JVM笔记

堆(Heap)和非堆(Non-heap)内存

官方：“Java 虚拟机具有一个堆，堆是运行时数据区域，所有类实例和数组的内存均从此处分配。堆是在 Java 虚拟机启动时创建的。”“在JVM中堆之外的内存称为非堆内存(Non-heap memory)”。
JVM主要管理两种类型的内存：堆和非堆。简单来说堆就是Java代码可及的内存，是留给开发人员使用的；非堆就是JVM留给自己用的，
所以方法区、JVM内部处理或优化所需的内存(如JIT编译后的代码缓存)、每个类结构(如运行时常数池、字段和方法数据)以及方法和构造方法的代码都在非堆内存中。

内存基本概念

PermGen space：全称是Permanent Generation space，即永久代。就是说是永久保存的区域,用于存放Class和Meta信息，Class在被Load的时候被放入该区域，GC(Garbage Collection)应该不会对PermGen space进行清理，所以如果你的APP会LOAD很多CLASS的话，就很可能出现PermGen space错误。

Heap space：存放Instance。

Java Heap分为3个区，Young即新生代，Old即老生代和Permanent。

Young保存刚实例化的对象。当该区被填满时，GC会将对象移到Old区。Permanent区则负责保存反射对象。

堆内存分配

JVM初始分配的堆内存由-Xms指定，默认是物理内存的1/64；
JVM最大分配的堆内存由-Xmx指定，默认是物理内存的1/4。
默认空余堆内存小于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制；
空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到-Xms的最小限制。
服务器一般设置-Xms、-Xmx 相等以避免在每次GC 后调整堆的大小。
说明：如果-Xmx 不指定或者指定偏小，应用可能会导致java.lang.OutOfMemory错误，此错误来自JVM，不是Throwable的，无法用try…catch捕捉

JVM内存设置参数

设置项	说明
-Xms512m	表示JVM初始分配的堆内存大小为512m（JVM Heap(堆内存)最小尺寸，初始分配）
-Xmx1024m	JVM最大允许分配的堆内存大小为1024m，按需分配（JVM Heap(堆内存)最大允许的尺寸，按需分配）
-XX:PermSize=512M	JVM初始分配的非堆内存
-XX:MaxPermSize=1024M	JVM最大允许分配的非堆内存，按需分配
-XX:NewSize	定义YOUNG段的尺寸，NewSize为JVM启动时YOUNG的内存大小
-XX:MaxNewSize	MaxNewSize为最大可占用的YOUNG内存大小
-XX:SurvivorRatio	设置YOUNG代中Survivor空间和Eden空间的比例

内存申请过程

JVM会试图为相关Java对象在Eden中初始化一块内存区域
当Eden空间足够时，内存申请结束。否则到下一步
JVM试图释放在Eden中所有不活跃的对象（这属于1或更高级的垃圾回收）；释放后若Eden空间仍然不足以放入新对象，则试图将部分Eden中活跃对象放入Survivor区/OLD区
Survivor区被用来作为Eden及OLD的中间交换区域，当OLD区空间足够时，Survivor区的对象会被移到Old区，否则会被保留在Survivor区
当OLD区空间不够时，JVM会在OLD区进行完全的垃圾收集（0级）
完全垃圾收集后，若Survivor及OLD区仍然无法存放从Eden复制过来的部分对象，导致JVM无法在Eden区为新对象创建内存区域，则出现”out of memory错误”

内存设置示例

-Xmx2000M -Xms2000M -Xmn500M
-XX:PermSize=250M -XX:MaxPermSize=250M
-Xss256K
-XX:+DisableExplicitGC
-XX:SurvivorRatio=1
-XX:+UseConcMarkSweepGC
-XX:+UseParNewGC
-XX:+CMSParallelRemarkEnabled
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0
-XX:+CMSClassUnloadingEnabled
-XX:LargePageSizeInBytes=128M
-XX:+UseFastAccessorMethods
-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=60
-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0
-XX:+PrintClassHistogram
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps
-XX:+PrintHeapAtGC
-Xloggc:log/gc.log

内存回收算法

–XX:+UseSerialGC
–XX:+UseParallelGC
–XX:+UseParallelOldGC
–XX:+UseConcMarkSweepGC

Serial Collector
大部分平台或者强制 java -client 默认会使用这种。
young generation算法 = serial
old generation算法 = serial (mark-sweep-compact)
这种方法的缺点很明显, stop-the-world, 速度慢。服务器应用不推荐使用。

Parallel Collector
在linux x64上默认是这种，其他平台要加 java -server 参数才会默认选用这种。
young = parallel，多个thread同时copy
old = mark-sweep-compact = 1
优点：新生代回收更快。因为系统大部分时间做的gc都是新生代的，这样提高了throughput(cpu用于非gc时间)
缺点：当运行在8G/16G server上old generation live object太多时候pause time过长

Parallel Compact Collector (ParallelOld)
young = parallel = 2
old = parallel，分成多个独立的单元，如果单元中live object少则回收，多则跳过
优点：old old generation上性能较 parallel 方式有提高
缺点：大部分server系统old generation内存占用会达到60%-80%, 没有那么多理想的单元live object很少方便迅速回收，同时compact方面开销比起parallel并没明显减少。

Concurrent Mark-Sweep(CMS) Collector
young generation = parallel collector = 2
old = cms
同时不做 compact 操作。
优点：pause time会降低, pause敏感但CPU有空闲的场景需要建议使用策略4.
缺点：cpu占用过多，cpu密集型服务器不适合。另外碎片太多，每个object的存储都要通过链表连续跳n个地方，空间浪费问题也会增大。

内存监控方法

jmap -heap 查看java 堆（heap）使用情况

jmap -heap pid 
  
using thread-local object allocation.
  
Parallel GC with 4 thread(s)   #GC 方式
  
Heap Configuration:  #堆内存初始化配置
  
MinHeapFreeRatio=40  #对应jvm启动参数-XX:MinHeapFreeRatio设置JVM堆最小空闲比率(default 40)
MaxHeapFreeRatio=70  #对应jvm启动参数 -XX:MaxHeapFreeRatio设置JVM堆最大空闲比率(default 70)
MaxHeapSize=512.0MB  #对应jvm启动参数-XX:MaxHeapSize=设置JVM堆的最大大小
NewSize  = 1.0MB     #对应jvm启动参数-XX:NewSize=设置JVM堆的‘新生代’的默认大小
MaxNewSize =4095MB   #对应jvm启动参数-XX:MaxNewSize=设置JVM堆的‘新生代’的最大大小
OldSize  = 4.0MB     #对应jvm启动参数-XX:OldSize=<value>:设置JVM堆的‘老生代’的大小
NewRatio  = 8        #对应jvm启动参数-XX:NewRatio=:‘新生代’和‘老生代’的大小比率
SurvivorRatio = 8    #对应jvm启动参数-XX:SurvivorRatio=设置年轻代中Eden区与Survivor区的大小比值
PermSize= 16.0MB     #对应jvm启动参数-XX:PermSize=<value>:设置JVM堆的‘永生代’的初始大小
MaxPermSize=64.0MB   #对应jvm启动参数-XX:MaxPermSize=<value>:设置JVM堆的‘永生代’的最大大小
  
Heap Usage:          #堆内存分步
  
PS Young Generation
  
Eden Space:         #Eden区内存分布
  
capacity = 20381696 (19.4375MB)             #Eden区总容量
used     = 20370032 (19.426376342773438MB)  #Eden区已使用
free     = 11664 (0.0111236572265625MB)     #Eden区剩余容量
99.94277218147106% used                     #Eden区使用比率
  
From Space:        #其中一个Survivor区的内存分布
  
capacity = 8519680 (8.125MB)
used     = 32768 (0.03125MB)
free     = 8486912 (8.09375MB)
0.38461538461538464% used
  
To Space:          #另一个Survivor区的内存分布
  
capacity = 9306112 (8.875MB)
used     = 0 (0.0MB)
free     = 9306112 (8.875MB)
0.0% used
  
PS Old Generation  #当前的Old区内存分布
  
capacity = 366280704 (349.3125MB)
used     = 322179848 (307.25464630126953MB)
free     = 44100856 (42.05785369873047MB)
87.95982001825573% used
   
PS Perm Generation #当前的 “永生代” 内存分布
  
capacity = 32243712 (30.75MB)
used     = 28918584 (27.57891082763672MB)
free     = 3325128 (3.1710891723632812MB)
89.68751488662348% used

jmap 相关命令

jmap [ option ] pid (to connect to remote debug server)
jmap [ option ] executable core (to connect to remote debug server)
jmap [ option ] [server-id@]remote-hostname-or-IP (to connect to remote debug server)

[option] is one of:

[none]
-heap
-histo[:live]
-permstat
-finalizerinfo
-dump:[dump-options]
[dump-options]:
live
format=b
file=

jmap -dump:live,format=b,file=heap.bin

参数如下：
-heap：打印jvm heap的情况
-histo：打印jvm heap的直方图。其输出信息包括类名，对象数量，对象占用大小。
-histo：live ：同上，但是只答应存活对象的情况
-permstat：打印permanent generation heap情况

jmap -histo:live pid>a.log
可以观察heap中所有对象的情况（heap中所有生存的对象的情况）。包括对象数量和所占空间大小。可以将其保存到文本中去，在一段时间后，使用文本对比工具，可以对比出GC回收了哪些对象。
jmap -histo:live 这个命令执行，JVM会先触发gc，然后再统计信息。

jmap -dump:live,format=b,file=a.log pid
JVM会将整个heap的信息dump写入到一个文件，heap如果比较大的话，就会导致这个过程比较耗时，并且执行的过程中为了保证dump的信息是可靠的，所以会暂停应用。

cache内存回收

1
2
3

echo 1 >/proc/sys/vm/drop_caches
echo 2 >/proc/sys/vm/drop_caches
echo 3 >/proc/sys/vm/drop_caches

java实现jvm监控