JVM

Java目前是最流行的编程语言。
目前主要应用在企业级WEB开发和大数据领域。

使用Java语言编写.java Source Code文件，通过javac编译成.class Byte Code文件。

class loader类加载器：将所需所有类加载到内存，必要时将类实例化成实例。

Jvm运行时区域，由下面几部分构成

方法区：所有线程共享的内存空间，存放已加载的类信息、常量和静态变量。
heap堆：所有线程共享的内存空间，存放创建的所有对象。堆是靠GC垃圾回收器管理的。
Java栈：每个线程会分配一个栈，存放线程用的本地变量、方法参数和返回值等。
PC寄存器：PC, 即Program Counter，每一个线程用于记录当前线程正在执行的字节码指令地址。因为线程需要切换，当一个线程被切换回来需要执行的时候，知道执行到哪里了。
本地方法栈：为本地方法执行构建的内存空间，存放本地方法执行时的局部变量、操作数等。

所谓本地方法，简单的说是非Java实现的方法，例如操作系统的C编写的库提供的本地方法，Java调用这些本地方法接口执行。但是要注意，本地方法应该避免直接编程使用，因为Java可能跨平台使用，如果用了Windows API，换到了Linux平台部署就有了问题。

虚拟机

目前Oracle官方使用的是HotSpot，它最早由一家名为"Longview Technologies"公司设计，使用了很多优秀的设计理念和出色的性能，1997年该公司被SUN公司收购。后来随着JDK一起发布了HotSpot VM。目前HotSpot是最主要的VM。

安卓程序需要运行在JVM上，而安卓平台使用了Google自研的Java虚拟机——Dalvid，适合于内存、处理器能力有限系统。

GC垃圾收集器

堆内存里面经常创建、销毁对象，内存也是被使用、被释放。如果不妥善处理，一个使用频繁的进程，将可能有内存容量，但是无法分配出可用内存空间，因为没有连续成片的内存了，内存全是碎片化的数据。

回收基本算法
1. 引用计数
每一个堆内对象上都与一个私有引用计数器，记录着被引用的次数，引用计数清零，该对象所占用堆内存就可以被回收。循环引用的对象都无法引用计数归零，就无法清除。
2. 标记-清除 Mark-SweepMark−Sweep
分垃圾标记阶段和内存释放阶段。标记阶段，找到所有可访问对象打个标记。清理阶段，遍历整个堆，对未标记对象清理。

由图可知，标记-清除最大的问题会造成内存碎片。

复制 CopyingCopying
先将可用内存分为大小相同两块区域A和B，每次只用其中一块，比如A。当A用完后，则将A中存活的对象复制到B。复制到B的时候连续的使用内存，最后将A一次性清除干净。缺点是比较浪费内存，能使用原来一半的内存，因为内存对半划分了，复制过程毕竟也是有代价。好处是没有碎片，复制过程中保证对象使用连续空间。
标记-压缩 Mark-CompactMark−Compact
分垃圾标记阶段和内存整理阶段。标记阶段，找到所有可访问对象打个标记。内存清理阶段时，整理时将对象向内存一端移动，整理后存活对象连续的集中在内存一端。

由上图可知，标记-压缩算法好处是整理后内存空间连续分配，有大段的连续内存可分配，没有内存碎片。缺点是内存整理过程有消耗。
5. 分代收集算法
既然上述垃圾回收算法都有优缺点，能不能对不同数据进行区分管理，不同分区对数据实施不同回收策略，分而治之。

1.7及以前，堆内存分为新生代、老年代、持久代。
1.8开始，持久代没有了，取而代之MetaSpace。

STW

对于大多数垃圾回收算法而言，GC线程工作时，停止所有工作的线程，称为Stop The World。GC完成时，恢复其他工作线程运行。这也是JVM运行中最头疼的问题。

分代堆内存

Heap堆内存分为
+ 新生代：刚刚创建的对象
- 伊甸园区
- 存活区Servivor Space：有2个存活区，一个是from区，一个是to区。它们大小相等、地位相同、可互换。
+ to指的是本次复制数据的目标区
+ 老年代：长时间存活的对象
+ 持久代：JVM的类和方法

新生代回收

起始时，所有新建对象都出生在eden，当eden满了，启动GC。这个称为Young GC，Minor GC。

先标记eden存活对象，然后将存活对象复制到s0（假设本次是s0，也可以是s1，它们可以调换），eden剩余所有空间都“清空”。GC完成。

继续新建对象，当eden满了，启动GC。

先标记eden和s0中存活对象，然后将存活对象复制到s1。将eden和s0“清空”。

继续新建对象，当eden满了，启动GC。

先标记eden和s1中存活对象，然后将存活对象复制到s0。将eden和s1“清空”。

以后就重复上面的步骤。

大多数对象都不会存活很久，而且创建活动非常多，新生代就需要频繁垃圾回收。

但是，如果一个对象一直存活，它最后就在from、to来回复制，如果from区中对象复制次数达到阈值，就直接复制到老年代。

老年代回收

进入老年代的数据较少，所以老年代区被占满的速度较慢，所以垃圾回收也不频繁。老年代GC称为Old GC，Major GC。

由于老年代对象一般来说存活次数较长，所有较常采用标记-压缩算法。

Full GC：对所有“代”的内存进行垃圾回收
Minor GC比较频繁，Major GC较少。但一般Major GC时，由于老年大对象也可以引用新生代对象，所以先进行一次Minor GC，然后在Major GC会提高效率。可以认为回收老年代的时候完成了一次Full GC。

GC触发条件
Minor GC触发条件：当eden区满了触发
Full GC触发条件：
+ 老年代满了
+ 新生代搬向老年代，老年代空间不够
+ 持久代满了
+ System.gc()手动调用。不推荐

调整策略
减少STW时长，串行变并行
减少GC次数，调整内存大小

对JVM调整策略应用极广
+ 在WEB领域中Tomcat等
+ 在大数据领域Hadoop生态各组件
+ 在消息中间件领域的Kafka等
+ 在搜索引擎领域的ElasticSearch、Solr等

在不同领域对JVM需要不同的调整策略

垃圾收集器类型

按回收线程数：
+ 串行垃圾回收器：一个GC线程完成回收工作
+ 并行垃圾回收器：多个GC线程同时一起完成回收工作，充分利用CPU资源

指的是GC线程是否串并行

按工作模式不同：
+ 并发垃圾回收器：让GC线程垃圾回收某些阶段可以和工作线程一起进行。
+ 独占垃圾回收器：只有GC在工作，STW一直进行到回收完毕，工作线程才能继续执行。

指的是GC线程和工作线程是否一起运行
一般情况下，我们大概可以使用以下原则：
客户端或较小程序，内存使用量不大，可以使用串行回收；
对于服务端大型计算，可以使用并行回收；
大型WEB应用，用户端不愿意等，尽量少的STW，可以使用并发回收；

-X选项稳定的选项
-XX:选项名称 beta选项，但是有些就一直保留下来了

参数	说明	举例
-Xms	设置应用程序初始使用的堆内存大小（新生代+老年代）	-Xms2g
-Xmx	设置应用程序能获得的最大堆内存早期JVM不建议超过32G，内存管理效率下降	-Xms4g
-XX:NewSize	设置初始新生代大小
-XX:MaxNewSize	设置最大新生代内存空间
-XX:NewRatio	以比例方式设置新生代和老年代	-XX:NewRatio=2 new/old=1/2
-XX:SurvivorRatio	以比例方式设置eden和survivor	-XX:SurvivorRatio=6 eden/survivor=6/1 survivor/new=1/8
-Xss	设置线程的栈大小

$ java -Xms512m -Xmx1g HelloWorld

// 测试用java程序
// javac HelloWorld.java
// java -Xms512m -Xmx1g HelloWorld
public class HelloWorld extends Thread {
public static void main(String[] args) {
try {
while (true) {
Thread.sleep(2000);
System.out.println("hello magedu");
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

Tomcat设置
默认不指定，-Xmx大约使用了1/4的内存，当前本机内存指定约为1G。
在bin/catalina.sh中增加

JAVA_OPTS="-server -Xmx512m -Xms128m -XX:NewSize=48m -XX:MaxNewSize=200m"

-server：VM运行在server模式，为在服务器端最大化程序运行速度而优化
-client：VM运行在Client模式，为客户端环境减少启动时间而优化
重启Tomcat，观察。

# ps aux | grep java
root 8980 2.7 12.3 3050788 123216 pts/0 Sl 21:53 0:05 /usr/java/default/bin/java -
Djava.util.logging.config.file=/usr/local/tomcat/conf/logging.properties -
Djava.util.logging.manager=org.apache.juli.ClassLoaderLogManager -Xmx512m -Xms128m -
XX:NewSize=48m -XX:MaxNewSize=200m -Djdk.tls.ephemeralDHKeySize=2048 -
Djava.protocol.handler.pkgs=org.apache.catalina.webresources -
Dorg.apache.catalina.security.SecurityListener.UMASK=0027 -Dignore.endorsed.dirs= -classpath
/usr/local/tomcat/bin/bootstrap.jar:/usr/local/tomcat/bin/tomcat-juli.jar -
Dcatalina.base=/usr/local/tomcat -Dcatalina.home=/usr/local/tomcat -
Djava.io.tmpdir=/usr/local/tomcat/temp org.apache.catalina.startup.Bootstrap start

垃圾回收器

新生代
+ 新生代串行收集器：单线程、独占式串行，回收算法标记-复制
+ 新生代并行收集器：将单线程的串行收集器变成了多线程并行、独占式
+ 新生代并行回收收集器：多线程并行、独占式，使用复制算法，关注调整吞吐量

老年代：
+ 老年代串行收集器：单线程、独占式串行，回收算法使用标记-压缩
+ 老年代并行回收收集器：多线程、独占式并行，回收算法使用标记-压缩，关注调整吞吐量
+ CMS收集器
- Concurrent Mark Sweep并发标记清除算法
- 在某些阶段尽量使用和工作线程一起运行，减少停顿时长。是互联网站点服务端BS系统上较佳的回收算法
- 分为4个阶段：初始标记、并发标记、重新标记、并发清除，在初始标记、重新标记时需要STW。
+ G1收集器
- Garbage First是最新垃圾回收器，从JDK1.6实验性提供，JDK1.7发布，其设计目标是在多处理器、大内存服务器端提供优于CMS收集器的吞吐量和停顿控制的回收器。建议JDK8再考虑它，目前生成环境慎用。
- 基于标记-压缩算法。+UseG1GC
- 分为4个阶段：初始标记、并发标记、最终标记、筛选回收。并发标记并发执行，其它阶段STW只有GC线程并行执行。

垃圾收集器设置

可以单独指定新生代、老年代的垃圾收集器
+ -XX:+UseSerialGC
- 运行在Client模式下，新生代、老年代都启用串行收集器
+ -XX:+UseParNewGC
- 新生代使用并行收集器，老年代使用串行收集器
+ -XX:+UseParallelGC
- 新生代使用并行回收收集器，老年代使用串行收集器
+ -XX:+UseParallelOldGC
- 新生代、老年代都是用并行回收收集器
- -XX:ParallelGCThreads=8，在关注吞吐量的场景使用它增加并行线程数
+ -XX:+UseConcMarkSweepGC
- 新生代使用并行收集器，老年代使用CMS收集器
- 响应时间要短，停顿短使用这个垃圾收集器
- -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=N，N为0-100整数表示达到老年代的大小的百分比多少触发回收
+ 默认68
- 由于CMS算法有碎片产生，还可以将-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection开启，在CMS收集后，进行一次内存碎片整理。-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=N设定多少次CMS后，进行一次整理

-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5

将参数加入到bin/catalina.sh中，重启观察Tomcat status。老年代已经使用CMS
+ 开启垃圾回收统计信息
- -XX:+PrintGC 输出GC信息
- -XX:+PrintGCDetails 输出GC详细信息
- -XX:+PrintGCTimeStamps 与前两个组合使用，在信息上加上一个时间戳
- -XX:+PrintHeapAtGC 生成更多信息供分析，日志会更大
- 以上调试完成后，请移除这些参数，否则有非常多的日志输出

工具

$JAVA_HOME/bin下

命令说明
jps 查看所有jvm进程
jinfo 查看进程的运行环境参数，主要是jvm命令行参数
jstat 对jvm应用程序的资源和性能进行实时监控
jstack 查看所有线程的运行状态
jmap 查看jvm占用物理内存的状态
jhat +UseParNew
jconsole
jvisualvm

jps：Java virutal machine Process Status tool，
jps [-q] [-mlvV] [<hostid>]
-q：静默模式；
-v：显示传递给jvm的命令行参数；
-m：输出传入main方法的参数；
-l：输出main类或jar完全限定名称；
-v：显示通过flag文件传递给jvm的参数；
[<hostid>]：主机id，默认为localhost；
详细列出当前Java进程信息
# ./jps -l -v

jinfo：输出给定的java进程的所有配置信息；
jinfo [option] <pid>
-flags：打印 VM flags
-sysprops：to print Java system properties
-flag <name>：to print the value of the named VM flag
先获得一个java进程ID，然后jinfo
# jps
# jinfo 6822
# jinfo -flags 6822

jstat：输出指定的java进程的统计信息
jstat -help|-options
jstat -<option> [-t] [-h<lines>] <vmid> [<interval> [<count>]]
[<interval> [<count>]]
interval：时间间隔，单位是毫秒；
count：显示的次数；
返回可用统计项列表
# jstat -options
-class：class loader
-compiler：JIT
-gc：gc
-gccapacity：统计堆中各代的容量
-gccause：
-gcmetacapacity
-gcnew：新生代
-gcnewcapacity
-gcold：老年代
-gcoldcapacity
-gcutil
-printcompilation
# jstat -gc 6822
YGC：新生代的垃圾回收次数；
YGCT：新生代垃圾回收消耗的时长；
FGC：Full GC的次数；
FGCT：Full GC消耗的时长；
GCT：GC消耗的总时长；
3次，一秒一次
# jstat -gcnew 6822 1000 3

程序员常用堆栈情况查看工具

jstack：查看指定的java进程的线程栈的相关信息；
jstack [-l] <pid>
jstack -F [-m] [-l] <pid>
-l：long listings，会显示额外的锁信息，因此，发生死锁时常用此选项；
-m：混合模式，既输出java堆栈信息，也输出C/C++堆栈信息；
-F：当使用“jstack -l PID"无响应，可以使用-F强制输出信息；
先获得一个java进程ID，然后jinfo
# jps
# jstack -l 6822
jmap：Memory Map, 用于查看堆内存的使用状态；
查看进程堆内存情况
# jmap -heap 6822
jhat：Java Heap Analysis Tool
jmap [option] <pid>
查看堆空间的详细信息：
jmap -heap <pid>
查看堆内存中的对象的数目：
jmap -histo[:live] <pid>
live：只统计活动对象；
保存堆内存数据至文件中，而后使用jvisualvm或jhat进行查看：
jmap -dump:<dump-options> <pid>
dump-options:
live dump only live objects; if not specified, all objects in the heap are
dumped.
format=b binary format
file=<file> dump heap to <file>

Tomcat常用配置

1、内存空间优化

JAVA_OPTS="-server -Xms32g -Xmx32g -XX:NewSize= -XX:MaxNewSize= "
-server：服务器模式
-Xms：堆内存初始化大小；
-Xmx：堆内存空间上限；
-XX:NewSize=：新生代空间初始化大小；
-XX:MaxNewSize=：新生代空间最大值；

2、线程池调整

<Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" connectionTimeout="20000" redirectPort="8443" />

常用属性：

maxThreads：最大线程数，默认200；
minSpareThreads：最小空闲线程数；
maxSpareThreads：最大空闲线程数；
acceptCount：当启动线程满了之后，等待队列的最大长度，默认100；
URIEncoding：URI地址编码格式，中文建议使用UTF-8；
enableLookups：是否启用客户端主机名的DNS反向解析，缺省禁用，建议禁用，就使用客户端IP就行；
compression：是否启用传输压缩机制，建议“on"，CPU和流量的平衡;
- compressionMinSize：启用压缩传输的数据流最小值，单位是字节；
- compressableMimeType：定义启用压缩功能的MIME类型；
  text/html, text/xml, text/css, text/javascript

tomcat(十一)了解JVM

JVM

Jvm运行时区域，由下面几部分构成

虚拟机

GC垃圾收集器

STW

分代堆内存

新生代回收

老年代回收

垃圾收集器类型

垃圾回收器

垃圾收集器设置

工具

Tomcat常用配置

常用属性：

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JVM

Jvm运行时区域，由下面几部分构成

虚拟机

GC垃圾收集器

STW

分代堆内存

新生代回收

老年代回收

垃圾收集器类型

垃圾回收器

垃圾收集器设置

工具

Tomcat常用配置

常用属性：

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