一、JVM简介

JVM是Java Virtual Machine(Java虚拟机)的缩写,Java语言使用模式Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息,使得Java语言编译程序只需生成在Java 虚拟机上运行的目标代码(字节码),就可以在多种平台上不加修改地运行。Java虚拟机在执行字节码时,把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。JVM 也有自己的相关规范,使得第三方可以开发出自己的JVM,比如IBMJVM,MSJVM,HOTSPOT JVM(SUN)。本文是参考HOTSPOT JVM进行介绍。

二、JVM内存结构

JVM内存框架图

注: 上图的序号是从左向右进行标记,序号顺序不代表逻辑关系

下面我们将按逻辑关系进行介绍

1 JVM Process Heap

32位OS:最多约2GB

64位OS:更多。

2 Java Object Heap(JAVA Heap)

通常被称为JVM  heap ,容易和JVM process Heap混淆,它是用来存储java OBject的如:

Object的实例和Object的基本数据及引用。

-XX:MinHeapFreeRatio=

Default is 40 (40%)

-XX:MaxHeapFreeRatio=

Default 70%

JVM初始分配的内存由-Xms指定,默认是物理内存的1/64;JVM最大分配的内存由-Xmx指定,默认是物理内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。因此服务器一般设置-Xms、-Xmx相等以避免在每次GC后调整堆的大小。

3、Young Generation

所有新创建的Object 都将会存储在这里。

配置方式 :

-Xmn – not preferred (fixed value)

-XX:NewRatio=<value> - preferred

(dynamic)

官方推荐的配置是新生代(Young Generation)占整个Java Object Heap内存的33%

4、Eden Space

新的Object总是创建在Eden Space。

5、Old Generation

如果Young Generation的数据在一次或多次GC后存活下来,那么将被转移到OldGeneration。

6、Survivor Spaces

GC时,Eden中活的对象复制到surivivor spaces ,当对象达到最打值(老化)时,被送到Old Generation

10、Tenured Space

5MB min 44MB max (default)

这就是传说中的老年代,官方给的解释就是:

pool containing objects that have existed for some time in the survivor space.

11、Everything else

这其实就是我们常常见到的no-heap

12、Permanent Space

4MB initial , 63MB max

存储class的函数及其他的meta Data.

配置方式:

-XX:PermSize=<value> (initial)

-XX:MaxPermSize=<value> (max)

13、Code Generation

转换byte code 为native code.

基本不会导致内存异常。

如果该操作没有足够的空间,JVM可能会导致崩溃。

14、Socket Buffers

包括两部分:1:Receive buffer ~37k   2:Send buffer ~25k

需要在JAVA代码中来控制他,所以在外部无法配置。

他可能导致的异常:IOException: Too many open files (for example)

15、Threaded JVM Stacks

jvm stacks:

jvm stack: frame data 、operand stack ...

Thread Stacks:

表示各个Thread所分配的空间。

默认至取决于OS/JVM

线程数增加,Thread Stacks则增大。

配置: –Xss

异常:java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread

如果-Xss配置的太小,会引起

java.lang.StackOverflowError

16、Direct Memory Space

他可以让开发人员映射内存到java Object Heap外。

配置: XX:MaxDirectMemorySize=<value>

17、JNI Code

JNI code本身使用的内存非常小。

19、JNI allocate memory

JNI 程序本身也需要分配内存。

18、Garbage Collection

其实GC也是需要内存的,gc线程的消耗以及存放GC所缓存的信息。

这里简单介绍下GC的历史:

GC始于1959 –LISP语言

他的初衷:

1、 自动内存清理

2、 让开发变得简单

3、 让debug更方便

Gc的过程

1、锁(Lock it down)

所有对象在GC时会被锁定,以保证他们不会变化。

2、标记(Mark)

遍历所有对象,标记 不可到达阶段的对象(unreachable)为 垃圾(需要回收)

3、清理(Sweep)

删除所有被标记对象

清理内存

GC在早及的JAVA版本中的问题

1、GC不能很好的协调。

2、只有一个算法。

3、标记(Mark)、清理(Sweep)需要扫描整个Heap,需要花费很久的时间。当然该时间取决与堆的大小。所以人们发明了永久性空间(Permanent Space)

GC工作原理:

Eden——所有新创建的对象都被放置在这里。

Survivor——当Eden区空间不足时,会将其中依旧存活的对象拷贝到两块Survivor区域(FromSpace和ToSpace)中的一个,如果此时这个Survivor区域也空间不足,则将该块区域中存活的对象拷贝到另一块区域中。注意,总有一个Survivor区域是空的。

Young Generation——对Young Generation的垃圾回收叫minor GC,通常很多的对象都活不过一次GC。

Old Generation——但一个Survivor区域满了的时候,会将该区域中已经历一定次数GC而依旧存活的对象放到Old Generation中。如果Old Generation也满了,那就要Full GC了。Full GC很耗性能,当Full GC进行时,应用程序会暂停。由于大部分对象都活不过一次GC,所以如果服务器上频繁的发生Full GC,就要关注下是不是出问题了。

三、引起的异常

1、java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

原因:Heap内存溢出,意味着Young和Old generation的内存不够。

解决:调整java启动参数-Xms -Xmx 来增加Heap内存。

2、java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread

原因:Stack空间不足以创建额外的线程,要么是创建的线程过多,要么是Stack空间确实小了。

解决:由于JVM没有提供参数设置总的stack空间大小,但可以设置单个线程栈的大小;而系统的用户空间一共是3G,除了Text/Data/BSS /MemoryMapping几个段之外,Heap和Stack空间的总量有限,是此消彼长的。因此遇到这个错误,可以通过两个途径解决:1.通过-Xss启动参数减少单个线程栈大小,这样便能开更多线程(当然不能太小,太小会出现StackOverflowError);2.通过-Xms -Xmx 两参数减少Heap大小,将内存让给Stack(前提是保证Heap空间够用)。

3、java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

原因:Permanent Generation空间不足,不能加载额外的类。

解决:调整-XX:PermSize= -XX:MaxPermSize= 两个参数来增大PermGen内存。一般情况下,这两个参数不要手动设置,只要设置-Xmx足够大即可,JVM会自行选择合适的PermGen大小。

4、java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit

原因:这个错误比较少见(试着new一个长度1亿的数组看看),同样是由于Heap空间不足。如果需要new一个如此之大的数组,程序逻辑多半是不合理的。

解决:修改程序逻辑吧。或者也可以通过-Xmx来增大堆内存。

在GC花费了大量时间,却仅回收了少量内存时,也会报出OutOfMemoryError ,我只遇到过一两次。当使用-XX:+UseParallelGC或-XX:+UseConcMarkSweepGC收集器时,在上述情况下会报错,在HotSpot GC Turning文档 上有说明:The parallel(concurrent) collector will throw an OutOfMemoryError if too much time is being spent in garbage collection: if more than 98% of the total time is spent in garbage collection and less than 2% of the heap is recovered, an OutOfMemoryError will be thrown.

对这个问题,一是需要进行GC turning,二是需要优化程序逻辑。

5、java.lang.StackOverflowError

原因:这也内存溢出错误的一种,即线程栈的溢出,要么是方法调用层次过多(比如存在无限递归调用),要么是线程栈太小。

解决:优化程序设计,减少方法调用层次;调整-Xss参数增加线程栈大小。

6、IOException: Too many open files

原因: 这个是由于TCP connections 的buffer 大小不够用了。

7、java.lang.OutOfMemoryError:Direct buffer memory

解决:调整-XX:MaxDirectMemorySize=<value>