二面京東，面試官直接問我JVM，我心里一陣暗爽~簡(jiǎn)直了，hhhh

• • 明人不說暗話，直接進(jìn)入主題！！！
• 一、什么是JVM
• 二、JAVA代碼編譯和執(zhí)行過程
• • 類加載機(jī)制
  • 類執(zhí)行機(jī)制
• 三、JVM內(nèi)存管理和垃圾回收
• • 垃圾回收按照基本回收策略分
  • JVM分別對(duì)新生代和舊生代采用不同的垃圾回收機(jī)制
  • • 新生代的GC：
  • 與舊生代的并發(fā)GC配合使用
  • • 舊生代的GC：
• 四、JVM內(nèi)存調(diào)優(yōu)
• • • (1）新生代設(shè)置過小
    • (2）新生代設(shè)置過大
    • (3）Survivor設(shè)置過小
    • (4）Survivor設(shè)置過大
• 最后匯總一下JVM常見配置
• • • 堆設(shè)置
    • 收集器設(shè)置
    • 垃圾回收統(tǒng)計(jì)信息
    • 并行收集器設(shè)置
    • 并發(fā)收集器設(shè)置

明人不說暗話，直接進(jìn)入主題！！！

一、什么是JVM

JVM是Java Virtual Machine（Java虛擬機(jī)）的縮寫，JVM是一種用于計(jì)算設(shè)備的規(guī)范，它是一個(gè)虛構(gòu)出來的計(jì)算機(jī)，是通過在實(shí)際的計(jì)算機(jī)上仿真模擬各種計(jì)算機(jī)功能來實(shí)現(xiàn)的。

Java語言的一個(gè)非常重要的特點(diǎn)就是與平臺(tái)的無關(guān)性。而使用Java虛擬機(jī)是實(shí)現(xiàn)這一特點(diǎn)的關(guān)鍵。一般的高級(jí)語言如果要在不同的平臺(tái)上運(yùn)行，至少需要編譯成不同的目標(biāo)代碼。而引入Java語言虛擬機(jī)后，Java語言在不同平臺(tái)上運(yùn)行時(shí)不需要重新編譯。Java語言使用Java虛擬機(jī)屏蔽了與具體平臺(tái)相關(guān)的信息，使得Java語言編譯程序只需生成在Java虛擬機(jī)上運(yùn)行的目標(biāo)代碼（字節(jié)碼），就可以在多種平臺(tái)上不加修改地運(yùn)行。Java虛擬機(jī)在執(zhí)行字節(jié)碼時(shí)，把字節(jié)碼解釋成具體平臺(tái)上的機(jī)器指令執(zhí)行。這就是Java的能夠“一次編譯，到處運(yùn)行”的原因。
從Java平臺(tái)的邏輯結(jié)構(gòu)上來看，我們可以從下圖來了解JVM：

從上圖能清晰看到Java平臺(tái)包含的各個(gè)邏輯模塊，也能了解到JDK與JRE的區(qū)別，對(duì)于JVM自身的物理結(jié)構(gòu)，我們可以從下圖分析分析：。

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二、JAVA代碼編譯和執(zhí)行過程

Java代碼編譯是由Java源碼編譯器來完成，流程圖如下所示：。

Java字節(jié)碼的執(zhí)行是由JVM執(zhí)行引擎來完成，流程圖如下所示：

Java代碼編譯和執(zhí)行的整個(gè)過程包含了以下三個(gè)重要的機(jī)制：

• Java源碼編譯機(jī)制

• 類加載機(jī)制

• 類執(zhí)行機(jī)制

Java源碼編譯機(jī)制

Java 源碼編譯由以下三個(gè)過程組成：

• 分析和輸入到符號(hào)表

• 注解處理

• 語義分析和生成class文件

流程圖如下所示：

最后生成的class文件由以下部分組成：

結(jié)構(gòu)信息。包括class文件格式版本號(hào)及各部分的數(shù)量與大小的信息

元數(shù)據(jù)。對(duì)應(yīng)于Java源碼中聲明與常量的信息。包含類/繼承的超類/實(shí)現(xiàn)的接口的聲明信息、域與方法聲明信息和常量池

方法信息。對(duì)應(yīng)Java源碼中語句和表達(dá)式對(duì)應(yīng)的信息。包含字節(jié)碼、異常處理器表、求值棧與局部變量區(qū)大小、求值棧的類型記錄、調(diào)試符號(hào)信息//加入Java開發(fā)交流君樣：756584822一起吹水聊天

類加載機(jī)制

JVM的類加載是通過ClassLoader及其子類來完成的，類的層次關(guān)系和加載順序可以由下圖來描述：

• (1）Bootstrap ClassLoader

負(fù)責(zé)加載$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class，由C++實(shí)現(xiàn)，不是ClassLoader子類

• (2）Extension ClassLoader

負(fù)責(zé)加載java平臺(tái)中擴(kuò)展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目錄下的jar包【參考文獻(xiàn)】

• (3）App ClassLoader

負(fù)責(zé)記載classpath中指定的jar包及目錄中class

• (4）Custom ClassLoader

屬于應(yīng)用程序根據(jù)自身需要自定義的ClassLoader，如tomcat、jboss都會(huì)根據(jù)j2ee規(guī)范自行實(shí)現(xiàn)ClassLoader加載過程中會(huì)先檢查類是否被已加載，檢查順序是自底向上，從Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐層檢查，只要某個(gè)classloader已加載就視為已加載此類，保證此類只所有ClassLoader加載一次。而加載的順序是自頂向下，也就是由上層來逐層嘗試加載此類。

類執(zhí)行機(jī)制

JVM是基于棧的體系結(jié)構(gòu)來執(zhí)行class字節(jié)碼的。線程創(chuàng)建后，都會(huì)產(chǎn)生程序計(jì)數(shù)器（PC）和棧（Stack），程序計(jì)數(shù)器存放下一條要執(zhí)行的指令在方法內(nèi)的偏移量，棧中存放一個(gè)個(gè)棧幀，//加入Java開發(fā)交流君樣：756584822一起吹水聊天每個(gè)棧幀對(duì)應(yīng)著每個(gè)方法的每次調(diào)用，而棧幀又是有局部變量區(qū)和操作數(shù)棧兩部分組成，局部變量區(qū)用于存放方法中的局部變量和參數(shù)，操作數(shù)棧中用于存放方法執(zhí)行過程中產(chǎn)生的中間結(jié)果。棧的結(jié)構(gòu)如下圖所示：

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三、JVM內(nèi)存管理和垃圾回收

JVM內(nèi)存組成結(jié)構(gòu)

JVM棧由堆、棧、本地方法棧、方法區(qū)等部分組成，結(jié)構(gòu)圖如下所示：

• (1）堆

所有通過new創(chuàng)建的對(duì)象的內(nèi)存都在堆中分配，堆的大小可以通過-Xmx和-Xms來控制。堆被劃分為新生代和舊生代，新生代又被進(jìn)一步劃分為Eden和Survivor區(qū)，最后Survivor由From Space和To Space組成，結(jié)構(gòu)圖如下所示：

• 新生代。新建的對(duì)象都是用新生代分配內(nèi)存，Eden空間不足的時(shí)候，會(huì)把存活的對(duì)象轉(zhuǎn)移到Survivor中，新生代大小可以由-Xmn來控制，也可以用-XX:SurvivorRatio來控制Eden和Survivor的比例

• 舊生代。用于存放新生代中經(jīng)過多次垃圾回收仍然存活的對(duì)象

• 持久帶（Permanent Space）實(shí)現(xiàn)方法區(qū)，主要存放所有已加載的類信息，方法信息，常量池等等。可通過-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize來指定持久帶初始化值和最大值。Permanent Space并不等同于方法區(qū)，只不過是Hotspot JVM用Permanent Space來實(shí)現(xiàn)方法區(qū)而已，有些虛擬機(jī)沒有Permanent Space而用其他機(jī)制來實(shí)現(xiàn)方法區(qū)。

• -Xmx:最大堆內(nèi)存,如：-Xmx512m

• -Xms:初始時(shí)堆內(nèi)存,如：-Xms256m

• -XX:MaxNewSize:最大年輕區(qū)內(nèi)存

• -XX:NewSize:初始時(shí)年輕區(qū)內(nèi)存.通常為 Xmx 的 1/3 或 1/4。新生代 = Eden + 2 個(gè) Survivor 空間。實(shí)際可用空間為 = Eden + 1 個(gè) Survivor，即 90%

• -XX:MaxPermSize:最大持久帶內(nèi)存

• -XX:PermSize:初始時(shí)持久帶內(nèi)存

• -XX:+PrintGCDetails。打印 GC 信息

• -XX:NewRatio 新生代與老年代的比例，如 –XX:NewRatio=2，則新生代占整個(gè)堆空間的1/3，老年代占2/3

• -XX:SurvivorRatio 新生代中 Eden 與 Survivor 的比值。默認(rèn)值為 8。即 Eden 占新生代空間的 8/10，另外兩個(gè) Survivor 各占 1/10

(2）棧

每個(gè)線程執(zhí)行每個(gè)方法的時(shí)候都會(huì)在棧中申請(qǐng)一個(gè)棧幀，每個(gè)棧幀包括局部變量區(qū)和操作數(shù)棧，用于存放此次方法調(diào)用過程中的臨時(shí)變量、參數(shù)和中間結(jié)果。

-xss:設(shè)置每個(gè)線程的堆棧大小. JDK1.5+ 每個(gè)線程堆棧大小為 1M，一般來說如果棧不是很深的話， 1M 是絕對(duì)夠用了的。

(3）本地方法棧

用于支持native方法的執(zhí)行，存儲(chǔ)了每個(gè)native方法調(diào)用的狀態(tài)

(4）方法區(qū)

存放了要加載的類信息、靜態(tài)變量、final類型的常量、屬性和方法信息。JVM用持久代（Permanet Generation）來存放方法區(qū)，可通過-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize來指定最小值和最大值

垃圾回收按照基本回收策略分

引用計(jì)數(shù)（Reference Counting）:

比較古老的回收算法。原理是此對(duì)象有一個(gè)引用，即增加一個(gè)計(jì)數(shù)，刪除一個(gè)引用則減少一個(gè)計(jì)數(shù)。垃圾回收時(shí)，只用收集計(jì)數(shù)為0的對(duì)象。此算法最致命的是無法處理循環(huán)引用的問題。

標(biāo)記-清除（Mark-Sweep）:

此算法執(zhí)行分兩階段。第一階段從引用根節(jié)點(diǎn)開始標(biāo)記所有被引用的對(duì)象，第二階段遍歷整個(gè)堆，把未標(biāo)記的對(duì)象清除。此算法需要暫停整個(gè)應(yīng)用，同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片。
。【資料獲取】

復(fù)制（Copying）:

此算法把內(nèi)存空間劃為兩個(gè)相等的區(qū)域，每次只使用其中一個(gè)區(qū)域。垃圾回收時(shí)，遍歷當(dāng)前使用區(qū)域，把正在使用中的對(duì)象復(fù)制到另外一個(gè)區(qū)域中。算法每次只處理正在使用中的對(duì)象，因此復(fù)制成本比較小，同時(shí)復(fù)制過去以后還能進(jìn)行相應(yīng)的內(nèi)存整理，不會(huì)出現(xiàn)“碎片”問題。當(dāng)然，此算法的缺點(diǎn)也是很明顯的，就是需要兩倍內(nèi)存空間。

標(biāo)記-整理（Mark-Compact）:

此算法結(jié)合了“標(biāo)記-清除”和“復(fù)制”兩個(gè)算法的優(yōu)點(diǎn)。也是分兩階段，第一階段從根節(jié)點(diǎn)開始標(biāo)記所有被引用對(duì)象，第二階段遍歷整個(gè)堆，把清除未標(biāo)記對(duì)象并且把存活對(duì)象“壓縮”到堆的其中一塊，按順序排放。此算法避免了“標(biāo)記-清除”的碎片問題，同時(shí)也避免了“復(fù)制”算法的空間問題。

JVM分別對(duì)新生代和舊生代采用不同的垃圾回收機(jī)制

新生代的GC：

新生代通常存活時(shí)間較短，因此基于Copying算法來進(jìn)行回收，所謂Copying算法就是掃描出存活的對(duì)象，并復(fù)制到一塊新的完全未使用的空間中，對(duì)應(yīng)于新生代，就是在Eden和From Space或To Space之間copy。新生代采用空閑指針的方式來控制GC觸發(fā)，指針保持最后一個(gè)分配的對(duì)象在新生代區(qū)間的位置，當(dāng)有新的對(duì)象要分配內(nèi)存時(shí)，用于檢查空間是否足夠，不夠就觸發(fā)GC。當(dāng)連續(xù)分配對(duì)象時(shí)，對(duì)象會(huì)逐漸從eden到survivor，最后到舊生代。
在執(zhí)行機(jī)制上JVM提供了串行GC（Serial GC）、并行回收GC（Parallel Scavenge）和并行GC（ParNew）

(1）串行GC

在整個(gè)掃描和復(fù)制過程采用單線程的方式來進(jìn)行，適用于單CPU、新生代空間較小及對(duì)暫停時(shí)間要求不是非常高的應(yīng)用上，是client級(jí)別默認(rèn)的GC方式，可以通過-XX:+UseSerialGC來強(qiáng)制指定

(2）并行回收GC

在整個(gè)掃描和復(fù)制過程采用多線程的方式來進(jìn)行，適用于多CPU、對(duì)暫停時(shí)間要求較短的應(yīng)用上，是server級(jí)別默認(rèn)采用的GC方式，可用-XX:+UseParallelGC來強(qiáng)制指定，用-XX:ParallelGCThreads=4來指定線程數(shù)

(3）并行GC

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與舊生代的并發(fā)GC配合使用

舊生代的GC：

舊生代與新生代不同，對(duì)象存活的時(shí)間比較長(zhǎng)，比較穩(wěn)定，因此采用標(biāo)記（Mark）算法來進(jìn)行回收，所謂標(biāo)記就是掃描出存活的對(duì)象，然后再進(jìn)行回收未被標(biāo)記的對(duì)象，回收后對(duì)用空出的空間要么進(jìn)行合并，要么標(biāo)記出來便于下次進(jìn)行分配，總之就是要減少內(nèi)存碎片帶來的效率損耗。在執(zhí)行機(jī)制上JVM提供了串行GC（Serial MSC）、//加入Java開發(fā)交流君樣：756584822一起吹水聊天并行GC（parallel MSC）和并發(fā)GC（CMS），具體算法細(xì)節(jié)還有待進(jìn)一步深入研究。
以上各種GC機(jī)制是需要組合使用的，指定方式由下表所示：

指定方式新生代GC方式舊生代GC方式

-XX:+UseSerialGC	串行GC	串行GC
-XX:+UseParallelGC	并行回收GC	并行GC
-XX:+UseConeMarkSweepGC	并行GC	并發(fā)GC
-XX:+UseParNewGC	并行GC	串行GC
-XX:+UseParallelOldGC	并行回收GC	并行GC
-XX:+ UseConeMarkSweepGC	并發(fā)GC	串行GC
不支持的組合	1、-XX:+UseParNewGC -XX:+UseParallelOldGC 2、-XX:+UseParNewGC -XX:+UseSerialGC

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四、JVM內(nèi)存調(diào)優(yōu)

首先需要注意的是在對(duì)JVM內(nèi)存調(diào)優(yōu)的時(shí)候不能只看操作系統(tǒng)級(jí)別Java進(jìn)程所占用的內(nèi)存，這個(gè)數(shù)值不能準(zhǔn)確的反應(yīng)堆內(nèi)存的真實(shí)占用情況，因?yàn)镚C過后這個(gè)值是不會(huì)變化的，因此內(nèi)存調(diào)優(yōu)的時(shí)候要更多地使用JDK提供的內(nèi)存查看工具，比如JConsole和Java VisualVM。

對(duì)JVM內(nèi)存的系統(tǒng)級(jí)的調(diào)優(yōu)主要的目的是減少GC的頻率和Full GC的次數(shù)，過多的GC和Full GC是會(huì)占用很多的系統(tǒng)資源（主要是CPU），影響系統(tǒng)的吞吐量。特別要關(guān)注Full GC，因?yàn)樗鼤?huì)對(duì)整個(gè)堆進(jìn)行整理，導(dǎo)致Full GC一般由于以下幾種情況：

舊生代空間不足

調(diào)優(yōu)時(shí)盡量讓對(duì)象在新生代GC時(shí)被回收、讓對(duì)象在新生代多存活一段時(shí)間和不要?jiǎng)?chuàng)建過大的對(duì)象及數(shù)組避免直接在舊生代創(chuàng)建對(duì)象

Pemanet Generation空間不足

增大Perm Gen空間，避免太多靜態(tài)對(duì)象

統(tǒng)計(jì)得到的GC后晉升到舊生代的平均大小大于舊生代剩余空間
控制好新生代和舊生代的比例
System.gc()被顯示調(diào)用

垃圾回收不要手動(dòng)觸發(fā)，盡量依靠JVM自身的機(jī)制

調(diào)優(yōu)手段主要是通過控制堆內(nèi)存的各個(gè)部分的比例和GC策略來實(shí)現(xiàn)，下面來看看各部分比例不良設(shè)置會(huì)導(dǎo)致什么后果

(1）新生代設(shè)置過小

一是新生代GC次數(shù)非常頻繁，增大系統(tǒng)消耗；二是導(dǎo)致大對(duì)象直接進(jìn)入舊生代，占據(jù)了舊生代剩余空間，誘發(fā)Full GC

(2）新生代設(shè)置過大

一是新生代設(shè)置過大會(huì)導(dǎo)致舊生代過小（堆總量一定），從而誘發(fā)Full GC；二是新生代GC耗時(shí)大幅度增加

一般說來新生代占整個(gè)堆1/3比較合適

(3）Survivor設(shè)置過小

導(dǎo)致對(duì)象從eden直接到達(dá)舊生代，降低了在新生代的存活時(shí)間

(4）Survivor設(shè)置過大

導(dǎo)致eden過小，增加了GC頻率

另外，通過-XX:MaxTenuringThreshold=n來控制新生代存活時(shí)間，盡量讓對(duì)象在新生代被回收

由內(nèi)存管理和垃圾回收可知新生代和舊生代都有多種GC策略和組合搭配，選擇這些策略對(duì)于我們這些開發(fā)人員是個(gè)難題，JVM提供兩種較為簡(jiǎn)單的GC策略的設(shè)置方式

(1）吞吐量?jī)?yōu)先

JVM以吞吐量為指標(biāo)，自行選擇相應(yīng)的GC策略及控制新生代與舊生代的大小比例，來達(dá)到吞吐量指標(biāo)。這個(gè)值可由-XX:GCTimeRatio=n來設(shè)置

(2）暫停時(shí)間優(yōu)先

JVM以暫停時(shí)間為指標(biāo)，自行選擇相應(yīng)的GC策略及控制新生代與舊生代的大小比例，盡量保證每次GC造成的應(yīng)用停止時(shí)間都在指定的數(shù)值范圍內(nèi)完成。這個(gè)值可由-XX:MaxGCPauseRatio=n來設(shè)置

最后匯總一下JVM常見配置

堆設(shè)置

• -Xms:初始堆大小

• -Xmx:最大堆大小

• -XX:NewSize=n:設(shè)置年輕代大小

• -XX:NewRatio=n:設(shè)置年輕代和年老代的比值。如:為3，表示年輕代與年老代比值為1：3，年輕代占整個(gè)年輕代年老代和的1/4

• -XX:SurvivorRatio=n:年輕代中Eden區(qū)與兩個(gè)Survivor區(qū)的比值。注意Survivor區(qū)有兩個(gè)。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一個(gè)Survivor區(qū)占整個(gè)年輕代的1/5

• -XX:MaxPermSize=n:設(shè)置持久代大小

收集器設(shè)置

• -XX:+UseSerialGC:設(shè)置串行收集器

• -XX:+UseParallelGC:設(shè)置并行收集器

• -XX:+UseParalledlOldGC:設(shè)置并行年老代收集器

• -XX:+UseConcMarkSweepGC:設(shè)置并發(fā)收集器

垃圾回收統(tǒng)計(jì)信息

• -XX:+PrintGC

• -XX:+PrintGCDetails

• -XX:+PrintGCTimeStamps

• -Xloggc:filename

并行收集器設(shè)置

• -XX:ParallelGCThreads=n:設(shè)置并行收集器收集時(shí)使用的CPU數(shù)。并行收集線程數(shù)。

• -XX:MaxGCPauseMillis=n:設(shè)置并行收集最大暫停時(shí)間

• -XX:GCTimeRatio=n:設(shè)置垃圾回收時(shí)間占程序運(yùn)行時(shí)間的百分比。公式為1/(1+n)

并發(fā)收集器設(shè)置

• -XX:+CMSIncrementalMode:設(shè)置為增量模式。適用于單CPU情況。

• -XX:ParallelGCThreads=n:設(shè)置并發(fā)收集器年輕代收集方式為并行收集時(shí)，使用的CPU數(shù)。并行收集線程數(shù)。

最后，祝大家早日學(xué)有所成，拿到滿意offer

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的二面京东，面试官直接问我JVM，我心里一阵暗爽~的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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