JVM基礎(chǔ)知識(shí)與性能調(diào)優(yōu)演講人：日期：目錄CONTENTS01JVM概述與基本原理02JVM內(nèi)存管理與垃圾回收機(jī)制03JVM性能監(jiān)控與調(diào)優(yōu)策略04JVM常見(jiàn)問(wèn)題診斷與解決方案05JVM高級(jí)特性與最佳實(shí)踐06總結(jié)與展望01JVM概述與基本原理定義JVM是一種抽象化的計(jì)算機(jī)，通過(guò)在實(shí)際的計(jì)算機(jī)上模擬執(zhí)行Java字節(jié)碼，實(shí)現(xiàn)Java程序的跨平臺(tái)性。作用JVM是Java程序運(yùn)行的核心，它負(fù)責(zé)加載、執(zhí)行和管理Java程序，確保Java程序的高效、安全和可靠運(yùn)行。Java虛擬機(jī)定義及作用執(zhí)行引擎執(zhí)行引擎是JVM執(zhí)行字節(jié)碼的核心部分，包括解釋器、即時(shí)編譯器和垃圾回收機(jī)制等。體系結(jié)構(gòu)JVM通常由類加載器、運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)、執(zhí)行引擎和本地接口等部分組成。運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)是JVM在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建和管理內(nèi)存的區(qū)域，包括方法區(qū)、堆、Java棧、本地方法棧和程序計(jì)數(shù)器。JVM體系結(jié)構(gòu)與組成JVM通過(guò)類加載器將Java類加載到內(nèi)存中，并對(duì)字節(jié)碼進(jìn)行驗(yàn)證，以確保其安全性和正確性。加載與驗(yàn)證JVM通過(guò)解釋器將字節(jié)碼轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼并逐條執(zhí)行，或通過(guò)即時(shí)編譯器將部分熱點(diǎn)代碼編譯為機(jī)器碼以提高執(zhí)行效率。解釋與執(zhí)行JVM通過(guò)垃圾回收機(jī)制自動(dòng)回收不再使用的內(nèi)存空間，以避免內(nèi)存泄漏和內(nèi)存溢出等問(wèn)題。垃圾回收字節(jié)碼執(zhí)行過(guò)程剖析010203跨平臺(tái)性JVM是實(shí)現(xiàn)Java跨平臺(tái)的關(guān)鍵，它屏蔽了底層操作系統(tǒng)的差異，使得Java程序可以在不同操作系統(tǒng)上運(yùn)行。操作系統(tǒng)優(yōu)化JVM會(huì)根據(jù)不同操作系統(tǒng)的特點(diǎn)和資源情況進(jìn)行優(yōu)化，以提高Java程序的運(yùn)行效率和性能。例如，JVM在Windows和Linux上的內(nèi)存管理機(jī)制可能有所不同。JVM與具體操作系統(tǒng)平臺(tái)關(guān)系02JVM內(nèi)存管理與垃圾回收機(jī)制內(nèi)存區(qū)域劃分及功能介紹堆（Heap）01JVM內(nèi)存管理的主要區(qū)域，用于存儲(chǔ)所有的對(duì)象實(shí)例和數(shù)組。堆是GC（GarbageCollection）管理的主要區(qū)域，分為新生代和老年代。棧（Stack）02每個(gè)線程私有，存儲(chǔ)局部變量、操作數(shù)棧、方法出口等。棧內(nèi)存分配速度快，效率高，且不存在垃圾回收問(wèn)題。方法區(qū)（MethodArea）03存儲(chǔ)已被JVM加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。方法區(qū)的內(nèi)存管理相對(duì)簡(jiǎn)單，主要目標(biāo)是減少內(nèi)存占用。本地方法棧（NativeMethodStack）04與Java棧類似，但用于執(zhí)行本地方法（NativeMethod）。本地方法棧通常使用C或C編寫(xiě)。標(biāo)記-清除算法（Mark-Sweep）：通過(guò)遍歷對(duì)象，標(biāo)記存活對(duì)象，然后清除未標(biāo)記的垃圾對(duì)象。標(biāo)記-清除算法簡(jiǎn)單，但會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片。標(biāo)記-整理算法（Mark-Compact）：標(biāo)記存活對(duì)象，然后整理存活對(duì)象，使其連續(xù)排列。這樣既解決了內(nèi)存碎片問(wèn)題，又不需要額外的內(nèi)存空間。但整理過(guò)程會(huì)消耗時(shí)間。分代收集算法（GenerationalCollection）：將內(nèi)存劃分為幾個(gè)年代，分別存放不同年齡的對(duì)象。年輕代對(duì)象通常存活時(shí)間短，年老代對(duì)象存活時(shí)間長(zhǎng)。因此，可以針對(duì)年輕代和老年代分別采用不同的垃圾回收算法。分代收集算法是目前商業(yè)JVM的主要垃圾回收算法。復(fù)制算法（Copying）：將內(nèi)存劃分為兩塊，每次只使用其中一塊。當(dāng)這一塊內(nèi)存用完時(shí)，復(fù)制存活對(duì)象到另一塊空閑內(nèi)存中。復(fù)制算法解決了內(nèi)存碎片問(wèn)題，但需要額外的內(nèi)存空間。垃圾回收算法原理及比較Serial垃圾回收器：?jiǎn)尉€程垃圾回收器，適用于小型應(yīng)用。Serial垃圾回收器具有簡(jiǎn)單、高效的特點(diǎn)，但在多線程環(huán)境下效率較低。CMS（ConcurrentMark-Sweep）垃圾回收器：低停頓時(shí)間垃圾回收器，適用于對(duì)響應(yīng)時(shí)間敏感的應(yīng)用。CMS垃圾回收器在標(biāo)記和清除階段可以與用戶線程并發(fā)執(zhí)行，從而降低停頓時(shí)間。但CMS垃圾回收器會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片，且消耗CPU資源較多。Parallel垃圾回收器：多線程垃圾回收器，適用于多處理器或多線程環(huán)境。Parallel垃圾回收器可以充分利用多核處理器的優(yōu)勢(shì)，提高垃圾回收效率。G1（Garbage-First）垃圾回收器：JDK1.7及更高版本的默認(rèn)垃圾回收器。G1垃圾回收器結(jié)合了分代收集和CMS垃圾回收器的優(yōu)點(diǎn)，具有高效、低停頓的特點(diǎn)。G1垃圾回收器將堆內(nèi)存劃分為多個(gè)大小相等的Region，根據(jù)Region的垃圾回收價(jià)值和回收效率進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)更高效的垃圾回收。常見(jiàn)垃圾回收器特點(diǎn)分析內(nèi)存泄漏是指對(duì)象不再被使用但無(wú)法被GC回收，導(dǎo)致內(nèi)存持續(xù)占用。內(nèi)存泄漏的原因包括靜態(tài)集合存儲(chǔ)對(duì)象、長(zhǎng)生命周期對(duì)象持有短生命周期對(duì)象引用等。解決內(nèi)存泄漏問(wèn)題需要對(duì)代碼進(jìn)行審查和測(cè)試，找出并修復(fù)泄漏點(diǎn)。內(nèi)存泄漏內(nèi)存溢出是指程序運(yùn)行過(guò)程中堆內(nèi)存不足，導(dǎo)致無(wú)法為新的對(duì)象分配空間。內(nèi)存溢出的原因包括代碼中存在死循環(huán)、遞歸調(diào)用過(guò)深、堆內(nèi)存設(shè)置過(guò)小等。解決內(nèi)存溢出問(wèn)題需要增加堆內(nèi)存大小、優(yōu)化代碼邏輯、使用更高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。同時(shí)，對(duì)代碼進(jìn)行性能分析和監(jiān)控也是發(fā)現(xiàn)和解決內(nèi)存溢出問(wèn)題的有效手段。內(nèi)存溢出內(nèi)存泄漏和內(nèi)存溢出問(wèn)題排查03JVM性能監(jiān)控與調(diào)優(yōu)策略性能監(jiān)控指標(biāo)及方法論述CPU使用率衡量JVM進(jìn)程對(duì)CPU資源的占用情況，過(guò)高表明計(jì)算密集型任務(wù)或GC頻繁。內(nèi)存占用包括堆內(nèi)存和非堆內(nèi)存，過(guò)高會(huì)導(dǎo)致OOM或性能下降。響應(yīng)時(shí)間衡量應(yīng)用從請(qǐng)求到響應(yīng)的時(shí)間，過(guò)長(zhǎng)表明應(yīng)用處理請(qǐng)求變慢。吞吐量衡量單位時(shí)間內(nèi)處理的請(qǐng)求數(shù)量，過(guò)低表明處理能力不足。GC日志分析與調(diào)優(yōu)建議日志分類區(qū)分不同GC算法的日志信息，如ParallelGC、CMS、G1等。02040301垃圾回收調(diào)優(yōu)根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)調(diào)整GC策略，如選擇合適的GC算法、設(shè)置合理的堆大小等。日志解析分析GC次數(shù)、時(shí)間、回收內(nèi)存大小等指標(biāo)，評(píng)估GC效率。監(jiān)控工具使用專業(yè)工具如JVM自帶監(jiān)控、第三方GC日志分析工具等，輔助進(jìn)行GC日志分析和調(diào)優(yōu)。解釋JIT編譯與解釋執(zhí)行的區(qū)別，以及JIT編譯在JVM中的實(shí)現(xiàn)。JIT編譯會(huì)針對(duì)熱點(diǎn)代碼進(jìn)行優(yōu)化，提高執(zhí)行效率。如內(nèi)聯(lián)、逃逸分析、公共子表達(dá)式消除等，減少程序執(zhí)行時(shí)間。通過(guò)監(jiān)控JIT編譯效果，調(diào)整編譯策略和參數(shù)，提高程序性能。JIT編譯器優(yōu)化技術(shù)探討JIT編譯原理熱點(diǎn)代碼識(shí)別編譯優(yōu)化技術(shù)性能監(jiān)控與調(diào)優(yōu)使用JVM自帶工具或第三方工具獲取線程堆棧信息。線程堆棧獲取分析線程之間的依賴關(guān)系，發(fā)現(xiàn)潛在的線程競(jìng)爭(zhēng)和死鎖問(wèn)題。線程間關(guān)系分析線程狀態(tài)，如RUNNABLE、BLOCKED、WAITING等，定位性能瓶頸。線程狀態(tài)分析根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)調(diào)整線程池大小、等待隊(duì)列長(zhǎng)度等參數(shù)，提高線程利用率和系統(tǒng)性能。線程池調(diào)優(yōu)線程堆棧信息獲取與分析04JVM常見(jiàn)問(wèn)題診斷與解決方案類加載問(wèn)題及解決方案類加載異常檢查類路徑是否正確，確保類文件存在于正確的路徑下。類沖突問(wèn)題檢查類版本是否兼容，確保使用的類與依賴的類版本一致。類定義錯(cuò)誤檢查類文件是否損壞或被篡改，重新編譯源代碼或替換正確的類文件。動(dòng)態(tài)加載問(wèn)題使用自定義類加載器時(shí)，確保父類加載器已加載所需的基礎(chǔ)類庫(kù)。內(nèi)存溢出錯(cuò)誤排查與處理堆內(nèi)存溢出檢查代碼中是否存在對(duì)象泄漏，優(yōu)化對(duì)象生命周期，合理使用內(nèi)存。棧內(nèi)存溢出檢查遞歸調(diào)用深度是否過(guò)大，避免過(guò)深的遞歸調(diào)用。方法區(qū)內(nèi)存溢出檢查是否有大量的類定義或方法被加載到方法區(qū)，優(yōu)化代碼結(jié)構(gòu)。本地方法棧溢出檢查本地方法調(diào)用是否有問(wèn)題，如JNI調(diào)用不當(dāng)?shù)取Ｋ梨i問(wèn)題診斷及預(yù)防策略死鎖檢測(cè)使用JVM工具如jstack、jconsole等檢測(cè)死鎖情況。避免嵌套鎖盡量避免多個(gè)線程同時(shí)持有多個(gè)鎖，減少嵌套鎖的使用。鎖順序一致性確保多個(gè)線程在獲取鎖時(shí)保持相同的順序，避免死鎖。鎖超時(shí)機(jī)制為鎖設(shè)置超時(shí)時(shí)間，超時(shí)后自動(dòng)釋放鎖，避免死鎖。堆內(nèi)存大小根據(jù)應(yīng)用程序的需求設(shè)置合理的堆內(nèi)存大小，避免內(nèi)存溢出或浪費(fèi)。棧內(nèi)存大小根據(jù)線程的調(diào)用深度設(shè)置合適的棧內(nèi)存大小，避免棧內(nèi)存溢出。垃圾回收器選擇根據(jù)應(yīng)用程序的特點(diǎn)選擇適合的垃圾回收器，提高垃圾回收效率。編譯參數(shù)優(yōu)化根據(jù)JVM的運(yùn)行環(huán)境，合理設(shè)置編譯參數(shù)，提高JVM性能。JVM參數(shù)設(shè)置建議05JVM高級(jí)特性與最佳實(shí)踐JavaFlightRecorder使用指南啟用JavaFlightRecorder01通過(guò)JDK自帶的jfr命令或通過(guò)JVM參數(shù)啟用JavaFlightRecorder。配置JavaFlightRecorder02設(shè)置JavaFlightRecorder的錄制參數(shù)，包括錄制持續(xù)時(shí)間、文件名、數(shù)據(jù)級(jí)別等。收集診斷數(shù)據(jù)03在Java應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)，JavaFlightRecorder會(huì)收集各種性能數(shù)據(jù)并保存到文件中。分析診斷數(shù)據(jù)04使用JDK自帶的JavaMissionControl（JMC）或第三方工具對(duì)收集到的性能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和診斷。JProfiler一款功能強(qiáng)大的Java性能分析工具，可以分析內(nèi)存、線程、CPU等方面的問(wèn)題。VisualVM一款開(kāi)源的Java性能分析工具，可以監(jiān)控JVM的內(nèi)存、線程、CPU使用情況，并能進(jìn)行性能分析和調(diào)優(yōu)。YourKit一款商業(yè)的Java性能分析工具，具有高效、準(zhǔn)確的分析能力，支持廣泛的Java版本和應(yīng)用程序。JavaMissionControl（JMC）JDK自帶的性能分析工具，可以對(duì)JVM進(jìn)行監(jiān)控、分析、診斷，適用于生產(chǎn)環(huán)境。JVM性能分析工具推薦容器化環(huán)境中JVM調(diào)優(yōu)技巧調(diào)整JVM參數(shù)根據(jù)容器的資源限制，適當(dāng)調(diào)整JVM參數(shù)，如堆大小、GC策略等，以提高JVM在容器中的性能。使用容器感知的JVM版本選擇能夠感知容器環(huán)境的JVM版本，能夠更好地適應(yīng)容器中的資源限制。監(jiān)控容器資源定期監(jiān)控容器的CPU、內(nèi)存等資源使用情況，及時(shí)調(diào)整JVM參數(shù)，避免資源耗盡導(dǎo)致應(yīng)用崩潰。減少Java應(yīng)用占用資源優(yōu)化Java應(yīng)用的代碼和配置，減少資源占用，提高應(yīng)用性能。面向未來(lái)的JVM技術(shù)展望一種多語(yǔ)言虛擬機(jī)，可以運(yùn)行多種編程語(yǔ)言，包括Java，具有更高的性能和更低的延遲。GraalVM一種新型的垃圾回收器，具有超低延遲和超大堆內(nèi)存的支持，適用于需要大規(guī)模內(nèi)存的應(yīng)用場(chǎng)景。一種新的Java編譯器和運(yùn)行時(shí)，可以提高Java應(yīng)用的啟動(dòng)速度和運(yùn)行效率。ZGC一種低停頓時(shí)間的垃圾回收器，適用于對(duì)響應(yīng)時(shí)間敏感的應(yīng)用場(chǎng)景。ShenandoahGC01020403JavaonTruffle06總結(jié)與展望關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)回顧JVM內(nèi)存模型包括堆、棧、方法區(qū)、程序計(jì)數(shù)器、本地方法棧等。垃圾回收機(jī)制包括標(biāo)記-清除、復(fù)制、標(biāo)記-整理等算法，以及串行、并行、CMS、G1等垃圾收集器。類加載機(jī)制包括加載、連接（驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析）、初始化等過(guò)程，以及雙親委派模型和自定義類加載器。JVM性能監(jiān)控與診斷工具如jps、jstack、jmap、jstat等，以及JVMTI和JMX技術(shù)。性能調(diào)優(yōu)經(jīng)驗(yàn)分享內(nèi)存調(diào)優(yōu)包括堆大小設(shè)置、垃圾收集器選擇、內(nèi)存泄漏檢測(cè)與解決等。線程調(diào)優(yōu)包括線程池設(shè)置、線程優(yōu)先級(jí)調(diào)整、線程同步與鎖優(yōu)化等。代碼優(yōu)化包括算法優(yōu)化、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選擇、減少對(duì)象創(chuàng)建與銷毀等。緩存策略包括緩存容量設(shè)置、緩存過(guò)期策略、緩存擊穿與雪崩防護(hù)等。G1收集器逐漸普及，ZGC和Shenandoah等新型垃圾收集器不斷涌現(xiàn)。JVM性能優(yōu)化Docker等容器化技術(shù)為JVM應(yīng)