jvm性能调优 | 易学教程

一、JVM内部结构

程序计数器

类似于PC寄存器，是一块较小的内存区域，通过程序计数器中的值寻找要执行的指令的字节码，由于多线程间切换时要恢复每一个线程的当前执行位置，所以每个线程都有自己的程序计算器。这一个区域不会有OutOfMemeryError。当执行Java方法时，这里存储的执行的指令的地址，如果执行的是本地方法，这里的值是Undefined。

虚拟机栈也是线程私有的，每创建一个线程，虚拟机就会为这个线程创建一个虚拟机栈，虚拟机栈表示Java方法执行的内存模型，每调用一个方法，就会生成一个栈帧（Stack Frame）用于存储方法的本地变量表、操作栈、方法出口等信息，当这个方法执行完后，就会弹出相应的栈帧。

如果请求的栈的深度过大，虚拟机可能会抛出StackOverflowError异常，如果虚拟机的实现中允许虚拟机栈动态扩展，当内存不足以扩展栈的时候，会抛出OutOfMemoryError异常。

如果垃圾收集算法采用按代收集（目前大都是这样），这部分还可以细分为新生代和老年代。

新生代又可能分为Eden区，From Survivor区和To Survivor区，主要是为了垃圾回收。所有的线程共享Java堆，在这里还可以划分线程私有的缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。Java堆只要求逻辑上是连续的，在物理空间上可以不连续。

本地方法栈

用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等信息。

方法区

虚拟机中用于存放对象与数组实例的地方，垃圾回收的主要区域就是这里（还可能有方法区）。与虚拟机栈类似，只是是执行本地方法时使用的。

二、常用垃极收集算法

引用计数算法

是每个对象计算指向它的指针的数量，当有一个指针指向自己时计数值加1；当删除一个指向自己的指针时，计数值减1，如果计数值减为0，说明已经不存在指向该对象的指针了，所以它可以被安全的销毁了。

引用计数的优点是它在进行垃圾回收的时候无需挂起程序，常用在实时系统中；空间上的引用局部性比较好。某个对象的引用计数变为0后，系统无需访问位于堆中其他页面的单元。废弃即回收。

缺点：（1）每次创建和销毁都要更新引用计数值，会引起额外的开销；（2）引用计数占据了额外的空间；无法处理环形引用（两个对象相互引用）；

标记清除算法

最基础的收集算法是“标记-清除”算法，分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。之所以说它是最基础的收集算法，是因为后续的收集算法都是基于这种思路并对其不足进行改进而得到的。

缺点：（1）效率不高，标记和清除两个过程的效率都不高；（2）内存碎片，标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。

复制算法

为了解决效率问题，将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。这样使得每次都是对整个半区进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要移动堆顶指针，在按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。

缺点：只是这种算法的代价是将内存缩小为了原来的一半，未免太高了一点。

现在的商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代，新生代中的对象98%是“朝生夕死”的，所以并不需要按照1:1的比例来划分内存空间，而是将内存分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和其中一块Survivor。当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性地复制到另外一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。

HosSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8:1，也就是每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%，只有10%的内存会被“浪费”。当然，98%的对象可回收只是一般场景下的数据，我们没有办法保证每次回收都只有不多于10%的对象存活，当Survivor空间不够用时，需要依赖其他内存（这里指老年代）进行分配担保。

标记压缩算法

复制收集算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作，效率将会变低。更关键的是内存浪费。所以老年代一般不能直接选用这种算法。根据老年代的特点，采用“标记-整理”算法，标记过程仍然与“标记-清除”一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，之后直接清理掉端边界以外的内存。