSize=256M</jvm-arg> <jvm-arg>-XX:MaxPermSize=256M</jvm-arg> <jvm-arg>-XX:SurvivorRatio=8</jvm-arg> <jvm-arg>-XX:MaxTenuringThreshold=15</jvm-arg> <jvm-arg>-XX: UseParallelOldGC</jvm-arg> <jvm-arg>-XX:GCTimeRatio=19</jvm-arg> <jvm-arg>-XX: PrintGCDetails</jvm-arg> <jvm-arg>-XX: PrintGCTimeStamps</jvm-arg> View Code
適用場合：
很多的CPU計算任務而用戶交互任務較少的情況不想自己去過多的關注GC參數(shù)，想讓虛擬機自己進行調(diào)優(yōu)工作
八、調(diào)優(yōu)方法
8.1 新對象預留新生代
由于fullGC(老年代)的成本遠比minorGC（新生代和老年代）的成本大，所以給應用分配一個合理的新生代空間，盡量將對象分配到新生代減小fullGC的頻率
8.2 大對象進入老年代
將大對象直接分配到老年代，保持新生代對象的結構的完整性，以提高GC效率， 以通過-XX:PretenureSizeThreshold設置進入老年代的閥值
8.3 穩(wěn)定與震蕩的堆大小
穩(wěn)定的對大小是對垃圾回收有利的，方法將-Xms和-Xmx的大小一致
8.4 吞吐量優(yōu)先
盡可能減少系統(tǒng)執(zhí)行垃圾回收的總時間，故采用并行垃圾回收器
-XX: UseParallelGC或使用-XX: UseParallelOldGC
8.5 降低停頓
使用CMS回收器,同時減少fullGC的次數(shù)
九、獲取gc信息的方法
9.1 -verbose:gc或者-XX: PrintGC 獲取gc信息
9.2 -XX: PrintGCDetails 獲取更加詳細的gc信息
9.3 -XX: PrintGCTimeStamps 獲取GC的頻率和間隔
9.4 -XX: PrintHeapAtGC 獲取堆的使用情況
9.5 -Xloggc:D:\gc.log 指定日志情況的保存路徑
十、jvm調(diào)優(yōu)實戰(zhàn)-tomcat啟動加速
在tomcat的bin/catalina.bat文件的開頭添加相關的配置
六：監(jiān)控工具
監(jiān)控工具：一般問題定位，性能調(diào)優(yōu)都會使用到。
(一)、jps
Jps是參照Unix系統(tǒng)的取名規(guī)則命名的，而他的功能和ps的功能類似，可以列舉正在運行的餓虛擬機進程并顯示虛擬機執(zhí)行的主類以及這些進程的唯一ID（ＬＶＭＩＤ，對應本機來說和PID相同），他的用法如下：
Jps [option] [hostid]
jps -q 只輸出LVMID
jps -m 輸出JVM啟動時傳給主類的方法
jps -l 輸出主類的全名，如果是Jar則輸出jar的路徑
jps -v 輸出JVM的啟動參數(shù)
(二)、jstat
jstat主要用于監(jiān)控虛擬機的各種運行狀態(tài)信息，如類的裝載、內(nèi)存、垃圾回收、JIT編譯器等，在沒有GUI的服務器上，這款工具是首選的一款監(jiān)控工具。其用法如下：
jstat [option vmid [interval [s|ms] [vount] ] ]
jstat 監(jiān)控內(nèi)容 線程好 刷新時間間隔 次數(shù)
jstat –gc 20445 1 20 :監(jiān)視Java堆，包含eden、2個survivor區(qū)、old區(qū)和永久帶區(qū)域的容量、已用空間、GC時間合計等信息
jstat –gcutil 20445 1 20:監(jiān)視內(nèi)容與-gc相同，但輸出主要關注已使用空間占總空間的百分比
jstat –class 20445 1 20:監(jiān)視類的裝載、卸載數(shù)量以及類的裝載總空間和耗費時間等
.......-gccapcity......:監(jiān)視內(nèi)容與-gc相同，但輸出主要關注Java區(qū)域用到的最大和最小空間
.......-gccause........:與-gcutil輸出信息相同，額外輸出導致上次GC產(chǎn)生的原因
.......-gcnew..........:監(jiān)控新生代的GC情況
.......-gcnewcapacity..:與-gcnew監(jiān)控信息相同，輸出主要關注使用到的最大和最小空間
.......-gcold..........:監(jiān)控老生代的GC情況
.......-gcoldcapacity..:與-gcold監(jiān)控信息相同，輸出主要關注使用到的最大和最小空間
.......-gcpermcapacity.:輸出永久帶用到的最大和最小空間
.......-compiler.......:輸出JIT編譯器編譯過的方法、耗時信息
.......-printcompilation:輸出已經(jīng)被JIT編譯的方法
(三)、jinfo
jinfo的作用是實時查看虛擬機的各項參數(shù)信息jps –v可以查看虛擬機在啟動時被顯式指定的參數(shù)信息，但是如果你想知道默認的一些參數(shù)信息呢？除了去查詢對應的資料以外，jinfo就顯得很重要了。jinfo的用法如下：
Jinfo [option] pid
(四)、jmap
map用于生成堆快照（heapdump）。當然我們有很多方法可以取到對應的dump信息，如我們通過JVM啟動時加入啟動參數(shù) –XX:HeapDumpOnOutOfMemoryError參數(shù)，可以讓JVM在出現(xiàn)內(nèi)存溢出錯誤的時候自動生成dump文件，亦可以通過-XX:HeapDumpOnCtrlBreak參數(shù)，在運行時使用ctrl break按鍵生成dump文件，當然我們也可以使用kill -3 pid的方式去恐嚇JVM生成dump文件。Jmap的作用不僅僅是為了獲取dump文件，還可以用于查詢finalize執(zhí)行隊列、Java堆和永久帶的詳細信息，如空間使用率、垃圾回收器等。其運行格式如下：
Jmap [option] vmip
監(jiān)控堆棧信息主要用來定位問題的原因，生成堆?？煺?/p>
.......-dump......:生成對應的dump信息，用法為-dump:[live,]format=b,file={fileName}
.......-finalizerinfo......:顯示在F-Queue中等待的Finalizer方法的對象（只在linux下生效）
.......-heap......：顯示堆的詳細信息、垃圾回收器信息、參數(shù)配置、分代詳情等
.......-histo......：顯示堆棧中的對象的統(tǒng)計信息，包含類、實例數(shù)量和合計容量
.......-permstat......：以ClassLoder為統(tǒng)計口徑顯示永久帶的內(nèi)存狀態(tài)
.......-F......：虛擬機對-dump無響應時可使用這個選項強制生成dump快照
例子：jmap -dump:format=b,file=yhj.dump 20445
(五)、jstack
Jstack用于JVM當前時刻的線程快照，又稱threaddump文件，它是JVM當前每一條線程正在執(zhí)行的堆棧信息的集合。生成線程快照的主要目的是為了定位線程出現(xiàn)長時間停頓的原因，如線程死鎖、死循環(huán)、請求外部時長過長導致線程停頓的原因。通過jstack我們就可以知道哪些進程在后臺做些什么？在等待什么資源等！其運行格式如下：
Jstack [option] vmid
-F 當正常輸出的請求不響應時強制輸出線程堆棧
-l 除堆棧信息外，顯示關于鎖的附加信息
-m 顯示native方法的堆棧信息
(六)、jconsole
在JDK的bin目錄下,監(jiān)控內(nèi)存,thread,堆棧等
(七)、jprofile
類似于jconsole,比jconsole監(jiān)控信息更全面，內(nèi)存，線程，包,cup 類，堆棧，等等
