学习笔记之JVM性能调优

Java语言特性：

跨平台：代码一次编写，到处运行。

本来在不同操作系统要开发不同的汇编代码，对java语言来说不需要，写一份Java代码在各平台都可以运行。

跨平台怎么实现：

字节码文件都会放到JVM中去运行，通过Java虚拟机帮我们最终生成基于不同操作系统平台的二进制机器码。

因为不同平台底层计算机可执行的指令集都不一样。

总结：Java虚拟机从软件层面屏蔽不同操作系统在底层硬件与指令上的区别。

不同平台下载不同的JDK，Java虚拟机是JDK的组成部分。

JVM组成部分

栈（线程栈/虚拟机栈VM Stack）

所有的都是内存区域，放数据。

栈（线程栈）：程序运行时候的局部变量。

分配专属的运行空间（需要内存空间来存放局部变量）

内部有些组件：

栈帧

栈帧内存空间：只要有个方法开始运行，给它分配方法对应的栈帧内存空间。

为什么要用栈这种数据结构来存储我们内部的栈帧内存空间？

因为它跟我们程序方法嵌套调用的前后执行顺序是非常相匹配的。

先调用的方法先分配内存，后调用的方法后分配内存，后调用的先结束（先销毁），先调用的后结束。

栈FILO：先进后出

字节码文件探究：

javap 命令：

1	javap -c Math.class > math.txt

这两个字节码文件是一样的。但是右边的可读性更高。

都是JVM底层执行的代码。

越底层的语言代码量会越多，高级语言帮我们屏蔽了很多底层的细节。

Oracle官方网站有对这些class代码解释的命令手册。

程序计数器

程序计数器是每一块线程都独有的。（专属的内存空间）

当前线程执行字节码的行号指示器。

用来放当前线程正在运行或者马上要运行的代码的行号。

（实际上是这行代码在方法区中的内存地址）

为什么用它？

比如正在执行某一行代码时，有个更高优先级的线程出现了，把CPU的时间片抢过去了，当前线程被挂起，当那个线程执行完，CPU才会切回当前这个线程继续执行，可以根据这个值知道继续在哪行代码之后执行。

字节码文件实际上是加载到方法区（元空间）的。

程序计数器的值是怎么修改的？

随着java代码的运行不断的作修改，是由字节码执行引擎去修改的。

操作数栈：

程序在运行过程中，操作数在操作过程中临时存放的一块内存空间。

运算完就不需要了。

动态链接

把一些符号引用转变为直接引用。

main方法内调用computer方法，程序在运行过程中，调到computer方法，可以通过动态链接去到方法区里去找到这个方法的代码。

方法出口

调用computer方法完了会把结果存储在方法出口。

方法区（元空间）

存放常量+静态变量+类信息

对象放在堆

所以方法区会访问堆

本地方法栈

native修饰的方法是本地方法。

比如main线程里，加了一行 new Thread().start();

里 start0 就是本地方法。

main方法在运行过程中，有本地方法就需要用本地方法栈来分配内存空间。

堆

Eden园区和survivor区，老年代。

8:1:1的比例。

new出来的对象，优先放在eden园区。

minor GC（回收整个年轻代）

放不下的时候，字节码执行引擎在后台开启一个线程，垃圾收集线程，收集垃圾对象。

垃圾收集的时候会运用到一个算法(找垃圾)：可达性分析算法

GC ROOT根节点：线程栈的本地变量、静态变量、本地方法栈的变量等等。

首先找出所有的GC ROOT变量。（user, math …）

比如找到math对象，假设math还有成员变量引用了其他对象，再往下找，直到找到最后一个对象没有成员变量引用其他对象了，结束。整个引用链上的所有对象打上”非垃圾“的标签，其余未标记的是垃圾对象。

把这些对象复制到survivor区，其他Eden园区中的对象把清空。

这些对象每经历了一次minor GC，如果没有被回收的话，会挪右边一次，每挪一次，分代年龄就会加1。当对象分带年龄达到了15的话，会被复制到老年代里去。（还有其他情况：对象太大，前面的放不下；前面满了）

如果老年代放满了之后： full gc

对整个堆的所有区域做垃圾收集。

如果没有什么垃圾可以收集，之后再有新对象进来（OOM内存溢出）

调优

调优最重要的减少full GC

为什么？——stop the World（STW）

full GC的时候会停掉用户线程。

对吞吐量和性能影响很大。

既然会影响很大，为什么要设计STW机制？

假设没有STW机制，产生了Full GC了，找垃圾找完所有的GC ROOT，都标记了“非垃圾”对象，GC线程没结束用户线程已经结束了，在所有的内存空间都会被释放掉，意味着又变成“垃圾了”。索性在full gc线程过程中先停掉，之后再恢复。不能让我们的对象一会是垃圾一会不是垃圾。

使用-XX:UseSerialGC, 新生代使用Serial GC，老年代自动使用Serial Old GC

对频繁fullGC的时候如何调优？

8个G：java虚拟机4-5G（堆3G、元空间1-2G），1-2G操作系统。

堆：老年代 2G，年轻代1G

假设每个订单对象假设1KB （所有成员变量占用的空间之和+对象头+对象补齐）

下单还涉及其他对象，如库存、优惠券、积分等我们放大20倍

(300KB*20)/秒对象生成

可能同时还有其他操作，如订单查询等再放大10倍

(300KB2010)/秒

每秒生成60MB对象，1秒后都变成垃圾对象。

14s的时候，前面的12-13秒的在做minor gc的时候结束，被回收。

最后1-2s的部分线程还没结束，被挂起了。会复制到survivor区。

很有可能不一定会放到survivor区，会直接放到老年代。

什么对象会进入老年代？

大对象直接进入老年代

分代年龄到一定程度（15岁，CMS回收器默认6岁，不同垃圾回收器稍微不同）

对象动态年龄判断：

一批对象的总大小大于这块survivor区域内存大小的50%（-XX:TargetSurvivorRatio可以指定），（对象动态年龄机制）那么此时大于等于这批对象年龄最大值的对象，就直接进入老年代了。

所以在做minor gc的时候将“非垃圾”对象放到survivor区域的时候触发了对象动态年龄机制，直接放了一批到老年代。

4/5分钟老年代放满了，触发full GC。

能否对JVM调优，让其几乎不发生full GC？

Old：1G；eden：1.6G；S0/S1：200M

那对单机超高并发（几十万并发）的系统怎么调优呢？

kafka、Racket MQ

需要大内存CPU比较多的系统才扛得住。（单机32G/64G以上起步，才可能抗的住这么高的并发）

比如分配：Old：1G；Eden：30G；s0/s2：200M

但是对于这种，在minor gc上就要进行调优了，如果不调一次也回收太多可能要回收几秒钟，在这个过程中，用户线程会超时。

遍历30G的eden区，至少要2-3s。客户端发消息的过程中，做了minor GC，会停顿超时了。

可以让垃圾收集器边收集垃圾边回收，不一定需要等到30G空间放满了才触发mnior GC，比如说可以等到2G空间放满了就收集，收集一部分区域，也就是大概300ms的时间。可以使用一些比较合适的垃圾收集器。

CMS垃圾收集器：最普通的

G1垃圾收集器 -XX:+UseG1GC 如果对那种大内存的回收可以做到部分回收，可以让一次GC的时间尽可能的短（STW的时间，客户停顿时间不至于太长）。

通过设置 -XX:MaxGCPauseMills：目标停顿时间。