JVM学习思路整理

       最近学习了JVM的一些知识。作为后端开发人员，这一块还是需要了解的。不过，作为后端开发人员来说，对JVM的了解还是很有限的。这篇文章记录一下我学习JVM的一些思路。不说了，先上目录：

       1.JVM内存结构都有什么？具体分为哪几部分？

       2.一个java类在运行过程中，在JVM中的具体流转过程。

       3.JVM的垃圾回收原理和时机。

       4.JVM的调优案例。

1.内存结构：

话不多说，先上图：

        主要有三部分组成：类装载子系统，运行时数据区，字节码执行引擎。我们考虑最多的是运行时数据区这块。

        运行时数据区包括：堆，栈，方法区，程序计数器。其中，栈又分为虚拟机栈和本地方法栈。我们经常说的栈就是虚拟机栈。那些用native修饰的方法，将来会入本地方法栈。接下来讨论一下，各个部分存储的内容。

       堆：Java堆分为年轻代（Young Generation）和老年代（Old Generation）；年轻代又分为伊甸园（Eden）和幸存区（Survivor区）；
幸存区又分为From Survivor空间和 To Survivor空间。上图：

老年代和年轻代的比例一般是2:1.   年轻代中伊甸园区和survivor区比例是4:1.    from区和To区比例是1:1

堆中主要存放：使用new关键字创建的对象,所有对象实例以及数组都要在堆上分配。是线程共享的区域。

 

栈：线程私有，每个线程拥有独立的栈空间，生命周期与线程生命周期相同。先进后出。里面存存放有栈帧元素。每个方法在执行时都会创建一个栈帧。栈帧分为：局部变量表，操作数栈，动态链接和方法出口。这里了解一下局部变量表和操作数栈。

         局部变量表：

存储基本数据类型的局部变量（包括参数）、和对象的引用（String、数组、对象等），但是不存储对象的内容。

局部变量的容量以变量槽（Variable Slot）为最小单位，每个变量槽最大存储32位的数据类型。对于64位的数据类型（long、double），

JVM 会为其分配两个连续的变量槽来存储。以下简称 Slot 。

          SLot复用：

         为了尽可能的节省栈帧空间，局部变量表中的 Slot 是可以复用的。方法中定义的局部变量，其作用域不一定会覆盖整个方法。当方法运行时，如果已经超出了某个变量的作用域，即变量失效了，那这个变量对应的 Slot 就可以交给其他变量使用，也就是所谓的 Slot 复用。通过一个例子来理解变量“失效”。

        public void test(boolean flag)
{
    if(flag)
    {
        int a = 66;
    }
    
    int b = 55;
}

当虚拟机运行 test 方法，就会创建一个栈帧，并压入到当前线程的栈中。当运行到 int a = 66时，在当前栈帧的局部变量中创建一个 Slot 存储变量 a，当运行到 int b = 55时，此时已经超出变量 a 的作用域了（变量 a 的作用域在{}所包含的代码块中），此时 a 就失效了，变量a 占用的 Slot 就可以交给b来使用，这就是 Slot 复用。

凡事有利弊。Slot 复用虽然节省了栈帧空间，但是会伴随一些额外的副作用。比如，Slot 的复用会直接影响到系统的垃圾收集行为。

   操作数栈：可以理解为栈帧中用于计算的临时数据存储区。操作数栈的元素可以是任意的Java数据类型。

   可以运用java反编译工具JAD，结合JVM指令手册，看到操作数栈在虚拟机中的具体操作流程。这里就不不说具体做法了。

栈中可能出现哪些异常？*Error：栈溢出错误  ; OutOfMemoryError：内存不足

如果一个线程在计算时所需要用到栈大小 > 配置允许最大的栈大小，那么Java虚拟机将抛出 *Error

 栈进行动态扩展时如果无法申请到足够内存，会抛出 OutOfMemoryError 异常。

如何设置栈参数？使用 -Xss 设置栈大小

      方法区：同堆一样，线程共享。用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码。
    常量池是方法区的一部分。上图：

     程序计数器：

        当前线程所执行字节码的行号指示器，指向下一个将要执行的指令代码，由执行引擎来读取下一条指令

        程序计数器是每个线程私有的内存。

        程序计数器不会发生内存溢出（OutOfMemoryError即OOM）问题。

好了，第一部分JVM内存结构学习完毕。已知晓了各个组成部分存储的内容，接下来我解释下一个类信息在加载过程中的流程。先上一个类：

1.这个java类会被编译成Math.class文件。

2.类转载子系统尝试记载这个.class文件。首先会进入方法区。加载class文件的所有类具体信息。

3.会为每个方法创建栈帧。对象放入堆，局部变量和对象的引用放入栈帧中的局部变量表。

4.程序执行用程序计数器，字节码执行引擎负责读取指令。程序计数器用来计算和临时存储。

5.return为方法出口，先进后出。

第二部分类信息在JVM中的流转，介绍完毕。接下来讲一下垃圾回收时机和机制。讲这一部分，肯定离不开堆。所以，先去看一下上面堆的具体组成结构。接下来就更好理解了。

首选，new出来的对象会放入对象的伊甸园区，当伊甸园区满了以后，会触发一次MonitorGC，将没有用的对象回收掉，有用的对象进入FORM区。下一次伊甸园区满了后，会再次触发MonitorGC，这次不仅回收伊甸园无用的对象还会回收FORM区无用的对象，再将有用对象存入FROM区。合适的时机，FROM区会移动到To区，每移动一次，To区的对象标记加1，当等于15时，将会把老不死的对象放入老年代。老年代满了以后就会触发FULLGC。

JVM调优就是减少STW（Stop the work）也就是尽量减少FULLGC的触发次数。接下来，讲一下第四部分，真实的调优案例加详细过程分析：

8个G的电脑  3-5个G给操作系统   4-5个G给java虚拟机   堆2-3个G差不多   剩下给元空间，栈。

300个订单/秒    每秒300个订单对象，一个订单对象大小就是成员变量大小的总和，一般不超过1KB。
                肯定还有其他业务对象，最终放大20倍

所以300*20个订单/秒，可能还会有其他操作，如订单查询等等 ，再放大10倍。

所以300KB*20*10个订单/秒，一秒后全部变成垃圾对象。

伊甸园区大概800M，那么13.6秒后会放满。那么前12秒的都变成了垃圾。但第13秒的60M会放入From区（因为minotorGC会暂停程序）。

5-6分钟老年代就会放满。（2G X 1024KB/60M）=5-6分钟。

调优：让其几乎不发生FULLGC

原来：老年代2G   伊甸园区800M    FROM区100M   To区100M
现在：老年代1G   伊甸园区1.6G    FROM区200M   To区200M。

现在是每过25秒伊甸园区会放满。

-XMs：初始堆大小
-Xmx: 最大堆大小
-XMn: 新生代大小
-Xss: 设置每个线程可使用的内存大小，即栈的大小

-XX:MetaspaceSize、-XX:MaxMetaspaceSize:分别设置元空间最小大小与最大大小（Java8以后）

如果servor区大于50%，也会存入老年代