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前言

针对java项目做性能测试的时候，很多同学都见过一个报错，就是OOM【Out Of MemoryError】；那出现这种报错就是项目发生了内存溢出的问题，这是比较严重的性能问题。所以，作为一个性能测试工程师，我们要能够分析JVM内存的问题以及理解其中的原理，才能更好的给JVM内存出现的性能瓶颈问题进行调优。

JVM概念

要学习JVM内存问题分析和调优之前，我们先来了解一下什么是JVM？

JVM【java virtual machine】: java虚拟机，是Java程序运行所需要的一台虚拟机器。

在操作系统上运行一个java程序的过程中，也就是通过“java -jar ” 启动一个java进程的同时就会启动一个java虚拟机。java虚拟机是在操作系统之上的程序，JVM直接和操作系统进行交互，不跟硬件直接交互。

但是java虚拟机可以管理自己的进程和线程，有自己独立的内存，管理自己的内存，这个叫做JVM内存。

JVM的优点

• 可以实现一次编写，到处运行 ，并支持一个包在Linux和windows mac等不同的平台都可以直接兼容运行；
• 有自动内存管理和垃圾回收机制，这是JVM非常重要的一个关键特性；
  • 这个机制叫做：GC 【Garbage Collection】，代码写完对象，不需要开发人员手动释放内存，而是自动回收内存，这是java应用程序的JVM内存的独有机制 ，相比于其他的语言 C是不存在自动回收的，需要手动删除。
• 覆盖广：因为现在市面上java语言的项目很多很普遍，所以只要是java项目都是基于jvm实现的。

JVM内存模型

现在的java程序都是基于1.8版本，因为java1.8是目前稳定主流的版本，企业基本都兼容1.8及其以上的版本，所以我们学习1.8java版本的内存模型就可以了。

注意：不同版本之间JVM内存存在一定差异，比如只有1.8的版本及之后才有元空间的概念，之前的jvm没有元空间。

jvm运行时有5块数据区，分别如下：

• 程序计数器：线程私有
• 虚拟机栈：线程私有
• 本地方法栈：线程私有
• 方法区：线程共享
• 堆：线程共享

五个部分分别来详细介绍一下：

1、程序计数器：线程私有，用于存储指向下一条指令的地址，是一块很小的空间，一般不会有内存问题，也不会进行垃圾回收。所以做性能测试的时候我们不太需要关注。

• 作用：用于存储指向下一条指令的地址
• 特点
  • 很小的内存区域，读取速度很快
  • 每个线程独有，线程之间不会相互干扰
  • JVM中唯一一个没有Out Of Memory Error的区域，也没有用到垃圾回收

2、虚拟机栈：线程私有，随着线程创建而创建，随着线程消失而销毁。

• 作用：每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，所以线程独有；其内部保存一个个的栈帧（Stack Frame），对应着一次次的Java方法调用
  • 这个线程每次调用方法、调用函数等都会进行一个栈帧的入栈，调用的方法函数越多嵌套越深，栈帧就会越多；方法执行完了，就会把栈帧丢出去，叫做出栈；
• 特点：线程独有
  • JVM对虚拟机栈的两个操作：方法执行--->进栈；方法结束--->出栈。
  • 栈并不存在垃圾回收的概念，因为方法调用完成栈帧就丢出去了，不需要jvm控制垃圾回收，但是可能会存在栈溢出。
    • 如果栈帧的数量过多，不停的入栈，超过了虚拟机栈的容量，或者某些栈帧过大会引发栈溢出：SOE(StackOverflowError) ，比如代码出现死循环等。
    • 如果某些方法的参数或者返回值结果等太大， 会导致栈帧过大，超过了虚拟机栈的容量；也会出现栈溢出。

3、本地方法栈：与虚拟机栈类似，是线程私有的 ，发生性能问题的概率很低，所以不需要太多关注。

4、方法区【元空间】：是线程共享的，共享的意思就是随着程序的启动而启动，除非进程关掉才会消失，不会因为线程而消失。比如一个方法里比如有10个线程，共享方法区里面的类、常量、静态变量等信息，不会每个线程启动单独开辟一个空间给它，而是大家共享这个方法区。

• 在java1.8版本里，方法区就是元空间，在1.7版本，叫做永久代。不过现在主流都是1.8版本，所以我们就了解元空间即可。
  • 元空间用来保存程序被编译完成后被虚拟机加载到内存的一些 类信息、常量、静态变量以及即时编译器编译后的代码等数据，一般是一些不怎么会篡改和变动的数据会存在元空间。
  • 所以程序启动后，元空间的大小基本不会变化。
• 元空间的大小可以通过参数进行配置，如果我要存的类信息、常量、静态变量信息很多，超过分配的元空间的大小，就可能导致 内存溢出，抛出错误：OutOfMemoryError 。

**5、堆：**这是线程共享的 ，jvm内存最大最重要的区域，性能问题出现比较多的地方，一定要重点掌握。

• 在虚拟机启动时创建，java -jar命令启动程序后，内存大小就分配好了。
• 存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存 ; 比如代码里new 一个对象会存在这里，new的对象越多 ，就会存在内存越多。
• 当堆中没有内存分配给对象实例时，会抛出内存溢出的报错信息：OutOfMemoryError 。

堆里划分为：新生代、老年代 ，注意：java1.8版本里只有这两个，没有永久代了

• 新生代：用于存储一些存储时间短的对象，主要包括三个部分：
  • 1）Eden: 叫做伊甸区 ，用于存放JVM刚分配的对象数据；
  • 2）From Survivor【存活1区】
  • 3）To Survivor【存活2区】
    • 存活1区和存活2区两个空间一样大，Eden中未被GC【垃圾回收】的对象，会在这两个区间来回copy，默认拷贝超过15次还没有被GC的对象就被移入年老代 。
• 老年代：大对象或者多次被GC后还存在的对象就会存到老年代，它的空间比新生代大很多；
  • 在老年代快满的时候会触发一次FGC，FGC是需要很长时间的触发一次的，full GC发生的时候，老年代和年轻代都会发生一次GC

当新生代和老年代都占满了，GC也释放不出来更多内存了，如果此时还在产生一些新的对象，那么就会发生内存溢出【OOM】的错误，如下图所示：

JVM的参数设置

了解了JVM的组成部分，那么在启动项目的时候为了调整性能我们就可以针对JVM内存的大小的设置和调整来优化项目的性能。常见的参数有：

如何设置这些参数呢？我们来结合项目实际案例给大家讲解这些参数的设置：

1、启动某JAVA项目进程，ps -ef 查看java进程id：

2、使用jmap -heap 1727 命令查看这个java进程的 jvm的内存设置，这些是在代码里写好的默认初始值：

3、还可以看到堆内存的使用情况：

4、如果要修改和调整这些大小，就可以去修改项目的配置文件。

比如如果你们的是基于tomcat的，那么可以修改catalina.bat 或者 catalina.sh 配置文件来调整这些参数的大小，如下图，在配置文件里加一行设置参数大小，并保存文件：

5、配置完成后，重新shutdown tomcat的服务 再次启动这个服务：

• 查看一下启动的进程： ps -ef | grep java 可以看到启动进程的命令里参数配置成功了

常见JVM内存的面试题

1、JVM里哪些内存会被回收【GC】？

• 1）是否已死：使用的是是引用计数算法，被引用的计数等于0时会被回收。
  • 注意引用计数为0 会放在这个堆里，只有发生了GC的时候，会检测到计数为0 才会回收；不会计数为0 立马被回收了。
• 2）可达性算法：没有引用链的对象内存会被回收，这个会出现频率高一些
  • 链表里存储谁调用了这个对象信息，就是引用链指向这个被引用者。 每个对象维护一个引用链。 如果引用链指向着为空了，说明没有人调用这个对象，那么就可以被回收了。

2、JVM内存会在什么时候被回收？

• 有两种场景会触发GC操作：
  • 1）分配的JVM内存空间不足的时候才会执行回收
  • 2）也可以设置定时回收。