JVM与性能优化

局部变量表

操作数栈

帧数据区

即线程本地分配缓存区，JVM事先在堆中为每个线程分配一块私有内存，避免各线程为争夺堆空间而引发竞争，分配出的对象对所有线程都是可见的

运行时常量池位于方法区中

运行时常量池由方法区移到了堆中

增加了元空间（Metaspace）用于替代方法区，元空间位于直接内存（堆外内存），JDK1.7及以前存在于运行时数据区域中的方法区消失

Java堆

方法区

虚拟机栈

本地方法栈

程序计数器

指针碰撞

空闲列表

java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded

java.lang.OutOfMemoryError: java heap space

最小堆大小

最大堆大小

年轻代初始内存大小

年轻代最大内存大小

同时设置年轻代初始内存和最大内存

年轻代和老年代的比例

Eden和Survivor的比例，缺省为8

java.lang.OutOfMemoryError thrown from the UncaughtExceptionHandler

java.lang.StackOverflowError

java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory

特点：定位快，使用方便，实现简单

缺点：无法定位相互引用的对象垃圾

GC Roots对象

Java中的引用类型

特点：算法简单、效率高

缺点：容易产生碎片或内存不连续空间

特点：内存规整

缺点：浪费内存空间、需要额外对数据进行拷贝

特点：内存规整

缺点：同样需要额外对数据进行拷贝

Eden

From Survivor

To Survivor

Serial

ParNew

Parellel Scavenge
（吞吐量优先收集器）

Serial Old

Parellel Old

CMS
（Concurrent Mark Sweep）

G1

ZCS

Shenandoah

Epsilon

java -XX:+PrintCommandLineFlags -version

-XX:+PrintGC

-XX:+PrintGCDetails

-XX:+UseSerialGC

-XX:+UseParNewGC

-XX:+UseParellelGC

-XX:+UseParellelOldGC

-XX:+UseConcMarkSweepGC

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction

-XX:+UseG1GC

-XX:MaxGCPauseMills

-XX:ParallelGCThread

-XX:GCTimeRatio

吞吐量的倒数（整数）

-XX:+UseAdaptiveSizePolicy

如果开启AdaptiveSizePolicy，则每次GC后会重新计算Eden、From和To区的大小，计算依据是GC过程中统计的GC时间、吞吐量、内存占用量

内存有空间，但是没有连续空间，会导致提前触发GC

年轻代采用复制算法，造成进行大量的内存复制

-XX:PretenureSizeThreshold

-XX:MaxTenuringThreshold

列出当前机器上正在运行的JVM进程

jps -v 列出当前机器上正在运行的JVM进程号及全类名

例如：jstat -gc 18832 250 20（查询进程号为18832的GC信息，每250ms查询一次，一共查询20次）

查看和修改JVM参数

图形化

-Djava.rmi.server.hostname

-Dcom.sun.management.jmxremote

-Dcom.sun.management.jmxremote.port

-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate

-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl

图形化

指一个对象自身所消耗的内存

指对象的保留集中所有的对象的浅堆大小之和

拥有对象C的引用的所有对象都称为对象C的 Incoming References

在对象上右击查看Incoming References信息

对象C引用的所有对象都称为对象C的Outgoing References

在对象上右击查看Outgoing References信息

概览信息

类的实例信息

每个Class文件的头4个字节成为魔数，它的唯一作用是确定这个文件是否为一个能被JVM接受的Class文件，使用魔数而不是扩展名来识别主要是基于安全
方面的考虑，因为文件扩展名可以随意地改动。文件格式的制定者可以自由地选择魔数值，只要这个魔数值还没有被广泛采用过同时又不会引起混淆即可

u4

紧接着魔数的4个字节存储的是Class文件的版本号，第5和第6个字节是次版本号（Minor Version），第7和第8个字节是主版本号
（Major Version）。Java版本号是45开始的，JDK1.1后的每个JDK大版本发布版本号向上加1。高版本的JDK能向下兼容以前版本
的Class文件，但不能运行以后版本的Class文件，即使文件格式并未发生任何变化，JVM也必须拒绝执行超过其版本号的Class文件

u2

u2

常量池中常量的数量是不固定的，所以在常量池的入口需要放置一项u2类型的数据，代表常量池容量计
数值（constant_pool_count），与Java中语言习惯不一样的是，这个容量计数是从1而不是0开始的

u2

常量池中主要存放两大类，字面量（Literal）和符号引用（Symbolic References），字面量比较接近于Java语言
层面的常量概念，如文本字符串，声明为final的常量值等，而符号引用则属于编译原理方面的概念，包括下面三类
常量：类和接口的全类名（Fully Qulified Name）、字段的名称和描述符（Descriptor）、方法的名称和描述符

cp_info

access_flags

this_class

super_class

interfaces_count

interfaces

fields_count

fields

methods_count

methods

attributes_count

attributes

用于将数据在栈帧中的局部变量表和操作数栈之间来回传输

将一个局部变量加载到操作数栈

将一个数值从操作数栈存储到局部变量表

将一个常量加载到操作数栈

扩充局部变量表的访问索引的指令

用于对两个操作数栈上的值进行某种特定运算，把结果重新存入到操作数栈顶

加法指令

减法指令

乘法指令

可以将两种不同的数值类型进行相互转换

JVM直接支持右侧数值类型的宽化类型转换（即小范围类型向大范围类型的安全转换）

处理窄化类型转换（Narrowing Numeric Conversions）时，必须显示地使用类型转换指令来完成

new

newarray

anewarray

multianewarray

getfield

putfield

getstatic

putstatic

把一个数组元素加载到操作数栈的指令

将一个操作数栈的值存储到数组元素中的指令

获取数组长度的指令

instanceof

checkcast

如同操作一个普通数据结构中的堆栈那样，JVM提供了一些用于直接操作操作数栈的指令

将操作数栈的栈顶一个或两个元素出栈

复制栈顶一个或两个数值并将复制值或双份的复制值重新压入栈顶

将栈最顶端的两个数值互换

可以让JVM有条件或无条件地从指定的位置指令而不是控制转移指令的下一条指令继续执行
程序，从概念模型上理解可以认为控制转移指令就是在有条件或无条件地修改PC寄存器的值

条件分支

复合条件分支

无条件分支

invokevirtual

invokeinterface

invokespecial

invokestatic

invokedynamic

方法调用指令与数据类型无关

是根据返回值类型区分的

ireturn

lreturn

freturn

dreturn

areturn

另外还有一条return指令供声明为void的方法、实例初始化方法以及类和接口的类初始化方法使用

在Java程序中显示抛出异常的操作（throw语句）都是由athrow指令来实现的

由monitorenter、monitorexit两条指令来支持synchornized关键字的语义

1. 加载类的二进制流

2. 把静态存储结构转换为方法区的运行时结构

3. 生成一个代表该类的Class对象

采用后面对指令new、getstatic、putstatic、invokestatic

对类进行反射调用

初始化一个类，但是父类尚未初始化的时候，首先触发父类的初始化

指定一个执行main方法（入口类）的类

动态语言支持

存放在<JAVA_HOME>\lib目录中的，并且是虚拟机识别的类库加载到虚拟机内存中

由C++语言实现，是JVM的一部分

存放在<JAVA_HOME>\lib\ext目录中的所有类库，开发者可以直接使用

由Java语言实现，是JDK的一部分

加载用户类路径上指定的类库，开发者可以直接使用，一般情况下，这个就是程序中默认的类加载器

由Java语言实现，是JDK的一部分

一般重写findClass方法，尽量避免重写loadClass方法（loadClass是实现双亲委派模型逻辑的主要方法）

某个特定的类加载器在接到加载类的请求时，首先将加载任务委托给父类加载器，依次递归，如果父
类加载器可以完成类加载任务，就成功返回；只有父类加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载

Java类随着它的类加载器一起具备了带有优先级的层次关系，保证Java程序稳定运行

线程上下文类加载器

使用场景：JDBC

定义：依据静态类型来确定执行哪个方法

原因：（1）静态类型的变化仅仅在使用时才发生，变量本身的静态类型是不会被改变，并且最终静态类型在编译
期是可知的；（2）实际类型的变化是在运行期才知道，编译器在编译程序时并不知道一个对象的具体类型是什么

场景：静态分派的典型就是方法重载

定义：依据变量的动态类型来确定执行哪个方法

场景：动态分派的典型场景就是方法重写

重写的本质：虚方法表中存放着各个方法的实际入口地址。如果某个方法在子类没有被重写，那么子类的虚方法表里面的地址入口和父类相同
方法的地址入口是一致的，都指向父类的实现入口；如果子类重写了这个方法，子类方法表中的地址将会转换为指向子类实现版本的入口地址

推荐：如果构造参数在5个及以上，或者当前前构造参数还没有超过5个，但未来会突破5个的情况下，应当使用建造者（Builder）模式

推荐：（1）可以使用基本数据类型尽量使用基本数据类型，避免数据自动装箱；（2）经常被使用的不变对象尽量使用静态变量，避免每次使用都创建对象

推荐：释放资源尽量使用try{}finally{}语句块

目标：高内聚、低耦合

目标：保证线程安全

原因：Java是单继承的，继承了一个类以后就不能再继承第二个类，而实现接口不受限制；当对接口进行功能扩展的话，只需要额
外定义一个实现该接口的类即可，而如果对继承扩展，除需定义继承父类的子类，还需额外修改父类中的定义

JDK骨架类设计思想：首先定义一个接口，声明一个抽象的骨架类实现接口，但是实际的业务类可以同时实现接口，又继承骨架类

问题：可变参数允许传0个参数；如果是参数个数在1～N之间的时候，要做单独的业务控制

推荐：如果是允许传0个参数的情况，尽量使用增强for循环来处理；如果第一个参数需要做单独处理，尽量把第一个参数单独拿出
来作为一个参数使用，后面的参数再用增加for循环来进行处理

问题：如果可能返回null，则需要客户端单独处理为null的情况

目标：追求代码的重用

JDK定义的常用异常

目标：帮助GC；减小栈帧的大小

推荐：（1）在第一次使用的地方进行声明；（2）如果变量初始化条件不满足，尽量就不要声明

推荐：（1）转换成int或long进行计算；（2）使用BigDecimal

推荐：（1）尽量避免字符串连接，在输出字符串之前可以先进行判断；（2）如果需要大量字符串拼接，可以考虑使用StringBuilder或StringBuffer

打开一个站点

数据库查询一条记录（有索引）

机械磁盘一次寻址定位

从机械磁盘顺序读取1M数据

从SSD磁盘顺序读取1M数据

从远程分布式换成Redis读取一个数据

从内存读取1M数据

Java程序本地方法调用

网络传输2KB数据

减少请求数

使用客户端缓冲

启用压缩

资源文件加载顺序

减少Cookie传输

给用户提示（非技术手段）

不同静态资源使用不用域名路径，缓解因浏览器内部机制造成的相同域名静态资源的加载限制

网站性能优化第一定律：优先考虑使用缓存优化性能

推论：缓存离用户越近越好

合理使用缓存的准则

负载均衡

同步和异步：关注结果消息的通信机制

阻塞和非阻塞：关注等待结果返回给调用方的状态

常见的异步

代码基本

并发编程

资源的复用

JVM