Java基础知识

1、Java技术体系：
1）Java程序设计语言
2）各种硬件平台上的Java虚拟机
3）Class文件格式
4）Java API类库
5）来自商业机构和开源社区的第三方Java类库

2、JDK和JRE：
1）Java程序设计语言、Java虚拟机、Java API类库这三部分统称为JDK（Java Development Kit），JDK是支持Java程序开发的最小环境；
2）Java API类库中的Java SE API子集和Java虚拟机这两部分统称为JRE（Java Runtime Envirronment），JRE是支持Java运行的标准环境；

3、Java的四个平台
1）Java Card：支持一些Java小程序Applets运行在一些小内存设备平台上（智能卡等）；
2）Java ME（Micro Edition）：支持Java程序运行在（手机，PDA）上的平台；对Java API有所精简，并加入了针对移动端的支持；
3）Java SE（Standard Edition）：支持面向桌面级应用的Java平台，提供了完整的Java核心API；
4）Java EE（Enterprise Edition）：支持使用多层架构的企业应用（ERP，CRM应用）的Java平台，除了提供Java SE API外，还对其做了大量的扩充并提供了相关的部署支持；

4、Java堆（Java Heap）简介
1）Java堆是垃圾收集器器管理的主要区域，因此很多时候也被称作“GC堆（Garbage Collected Heap）”
2）Xms---最小内存，Xmx---最大内存；一般对性能要求比较高的场景下讲Xms和Xmx设置为一样的值，避免内存动态分配，减少程序申请内存空间带来的耗时。

G1收集器（或者垃圾优先收集器）的设计初衷是为了尽量缩短处理超大堆（大于4GB）时产生的停顿。相对于CMS的优势而言是内存碎片的产生率大大降低。上一代是CMS收集器；

开发人员仅仅需要声明以下参数即可：****
-XX:+UseG1GC -Xms32g -Xmx32g -XX:MaxGCPauseMillis=200

其中-XX:+UseG1GC为开启G1垃圾收集器，-Xmx32g 设计堆内存的最大内存为32G，-XX:MaxGCPauseMillis=200设置GC的最大暂停时间为200ms。如果我们需要调优，在内存大小一定的情况下，我们只需要修改最大暂停时间即可。其次，G1将新生代，老年代的物理空间划分取消了。这样我们再也不用单独的空间对每个代进行设置了，不用担心每个代内存是否足够。

5、Java垃圾收集器的历史
第一阶段，Serial（串行）收集器
在jdk1.3.1之前，java虚拟机仅仅能使用Serial收集器。 Serial收集器是一个单线程的收集器，但它的“单线程”的意义并不仅仅是说明它只会使用一个CPU或一条收集线程去完成垃圾收集工作，更重要的是在它进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束。
PS：开启Serial收集器的方式
-XX:+UseSerialGC

第二阶段，Parallel（并行）收集器
Parallel收集器也称吞吐量收集器，相比Serial收集器，Parallel最主要的优势在于使用多线程去完成垃圾清理工作，这样可以充分利用多核的特性，大幅降低gc时间。
PS:开启Parallel收集器的方式
-XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC

第三阶段，CMS（并发）收集器
CMS收集器在Minor GC时会暂停所有的应用线程，并以多线程的方式进行垃圾回收。在Full GC时不再暂停应用线程，而是使用若干个后台线程定期的对老年代空间进行扫描，及时回收其中不再使用的对象。
PS:开启CMS收集器的方式
-XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC

第四阶段，G1（并发）收集器
G1收集器（或者垃圾优先收集器）的设计初衷是为了尽量缩短处理超大堆（大于4GB）时产生的停顿。相对于CMS的优势而言是内存碎片的产生率大大降低。
PS:开启G1收集器的方式
-XX:+UseG1GC

6、调优实践
MaxGCPauseMillis调优

前面介绍过使用GC的最基本的参数：
-XX:+UseG1GC -Xmx32g -XX:MaxGCPauseMillis=200 -XX:+PrintGCDetails

前面2个参数都好理解，后面这个MaxGCPauseMillis参数该怎么配置呢？这个参数从字面的意思上看，就是允许的GC最大的暂停时间。G1尽量确保每次GC暂停的时间都在设置的MaxGCPauseMillis范围内。 那G1是如何做到最大暂停时间的呢？这涉及到另一个概念，CSet(collection set)。它的意思是在一次垃圾收集器中被收集的区域集合。

Young GC：选定所有新生代里的region。通过控制新生代的region个数来控制young GC的开销。
Mixed GC：选定所有新生代里的region，外加根据global concurrent marking统计得出收集收益高的若干老年代region。在用户指定的开销目标范围内尽可能选择收益高的老年代region。
在理解了这些后，我们再设置最大暂停时间就好办了。 首先，我们能容忍的最大暂停时间是有一个限度的，我们需要在这个限度范围内设置。但是应该设置的值是多少呢？我们需要在吞吐量跟MaxGCPauseMillis之间做一个平衡。如果MaxGCPauseMillis设置的过小，那么GC就会频繁，吞吐量就会下降。如果MaxGCPauseMillis设置的过大，应用程序暂停时间就会变长。G1的默认暂停时间是200毫秒，我们可以从这里入手，调整合适的时间。

其他调优参数
-XX:G1HeapRegionSize=n
设置的 G1 区域的大小。值是 2 的幂，范围是 1 MB 到 32 MB 之间。目标是根据最小的 Java 堆大小划分出约 2048 个区域。

-XX:ParallelGCThreads=n
设置 STW 工作线程数的值。将 n 的值设置为逻辑处理器的数量。n 的值与逻辑处理器的数量相同，最多为 8。

如果逻辑处理器不止八个，则将 n 的值设置为逻辑处理器数的 5/8 左右。这适用于大多数情况，除非是较大的 SPARC 系统，其中 n 的值可以是逻辑处理器数的 5/16 左右。

-XX:ConcGCThreads=n
设置并行标记的线程数。将 n 设置为并行垃圾回收线程数 (ParallelGCThreads) 的 1/4 左右。

-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45
设置触发标记周期的 Java 堆占用率阈值。默认占用率是整个 Java 堆的 45%。

避免使用以下参数：
避免使用 -Xmn 选项或 -XX:NewRatio 等其他相关选项显式设置年轻代大小。固定年轻代的大小会覆盖暂停时间目标。

触发Full GC
在某些情况下，G1触发了Full GC，这时G1会退化使用Serial收集器来完成垃圾的清理工作，它仅仅使用单线程来完成GC工作，GC暂停时间将达到秒级别的。整个应用处于假死状态，不能处理任何请求，我们的程序当然不希望看到这些。那么发生Full GC的情况有哪些呢？

并发模式失败
G1启动标记周期，但在Mix GC之前，老年代就被填满，这时候G1会放弃标记周期。这种情形下，需要增加堆大小，或者调整周期（例如增加线程数-XX:ConcGCThreads等）。

晋升失败或者疏散失败
G1在进行GC的时候没有足够的内存供存活对象或晋升对象使用，由此触发了Full GC。可以在日志中看到(to-space exhausted)或者（to-space overflow）。解决这种问题的方式是：
a,增加 -XX:G1ReservePercent 选项的值（并相应增加总的堆大小），为“目标空间”增加预留内存量。
b,通过减少 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 提前启动标记周期。
c,也可以通过增加 -XX:ConcGCThreads 选项的值来增加并行标记线程的数目。

巨型对象分配失败
当巨型对象找不到合适的空间进行分配时，就会启动Full GC，来释放空间。这种情况下，应该避免分配大量的巨型对象，增加内存或者增大-XX:G1HeapRegionSize，使巨型对象不再是巨型对象。

最后，期待java 9能正式发布，默认使用G1为垃圾收集器的java性能会不会又提高呢？

7、G1相关处理参数

G1处理和传统的垃圾收集策略是不同的，关键的因素是它将所有的内存进行了子区域的划分。

总结：
普遍存在：全内存扫描问题。
传统的收集器不能满足高内存高cpu的要求，这才是G1产生的原因。

G1是一款非常优秀的垃圾收集器，不仅适合堆内存大的应用，同时也简化了调优的工作。通过主要的参数初始和最大堆空间、以及最大容忍的GC暂停目标，就能得到不错的性能；同时，我们也看到G1对内存空间的浪费较高，但通过首先收集尽可能多的垃圾(Garbage First)的设计原则，可以及时发现过期对象，从而让内存占用处于合理的水平。

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