1.JVM内存模型

1.1 Java对象布局

对齐填充：为了保证对象的大小为8字节的整数倍，自动对齐，避免多次加载

1.2 Heap堆内存分布

• 首先先使用jdk/bin/jvisualvm.exe的工具，也可cmd窗口直接输jvisualvm。打开以后在工具-插件安装Visual GC，监控一下当前已启动的java服务
  

从图中可以分为Metaspace元数据(非堆)、Old区老年代、Eden(Survivor0、Survivor1)区新生代也简称Young区

1.2.1 Old区老年代

• 每经过一次GC回收，对象年龄+1，大于15次没有被回收掉的则加入老年代中
• 对象内存大小大于新生代，则直接加入到老年代中

1.2.2 Young区新生代

因为新生代绝大多数对象生命周期比较短，经过回收会导致Young区空间不连续，造成空间碎片的问题。

当给需要多个内存格的对象进行分配时无法分配，则会造成GC回收导致和CPU抢时间片。

于是将Young区在分成Eden区和Survivor区

• Eden区只存放新生的对象
• 只要经过回收的就放入S区，Eden区就能够相对连续了，但是再次回收后的S区也会出现空间碎片问题，还是会导致对象放不下
• 于是区分了S0(Survivor From)、S1(Survivor To)，每次回收都转移到下一区域，永远保证S0或者S1有一个为空，由此解决碎片问题
• Eden区和S0、S1的比例是8:1:1
• 万一新生成的对象比较大，S0、S1内存不够了，需要向老年区借用内存，这称为担保机制

始终会保证S0或者S1有一个为空

2.JVM 垃圾回收

2.1 Young GC

包含了Eden、S区，最小的GC有称为Minor GC

2.2 Old GC

Major GC，通常会伴随着Minor GC，相当于Full GC

2.3 Full GC

Young GC+ Old GC (+MateSpace GC)

会导致 stop the work , 要尽可能减少Full GC的频率
允许一定范围的Young GC

2.4 模拟Heap区 OOM

• 首先准备代码

List<User> str = new ArrayList<>();

@GetMapping("/while")
public void while1() {
    while (true){
        str.add(new User());
    }
}
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• 设置JVM堆内存大小

-Xms40M -Xmx40M
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• 堆内存分布和日志截图
  
  上图垃圾回收过程：
• 新生成一个对象进入Eden区，发现Eden区内存不足，则触发Young GC
• Young GC首先对S1进行回收，未被回收的分代年龄+1，转移到S0或者Old区(满足分代年龄的)
• 然后再对Eden区进行回收，未被回收的转到S0，从而给新对象预留空间
• 经过回收后，Eden区或者S0或者Old区空间不够均会导致OOM

2.5 模拟Metaspace区 OOM

Java8使用Metaspace来替代永久代。Metaspace是方法区在Hotspot中的实现，并不在虚拟机内存中而是直接使用本地内存。

在Java8中，Class、Metadata被存储在Metaspace元数据中，永久代(Java8后被Metaspace取代)存放了一下信息：
1.虚拟机加载的类信息
2.常量池
3.静态变量
4.即时编译后的代码

如要模拟Metaspace空间溢出，可以不断的生成代理类往元空间加，那么久会触发Metaspace OOM

• java 代码

public class MetaspaceTest {

    static class User {
        String name;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int i = 0;
        try {
            while (true) {
                i++;
                Enhancer enhancer = new Enhancer();
                enhancer.setSuperclass(User.class);
                enhancer.setUseCache(false);
                enhancer.setCallback((MethodInterceptor) (o, method, objects, methodProxy) -> methodProxy.invokeSuper(o, args));
                enhancer.create();
            }
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println("i=" + i);
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
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• jvisualvm工具监控和日志
  
  至于Metaspace为什么没有填满，因为在Java8中Metaspace并不在虚拟机内存中而是直接使用本地内存。

3.JVM垃圾回收器

3.1 怎么确定是垃圾对象

1. 引用计数，可能会存在循环引用问题而导致两个对象都不能被回收
2. 可达性分析，确定一个GC Root，由它出发，检查某个对象是否可达，不可达的则为垃圾对象

3.2 GC Root

• 虚拟机栈中的局部变量表( 栈->来源于方法区正在执行的变量)
• 方法区的常量或者static变量，本地方法栈中的变量
• 类加载器
• Thread

3.3 回收算法

1.标记清除算法(存活对象、标记对象、未被使用空间)

• 扫描过程中确定为垃圾对象，则打上标记，下次扫描才被回收
• 标记和清除都扫描整个堆内存空间，比较耗时，清除后导致空间碎片不连续

2.标记复制算法

• 划分出一块区域，在标记后的同时将存活的对象复制到新的区域中，然后直接清空整个标记区域，等同于s0/1
• 虽说达到空间连续了，但也比较浪费空间

2.标记整理算法

• 在标记后进行清除的过程中移动存活的对象

3.4 垃圾收集器

对上述算法的应用，将不同的回收算法适用于不同的代
新生代：标记复制算法，老年代：标记清除、整理算法

3.4.1 Serial GC

-XX:+UseSerialGC

• 单线程垃圾收集器，比较适用单核CPU，内存空间比较少
• 适用新老年代
• 缺点：会暂停业务代码线程，因为堆中的内存地址会变动，不能让线程使用到已经不存在的对象

3.4.2 Parallerl GC

-XX:+UseParallerlGC

• 多线程，但会使应用程序暂停，适用新老年代

3.4.3 Concurrent Mark Sweep(CMS)

-XX:+UseConcMarkSweepGC

• 使用的是标记清除算法，存在空间碎片问题，只适用于老年代
• 应发类的垃圾收集器，用户线程和垃圾回收线程同时进行，低停顿时间

3.4.4 G1 Garbage Collector

-XX:+UseG1GC

• 尽可能满足用户设置的停顿时间目标，很好的解决了空间碎片问题，吞吐量高
• 用的标记整理算法，适用新老年代

3.4.5 Z GC

-XX:+UseZGC

• 非常小的停顿时间，但是会牺牲一些吞吐量

4. JVM调优纬度

基于业务来确定使用最合理的垃圾回收期，主要有以下几个纬度

• 串行：只有一个垃圾收集器，Serial
• 并行：多个垃圾收集器，业务代码线程会停顿 Parallerl GC，比较关注吞吐量
• 并发：多个垃圾收集器，业务代码共同运行，CMS、G1、ZGC，比较关注停顿时间

4.1 停顿时间

服务接口的响应时间，垃圾收集器进行垃圾回收和Client执行响应的时间

4.2 吞吐量

时间段内完成的请求数或者更新数，运行用户代码时间 /运行用户代码和垃圾收集总时间

以上就是本章的全部内容了。

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书山有路勤为径，学海无涯苦作舟