JVM內存區域與垃圾回收
1、JAVA內存區域與內存溢出
1.1、概述
Java中JVM提供了內存管理機制，Java虛擬機在執行Java程序的過程中會把內分分爲不同的數據區,如圖:
1.2、程序計數器
程序計數器是當前線程所執行的字節碼的行號指示器，作用就是根據計數器的值獲取下一條要執行的字節碼指令。當執行的是java方法，則記錄的是正在執行的虛擬機字節碼指令的地址，如果是Native方法，則這個計數器的值爲空。不存在任務OutOfMemoryError。
1.3、虛擬機棧
每個普通Java方法（除去Native方法）在執行的時候都會同時創建棧幀，用於存儲局部變量表、操作棧、動態鏈接、方法出口等信息，每個方法被調用直到完成的過程對應着棧幀在JVM棧中的入棧與出棧。其中局部變量表所需要的內存空間在編譯器間完成分配。
跟虛擬機棧相關聯的異常有兩種：
- StackOverflowError
線程請求的棧深度大於虛擬機允許的最大深度。
- OutOfMemoryError
虛擬機棧擴展時無法申請到足夠的內存。
1.4、本地方法棧
用於虛擬機執行Native方法，其他和本地方法棧相同。也會有StackOverflowError和OutOfMemoryError。
1.5、堆
虛擬機啓動後創建堆，用於存放對象實例。堆時垃圾回收器的主要工作區域，主要分爲新生代和老年代，新生代又可以細分爲Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間。java程序啓動時，可用-Xmx與-Xms控制堆的大小。如果堆中沒有內存完成實例分配並且堆也無法擴展時會拋出OutOfMemoryError。
1.6、方法區
方法區主要存儲類的元數據，如虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼，JDK1.8之前以永久代實現，JDK1.8之後使用元空間，而且元空間使用的是系統內存。如果無法申請內存時，會拋出OutOfMemoryError。
2、垃圾回收
2.1、如何判斷對象已經死亡？
2.1.1、引用計數法
在對象中添加一個引用計數器，當有個地方引用時，計數器值 1，當引用失效時，計數器值-1。計數器爲0的對象就是死亡的，但是這裏有個問題：對象循環引用，兩個對象互相引用着對方，導致它們的引用計數器不爲0，於是無法通知GC回收。
2.1.2、GC Roots搜索
Java中採用的是GC ROOT搜索，思路就是通過一系列名爲“GC Roots”的對象作爲起點，從這些節點開始向下搜索，搜索中所走過的路徑稱爲引用鏈，當GC Roots對某一對象不可達時，則證明此對象不可用。
GC Roots包括以下幾種：
- 棧幀中的本地變量表中引用的對象
- 方法區中類靜態屬性引用的對象
- 方法區中常量引用的對象
- 本地方法棧Native方法引用的對象
2.2、垃圾收集算法
2.2.1、標記-清除算法
標記-清除算法分爲兩個階段：
- 標記：首先標記出所有需要回收的對象。
- 清除：統一回收被標記的對象。
這個算法有連個缺點：
- 效率不高
- 會產生不連續的內存碎片
2.2.2、複製算法
複製算法的效率很高，其將可用內存按照容量劃分爲大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊，當一塊用完時，就將還存活的對象複製到另一塊上面，然後清除掉使用過的內存空間。
這種算法很適合回收新生代，在新生代中分爲Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間，一般分配的內存比例爲8：1：1，當回收時，將Eden與From Survivor中還存活的對象一次性拷貝到To Survivor中，之後清理掉Eden與From Servivor空間，當To Survivor空間不夠時，需要依賴老年代。
2.2.3、標記-整理算法
在老年代，對象的存活率比較高，所以標記-整理算法被提出來了，首先標記出要回收的對象，然後將所有存活的對象都向一端移動，然後直接清理掉死亡的對象：
2.2.4、分代收集算法
分代回收的思想就是根據對象的存活週期，將不同的內存劃分爲幾塊，根據每塊內存的特點採用適當的收集算法，比如新生代採用複製算法，老年代採用標記-整理算法。
2.3、垃圾收集器
下圖展示了7種不同分代的收集器，如果兩個收集器之間存在連線，則表示可以搭配使用。
通過以下命令可以查看垃圾回收器信息：
java -XX: PrintCommandLineFlags -version
複製代碼
我的測試服務器結果：
-XX:InitialHeapSize=524503488 -XX:MaxHeapSize=8392055808 -XX: PrintCommandLineFlags -XX: UseCompressedClassPointers -XX: UseCompressedOops -XX: UseParallelGC
java version "1.8.0_152"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_152-b16)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.152-b16, mixed mode)
複製代碼
可以看到使用的是：ParallelGC。
JVM參數對應關係：
下面簡單介紹7中垃圾回收器：
2.3.1、Serial收集器
新生代單線程收集器，簡單高效。
2.3.2、ParNew收集器
Serial收集器的多線程版本，除了在垃圾回收時使用多線程，其餘都和Serial收集器相同。
2.3.3、Parallel Scavenge收集器
Parallel Scavenge收集器是並行的採用複製算法的新生代收集器，着重於系統的吞吐量，適合後臺運算而不需要太多用戶交互的任務。
2.3.4、Serial Old收集器
Serial Old是單線程的老年代垃圾收集器，使用標記-整理算法。具有簡單高效的特點。
2.3.5、Parallel Old收集器
Parallel Old收集器是Parallel Scanenge的老年代版本，多線程垃圾回收，也是用標記-整理算法。
2.3.6、CMS收集器
CMS注重服務的響應時間，是基於標記-清除算法實現。具有併發收集、低停頓的特點。
2.3.7、G1收集器
Garbage First，基於標記-整理算法，其將整個Java堆（包括新生代和老年代）劃分爲多個大小固定的獨立區域，並且跟蹤這些區域裏的垃圾堆積程度，在後臺維護一個優先列表，每次根據允許的收集時間，優先回收垃圾最多的區域。
3、CPU佔用過高問題排查
3.1、 linux查看進程信息
top
複製代碼
3.2、查看進程佔用cpu最多的線程
ps -mp 23967 -o THREAD,tid,time
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3.3、線程ID轉16進制
printf "%x\n" 23968
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3.4、查看線程信息
jstack 23967 |grep -A 10 5da0
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jstack 23967 |grep 5da0 -A 30
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3.5、 查看進程的對象信息
jmap -histo:live 23967 | more
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3.6、查看進程的GC情況
jstat -gcutil 23967 1000 100
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