velocity vm文件拼接java文件 .java.vm

java虚拟机概述和基本概念

        大体上虚拟机可以分为系统虚拟机和程序虚拟机，Visual Box、VMware就属于系统虚拟机，它们完全是对物理虚拟机的仿真，提供了一个可以运行完整操作系统的软件平台。程序虚拟机典型代表就是java虚拟机，它专门为执行单个程序而设计，在java虚拟机中执行的指令我们都称为java字节码指令。无论是系统虚拟机还是程序虚拟机，在上面运行的软件都限制于虚拟机提供的资源中。

java虚拟机中的基本结构

（1）类加载子系统

        负责从文件系统或者网络中加载Class信息，加载的信息存放在一块称之为方法区的内存空间。

（2）方法区

        用来存放类信息，常量信息，常量池信息，包括字符串字面量和数字常量等。

（3）java堆

        在java虚拟机启动的时候创建java堆，他是java程序最主要的内存工作区域。几乎所有的对象实例都存放于java堆中，堆空间是所有线程共享的。

（4）直接内存

        java的NIO库允许java程序使用直接内存，从而提高性能，通常直接内存会优于java堆。读写频繁的场合可能会考虑使用。

（5）java栈

        每个虚拟线程都有一个私有的栈，一个线程的java栈在线程被创建的时候创建，java栈中保存着局部变量、方法参数、同时java的方法调用、返回值等。

（6）本地方法栈

        本地方法栈和java栈非常类似，最大不同为本地方法栈用于本地方法调用，java虚拟机允许java直接调用本地方法（通常使用C编写）。

（7）垃圾回收系统

        垃圾收集系统是java的核心，也是必不可少的，java有一套自己的垃圾清理的机制，开发人员无需手工清理。

（8）PC寄存器

        PC寄存器也是每个线程私有的空间，java虚拟机会为每个线程创建PC寄存器，在任意时刻，一个java线程总在执行一个方法，这个方法被称为当前方法，如果当前方法不是本地方法，PC寄存器就会执行当前正在被执行的指令，如果是本地方法，则PC寄存器的值为undefined，寄存器存放如当前执行环境指针、程序计数器、操作指针栈、计算的变量指针等信息。

（9）执行引擎

        虚拟机最核心的组件就是执行引擎了，他负责执行虚拟机的字节码，一般会先编译成为机器码后执行。

堆、栈、方法区概念和联系

堆解决的是数据存储的问题，及数据怎么放，放在哪。

栈解决的是程序运行的问题，及程序如何执行或者说如何处理数据。

方法区则是辅助堆、栈的快永久区，解决堆栈信息的产生，是先决条件。

年轻带与老年代区别

        每个对象内部有一个标识，当GC每进行一次垃圾回收，如果该对象还有使用没有被回收就更该他的标识，可以形象的理解为年龄+1，而当GC回收多次，该对象还没有被回收，就通过判断他的标识，如果超过了阈值就将其放入老年区。

新生代分为Eden区，s0区，s1区，s0和s1也被称为from和to区，他们是两块大小相等并且可以互换角色的空间。

绝大多数情况下，对象首先分配在eden区，在一次新生代回收后，如果对象还存活，则会进入s0或者s1区，之后每经过一次新生代回收，如果对象存活他的年龄就+1，当对象达到一定年龄后，就进入老年代。

垃圾收集算法

复制算法：其核心思想就是将内存空间复制为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时，将正在使用的内存中的存留对象复制到未被使用的内存块中，之后清除正在使用的内存块中所有对象，反复交换这两个内存中的角色，完成垃圾回收。（java新生代中的from和to区就是使用这个算法）

引用计数法：这是个比较古老而且经典的垃圾收集算法，其核心就是对象被其他所引用时计数器+1，当引用失效时-1，但是这种方式有非常严重的问题：无法处理循环引用的情况，还有就是每次加减操作比较浪费系统性能。

标记清楚法：就是分为标记和清楚两个阶段进行处理内存中的对象，当然这种方式也有非常大的弊端，就是空间碎片的问题，垃圾回收后的空间不是连续的，不连续的内存空间的工作效率要低于连续的内存空间。

标记压缩发：标记压缩法在标记清楚法基础上做了优化。把存活的对象压缩到内存一端，然后进行垃圾清理。（java中老年代就是使用的标记压缩法）。

java栈

java栈是一块线程私有的内存空间，一个栈一般有三个部分组成：局部变量表，操作数栈和帧数据区。

局部变量表：用于报错函数的参数及局部变量。

操作数栈：主要保存计算过程中的中间结果，同时作为计算过程中变量临时的存储空间。

帧数据区：除了局部变量表和操作数栈以外，栈还需要一些数据来支持常量池的解析。这里帧数据区保存着访问常量池的指针，方便程序访问常量池，另外当函数返回或者出现异常时，虚拟局必须有一个异常处理表，方便发送异常时找到出现异常的代码，因此异常处理表也是帧数据区的一部分。

java方法区

java方法区和堆一样，方法区是一块所有线程共享的内存区域。他保存系统的类信息，比如类的字段，方法，常量池等。方法取得大小决定了系统可以保存多少个类。如果系统定义太多的类，导致方法区溢出，虚拟机同样会抛出内存溢出的错误，方法去可以理解为永久区（Perm）。

虚拟机参数

在虚拟机运行过程中，如果可以跟踪系统的运行状态，那么对问题的故障排查会有一定的帮助，为此，虚拟机提供了一些跟踪系统状态的参数，使用给定的参数执行java虚拟机，就可以在系统运行时打印相关日志，用于分析实际问题。我们进行虚拟机参数配置，其实主要就是围绕着堆、栈、方法区进行配置。

堆内存分配参数（1）

-Xms5m          -Xmx20m              -XX:+PrintGCDetails           -XX:+UseSerialGC          -XX:+PrintCommandLineFlags

jvm初始堆内存  最大堆内存 打印GC详细信息 使用串行的垃圾收集器     将隐式参数传给虚拟机输出

多增加的4M是从max memory

中申请的

总结：在实际工作中，我们可以直接将初始堆大小和最大堆大小的值设置相等，这样的好处是可以减少程序运行的垃圾回收次数，从而提高性能。

堆内存分配参数（2）

-Xmn：可以设置新生代的大小，设置一个比较大的新生代会减少老年代的大小，这个参数对系统性能和GC行为有很大影响，新生代大小一般会设置整个对空间的1/3到1/4左右。

-XX:SurvivorRatio：用来设置eden空间和from/to区的比例。含义-XX:SurvivorRatio=eden/from=eden/to

（新生代会进行频繁的GC，而老年代中的对象会经历十五六次GC后才放入的，相对稳定，所以GC并不频繁）

第一次配置

-Xms20m             -Xmx20m                     -Xmn1m                 -XX:SurvivorRatio=2                     -XX:+PrintGCDetails
 初始化堆内存20M  堆内存最大值20M        新生代内存1M         eden空间和from/to区的比例         打印GC详细信息-XX:+UseSerialGC

  使用串行化

第二次配置

-Xms20m                 -Xmx20m                 -Xmn7m                 -XX:SurvivorRatio=2                         -XX:+PrintGCDetails
初始化堆内存20M  堆内存最大值20M        新生代内存7M         eden空间和from/to区的比例         打印GC详细信息
-XX:+UseSerialGC
  使用串行化

第三次配置：
除了可以设置新生代的绝对大小（-Xmn），还可以使用（-XX：NewRatio）设置新生代和老年代的比例：-XX：NewRatio=老年代/年轻代。一般是2或者3。

-Xms20m -Xmx20m     -XX:NewRatio=2         -XX:+PrintGCDetails       -XX:+UseSerialGC

                                    老年代/新生代的比例

总结：不同的堆分布情况，对系统执行会产生一定的影响，在实际工作中，应该根据系统的特显进行合理的配置，当系统一旦运行，大部分情况都会有一些内存对象从运行创建开始到jvm结束一直存活的，所以老年代应该大一些，比例应该在1/3到1/4左右。-XX：NewRatio一般设置在3左右

基本策略：尽可能将对象留在新生代，减少老年代的GC次数。

栈配置：

java虚拟机提供了参数：-Xss来指定现成的最大栈空间，整个参数也直接决定了函数可调用的最大深度。

垃圾回收算法及概念

GC中的垃圾特指于内存中，不会再被使用的对象，而回收就相当于把垃圾倒掉。垃圾回收有很多种算法：如引用计数法，标记压缩法，复制算法，分代，分区的思想。

引用计数法：这是个比较古老而且经典的垃圾收集算法，其核心就是对象被其他所引用时计数器+1，当引用失效时-1，但是这种方式有非常严重的问题：无法处理循环引用的情况，包括多重继承时会产生一些列问题，还有就是每次加减操作比较浪费系统性能。

标记清除法：就是分为标记和清除两个阶段进行处理内存中的对象，当然这种方式也有非常大的弊端，就是空间碎片的问题，GC进行回收时并不是严格按照回收5M就准确清理5*1024*1024的空间，包括堆内存的创建并不是指定了5M就会严格产生5*1024*1024的空间，而是会产生一些残留，可以通过JVM参数查看GC工作时的具体信息。垃圾回收后的空间不是连续的，不连续的内存空间的工作效率要低于连续的内存空间。 

标记压缩发：标记压缩法在标记清楚法基础上做了优化。把存活的对象压缩到内存一端，然后进行垃圾清理。（java中老年代就是使用的标记压缩法）

复制算法：其核心思想就是将内存空间复制为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时，将正在使用的内存中的存留对象复制到未被使用的内存块中，之后清除正在使用的内存块中所有对象，反复交换这两个内存中的角色，完成垃圾回收。（java新生代中的from和to区就是使用这个算法）

分区算法：这种算法是在oracle收购了java，1.7以后提出的，主要作用就是讲整个内存分为N多个小的独立空间，每个小空间都可以独立使用，这样细粒度的控制一次回收多少个小空间和哪些个小空间，而不是对整个空间进行GC，从而提升性能，并减少GC停顿时间。

为什么新生代和老年代使用不同的算法呢?

        因为新生代的GC是非常频繁的，其中的对象非常不稳定，比如其中有100个对象，一次就要回收4、50个，而老年代中的对象已经极力过了很多次GC，说明一直都在被使用，所以可能被GC回收的对象会比较少，比方说100个中回收4、5个，所以讲大部分的对象压缩到一端，只回收一小部分区域中的4、5个对象，没必要使用复制算法，这样更加节约性能。

这样也体现了JVM通过不同的算法和机制来提升GC的性能，这种算法的不同也叫作分代算法。

垃圾回收时的停顿现象：

垃圾回收器的任务是识别和回收垃圾对象进行内存清理，为了让垃圾回收器可以高效地执行，大部分情况下，会要求系统进入一个停顿状态。停顿的目的是终止所有的应用线程，只有这样系统才不会有新的垃圾产生，同时停顿保证了系统状态在某个瞬间的一致性，也有益于更好地标记垃圾对象。因此在垃圾回收时，都会产生应用程序的停顿。

对象如何进入老年代：

一般而言对象首次被创建会被放在新生代的eden区，如果没有GC介入，则对象不会离开eden区，那么eden区的对象如何进入老年代呢？一般来讲，只要对象的年龄达到一定大小就会离开新生代进入老年区，对象年龄是由对象经历过的GC次数决定的。在新生代每次GC过后如果对象没有被回收，则年龄加1，虚拟机提供了一个参数来控制新生代对象的最大年龄，当超过这个年龄范围就会进入老年代。

控制新生代对象的最大年龄参数： -XX:MaxTenuringThreshold，默认情况下为15.

刚创建的对象都在eden区：

新生代的eden区被使用了35%，老年代完全没有被使用

测试对象进入老年代过程，使用参数：-Xmx1024M -Xms1024M -XX:+UseSerialGC -XX:MaxTenuringThreshold=15
-XX:+PrintGCDetails

另外，大对象（新生代eden区无法装入时，也会直接进入老年代）。JVM里有参数（-XX：PretenureSizeThreshold）可以直接设置对象的大小在超过指定大小后，直接进入老年代

使用参数：-Xmx30M -Xms30M -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails -XX:PretenureSizeThreshold=1024000

  

因为参数XX:PretenureSizeThreshold的值：1024000<new byte[1024*1024]的值，可见大部分数据进入了老年区

但是当换一种方式后，参数为：-Xmx30M -Xms30M -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails -XX:PretenureSizeThreshold=1000 

虽然new byte[1024];的容量>-XX:PretenureSizeThreshold的1000 ，但看下图大量的对象还是进入了eden

这是因为：虚拟机对于体积不大的对象 会优先把数据分配到TLAB区域中，因此就失去了在老年代分配的机会

加上参数：-Xmx30M -Xms30M -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails -XX:PretenureSizeThreshold=1000 -XX:-UseTLAB（-为禁止使用该功能），重新测试

这次可见大多数据进入了老年区。

TLAB

        TLAB全称是：Thread Local Allocation Buffer即线程本地缓存分配，从名称上看是一个线程专用的内存分配区域。是为了加速个线程执行效率而生的（volatile是为了该线程不再读取自己的内存缓存，而强制该线程回主内存中取数据，该线程的内存缓存就是TLAB）。每个线程都会产生一个TLAB，该线程独享的工作区域，java虚拟机使用这种TLAB区避免多线程冲突问题，提高了对象分配的效率。TLAB空间一般不会太大，当大对象无法再TLAB中分配时，直接分配在堆中。

        jdk1.7后TLAB虚拟机会自动进行调整，所以如果对TLAB不熟悉，不建议随意对其改动。

对象的创建流程

垃圾收集器

在java的虚拟机中，垃圾回收器不仅仅只有一种，什么情况下该使用哪种，都是我们需要了解的：

串行垃圾回收器（较古老）

串行回收器是指使用单线程进行垃圾回收的回收器。每次回收时，串行回收器只有一个工作线程，对并行能力（配置较弱）较弱的计算机来说，串行回收器的专注性和独占性往往有更好的性能表现，串行回收器可以在新生代和老年代使用，根据不同的堆空间分为，新生代串行回收器和老年代串行回收器。使用-XX:+UseSerialGC  参数可以设置新生代串行回收器和老年代串行回收器

并行垃圾回收器

并行回收器可以使用多个线程同时进行垃圾回收，对计算能力强的计算机而言，可以有效地缩短垃圾回收所需的实际时间。

ParNew回收器（较古老）是一个工作在新生代的垃圾收集器，他只是简单地将串行回收器多线程化，他的回收策略和算法和串行回收器一样。

使用-XX:+UseParNewGC    新生代parnew回收器，老年代则使用串行回收器，ParNew回收器工作室的线程数量可以使用

-XX：ParallelGCThreads参数指定，一般最好和计算机的CPU相当，避免过多的线程影响性能。

新生代ParalleIGC回收器（现在使用），使用了复制算法的收集器，也是多线程独占形式的收集器，但是ParalleIGC有个非常重要的特点，就是非常关注系统的吞吐量。
提供了两个非常重要的参数设置系统的吞吐量，
-XX:MaxGCPauseMillis：设置最大垃圾停顿时间，可用把虚拟机在GC停顿的时间控制在MaxGCPauseMillis范围内，如果希望减少GC停顿时间MaxGCPauseMillis可以设置很小，但会导致GC频繁，从而增加了GC的总时间，降低了吞吐量，所以需要根据实际情况设置该值。
-XX:GCTimeRatio：设置吞吐量的大小，他是一个0--100之间的整数，默认情况下取值是99，那么系统将花费不超过

1/（1+n）的时间用于垃圾回收，也就是1/（1+99）=1%的时间。

另外，还可以指定-XX:UseAdaptiveSizePolicy打开自适应模式，在这种模式下，新生代的大小，eden，from/to的比例，以及晋升老年代的年龄参数会被自动调整，已达到堆大小，吞吐量和停顿时间之间的平衡点。

老年代ParalleIOldGC回收器（现在使用）也是一种多线程的回收器，和新生代的ParalleIGC回收器一样，也是一种关注吞吐量的回收器，它使用了标记压缩算法进行实现。

-XX:+UseParalleIOldGC：设置使用该收集器
-XX:+ParalleIGCThreads：设置垃圾收集时的线程数量

。

CMS回收器（在1.7是主流，目前最成熟的一种）

CMS全称为Concurrent Mark Sweep意为并发标记清除，它使用的是标记清除法，主要关注系统停顿时间。
        使用-XX:+UseConcMarkSweepGC 进行使用设置
        使用-XX:ConcGCThreads 设置线程并发数量

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction来指定，默认为68，也就是说当老年代的使用率达到68%的时候，会执行CMS回收。如果内存使用增长的很快，在CMS执行的过程中，已经出现了内存不足的情况，此时CMS就会回收失败，虚拟机将启用老年代串行回收器进行垃圾回收，这会导致应用程序中断，直到垃圾回收完成后才会正常工作，这个过程GC可能停顿时间较长，所以-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction的值要根据实际情况来设置。

    之前有提到标记清除法有个缺点就是会产生内存碎片的问题，那么CMS有个参数设置：
-XX:UseCMSCompactAtFullCollection可以使CMS回收完成后进行一次碎片整理，-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction参数可以设置进行多少次CMS后，堆内存进行一次压缩。

新生代中的数据并不稳定，老年代较为稳定，并且老年代中可能会有大量数据需要停留。