JVM性能调优(二)

接着上一篇讲，上一篇我们说到了运行时数据区；接下来我们结合字节码指令理解java虚拟机栈和栈帧

1 结合字节码指令理解Java虚拟机栈和栈帧

      上一篇幅说到每个方法被当前线程调用时就代表产生一个栈帧；这里我们可以把栈帧理解 为一个方法运行空间；每个栈帧中包括局部变量表、操作数栈、指向运行时常量池的引用、方法返回地址和附加信息。 

          局部变量表:方法中定义的局部变量以及方法的参数存放在这张表中

局部变量表中的变量不可直接使用，如需要使用的话，必须通过相关指令将其加载至操作数栈中作为操作数使用。

          操作数栈:以压栈和出栈的方式存储操作数的

          动态链接:每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接。

          方法返回地址:当一个方法开始执行后,只有两种方式可以退出，一种是遇到方法返回的字节码指令；一种是遇见异常，并且这个异常没有在方法体内得到处理。

 

        为了能更全面了解栈帧的动行过程我们将上一篇幅的class生成txt文本进行分析下,先用命令生成一个txt文本

 

   打开文本我们得到一个如下 图所示的文件，这个文件的运行过程可以通过官网查看也可以通过https://www.jianshu.com/p/e057695f1184这个链接去查找栈帧的运行过程

 

 

 通过上面例子我们可以看到栈桢在执行一个方法时入栈和出栈的过程，下面我们来说下竟然堆能指向栈，那么栈在指向堆；方法区指向堆及堆指向方法区的情况

       栈指向堆：如果在栈帧中有一个变量，类型为引用类型，比如Object obj=new Object()，这时候就是典型的栈中元素指向堆中的对象。

       方法区指向堆：方法区中会存放静态变量，常量等数据。如果是下面这种情况，就是典型的方法区中元素指向堆中的对象。private static Object obj=new Object();

       堆指向方法区：方法区中会包含类的信息，堆中会有对象，如果想知道堆中对象是由哪个类创建的那么我们就需要在方法区查找对象的类信息；

2.java对象的内存布局

     一个Java对象在内存中包括3个部分：对象头、实例数据和对齐填充

 

        

 

 

3.内存模型

    前面讲过了运行时数据区那接下来我们聊下内存模型，JVM的内存模型指的是方法区和堆；在很多情况下网上讲解会把内存模型和运行时数据区认为是一个东西，这是错误的想法，如果不信可以自己去官网求证

    内存模型我们可以分为非堆区（元空间，用的是本地内存）和堆区，在堆区分为两大块，一个是Old区，一个是Young区。Young区分为两大块，一个是Survivor区（S0+S1），一块是Eden区。 Eden:S0:S1=8:1:1；S0和S1一样大，也可以叫From和To。

 

 

         a.对象创建的区域

 一般情况下，新创建的对象都会被分配到Eden区，一些特殊的大的对象会直接分配到Old区（新生代空间不够时，借老年代空间用的情况）比如有对象A，B，C等创建在Eden区，但是Eden区的内存空间肯定有限，比如有100M，假如已经使用了100M或者达到一个设定的临界值，这时候就需要对Eden内存空间进行清理，即垃圾收集(Garbage Collect)，这样的GC我们称之为Minor GC，Minor GC指得是Young区的GC。经过GC之后，有些对象就会被清理掉，有些对象可能还存活着，对于存活着的对象需要将其复制到Survivor区，然后再清空Eden区中的这些对象。Survivor区分为两块S0和S1。在同一个时间点上，S0和S1只能有一个区有数据，另外一个是空的。 

 b.survivor区工作过程

 比如一开始只有Eden区和From中有对象，To中是空的。此时进行一次GC操作，From区中对象的年龄就会+1，我们知道Eden区中所有存活的对象会被复制到To区，From区中还能存活的对象会有两个去处。若对象年龄达到之前设置好的年龄阈值，此时对象 会被移动到Old区，没有达到阈值的对象会被复制到To区。此时Eden区和From区已经被清空。这时候From和To交换角色，之前的From变成了To，之前的To变成了From。也就是说无论如何都要保证名为To的Survivor区域是空的。Minor GC会一直重复这样的过程，直到To区被填满，然后会将所有对象复制到老年代中。

        c.OId区

            一般Old区都是年龄比较大的对象，或者相对超过了某个阈值的对象。在Old区也会有GC的操作，Old区的GC我们称作为Major GC，每次GC之后还能存活的对象年龄也会+1，如果年龄超过了某个阈值，就会被回收。

 

 

 

 

 

4 对GC回收的理解 

      Minor GC:新生代；Major GC:老年代；Full GC:新生代+老年代；老年化中的对象多，而且空间大，进行一次GC回收成本大，会影响程序的执行和响应速度；

5.体验和验证

   如果我们想自己验证下JVM的运行过程我们也可以用在cmd窗口写命令调出查看工具jvisualgc插件下载链接 ：https://visualvm.github.io/pluginscenters.html --->选择对应版本链接--->Tools--->Visual GC

 

先如下图设置JVM的 arguments参数

 

 

 

启动项目后我们用监听工具访问可以在本地看到如下图解

 

 

 6.常见问题

    a.为什么需要Survivor区,只有Eden行不行

       答案是不行的，如果没有Survivor,Eden区每进行一次Minor GC,存活的对象就会被送到老年代。这样一来，老年代很快被填满,触发Major GC(因为Major GC一般伴随着Minor GC,也可以看做触发了Full GC)。老年代的内存空间远大于新生代,进行一次Full GC消耗的时间比Minor GC长得多。执行时间长有什么坏处?频发的Full GC消耗的时间很长,会影响大型程序的执行和响应速度。也许此时有人会想，增加或者较少老年代的空间，但是这样都会出问题，假如增加老年代空间，更多存活对象才能填满老年代。虽然降低Full GC频率，但是随着老年代空间加大,一旦发生Full GC,执行所需要的时间更长。假如减少老年代空间，虽然Full GC所需时间减少，但是老年代很快被存活对象填满,Full GC频率增加。所以Survivor的存在意义,就是减少被送到老年代的对象,进而减少Full GC的发生,Survivor的预筛选保证,只有经历16次Minor GC还能在新生代中存活的对象,才会被送到老年代。

    b.为什么需要两个Survivor区 

最大的好处就是解决了碎片化。也就是说为什么一个Survivor区不行?第一部分中,我们知道了必须设置Survivor区。假设现在只有一个Survivor区,我们来模拟一下流程:刚刚新建的对象在Eden中,一旦Eden满了,触发一次Minor GC,Eden中的存活对象就会被移动到Survivor区。这样继续循环下去,下一次Eden满了的时候,问题来了,此时进行Minor GC,Eden和Survivor各有一些存活对象,如果此时把Eden区的存活对象硬放到Survivor区,很明显这两部分对象所占有的内存是不连续的,也就导致了内存碎片化。永远有一个Survivor space是空的,另一个非空的Survivor space无碎片

 c.什么时候会触发YGC,什么时候触发FGC

YGC的时机:

edn空间不足

FGC的时机：

1.old空间不足；

2.perm空间不足；

3.显示调用System.gc() ，包括RMI等的定时触发;

4.YGC时的悲观策略；

5.dump live的内存信息时(jmap –dump:live)。

对YGC的 触发时机，相当的显而易见，就是eden空间不足， 这时候就肯定会触发ygc

对于FGC的触发时机， old空间不足， 和perm的空间不足， 调用system.gc()这几个都比较显而易见，就是在这种情况下， 一般都会触发GC。

最复杂的是所谓的悲观策略，它触发的机制是在首先会计算之前晋升的平均大小，也就是从新生代，所有通过ygc变成新生代的平均大小，然后如果旧生代剩余的空间小于晋升大小也就是oId空闲空间，那么就会触发一次FullGC。sdk考虑的策略是， 从平均和长远的情况来看，下次晋升空间不够的可能性非常大， 与其等到那时候在fullGC 不如悲观的认为下次肯定会触发FullGC， 直接先执行一次FullGC。而且从实际使用过程中来看， 也达到了比较稳定的效果。悲观策略还有一种情况，那就是所有同龄年龄合大于15也能触发机制