JVM原理及调优（一）

一、了解JVM

1. 1 JVM的基本结构
java虚拟机由五部分组成分别为：Java堆（Heap）、方法区（Method）、虚拟机栈（VM Stack）、本地方法区（Native MethodcStack）和程序计数器（Program Counter Register）。
在日常工作中我们经常将JVM 粗略概括为堆栈（Java堆和方法区），但事实上其组成上远比这复杂。（PS：JDk1.8的JVM）
JVM原理及调优（一）
1.1.1 Java堆
java堆是JVM管理的内存中最大的一块，该区域是所有内存共享的，在虚拟机启动时被创建。The heap is the runtime data area from which memory for all class instances and arrays is allocated。（java 虚拟机规范中原文）此区域是用来存储各类生成的对象及数组等，在JVM8以后把运行时的常量池、静态变量也移到这里存储。
java堆可以细分为年轻代（Young Generation）、老年代（old Gen），而年轻代又可以分为Eden区、From Survivor、To Survivor 比例为 8：1:1。根据java虚拟机规范中的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上连续就可以，就像磁盘空间。在实现上，java堆既可以固定大小，又可以拓展，当前的java 虚拟机都是按照可拓展来实现的（通知设置-Xmx和-Xms），如果堆中有没有完成内存分配的实例，并且堆也无法再拓展，就会抛出OOM（OutOfMemoryError），因此java堆也是垃圾收集管理的主要区域。
下面我们就通过代码模拟java堆溢出：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 测试java堆溢出
 * VM：-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 */
public class HeapOOM {

    static class OOMObject{
    }
    public static void main(String[] args) {
        List<OOMObject> list=new ArrayList<OOMObject>();
        while (true){
            list.add(new OOMObject());
        }
    }
}

其运行结果为：
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java堆用于存储对象实例，只要不断创建对象，并且保证GC Roots到对象之前有可达路径来避免垃圾回收机制清除这些对象，那么对象数量达到最大堆容量就会产生内存溢出。
java堆内存溢出是实际应用中常见的内存溢出情况。要解决这个区域的异常，一般先通过工具分析（比如Eclipse Memory Analzer）对Dump出来的文件进行分析，确认是内存泄露还是内存溢出。
如果是内存泄露，可进一步通过工具查看泄露对象到GC Roots的引用链。查明对象是通过怎么样的路径与GC roots相关联并导致垃圾回收无法自动回收它们，定位到相关联的代码。
如果是内存溢出，那就应当调整虚拟机的内存大小。

1.2 方法区
在1.8之前方法区中分为也被称为“永久代”，用于存储类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据，内存分配上也是使用jvm 中的内存。到了1.8之后，将常量、静态变量的存储移至java堆，使用‘元空间（MetaSpace）’的实现，不在共用JVM内存，直接使用系统内存，该区域也是线程共享的。
下面通过一段代码来看看方法区的内存溢出

import org.springframework.cglib.proxy.Enhancer;
import org.springframework.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import org.springframework.cglib.proxy.MethodProxy;

import java.lang.reflect.Method;

/**
 * 方法区内存溢出
 * VM: -XX:MaxMetaspaceSize=5M
 *
 */
public class MetaOOM {
    static class OOMObject{
    }
    public static void main(String[] args) {
        while (true){
            Enhancer enhancer=new Enhancer();
            enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);
            enhancer.setUseCache(false);
            enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
                public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
                    return methodProxy.invokeSuper(o,objects);
                }
            });
            enhancer.create();
        }
    }
}

其运行结果为
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该例子中使用运行时产生大量的类来填满方法区，直到溢出。该区域可以通过 -XX:MaxMetaspaceSize 设置大小，在不指定大小的情况小，虚拟机会耗尽所有可用的系统内存。
在实际应用中，如spring、Hibernate等在对类进行增强时都会使用到CGlib这类字节码技术，增强的类越多，就需要越大的方法区来保证动态生成的class可以载入内存。除了上述情况会导致方法区内存溢出，还有使用大量jsp或者动态产生jsp文件的应该（因为jsp第一次运行时需要编译为java类）。

1.3 java虚拟机栈
java虚拟机栈是线程私有的，它的生命周期与线程相同。每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈的入栈和出栈过程。
局部变量表存放了编译期可知的各种基本类型（boolean、byte、char、int、long、double、float）、对象引用和returnAddress类型。
当线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度时，将抛出StackOverflowError异常；当拓展时无法申请到足够的内存时会抛出OOM异常。

/**
 * 测试虚拟机栈溢出
 * VM -Xss128k
 */
public class StackOFE {

    private int stacklen=1;
    public void stackleak(){
        stacklen++;
        stackleak();
    }

    public static void main(String[] args)throws Throwable {
        StackOFE stackOFE=new StackOFE();
        try{
            stackOFE.stackleak();
        }catch (Throwable e){
            System.out.println("stack length:" +stackOFE.stacklen);
            throw e;
        }
    }
}

运行结果为：
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