【Java虚拟机】JVM核心基础和常见参数实战

news2024/11/28 2:37:00

1.新版JVM内存组成部分和堆空间分布

JVM内存的5大组成（基于JDK8的HotSpot虚拟机，不同虚拟机不同版本会有不一样）

名称	作用	特点
程序计数器	也叫PC寄存器，用于记录当前线程执行的字节码指令位置，以便线程在恢复执行时能够从正确的位置开始	线程私有
Java虚拟机栈	用于存储Java方法执行过程中的局部变量、方法参数和返回值，以及方法执行时的操作数栈	线程私有
本地方法栈	用于存储Java程序调用本地方法的参数和返回值等信息。	线程私有
堆	用于存储Java程序创建的对象，所有线程共享一个堆，堆中的对象可以被垃圾回收器回收，以便为新的对象分配空间	线程共享
元数据区	用于存储类的元数据信息，如类名、方法名、字段名等，以及动态生成的代理类、动态生成的字节码等元空间是位于本地(直接)内存中的，而不是像JDK8之前方法区位于堆内存中的。	线程共享

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堆空间内存分布

用于存储Java程序创建的对象，所有线程共享一个堆
堆中的对象可以被垃圾回收器回收，以便为新的对象分配空间

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2.JVM堆空间垃圾回收流程

（1）面试题：说下JVM里面堆内存划分和堆内存垃圾回收流程

新建对象，放到Eden区，满后触发Minor GC（每次都是由Eden区满触发Minor GC，接连放对象到S0或S1）
存活的对象移动到Survivor的S0区，如果S0满后触发Minor GC
S0存活下来的对象移动到S1区，然后S0区空闲
S1满后触发Minor GC，再次移动到S0区，然后S1区空闲
反复GC每次对象涨1岁，到达一定次数后(默认15)，进入老年代
当老年代内存不足会触发Full GC，出现STW（Stop-The-World）
堆被垃圾回收，基本都是采用分代收集算法，不通区域的采用不同的垃圾回收算法
方法结束后，堆中的对象不会马上移除，在垃圾回收的时候才会被移除

（2）面试题：堆空间里面分配比例如何

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官方推荐一般老年代与新生代的占比为2:1，即老年代占整个堆空间的2/3，新生代占整个堆空间的1/3，在Yong区又分三个区域 Eden、Survivor-0、Survivor-1，Eden分整个Yong的8/10，两个Survivor各占1/10。

3.JVM内存垃圾回收相关参数

（1）JVM参数格式分类

格式	解释	例子
标准参数(-)	所有JVM都实现这些参数的功能	-verbose:gc 打印GC简要信息
非标准参数(-X)	不保证所有JVM实现都满足	-Xmx2048m等价 -XX:MaxHeapSize JVM最大堆内存为2048M
非稳定参数(-XX)	不稳定未来可能取消，但很有用	-XX:+PrintGCDetails每次GC时打印详细信息。
-XX:+	开启对应的参数	-XX:+PrintGCDetails 开启每次GC时打印详细信息。
-XX:-	关闭对应的参数	-XX:-DisableExplicitGC 禁止调用System.gc()
-XX:=	设定数字参数	-XX:NewRatio=2 新生代和老年代内存比例

（2）JVM堆栈内存配置参数

参数	解释
-Xms	初始堆大小，推荐和最大堆一样
-Xmx	最大堆大小，推荐和初始堆一样
-Xmn	年轻代大小
-Xss	每个线程的栈大小

（3）JVM常见的命令行参数配置

参数	解释
-XX:+PrintGCDetails	打印GC回收信息
-XX:NewRatio	新生代和老年代空间大小的比率，由`-XX:NewRatio`参数控制 `-XX:NewRatio`参数的默认值是2，表示新生代和老年代的比例是1:2 如果将`-XX:NewRatio`设置为4，表示新生代和老年代的比例是1:4
-XX:MaxMetaspaceSize	元空间所分配内存的最大值，默认没限制
-XX:+UseConcMarkSweepGC	设置并发收集器

4.JVM虚拟机栈参数调整案例实战

JVM虚拟机栈

用来存储Java程序中的方法调用和局部变量的内存区域
每个线程都有自己的虚拟机栈，其生命周期与线程相同
当一个方法被调用时，Java虚拟机会在该线程的虚拟机栈中创建一个栈帧，用来存储该方法的局部变量、方法返回值等信息
异常情况
- 默认情况下，JVM虚拟机栈的大小是固定的，JDK1.5后通常为1MB
- 如果线程在执行方法时需要更多的栈空间，JVM会抛出StackOverflowError异常
- JVM参数 xss，比如 -Xss1m 表示1MB

（1）案例：模拟递归调用，对count一直++，直到栈溢出

public class StackFrameDemo {

    private static int count = 0;
    
    public static void main(String[] args) {
        try {
            recursiveMethod();
        } catch (Throwable t) {
            System.out.println("Stack overflow after " + count + " invocations.");
            t.printStackTrace();
        }
    }

    private static void recursiveMethod() {
        count++;
        recursiveMethod();
    }

}

配置栈大小,最少208k，低于208k启动不起来项目，我们这块配置 524k，-Xss524k

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再次测试

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结论：
- 栈越小，递归调用的次数就越少，因为栈空间不足导致栈溢出异常
- 栈越大，递归调用的次数就越多，因为有足够的栈空间来存储方法调用的信息

5.JVM堆参数调整压测案例实战

需求
- 通过调整不同的JVM堆参数，查看相关指标
测试接口

@RestController
@RequestMapping("api/v1/data")
public class DataController {

    @RequestMapping("compute")
    public String compute() {
        Byte[] b = new Byte[1024*1024];
        return "success";
    }
}

JVM参数

调整参数一
- 参数 -Xms64m -Xmx64m
- 性能指标

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调整参数二
- 参数 -Xms640m -Xmx640m
- 性能指标

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6.JDK8之后的方法区实现和元空间的联系

（1）什么是方法区和元空间

【方法区】是JVM中用来存储类的元数据信息的区域，包括类的结构、方法、字段信息等，Java堆类似各个线程共享的内存区域
元空间、永久代是方法区具体的落地实现
- java8之前是称为永久代（PermGen），java8后引入的一个新概念【元空间】用于替代旧版JVM中的永久代（PermGen）
  - 方法区和永久代以及元空间的关系很像 Java 中接口和类的关系
  - 类实现了接口，类就可以看作是永久代和元空间，接口可以看作是方法区
  - 永久代是 JDK 1.8 之前的方法区实现，JDK 1.8 及以后方法区的实现便成为元空间

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元空间的大小是动态的，可以根据需要进行自动扩展，如果元空间不足，JVM会抛出 OutOfMemoryError : Metaspace
元空间大小配置
- -XX:MetaspaceSize
  - 用来设置元空间初始大小的参数，它的默认值是21 MB
- -XX:MaxMetaspaceSize
  - 用来设置元空间最大大小的参数，它的默认值是-1 即不限制，使用的是本地内存，不像旧版的永久代是堆内存
  - 如果不限制元空间的大小，可能会导致元空间占用过多的内存，从而引起内存溢出
- 系统参数查看
  - 这两个参数的单位是字节（B），可以使用K、M、G等后缀来表示更大的单位

public class HeapDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println("测试元空间进程");
        Thread.sleep(10000000);
    }
}

查看命令

jps #查看进程号
jinfo -flag MetaspaceSize 进程号  #查看Metaspace分配内存空间 
jinfo -flag MaxMetaspaceSize 进程号 #查看Metaspace最大空间

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调整

-XX:MetaspaceSize=126m -XX:MaxMetaspaceSize=524m

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