JVM性能调优实战笔记2

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6，线程私有空间-TLAB

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7，逃逸分析

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对于没有发生逃逸的对象，可将其内存分配在栈上，从而减少堆的使用。

代码分析：

案例 1：在这里插入图片描述

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结论：开发中能使用局部变量的，就不要在方法外定义。

9，方法区

方法区（又叫非堆）是一块独立于堆的内存空间。

其大小可设置
方法区的大小决定了系统可以保存多少个类，如果系统定义了太多的类，导致方法区溢出，JVM 会抛出内存溢出错误：
- OutOfMemoryError：PermGen space（Jdk7 及之前）
- OutOfMemoryError：Metaspace （Jdk8 及之后）

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结合代码看：

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1，设置方法区的大小

方法区的大小不必是固定的，jvm 可以根据应用的需要动态调整。

JDK7 及以前：

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JDK8 及以后：

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2，方法区的内部结构

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方法区主要存储的内容有：

类型信息（class，interface，enum，annotation）
- 域信息：域名称、域类型、域修饰符、域的声明顺序
- 方法信息：方法名称、返回类型、参数信息、方法修饰符、方法声明顺序等
常量
静态变量
即时编译器编译后的代码缓存
等

3，运行时常量池

常量池中的数据类型包括：

数字值
字符串
类引用
字段引用
方法引用

关于运行时常量池：

运行时常量池是方法区的一部分
常量池表是 Class 文件的一部分，用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池
JVM 为每个已加载的类型都维护一个常量池，池中的数据项如数组项一样，通过索引访问
运行时常量池类似传统编程语言中的符号表，但是它所包含的数据比符号表更加丰富

10，String 的基本特性

String 是 final 的，不可被继承
String 内部：
- jdk8 及之前内部是 char[]，字符数组
- jdk9 及之后内部是 byte[]，字节数组，更加节省空间
String 的两种声明方式：
- String a = "123"; 存储在字符串常量池中
  - 常量池是堆的一部分
  - 常量池中不会有重复的字符串
  - 常量池中的字符串是不可变的
  - 常量池是一个固定大小的 Hashtable
    - jdk6 中池的默认大小是 1009
    - jdk7 中池的默认大小是 60013，最小值是 1009
    - 可通过 -XX:StringTableSize 设置池的大小
  - String s = new String("xxx"); s.intern(); 方法：
    - 如果常量池中有 s 对应的字符串，则将 s 指向池中的串
    - 如果常量池中没有 s 对应的字符串，则先在池中生成串，再将 s 指向池中的串
- String b = new String("456"); 存储在堆中

String s1 = "Runoob";              // String 直接创建
String s2 = "Runoob";              // String 直接创建
String s3 = s1;                    // 相同引用
String s4 = new String("Runoob");   // String 对象创建
String s5 = new String("Runoob");   // String 对象创建

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1，常量池

常量池不只有字符串常量池，也有其它基本数据类型的常量池。

Java 语言中有 8 种基本数据类型，和比较特殊的类型 String。为了使这些内容在运行时更快，更节省内存，都提供了常量池的概念。

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运行时常量池的空间比较小，所以 StringTable 移到了堆中。

2，字符串的拼接

常量与常量的拼接，结果在常量池，原理是编译期优化
只要其中有一个是变量，结果就在堆中。变量拼接的原理是 StringBuilder

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11，垃圾回收

什么是垃圾？

没有任何指针指向的对象

Java 垃圾回收的区域：

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Java 堆（Heap）是垃圾回收的重点区域，从回收频率上讲：

年轻代，频繁收集
老年代，较少收集
永久代 / 元空间，基本不收集

12，垃圾回收算法

垃圾回收有两个阶段：

标记阶段（确认哪些是垃圾），有两种算法：
- 引用计数算法：对每个对象保存一个整型的引用计数属性，用于记录对象被引用的次数（Python 使用）
  - 优点：实现简单，垃圾对象便于辨识；判定效率高，回收没有延迟性
  - 缺点：无法处理循环引用的情况（致命缺点，导致该算法无法使用）
- 可达性分析算法：也叫追踪性垃圾收集（Java，C# 使用）
  - 思路：以根对象（GC Roots）为起始点，从上到下搜索每个对象是否可达
  - 内存中的存活对象都会被根对象直接或间接连接着，搜索所走过的路径称为引用链，如果目标对象没有与任何引用链相连，则是不可达的
  - 优点：实现简单，执行高效，能处理循环引用的情况
  - Java 语音中可以作为 GC Roots 的对象包括以下几类：
    - 虚拟机栈中引用的对象
    - 本地方法栈内 JNI 引用的对象
    - 方法区中静态属性引用的对象
    - 方法区中常量引用的对象
    - 所有被同步锁 synchronized 持有的对象
    - Java 虚拟机内部的引用
    - 等
清除阶段（清理垃圾），有三种算法：
- 标记-清除算法：该算法在 1960 年提出并应用于 Lisp 语言
  - 标记：从引用根节点开始遍历，标记所有被引用的对象（可达对象）
  - 清除：对所有不可达的对象进行回收
  - 缺点：效率不高，需要遍历两次，标记一次，清除一次
- 复制算法：将内存空间分为两块，每次只使用其中一块；在垃圾回收时，将正在使用的内存中的存活对象复制到未被使用的内存块中，然后清除正在使用的内存块中的所有对象，然后交换两个内存的角色
  - 优点：没有标记和清除过程，实现简单，运行高效，不会出现内存碎片
  - 缺点：需要两倍的内存空间
  - 比较适用于垃圾比较多的情况（新生代中的幸存者区使用的就是该算法）
- 标记-压缩（整理）算法：其最终效果等同于标记-清除算法执行后，再进行一次内存碎片整理
  - 比标记-清除算法多了一个整理内存碎片的阶段
  - 比复制算法多了一个标记的阶段
- 分代收集算法：不同的对象的生命周期是不一样的，不同生命周期的对象可以使用不同的收集方式，以便可以提高效率
  - 比如 Java 堆分为新生代和老年代
  - 分代的思想被现在的虚拟机广泛使用，几乎所有的垃圾收集器都区分新生代和老年代
- 增量收集算法：如果一次性将所有的垃圾进行处理，需要造成系统长时间停顿，那就让垃圾收集线程和应用程序线程交替执行。每次垃圾收集线程只收集一小片区域的内存空间，接着切换到应用程序线程。依次反复，直到垃圾收集完成
  - 其基础仍是传统的标记-清除和复制算法
  - 缺点：线程切换和上下文转换的消耗，会使得垃圾回收的总体成本上升，造成系统吞吐量下降
- 分区算法
  - 分代算法按照对象的生命周期长短划分为两部分，分区算法将整个堆空间划分为不同的小区间
  - 每个小区间都独立使用，独立回收

使用 MAT 查看 GC Roots：

在这里插入图片描述 GC Roots 如下：

三种清除阶段算法的对比：

	标记清除算法	标记压缩算法	复制算法
速度	中等	最慢	最快
空间开销	少	少	2倍空间
移动对象	否	否	是

没有最好的算法，只有最合适的算法。实际的 GC 要复杂的多，大部分都是复合算法。

13，Java 中的几种引用

我们希望能描述这样一类对象：

当内存空间足够时，则能留在内存中
当内存空间短缺是，则可回收它们

在 JDK1.2 后，Java 将引用分为四种：

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1，强引用-永远不回收

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2，软引用-内存不够即回收

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发生 OOM 的时候会回收软引用

3，弱引用-GC 即回收

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4，虚引用-对象回收跟踪

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14，垃圾回收器

1，垃圾回收器的分类

7 款经典的垃圾回收器：

串行回收器：只使用一个CPU，且在进行垃圾回收时，必须暂停其它所有工作线程（Stop-The-World）
- Serial：最基本、最悠久的GC
  - JDK1.3 之前新生代唯一选择；HotSpot 中 Client 模式下默认新生代 GC
  - 采用复制算法，串行回收
  - -XX:+UseSerialGC 参数可指定串行收集器
- Serial Old
  - HotSpot 中 Client 模式下默认老年代 GC
  - 采用标记-压缩算法，串行回收
  - 在 Server 模式下有两种用途：
    - 与新生代 Parallel Scavenge 配合使用
    - 作为老年代 CMS 收集器的后备方案
并行回收器：
- ParNew：Serial 的多线程版本，只处理新生代
  - 采用复制算法，串行回收
  - 参数 -XX:+UseParNewGC 年轻代使用并行收集器，不影响老年代
    - -XX:ParallelGCThreads 设置并行线程数，默认与CPU 数相同
- Parallel Scavenge（JDK8 默认）：主打吞吐量，只处理新生代
  - 采用复制算法，并行回收
  - 自适应调节策略（自动调整） 也是与 ParNew 的一个重要区别
    - 参数 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy 默认开启
    - 在这种模式下，年轻代的大小，Eden 和 Survivor 的比例、晋升老年代的年龄等参数会被自动调整
  - 相关参数：
    - -XX:+UseParallelGC：与下面的一个参数互相激活
    - -XX:+UseParallelOldGC
    - -XX:+ParallelGCThreads：设置并行线程数；当 CPU 数小于 8 时，默认为 CPU 数，当CPU 数大于 8 时，默认为 3+[5*CPU_Count]/8
- Parallel Old（JDK8 默认）
  - 采用标记-压缩算法，并行回收
并发回收器：
- CMS（Concurrent-Mark-Sweep）：老年代GC，主打低延迟
  - 在 JDK1.5 时，HotSpot 推出的，强交互应用中，认为是划时代意义的 GC
  - 是 HotSpot 中第一款并发 GC，第一次实现了让 GC线程与用户线程同时工作
  - 采用标记-清除算法
  - 参数 -XX:+UseConcMarkSweepGC （老年代）指定 CMS GC，该参数会将 -XX:+UseParNewGC （新生代）打开
  - 已被 JDK9 废弃，已被 JDK14 删除
- G1（JDK9 默认）：区域分代化 GC，其目标是在延迟可控的情况下获得尽可能高的吞吐量
  - G1 把堆内存分割为很多不同的区域，避免在整个堆中进行全区域的垃圾收集，优先回收垃圾最大量的区域
  - 参数 -XX:+UseG1GC
  - -XX:G1HeapRegionSize 设置每个 Region 的大小，值是 2 的幂，范围是 1MB ~ 32MB 之间，默认是堆内存的 1 /2000
  - -XX:MaxGCPauseMillis 设置期望达到的最大 GC 停顿时间指标，默认 200ms
- ZGC：未来 GC，目前处于实验阶段