JVM

JAVA运行时数据区域

程序计数器

程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，它是程序控制流的指示器，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换、分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。

如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是本地（Native）方法，这个计数器值则应为空（Undefined）。此内存区域是唯一一个在《Java虚拟机规范》中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

与程序计数器一样，Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型：每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果Java虚拟机栈容量可以动态扩展（ HotSpot不区分虚拟机栈和本地方法栈，栈容量只能由-Xss参数来设定（默认1M），且不支持动态扩展，以前的Classic虚拟机倒是可以。所以在HotSpot虚拟机上是不会由于虚拟机栈无法扩展而导致OutOfMemoryError异常——只要线程申请栈空间成功了就不会有OOM，但是如果申请时就失败，仍然是会出现OOM异常的），当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛OutOfMemoryError异常。

Java堆

对于Java应用程序来说，Java堆（Java Heap）是虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，Java世界里”几乎（由于即时编译技术的进步，尤其是逃逸分析技术的日渐强大，栈上分配、标量替换优化手段已经导致一些微妙的变化悄然发生，所以说Java对象实例都分配在堆上也渐渐变得不是那么绝对了。）“所有的对象实例都在这里分配内存。

如果从分配内存的角度看，所有线程共享的Java堆中可以划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB），以提升对象分配时的效率。不过无论从什么角度，无论如何划分，都不会改变Java堆中存储内容的共性，无论是哪个区域，存储的都只能是对象的实例，将Java堆细分的目的只是为了更好地回收内存，或者更快地分配内存。

Java堆既可以被实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的Java虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过参数-Xmx和-Xms设定）。如果在Java堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，Java虚拟机将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。

在JDK 6的时候HotSpot开发团队就有放弃永久代，逐步改为采用本地内存（Native Memory）来实现方法区的计划了，到了JDK 7的HotSpot，已经把原本放在永久代的字符串常量池、静态变量等移出，而到了JDK 8，终于完全废弃了永久代的概念，改用与JRockit、J9一样在本地内存中实现的元空间（Metaspace）来代替，把JDK 7中永久代还剩余的内容（主要是类型信息）全部移到元空间中。

运行时常量池

运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池表（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。

运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，**Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是说，并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可以将新的常量放入池中，**这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的intern()方法。既然运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

直接内存

直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，在JDK 1.4中新加入了NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

一般服务器管理员配置虚拟机参数时，会根据实际内存去设置-Xmx等参数信息，但经常忽略掉直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制（包括物理的和操作系统级的限制），从而导致动态扩展时出现 OutOfMemoryError异常。

对象

java对象的创建方式

使用new关键字，例如：
```
User user = new User();
```

使用Class类的newInstance方法:

User user = (User)Class.forName("根路径.User").newInstance();
User user = User.class.newInstance();

使用Constructor类的newInstance方法：
方法和Class类的newInstance方法很像，java.lang.relect.Constructor类里也有一个newInstance方法可以创建对象。我们可以通过这个newInstance方法调用有参数的和私有的构造函数。如：
```
Constructor<User> constructor = User.class.getInstance();
User user = constructor.newInstance();
```
这两种newInstance的方法就是大家所说的反射，事实上Class的newInstance方法内部调用Constructor的newInstance方法。这也是众多框架Spring、Hibernate、Struts等使用后者的原因。并且该方法是通过反射实现的，且支持有参构造函数。
使用Clone的方法：无论何时我们调用一个对象的clone方法，JVM就会创建一个新的对象，将前面的对象的内容全部拷贝进去，用clone方法创建对象并不会调用任何构造函数。要使用clone方法，我们必须先实现Cloneable接口并实现其定义的clone方法。如：
```
User user = <User>user.clone();
```
这也是原型模式的应用。
使用反序列化：当我们序列化和反序列化一个对象，JVM会给我们创建一个单独的对象，在反序列化时，JVM创建对象并不会调用任何构造函数。为了反序列化一个对象，我们需要让我们的类实现Serializable接口。如：
```
ObjectInputStream in = new ObjectInputStream (new FileInputStream("data.obj")); 
User user = (User)in.readObject();
```

对象如何创建

当Java虚拟机遇到一条字节码new指令时，首先将去检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过。如果没有，那必须先执行相应的类加载过程。在类加载检查通过后，接下来虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需内存的大小在类加载完成后便可完全确定，为对象分配空间的任务实际上便等同于把一块确定大小的内存块从Java堆中划分出来。

对象创建在虚拟机中是非常频繁的行为，即使仅仅修改一个指针所指向的位置，在并发情况下也并不是线程安全的，可能出现正在给对象A分配内存，指针还没来得及修改，对象B又同时使用了原来的指针来分配内存的情况。解决这个问题有两种可选方案：

对分配内存空间的动作进行同步处理——实际上虚拟机是采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性；
把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行，即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲（Thread Local Allocation Buffer，TLAB），哪个线程要分配内存，就在哪个线程的本地缓冲区中分配，只有本地缓冲区用完了，分配新的缓存区时才需要同步锁定。虚拟机是否使用TLAB，可以通过-XX：+/-UseTLAB参数来设定。

对象的内存布局

在HotSpot虚拟机里，对象在堆内存中的存储布局可以划分为三个部分：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。

HotSpot虚拟机对象的对象头部分包括两类信息。

第一类是用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等。
另外一部分是类型指针，即对象指向它的类型元数据的指针，Java虚拟机通过这个指针来确定该对象是哪个类的实例。并不是所有的虚拟机实现都必须在对象数据上保留类型指针，换句话说，查找对象的元数据信息并不一定要经过对象本身。此外，如果对象是一个Java数组，那在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据，因为虚拟机可以通过普通Java对象的元数据信息确定Java对象的大小，但是如果数组的长度是不确定的，将无法通过元数据中的信息推断出数组的大小。

实例数据部分是对象真正存储的有效信息，即我们在程序代码里面所定义的各种类型的字段内容，无论是从父类继承下来的，还是在子类中定义的字段都必须记录起来。这部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数（-XX：FieldsAllocationStyle参数）和字段在Java源码中定义顺序的影响。

对象的第三部分是对齐填充，这并不是必然存在的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作用。

内存溢出

Java堆溢出

Java堆用于储存对象实例，我们只要不断地创建对象，并且保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免垃圾回收机制清除这些对象，那么随着对象数量的增加，总容量触及最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常。

虚拟机栈和本地方法栈溢出

如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverflowError异常。
如果虚拟机的栈内存允许动态扩展，当扩展栈容量无法申请到足够的内存时，将抛出OutOfMemoryError异常。

·使用-Xss参数减少栈内存容量。

操作系统分配给每个进程的内存是有限制的，譬如32位Windows的单个进程最大内存限制为2GB。HotSpot虚拟机提供了参数可以控制Java堆和方法区这两部分的内存的最大值，那剩余的内存即为2GB（操作系统限制）减去最大堆容量，再减去最大方法区容量，由于程序计数器消耗内存很小，可以忽略掉，如果把直接内存和虚拟机进程本身耗费的内存也去掉的话，剩下的内存就由虚拟机栈和本地方法栈来分配了。因此为每个线程分配到的栈内存越大，可以建立的线程数量自然就越少，建立线程时就越容易把剩下的内存耗尽。

方法区和运行时常量池溢出

在JDK 8以后，永久代便完全退出了历史舞台，元空间作为其替代者登场。在默认设置下，动态创建新类型的测试用例已经很难再迫使虚拟机产生方法区的溢出异常了。

本机直接内存溢出

直接内存（Direct Memory）的容量大小可通过-XX：MaxDirectMemorySize参数来指定，如果不去指定，则默认与Java堆最大值（由-Xmx指定）一致。

由直接内存导致的内存溢出，一个明显的特征是在Heap Dump文件中不会看见有什么明显的异常情况，如果发现内存溢出之后产生的Dump文件很小，而程序中又直接或间接使用了DirectMemory（典型的间接使用就是NIO），那就可以考虑重点检查一下直接内存方面的原因了。

垃圾回收

对象存活算法

引用计数算法

在对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加一；当引用失效时，计数器值就减一；任何时刻计数器为零的对象就是不可能再被使用的。主流的Java虚拟机里面都没有选用引用计数算法来管理内存，主要原因是，这个看似简单的算法有很多例外情况要考虑，必须要配合大量额外处理才能保证正确地工作，譬如单纯的引用计数就很难解决对象之间相互循环引用的问题。

可达性分析算法

是通过一系列称为“GC Roots”的根对象作为起始节点集，从这些节点开始，根据引用关系向下搜索，搜索过程所走过的路径称为“引用链”（Reference Chain），如果某个对象到GC Roots间没有任何引用链相连，或者用图论的话来说就是从GC Roots到这个对象不可达时，则证明此对象是不可能再被使用的。

在Java技术体系里面，固定可作为GC Roots的对象包括以下几种：

在虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象，譬如各个线程被调用的方法堆栈中使用到的参数、局部变量、临时变量等。
在方法区中类静态属性引用的对象，譬如Java类的引用类型静态变量。
在方法区中常量引用的对象，譬如字符串常量池（String Table）里的引用。
在本地方法栈中JNI（即通常所说的Native方法）引用的对象。
Java虚拟机内部的引用，如基本数据类型对应的Class对象，一些常驻的异常对象（比如NullPointExcepiton、OutOfMemoryError）等，还有系统类加载器。
所有被同步锁（synchronized关键字）持有的对象。
反映Java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回调、本地代码缓存等。

即使在可达性分析算法中判定为不可达的对象，也不是“非死不可”的，这时候它们暂时还处于“缓刑”阶段，要真正宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记过程：如果对象在进行可达性分析后发现没有与GC Roots相连接的引用链，那它将会被第一次标记，随后进行一次筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。假如对象没有覆盖finalize()方法，或者finalize()方法已经被虚拟机调用过，那么虚拟机将这两种情况都视为“没有必要执行”。

回收方法区

方法区的垃圾收集主要回收两部分内容：废弃的常量和不再使用的类型。回收废弃常量与回收Java堆中的对象非常类似。

垃圾收集算法

分代收集理论

弱分代假说（Weak Generational Hypothesis）：绝大多数对象都是朝生夕灭的。
强分代假说（Strong Generational Hypothesis）：熬过越多次垃圾收集过程的对象就越难以消亡。
跨代引用假说（Intergenerational Reference Hypothesis）：跨代引用相对于同代引用来说仅占极少数。

标记-清除算法

如它的名字一样，算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后，统一回收掉所有被标记的对象，也可以反过来，标记存活的对象，统一回收所有未被标记的对象。

标记-复制算法

标记-复制算法常被简称为复制算法。为了解决标记-清除算法面对大量可回收对象时执行效率低的问题。它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。如果内存中多数对象都是存活的，这种算法会产生大量的内存间复制的开销，但对于多数对象都是可回收的情况，算法需要复制的就是占少数的存活对象，而且每次都是针对整个半区进行内存回收，分配内存时也就不用考虑有空间碎片的复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配即可。这样实现简单，运行高效，不过其缺陷也显而易见，这种复制回收算法的代价是将可用内存缩小为了原来的一半，空间浪费未免太多了一点。

标记-复制算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作，效率将会降低。更关键的是，如果不想浪费50%的空间，就需要有额外的空间进行分配担保，以应对被使用的内存中所有对象都100%存活的极端情况，所以在老年代一般不能直接选用这种算法。主要用于回收新生代。

标记-整理算法

标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向内存空间一端移动，然后直接清理掉边界以外的内存。标记-清除算法与标记-整理算法的本质差异在于前者是一种非移动式的回收算法，而后者是移动式的。主要用于回收老年代。

垃圾收集器

并行（Parallel）：并行描述的是多条垃圾收集器线程之间的关系，说明同一时间有多条这样的线程在协同工作，通常默认此时用户线程是处于等待状态。
并发（Concurrent）：并发描述的是垃圾收集器线程与用户线程之间的关系，说明同一时间垃圾收集器线程与用户线程都在运行。由于用户线程并未被冻结，所以程序仍然能响应服务请求，但由于垃圾收集器线程占用了一部分系统资源，此时应用程序的处理的吞吐量将受到一定影响。

Serial收集器

它进行垃圾收集时，必须暂停其他所有工作线程，直到它收集结束。

ParNew收集器

ParNew收集器实质上是Serial收集器的多线程并行版本，除了同时使用多条线程进行垃圾收集之外，其余的行为包括Serial收集器可用的所有控制参数（例如：-XX：SurvivorRatio、-XX：PretenureSizeThreshold、-XX：HandlePromotionFailure等）、收集算法、Stop The World、对象分配规则、回收策略等都与Serial收集器完全一致。

Parallel Scavenge收集器

是一款新生代收集器，同样是基于标记-复制算法实现的收集器，也是能够并行收集的多线程收集器，目标则是达到一个可控制的吞吐量，吞吐量就是处理器用于运行用户代码的时间与处理器总消耗时间的比值。 $$ 吞吐量 = 运行用户代码时间/(运行用户代码时间+运行垃圾收集时间) $$ 如果虚拟机完成某个任务，用户代码加上垃圾收集总共耗费了100分钟，其中垃圾收集花掉1分钟，那吞吐量就是99%。停顿时间越短就越适合需要与用户交互或需要保证服务响应质量的程序，良好的响应速度能提升用户体验；而高吞吐量则可以最高效率地利用处理器资源，尽快完成程序的运算任务，主要适合在后台运算而不需要太多交互的分析任务。

Serial Old收集器

Serial Old是Serial收集器的老年代版本，它同样是一个单线程收集器，使用标记-整理算法。这个收集器的主要意义也是供客户端模式下的HotSpot虚拟机使用。如果在服务端模式下，它也可能有两种用途：一种是在JDK 5以及之前的版本中与Parallel Scavenge收集器搭配使用，另外一种就是作为CMS收集器发生失败时的后备预案，在并发收集发生Concurrent Mode Failure时使用。

Parallel Old收集器

Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，支持多线程并发收集，基于标记-整理算法实现。这个收集器是直到JDK 6时才开始提供的，在此之前，新生代的Parallel Scavenge收集器一直处于相当尴尬的状态，原因是如果新生代选择了Parallel Scavenge收集器，老年代除了Serial Old（PSMarkSweep）收集器以外别无择，其他表现良好的老年代收集器，如CMS无法与它配合工作。由于老年代Serial Old收集器在服务端应用性能上的“拖累”，使用Parallel Scavenge收集器也未必能在整体上获得吞吐量最大化的效果。同样，由于单线程的老年代收集中无法充分利用服务器多处理器的并行处理能力，在老年代内存空间很大而且硬件规格比较高级的运行环境中，这种组合的总吞吐量甚至不一定比ParNew加CMS的组合来得优秀。直到Parallel Old收集器出现后，“吞吐量优先”收集器终于有了比较名副其实的搭配组合，在注重吞吐量或者处理器资源较为稀缺的场合，都可以优先考虑Parallel Scavenge加Parallel Old收集器这个组合。

CMS收集器

CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。目前很大一部分的Java应用集中在互联网网站或者基于浏览器的B/S系统的服务端上，这类应用通常都会较为关注服务的响应速度，希望系统停顿时间尽可能短，以给用户带来良好的交互体验。CMS收集器就非常符合这类应用的需求。

从名字（包含“Mark Sweep”）上就可以看出CMS收集器是基于标记-清除算法实现的，它的运作过程相对于前面几种收集器来说要更复杂一些，整个过程分为四个步骤，包括： 1）初始标记（CMS initial mark） 2）并发标记（CMS concurrent mark） 3）重新标记（CMS remark） 4）并发清除（CMS concurrent sweep）其中初始标记、重新标记这两个步骤仍然需要“Stop The World”。初始标记仅仅只是标记一下GC Roots能直接关联到的对象，速度很快；并发标记阶段就是从GC Roots的直接关联对象开始遍历整个对象图的过程，这个过程耗时较长但是不需要停顿用户线程，可以与垃圾收集线程一起并发运行；而重新标记阶段则是为了修正并发标记期间，因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录（详见3.4.6节中关于增量更新的讲解），这个阶段的停顿时间通常会比初始标记阶段稍长一些，但也远比并发标记阶段的时间短；最后是并发清除阶段，清理删除掉标记阶段判断的已经死亡的对象，由于不需要移动存活对象，所以这个阶段也是可以与用户线程同时并发的。由于在整个过程中耗时最长的并发标记和并发清除阶段中，垃圾收集器线程都可以与用户线程一起工作，所以从总体上来说，CMS收集器的内存回收过程是与用户线程一起并发执行的。

Garbage First收集器(G1)

作为CMS收集器的替代者和继承人，设计者们希望做出一款能够建立起“停顿时间模型”（Pause Prediction Model）的收集器，停顿时间模型的意思是能够支持指定在一个长度为M毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间大概率不超过N毫秒这样的目标，这几乎已经是实时Java（RTSJ）的中软实时垃圾收集器特征了。

G1开创的基于Region的堆内存布局是它能够实现这个目标的关键。虽然G1也仍是遵循分代收集理论设计的，但其堆内存的布局与其他收集器有非常明显的差异：G1不再坚持固定大小以及固定数量的分代区域划分，而是把连续的Java堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），每一个Region都可以根据需要，扮演新生代的Eden空间、Survivor空间，或者老年代空间。收集器能够对扮演不同角色的Region采用不同的策略去处理，这样无论是新创建的对象还是已经存活了一段时间、熬过多次收集的旧对象都能获取很好的收集效果。

Region中还有一类特殊的Humongous区域，专门用来存储大对象。G1认为只要大小超过了一个Region容量一半的对象即可判定为大对象。每个Region的大小可以通过参数-XX：G1HeapRegionSize设定，取值范围为1MB～32MB，且应为2的N次幂。而对于那些超过了整个Region容量的超级大对象，将会被存放在N个连续的Humongous Region之中，G1的大多数行为都把Humongous Region作为老年代的一部分来进行看待。

虚拟机故障处理

名称	主要作用
jps	JVM Process Status Tool，显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程
jstat	JVM Statistics Monitoring Tool，用于收集HotSpot虚拟机各方面的运行数据
jinfo	Configuration Info for Java，显示虚拟机配置信息
jmap	Memory Map for Java，生成虚拟机的内存转储快照（heapdump文件）
jhat	JVM Heap Dump Browser，用于分析heapdump文件，它会建立一个HTTP/HTML服务器，让用户可以在浏览器上查看分析结果。
jstack	Stack Trace for Java，显示虚拟机的线程快照

jps：虚拟机进程状况工具

jps命令格式：

jps [ options ] [ hostid ]

选项	作用
-q	只输出pid（LVM的id），省略主类的名称
-m	输出虚拟机进程启动时传递给主类main()函数的参数
-l	输出主类的全称，如果进程执行的是jar包，则输出JAR路径
-v	输出虚拟机进程启动时的JVM参数

jstat：虚拟机统计信息监视工具

jstat（JVM Statistics Monitoring Tool）是用于监视虚拟机各种运行状态信息的命令行工具。它可以显示本地或者远程虚拟机进程中的类加载、内存、垃圾收集、即时编译等运行时数据，在没有GUI图形界面、只提供了纯文本控制台环境的服务器上，它将是运行期定位虚拟机性能问题的常用工具。

jstat命令格式：

jstat [ option vmid [interval [s|ms] [count]] ]

这2个参数，说明只查询一次。假设需要每250 参数interval和count代表查询间隔和次数，如果省略这2个参数，说明只查询一次。假设需要每250毫秒查询一次进程2764垃圾收集状况，一共查询20次，那命令应当是：

jstat -gc 2764 250 20

选项	作用
-class	监视类加载，卸载数量、总空间以及类装载所耗费的时间
-gc	监视Java堆状况，包括Eden区、2个Survivor区、老年代、永久代等的容量、已用空间、垃圾收集时间合计等信息
-gccapacily	监视内容与-gc基本相同，但输出主要关注Java堆各个区域使用到的最大、最小空间
-gcutil	监视内容与-gc基本相同，输出主要关注已使用空间占总空间的百分比
-gccause	与-gcutil功能一样，但是会额外输出导致上一次垃圾收集产生的原因
-gcnew	监视新生代坨圾收集状况
-gcnewcapacity	监视内容与-gcnew基本相同，输出主要关注使用到的最大、最小空间
-gcold	监视老年代垃圾收集状况
-gcoldcapacity	监视内容与 -gcold基本相同，输出主要关注使用到的最大、最小空间
-gcpenncapacity	输出永久代使用到的最大、最小空间
-compiler	输出即时编译器编译过的方法、耗时等信息
-printcompilation	输出已经被即时编译的方法

查询结果表明：这台服务器的新生代Eden区（E，表示Eden）使用了22.06%的空间，2个Survivor区（S0、S1，表示Survivor0、Survivor1）里面分别是空的和62.50%，老年代（O，表示Old）和永久代（P，表示 Permanent）（JDK8中为元空间M表示Metaspace）则分别使用了13.09%和47.20%的空间，压缩类空间利用率（CCS表示Compressed class space）为91.48%。程序运行以来共发生Minor GC（YGC，表示Young GC）461次，总耗时0.810秒；发生Full GC（FGC，表示Full GC）12次，总耗时（FGCT，表示Full GC Time）为0.585秒；所有GC总耗时（GCT，表示GC Time）为1.395秒。

统计列含义

S0C：第一个幸存者区（Survivor Space）容量

S1C：第二个幸存者区（Survivor Space）容量

S0U：第一个幸存者区使用量

S1U：第二个幸存者区使用量

EC：伊甸园去容量

EU：伊甸园区使用量

OC：Old Generation区容量

OU：Old Generation使用量

MC：Mataspace区容量

MU：Mataspace区实际使用量

CCSC：压缩类空间大小（不是很懂，先标记一下）

CCSU：压缩类空间使用率（不是很懂，先标记一下）

YGC：年轻代垃圾回收次数

YGCT：年轻代垃圾回收时间

FGC：年老代垃圾回收次数

FGCT：年老代垃圾回收时间

GCT：总垃圾回收时间

S0：S0C区域使用率

S0：S1C区域使用率

E：伊甸园去使用率

O：Old Generation使用率，OU/OC

M：Matespace区使用率，MU/MC

CCS：压缩类空间使用率

jinfo：Java配置信息工具

jinfo（Configuration Info for Java）的作用是实时查看和调整虚拟机各项参数。

jmap：Java内存映像工具

jmap（Memory Map for Java）命令用于生成堆转储快照（一般称为heapdump或dump文件）。

jmap的作用并不仅仅是为了获取堆转储快照，它还可以查询finalize执行队列、Java堆和方法区的详细信息，如空间使用率、当前用的是哪种收集器等。

和jinfo命令一样，jmap有部分功能在Windows平台下是受限的，除了生成堆转储快照的-dump选项和用于查看每个类的实例、空间占用统计的-histo选项在所有操作系统中都可以使用之外，其余选项都只能在Linux/Solaris中使用。

jmap命令格式：

jmap [ option ] vmid

选项	作用
-dump	生成Java堆转储快照。格式为`-dump:[live,]format=b,file=<filename>`，其中live子参数说明是否只dump出存活的对象。
-finalizerinfo	显示在F-Queue中等待Finalizei线程执行finalize方法的对象。只在Linux/Solaris平台下有效。
-heap	显示Java堆详细信息，如使用哪种回收器、参数配置、分代状况等。只在Linux/Solaris平台下有效
-histo	显示堆中对象统计信息，包括类、实例数量、合计容量
-permstat	以ClassLoader为统计口径显示永久代内存状态。只在Liuux/Solaris平台下有效
-F	当虚拟机进程对-dump选项没有响应时，可使用这个选项强制生成dump快照。只在Linux/Solaris平台下右效

jmap

1）jmap -heap pid：输出堆内存设置和使用情况（JDK11使用jhsdb jmap --heap --pid pid）

2）jmap -histo pid：输出heap的直方图，包括类名，对象数量，对象占用大小

3）jmap -histo:live pid：同上，只输出存活对象信息

4）jmap -clstats pid：输出加载类信息

5）jmap -help：jmap命令帮助信息

JVM调优

内存

Java 程序对内存分配的方式一般有三种: (1)从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量，static 变量。 (2)在栈上创建。在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。 (3)在堆上分配，亦称动态内存分配。程序在运行的时候用 malloc 或 new 申请任意多少的内存，程序员自己负责在何时用 free 或delete 释放内存。动态内存的生存期由我们决定，使用非常灵活，但问题也最多。 Java 虚拟机内存模型是Java 程序运行的基础。

JVM 虚拟机将其内存数据分为程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、Java 堆和方法区这五个部分。

程序计数器

Java 是支持多线程的语言，所以当线程数量超过CPU数量时，线程之间会自动根据时间片轮询方式抢夺 CPU 资源。对于单核 CPU 而言，每一时刻只能有一个线程处于运行状态，其他线程必须被切换出去，直到轮询到自己才能使用 CPU 资源，为此，每一个线程都必须用一个独立的程序计数器，它被用来记录下一条需要执行的计算机指令。对于多核 CPU 来说，可以允许多个线程同时执行，各个线程之间的计数器互不影响、独立工作，所以程序计数器是线程独有的一块内存空间。如果当前线程正在执行一个Java 方法,则程序计数器记录正在执行的Java字节码地址，如果当前线程正在执行一个 Native 方法，则程序计数器为空。

**时间片：**即 CPU 分配给各个程序的时间，每个线程被分配一个时间段，称作它的时间片，即该进程允许运行的时间，使各个程序从表面上看是同时进行的。

虚拟机栈

栈的优势是存取速度比堆要快，它仅次于寄存器，并且栈数据是可以被共享的。栈的缺点是存储在栈里面的数据大小与生存期必须是确定的，从这一点来看，栈明显缺乏灵活性。虚拟机栈中主要被用来存放一些基本类型的变量,例如 int、short,long、byte float、double、boolean、char，以及对象引用。

可以使用-XSS参数设置虚拟机栈的大小，栈的大小直接决定了函数调用的可达深度。

虚拟机在运行时使用一种叫作栈的数据结构保存上下文数据。栈帧里面存放了方法的局部变量表、操作数栈、动态连接方法和返回地址等信息。每一个方法的调用都伴随着栈帧的入栈操作，相应地，方法的返回则表示栈帧的出栈操作。

栈分为三部分，局部变量区(Local Variables)操作数栈(Operand Stack)和帧数据区(FrameData)。

局部变量区被定义为一个从0开始的数字数组,byte short,char 在存储前被转换为int,boolean也被转换为int，0表示false，非0表示 true，long 和 double 则占据两个字长。局部变量区是通过数组下标访问的。

操作数栈也被组织为一个数字数组，但不同于局部变量区，它不是通过数组下标访问的，而是能过栈的 Push 和 Pop 操作，前一个操作 Push 进的数据可以被下一个操作 Pop 出来使用。

帧数据区这部分的作用主要有以下三点。

解析常量池里面的数据。
方法执行完后处理方法返回，恢复调用方现场。
方法执行过程中抛出异常时的异常处理，存储在一个异常表，当出现异常时虚拟机查找相应的异常表看是否有对应的 Catch 语句，如果没有就抛出异常终止这个方法调用。

函数嵌套调用的次数由栈的大小决定。一般来说，栈越大，函数嵌套调用次数越多。对一个函数而言，它的参数越多，内部局部变量越多，它的栈帧就越大，其嵌套调用次数就会减少。

LINUX常用诊断工具

uptime

使用 uptime 可以快速查看服务器的负载情况：

00:40:16 up 116 days, 5:28 , 1 user, load average: 0.36, 0.32, 0.32

最后三个数依次是包括1分钟、5分钟、15分钟内可以运行的任务平均数量，包括正在运行的任务以及虽然可以运行但正在等待某个处理器空闲的任务。

dmesg | tail

该命令会输出系统日志的最后10行。常见的 OOM kill和TCP丢包在这里都有记录。

vmstat

vmstat是个实时性能检测工具，可以展现给定时间间隔服务器的状态值，包括服务器的CPU使用率、内存使用、虚拟内存交换情况、I/O读写情况等系统核心指标。

vmstat 1

JDK常用诊断工具

jstack [pid]

jstack -l [pid] > jstack.log