前言：JVM虛擬機器是java程式執行平臺，對於一個java程式是十分重要的。在執行時JVM虛擬機器的類載入器將.class檔案載入到虛擬機器中轉化為虛擬機器的可執行檔案執行，在現在的虛擬機器中提供了一個HotSpot（熱點探測）機制，頻繁讀取達到某個閾值的.class檔案，會直接被以虛擬機器可執行的檔案存放在虛擬機器中。JVM虛擬機器中有兩個可選機制版本client和server，clident機制為預設機制，如想更改JVM機制版本在jdk\jre\lib\i386\jvm.cfg檔案中更改，將server KNOWN放在client KNOWN上即可。client機制一般運行於客戶端應用，消耗較少的計算機資源；server機制一般用於服務端應用，消耗較多的計算機資源。

一：JVM的結構

1：JVM結構組成

（1）類載入子系統與方法區：類記載子系統負責從檔案系統或網路中載入class資訊，載入的類資訊放在方法區中，方法區還會存放執行時的常量池資訊，包括字串和數字常量

（2）JAVA堆：java堆在虛擬機器啟動時建立，他是java程式最主要的記憶體工作區域，幾乎所有的物件例項都存放在堆中。堆是所有執行緒共享的

（3）直接記憶體：java的NIO庫允許java程式直接使用記憶體。直接記憶體是JAVA堆外的。直接向系統申請的記憶體空間。訪問直接記憶體的速度一般會高於java堆。直接記憶體的大小不受JVM的限制，只要不高於實體記憶體就行。

（4）垃圾回收系統：垃圾回收系統是java虛擬機器的重要組成部分，垃圾回收系統可以對方法區，java堆和直接記憶體進行回收。其中，java堆是垃圾收集器的工作重點。java的垃圾回收系統不同於C++，自動在後臺工作，不需要手動控制。

（5）JAVA棧：每個java虛擬機器執行緒都有一個私有的棧，一個執行緒的java棧線上程被建立時建立，java棧中儲存著區域性變數，方法引數，同時和java方法的呼叫，返回密切相關

（6）本地方法棧：本地方法棧用於本地方法的呼叫，java虛擬機器允許java程式呼叫系統本地系統的本地方法。其他的和java棧類似。

（7）PC暫存器：每個執行緒的私有空間。在任何時刻，一個執行緒總在執行一個方法。這個正在被執行的方法稱為當前方法。如果當前方法不是本地方法，PC暫存器就會指向當前正在被執行的指令。如果當前方法是本地方法，那麼PC暫存器指向undefined

（8）執行引擎：執行引擎是JVM最核心的元件之一，它負責執行虛擬機器的位元組碼，現代虛擬機器為了提高執行效率，會使用即時編譯技術將方法編譯為機器碼後執行。

2：JAVA堆的分代

（1）為什麼要分代

       堆記憶體是java虛擬機器管理記憶體中最大的一塊，也是垃圾回收系統回收最頻繁的一段。為了方便垃圾回收和記憶體管理，引入了堆的分代，堆的分代以物件的生存時間為標準，將堆分為了新生代（年輕代），老年代和永久代。這樣在一定程度上提高了垃圾回收的效率，而且儘可能減少了記憶體碎片的產生

（2）記憶體分代劃分

       java虛擬機器將堆記憶體分為新生代（年輕代），老年代，永久代，永久代是HotSpot的特有概念，它採用永久代的方式實現方法區。而HotSpot也有去永久化的趨勢,jdk1.7已經將字串常量池從永久代移除。永久代主要存放常量，類資訊，靜態變數等資料，與垃圾回收關係不大。新生代和老年代是垃圾回收的主要區域，垃圾回收時以新生代和老年代之間為分界線使用不同的垃圾回收器，記憶體分代示意圖如下：

2-1：新生代（年輕代）

       新生成的物件優先存放於新生代中，新生物件朝生夕死，存活率很低。常規進行一次垃圾回收，新生代會回收70%-95%的空間，回收效率很高

       HotSpot將新生代劃分為三塊，一塊較大的Eden區和兩塊較小的Survivor區（from區和to區)，from有時被稱為S0區，to有時被稱為S1區，預設的比例為8：1：1。劃分的目的是HotSpot以複製演算法回收新生代。新建立的物件會儲存在Eent中，大物件直接進入老年代。當Eent沒有足夠的空間進行分配時，虛擬機發起一次Minor GC，GC開始時候，to區域中是空的（每次都是），GC開始時，Eent區域中存活下來的物件會被複制到to中，from中物件的年齡值達到年齡閾值的（通常是15，物件每逃過一次GC，年齡值+1，GC分代年齡存放在物件的Header中)，被複制到老年代中，沒有達到閾值的被複制到to區中，然後清空Eden區和to區，from區和to區交換身份。現在to區便又為空，為下次GC提供空間。

2-2：老年代

       在新生代中經歷了多次GC後存活下來的物件會儲存到老年代。老年代中的物件的生命週期較長，存活率比較高，在老年代中進行GC的頻率相對較低，而且回收的速度也比較慢。

2-3：永久代

       永久代存放類資訊，常量，靜態變數，即時編譯器編譯後的程式碼等資料沒，對這一區域而言，一般而言不進行垃圾回收

二：JVM垃圾回收演算法和收集器

1：垃圾回收常見演算法

（1）：引用計數

       比較古老的回收演算法，原理是此物件有一個引用，增加一個計數，刪除一個引用則減少一個計數。垃圾回收時，回收計數為零的物件，此演算法的缺點是無法處理迴圈引用問題

（2）：複製

       此演算法把記憶體空間劃分為兩個相等的區域，每次只使用其中一個區域。垃圾回收時將正在使用的物件複製到另一個區域。此演算法只處理正在使用的物件，因此複製成本低，而且複製時可以進行記憶體整理，不會出現記憶體碎片。缺點是需要兩倍的記憶體空間

（3）：標記-清除

      此演算法執行分兩階段，第一階段從引用根節點開始標記所有被引用的物件，第二次遍歷整個堆，把未標記物件的清除，此演算法需要暫停整個應用，而且會產生記憶體碎片

（4）：標記-整理    

     此演算法執行分兩階段，第一階段從引用根節點開始標記所有被引用的物件，第二次遍歷整個堆，把未標記物件的清除，並吧存活物件壓縮到堆的某一部分，此演算法不會產生碎片，也不會浪費空間，結合了2，3的優點。

2：JVM中垃圾收集器

（1）：Scavenge GC（次收集）和Full GC（全收集）的區別

       新生代 GC（Scavenge GC || Minor GC）：作用於新生代的GC，執行十分頻繁，回收速度也比較快，當Eden空間不足以為物件分配空間時，會觸發Scavenge GC。一般當Eent區為物件分配空間失敗時，會觸發Scavenge GC，對Eent區進行GC，清除非存活物件，將存活物件儲存到Survivor區。然後整理Survivor兩個區。Eent區的GC非常頻繁，所以採用速度快，效率高的演算法。

       老年代 GC（Full GC || Major GC)：發生在老年代的GC，GC時至少伴隨一次Minor GC，Full GC比Minor GC慢十倍以上。當老年代記憶體不足，或呼叫System.gc()方法時，會觸發Full GC。

次收集：

當新生帶對堆空間緊張時會被觸發，收集間隔較短

全收集：

老年堆或持久代空間滿時會被觸發，也可以使用System.gc()方法來啟動

3：分代垃圾收集器

3-1：新生代（年輕代）收集器

（1）序列收集器（Serial）

       Serial收集器是HotSpot執行在Client模式下的預設新生代收集器。使用複製演算法，他的特點是隻用以一個CPU/一條執行緒去完成工作，且在GC時必須要暫停其他所有的工作執行緒（STW，可以使用-XX：+UseSerialGC開啟）。這一點通過安全點的觸發和釋放完成

（2）並行收集器（ParNew）

      ParNew是前面Serial的多執行緒版本，除使用多條執行緒進行GC外，其他的控制引數，收集演算法，物件分配規則，回收策略等和Serial完全相同（也是使用VM啟用老年代CMS收集器-XX：useConMarkSweepGC的預設新生代收集器，useConMarkSweepGC收集器也可以與Serial收集器搭配使用），在單核處理器下的效率不一定高於單執行緒的Serial，而且多執行緒切換麻煩，所以可以通過XX:ParallelGCThreads=<N>引數控制參與GC的執行緒數量。減少了安全點的時間，即減少了使用者執行緒等待的時間，從理論上垃圾收集執行緒可以與工作執行緒一同執行，但實際上並未完全實現這一點

（3）Parallel Scavenge收集器

      與ParNew類似，Parallel Scavenge也是使用複製演算法，也是並行多執行緒收集器，但是與其他收集器儘可能縮短垃圾收集時間不同，Parallet Scavenge收集器更關注系統吞吐量（系統吞吐量=執行使用者程式碼時間/（執行使用者程式碼時間+垃圾收集時間））。停頓時間越短越適用於使用者互動的程式，良好的響應速度可以提高使用者體驗，而高吞吐量則適用於後臺運算而不需要太多互動的任務，最高效率利用CPU時間。

Parallel Scavenge提供瞭如下引數設定系統吞吐量

Parallel Scavenge收集器引數	描述
-XX:MaxGCPauseMillis	(毫秒數）收集器將盡量保證記憶體回收時間不超過設定值，但如果太小會導致GC的頻率增加
-XX:GCTimeRatio	（整數：0<GCTimeRatio<100)是垃圾收集時間點

 

 

 

 

 

3-2：老年代收集器

（1）Serial Old收集器

      Serial Old是Serial收集器的老年代版本，同樣是單執行緒收集器，使用“標記-整理”演算法（老年代沒有Survivor區，無法使用複製演算法）。可以與任何一個新生代收集器配合使用。

（2）Parallel Old 收集器

       Parallel Old是Parallel Scavenge的老年代版本，使用多執行緒和“標記-整理”演算法，吞吐量優先，主要與Parallel Scavenge配合使用。

（3）CMS收集器

       CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器是一款劃時代的收集器，一枚真正意義上的併發收集器（不用暫停使用者執行緒，使用者執行緒和GC執行緒並行，稱為併發）。雖然現在有理論上表現更好的G1收集器，但主流的網際網路企業線上選用的仍然是CMS。CMS是一種以獲取最短回收停頓時間為目標的收集器，CMS又稱為多併發低暫停的收集器，基於“標記-清除”演算法（CMS可以與Serial,ParNew新生代收集器配合使用，預設使用ParNew）大概分為以下四個步驟：1），3）需要暫停工作執行緒

1）：初始標記（initlal mark）

2）：併發標記（CMS Concurrent Mark:GC rootsTracing過程）

3）：重新標記（CMS remark）

4）：併發清除（CMS concurrent Sweep,死亡物件被就地釋放。注意：此處沒有壓縮）

3-3：分割槽收集器-G1收集器

       G1收集器是面向伺服器端的收集器，主要目的是配備多核CPU的伺服器治理大記憶體，G1收集器保留老年代，新生代，永久代的概念，但是不基於分代處理，而是將堆分為多個大小相等的獨立區域。可用於整個堆的垃圾回收。
--xx：+UseG1GC  啟用G1收集器

三：JVM的調優

1：JVM自帶的監測小工具

（1）jps

用於檢視JVM中所有程序的具體狀態，包括程序的PID，程式路徑等

jps -v   //輸出JVM引數

jps -q   //輸出JVM中各個執行緒的PID

jps -m   //輸出main方法的引數

jps -l    //輸出完全的包名，主類名，PID等

（2）jstat 

監測資源和效能，監測JVM記憶體中各個區域的記憶體大小和使用量

結構：jstat [option]  [pid]  [time>]  [count]

option  //可選引數

time  //間隔多長時間列印一次，單位毫秒

count  //列印多少次，不寫無限列印

option：

jstat -compiler [pid]   //顯示JVM實時編譯的數量等資訊

jstat -class [pid]   //顯示載入類的數量，和所佔用的記憶體空間

jstat -gc [pid]   //顯示GC的資訊，檢視各區的分配大小和使用量

jstat -gcutil [pid]   //統計GC資訊

jstar  -gccapacity [pid]  //JVM中三代物件的記憶體使用和佔用狀態

jstat -printcompilation [pid]  //當前JVM執行的資訊

（3）jmap

可以獲得JVM的堆中的詳細資訊，從而分析堆的執行狀態

結構：

jmap [option] [pid]

引數：

jmap -heap [pid]   //列印堆的資訊。GC演算法，記憶體大小和使用情況等

jmap -histo [pid]   //列印堆的物件資訊，包括記憶體大小等

jmap -histo：live  [pid]   //會先觸發GC

jmap -finalizerinfo   //列印等待回收的物件資訊

（4）jstack

列印棧的詳細資訊，從而分析棧的執行狀態

結構：jstack [option] [pid]

引數

jstack -F [pid]   //當jstack -l [pid]沒有響應時強制列印棧資訊

jstack -l [pid]   //長列表，列印鎖的附加資訊

jstack -h  //列印幫助資訊

（5）jconsole

監控java應用程式

jconsole [pid]  //本地監控

jconsole [IP:port]   //遠端監控   

遠端監控需要配置jmx代理資訊，如修改tomcat的bin目錄下吃的catalina.bat檔案

set JAVA_OPTS= %JAVA_OPTS% -Djava.rmi.server.hostname=HostIP
set JAVA_OPTS= %JAVA_OPTS% -Dcom.sun.management.jmxremote.port=8888
set JAVA_OPTS= %JAVA_OPTS% -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false
set JAVA_OPTS= %JAVA_OPTS% -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false

（6）jvisualvm

jdk自帶的圖形話監測工具，可以使用外掛，如Visual GC（專門用於監測垃圾回收系統的外掛）

2：JVM引數介紹

引數的使用環境（多個引數用空格隔開）：

（1）可以在eclipse中設定引數

 run as->run configurations->選擇執行的程式->arguments->VM arguments->run

（2）命令列中設定引數

（3）基於JVM的程式自帶引數設定，如Tomcat

 Tomcat預設可以使用的記憶體為128MB。

        Windows下，在檔案/bin/catalina.bat中，在rem Guess CATALINA_HOME if not definedset CURRENT_DIR=%cd%後面新增JVM引數

        Unix下，在檔案/bin/catalina.sh中，在檔案頭部設定JVM引數

配置大概如下：

JAVA_OPTS="-Xms50m -Xmx100m -XX:ParallelGCThreads=8"

2：一些引數

-Xms //初始堆大小，如-Xms10m

-Xmx  //最大堆大小，如-Xmx100m

-XX:NewSize=n  //設定新生代大小

-XX:MaxPermSize=n  //設定持久代大小

-XX：NewRatio=n   //年輕代和老年代的比值

-XX：SurvivorRatio=n   //Eden區和Survivor區的比值

XX:+UseSerialGC   //設定序列收集器

-XX:+UseParallelGC  //設定並行收集器

-XX:+UseParalledlOldGC   //設定並行年老代收集器

-XX:+UseConcMarkSweepGC   //設定併發收集器

等等等等。。。。。

官方英文文件：http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/tech/vmoptions-jsp-140102.html

非官網中文文件：http://www.jvmer.com/jvm-xx-%E5%8F%82%E6%95%B0%E4%BB%8B%E7%BB%8D/