JVM內存模型及調優方案

JVM內存區域模型

1.方法區 Perm（永久代、非堆）

也稱"永久代” 、“非堆”，它用於存儲虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、是各個線程共享的內存區域。默認最小值爲16MB，最大值爲64MB，可以通過-XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 參數限制方法區的大小。

運行時常量池：是方法區的一部分，Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項信息是常量池，用於存放編譯器生成的各種符號引用，這部分內容將在類加載後放到方法區的運行時常量池中。

2.虛擬機棧

描述的是java 方法執行的內存模型：每個方法被執行的時候都會創建一個“棧幀”用於存儲局部變量表(包括參數)、操作棧、方法出口等信息。每個方法被調用到執行完的過程，就對應着一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程。聲明週期與線程相同，是線程私有的。

局部變量表存放了編譯器可知的各種基本數據類型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、對象引用(引用指針，並非對象本身)，其中64位長度的long和double類型的數據會佔用2個局部變量的空間，其餘數據類型只佔1個。局部變量表所需的內存空間在編譯期間完成分配，當進入一個方法時，這個方法需要在棧幀中分配多大的局部變量是完全確定的，在運行期間棧幀不會改變局部變量表的大小空間。

3.本地方法棧（Native方法）

與虛擬機棧基本類似，區別在於虛擬機棧爲虛擬機執行的java方法服務，而本地方法棧則是爲Native方法服務。

4.堆

也叫做java 堆、GC堆是java虛擬機所管理的內存中最大的一塊內存區域，也是被各個線程共享的內存區域，在JVM啓動時創建。該內存區域存放了對象實例及數組(所有new的對象)。其大小通過-Xms(最小值)和-Xmx(最大值)參數設置，-Xms爲JVM啓動時申請的最小內存，默認爲操作系統物理內存的1/64但小於1G，-Xmx爲JVM可申請的最大內存，默認爲物理內存的1/4但小於1G，默認當空餘堆內存小於40%時，JVM會增大Heap到-Xmx指定的大小，可通過-XX:MinHeapFreeRation=來指定這個比列；當空餘堆內存大於70%時，JVM會減小heap的大小到-Xms指定的大小，可通過XX:MaxHeapFreeRation=來指定這個比列，對於運行系統，爲避免在運行時頻繁調整Heap的大小，通常-Xms與-Xmx的值設成一樣。

由於現在收集器都是採用分代收集算法，堆被劃分爲新生代和老年代。新生代主要存儲新創建的對象和尚未進入老年代的對象。老年代存儲經過多次新生代GC(Minor GC)任然存活的對象。

新生代 Eden + 2*Survivor(from + to)：

程序新創建的對象都是從新生代分配內存，新生代由Eden Space和兩塊相同大小的Survivor Space(通常又稱S0和S1或From和To)構成，可通過-Xmn參數來指定新生代的大小，也可以通過-XX:SurvivorRation來調整Eden Space及Survivor Space的大小。

老年代 Tenured Gen ：

用於存放經過多次新生代GC任然存活的對象，例如緩存對象，新建的對象也有可能直接進入老年代，主要有兩種情況：①.大對象，可通過啓動參數設置-XX:PretenureSizeThreshold=1024(單位爲字節，默認爲0)來代表超過多大時就不在新生代分配，而是直接在老年代分配。②.大的數組對象，切數組中無引用外部對象。

老年代所佔的內存大小爲-Xmx對應的值減去-Xmn對應的值。

5.程序計數器

是最小的一塊內存區域，它的作用是當前線程所執行的字節碼的行號指示器，在虛擬機的模型裏，字節碼解釋器工作時就是通過改變這個計數器的值來選取下一條需要執行的字節碼指令，分支、循環、異常處理、線程恢復等基礎功能都需要依賴計數器完成。

JVM調優總結 -Xms -Xmx -Xmn -Xss

堆大小設置
JVM 中最大堆大小有三方面限制：相關操作系統的數據模型（32-bt還是64-bit）限制；系統的可用虛擬內存限制；系統的可用物理內存限制。32位系統下，一般限制在1.5G~2G；64爲操作系統對內存無限制。我在Windows Server 2003 系統，3.5G物理內存，JDK5.0下測試，最大可設置爲1478m。
典型設置：
- java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k
  -Xmx3550m：設置JVM最大可用內存爲3550M。
  -Xms3550m：設置JVM促使內存爲3550m。此值可以設置與-Xmx相同，以避免每次垃圾回收完成後JVM重新分配內存。
  -Xmn2g：設置年輕代大小爲2G。整個JVM內存大小=年輕代大小 + 年老代大小 + 持久代大小。持久代一般固定大小爲64m，所以增大年輕代後，將會減小年老代大小。此值對系統性能影響較大，Sun官方推薦配置爲整個堆的3/8。
  -Xss128k：設置每個線程的堆棧大小。JDK5.0以後每個線程堆棧大小爲1M，以前每個線程堆棧大小爲256K。更具應用的線程所需內存大小進行調整。在相同物理內存下，減小這個值能生成更多的線程。但是操作系統對一個進程內的線程數還是有限制的，不能無限生成，經驗值在3000~5000左右。
- java -Xmx3550m -Xms3550m -Xss128k -XX:NewRatio=4 -XX:SurvivorRatio=4 -XX:MaxPermSize=16m -XX:MaxTenuringThreshold=0
  -XX:NewRatio=4:設置年輕代（包括Eden和兩個Survivor區）與年老代的比值（除去持久代）。設置爲4，則年輕代與年老代所佔比值爲1：4，年輕代佔整個堆棧的1/5
  -XX:SurvivorRatio=4：設置年輕代中Eden區與Survivor區的大小比值。設置爲4，則兩個Survivor區與一個Eden區的比值爲2:4，一個Survivor區佔整個年輕代的1/6
  -XX:MaxPermSize=16m:設置持久代大小爲16m。
  -XX:MaxTenuringThreshold=0：設置垃圾最大年齡。如果設置爲0的話，則年輕代對象不經過Survivor區，直接進入年老代。對於年老代比較多的應用，可以提高效率。如果將此值設置爲一個較大值，則年輕代對象會在Survivor區進行多次複製，這樣可以增加對象再年輕代的存活時間，增加在年輕代即被回收的概論。
回收器選擇
JVM給了三種選擇：串行收集器、並行收集器、併發收集器，但是串行收集器只適用於小數據量的情況，所以這裏的選擇主要針對並行收集器和併發收集器。默認情況下，JDK5.0以前都是使用串行收集器，如果想使用其他收集器需要在啓動時加入相應參數。JDK5.0以後，JVM會根據當前系統配置進行判斷。
1. 吞吐量優先的並行收集器
  如上文所述，並行收集器主要以到達一定的吞吐量爲目標，適用於科學技術和後臺處理等。
  典型配置：
  - java -Xmx3800m -Xms3800m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20
    -XX:+UseParallelGC：選擇垃圾收集器爲並行收集器。此配置僅對年輕代有效。即上述配置下，年輕代使用併發收集，而年老代仍舊使用串行收集。
    -XX:ParallelGCThreads=20：配置並行收集器的線程數，即：同時多少個線程一起進行垃圾回收。此值最好配置與處理器數目相等。
  - java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20 -XX:+UseParallelOldGC
    -XX:+UseParallelOldGC：配置年老代垃圾收集方式爲並行收集。JDK6.0支持對年老代並行收集。
  - java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:MaxGCPauseMillis=100
    -XX:MaxGCPauseMillis=100:設置每次年輕代垃圾回收的最長時間，如果無法滿足此時間，JVM會自動調整年輕代大小，以滿足此值。
  - java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy
    -XX:+UseAdaptiveSizePolicy：設置此選項後，並行收集器會自動選擇年輕代區大小和相應的Survivor區比例，以達到目標系統規定的最低相應時間或者收集頻率等，此值建議使用並行收集器時，一直打開。
2. 響應時間優先的併發收集器
  如上文所述，併發收集器主要是保證系統的響應時間，減少垃圾收集時的停頓時間。適用於應用服務器、電信領域等。
  典型配置：
  - java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:ParallelGCThreads=20 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC
    -XX:+UseConcMarkSweepGC：設置年老代爲併發收集。測試中配置這個以後，-XX:NewRatio=4的配置失效了，原因不明。所以，此時年輕代大小最好用-Xmn設置。
    -XX:+UseParNewGC:設置年輕代爲並行收集。可與CMS收集同時使用。JDK5.0以上，JVM會根據系統配置自行設置，所以無需再設置此值。
  - java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5 -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
    -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction：由於併發收集器不對內存空間進行壓縮、整理，所以運行一段時間以後會產生“碎片”，使得運行效率降低。此值設置運行多少次GC以後對內存空間進行壓縮、整理。
    -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：打開對年老代的壓縮。可能會影響性能，但是可以消除碎片
輔助信息
JVM提供了大量命令行參數，打印信息，供調試使用。主要有以下一些：
- -XX:+PrintGC
  輸出形式：[GC 118250K->113543K(130112K), 0.0094143 secs]
  [Full GC 121376K->10414K(130112K), 0.0650971 secs]
- -XX:+PrintGCDetails
  輸出形式：[GC [DefNew: 8614K->781K(9088K), 0.0123035 secs] 118250K->113543K(130112K), 0.0124633 secs]
  [GC [DefNew: 8614K->8614K(9088K), 0.0000665 secs][Tenured: 112761K->10414K(121024K), 0.0433488 secs] 121376K->10414K(130112K), 0.0436268 secs]
- -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGC：PrintGCTimeStamps可與上面兩個混合使用
  輸出形式：11.851: [GC 98328K->93620K(130112K), 0.0082960 secs]
- -XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime:打印每次垃圾回收前，程序未中斷的執行時間。可與上面混合使用
  輸出形式：Application time: 0.5291524 seconds
- -XX:+PrintGCApplicationStoppedTime：打印垃圾回收期間程序暫停的時間。可與上面混合使用
  輸出形式：Total time for which application threads were stopped: 0.0468229 seconds
- -XX:PrintHeapAtGC:打印GC前後的詳細堆棧信息
  輸出形式：
  34.702: [GC {Heap before gc invocations=7:
  def new generation   total 55296K, used 52568K [0x1ebd0000, 0x227d0000, 0x227d0000)
  eden space 49152K, 99% used [0x1ebd0000, 0x21bce430, 0x21bd0000)
  from space 6144K, 55% used [0x221d0000, 0x22527e10, 0x227d0000)
  to   space 6144K,   0% used [0x21bd0000, 0x21bd0000, 0x221d0000)
  tenured generation   total 69632K, used 2696K [0x227d0000, 0x26bd0000, 0x26bd0000)
  the space 69632K,   3% used [0x227d0000, 0x22a720f8, 0x22a72200, 0x26bd0000)
  compacting perm gen total 8192K, used 2898K [0x26bd0000, 0x273d0000, 0x2abd0000)
     the space 8192K, 35% used [0x26bd0000, 0x26ea4ba8, 0x26ea4c00, 0x273d0000)
      ro space 8192K, 66% used [0x2abd0000, 0x2b12bcc0, 0x2b12be00, 0x2b3d0000)
      rw space 12288K, 46% used [0x2b3d0000, 0x2b972060, 0x2b972200, 0x2bfd0000)
  34.735: [DefNew: 52568K->3433K(55296K), 0.0072126 secs] 55264K->6615K(124928K)Heap after gc invocations=8:
  def new generation   total 55296K, used 3433K [0x1ebd0000, 0x227d0000, 0x227d0000)
  eden space 49152K,   0% used [0x1ebd0000, 0x1ebd0000, 0x21bd0000)
  from space 6144K, 55% used [0x21bd0000, 0x21f2a5e8, 0x221d0000)
  to   space 6144K,   0% used [0x221d0000, 0x221d0000, 0x227d0000)
  tenured generation   total 69632K, used 3182K [0x227d0000, 0x26bd0000, 0x26bd0000)
  the space 69632K,   4% used [0x227d0000, 0x22aeb958, 0x22aeba00, 0x26bd0000)
  compacting perm gen total 8192K, used 2898K [0x26bd0000, 0x273d0000, 0x2abd0000)
     the space 8192K, 35% used [0x26bd0000, 0x26ea4ba8, 0x26ea4c00, 0x273d0000)
      ro space 8192K, 66% used [0x2abd0000, 0x2b12bcc0, 0x2b12be00, 0x2b3d0000)
      rw space 12288K, 46% used [0x2b3d0000, 0x2b972060, 0x2b972200, 0x2bfd0000)
  }
  , 0.0757599 secs]
- -Xloggc:filename:與上面幾個配合使用，把相關日誌信息記錄到文件以便分析。
常見配置彙總
1. 堆設置
  - -Xms:初始堆大小
  - -Xmx:最大堆大小
  - -XX:NewSize=n:設置年輕代大小
  - -XX:NewRatio=n:設置年輕代和年老代的比值。如:爲3，表示年輕代與年老代比值爲1：3，年輕代佔整個年輕代年老代和的1/4
  - -XX:SurvivorRatio=n:年輕代中Eden區與兩個Survivor區的比值。注意Survivor區有兩個。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一個Survivor區佔整個年輕代的1/5
  - -XX:MaxPermSize=n:設置持久代大小
2. 收集器設置
  - -XX:+UseSerialGC:設置串行收集器
  - -XX:+UseParallelGC:設置並行收集器
  - -XX:+UseParalledlOldGC:設置並行年老代收集器
  - -XX:+UseConcMarkSweepGC:設置併發收集器
3. 垃圾回收統計信息
  - -XX:+PrintGC
  - -XX:+PrintGCDetails
  - -XX:+PrintGCTimeStamps
  - -Xloggc:filename
4. 並行收集器設置
  - -XX:ParallelGCThreads=n:設置並行收集器收集時使用的CPU數。並行收集線程數。
  - -XX:MaxGCPauseMillis=n:設置並行收集最大暫停時間
  - -XX:GCTimeRatio=n:設置垃圾回收時間佔程序運行時間的百分比。公式爲1/(1+n)
5. 併發收集器設置
  - -XX:+CMSIncrementalMode:設置爲增量模式。適用於單CPU情況。
  - -XX:ParallelGCThreads=n:設置併發收集器年輕代收集方式爲並行收集時，使用的CPU數。並行收集線程數。

四、調優總結

年輕代大小選擇
- 響應時間優先的應用：儘可能設大，直到接近系統的最低響應時間限制（根據實際情況選擇）。在此種情況下，年輕代收集發生的頻率也是最小的。同時，減少到達年老代的對象。
- 吞吐量優先的應用：儘可能的設置大，可能到達Gbit的程度。因爲對響應時間沒有要求，垃圾收集可以並行進行，一般適合8CPU以上的應用。
年老代大小選擇
- 響應時間優先的應用：年老代使用併發收集器，所以其大小需要小心設置，一般要考慮併發會話率和會話持續時間等一些參數。如果堆設置小了，可以會造成內存碎片、高回收頻率以及應用暫停而使用傳統的標記清除方式；如果堆大了，則需要較長的收集時間。最優化的方案，一般需要參考以下數據獲得：
  - 併發垃圾收集信息
  - 持久代併發收集次數
  - 傳統GC信息
  - 花在年輕代和年老代回收上的時間比例
  減少年輕代和年老代花費的時間，一般會提高應用的效率
- 吞吐量優先的應用：一般吞吐量優先的應用都有一個很大的年輕代和一個較小的年老代。原因是，這樣可以儘可能回收掉大部分短期對象，減少中期的對象，而年老代盡存放長期存活對象。
較小堆引起的碎片問題
因爲年老代的併發收集器使用標記、清除算法，所以不會對堆進行壓縮。當收集器回收時，他會把相鄰的空間進行合併，這樣可以分配給較大的對象。但是，當堆空間較小時，運行一段時間以後，就會出現“碎片”，如果併發收集器找不到足夠的空間，那麼併發收集器將會停止，然後使用傳統的標記、清除方式進行回收。如果出現“碎片”，可能需要進行如下配置：
- -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：使用併發收集器時，開啓對年老代的壓縮。
- -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0：上面配置開啓的情況下，這裏設置多少次Full GC後，對年老代進行壓縮。

菜鳥大明

發佈了45 篇原創文章 · 獲贊 18 · 訪問量 14萬+

私信關注

JVM內存模型及調優方案

1.方法區 Perm（永久代、非堆）

2.虛擬機棧

3.本地方法棧（Native方法）

4.堆

新生代 Eden + 2*Survivor(from + to)：

老年代 Tenured Gen ：

5.程序計數器

DAPPER 事務 TRANSACTION

FutureTask類

JVM垃圾回收算法總結及彙總

Drizzle、MariaDB和Percona Server_超越MySQL：三個流行MySQL分支的對比

MapReduce工作原理圖文詳解

Java 柵欄 CyclicBarrier 介紹

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結

JVM內存模型 及 調優方案

1.方法區 Perm（永久代、非堆）

2.虛擬機棧

3.本地方法棧 （Native方法）

4.堆

新生代 Eden + 2*Survivor(from + to)：

老年代 Tenured Gen ：

5.程序計數器

JVM內存模型及調優方案

3.本地方法棧（Native方法）