Java性能优化权威指南-JVM概述和监控调优

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本篇文章大部分是来自学习《Java性能优化权威指南》的笔记

1、JVM概述

1.1 HotSpot VM基本架构

HotSpot VM主要分为三部分：HotSpot VM运行时、JIT编译器、垃圾回收器。即时编译器和垃圾回收器是可插拔的，可以选择适合自己的。

早期的HotSpot VM是32位的，内存限制为4G。但随着现代内存越来越大，HotSpot VM也支持64位。64位的VM除了增加了内存空间，也会带来一些性能的问题：

• 对象的引用从原来占用4字节32位到8字节64位，占用空间大，触发GC
• 解决方案：Java支持指针压缩，可以将64位压缩为32位【其实是35位，因为对象结构中填充部分的存在，对象的开头指针都是8的整数倍，即后面3位都是0，可以不存储。这种要求Java的内存不能超过32G。超过就会自动关闭指针压缩】

1.2 HotSpot VM运行时

HotSpot VM运行时担任很多责任：命令行参数解析、VM生命周期、类加载、Java本地接口…

1.2.1 命令行参数解析

命令行参数从使用角度可以分为两种：一种给启动器使用的；一种给启动的HotSpot VM使用。
使用什么垃圾回收器、即时编译器这些参数都是交给启动器，在启动的时候决定使用那种GC、JIT等；例如堆的大小、栈的大小等等都是交给启动器启动后的HotSpot VM使用。

命令行中的参数从稳定性角度分为三类：标准选项、非标准选项（-x）和非稳定选项（-XX）。

1.2.2 VM生命周期

启动HotSpot VM的是启动器，HotSpot VM中启动器不止一个，例如java命令、javaws命令等等。

启动器启动的步骤一般为：

• 解析命令行参数：通过命令行参数获取堆大小、JIT编译器类型等等
• 设置堆大小和JIT编译器
• 设定环境变量如LD _LIBRARY_PATH和CLASSPATH
• 获取Main-class
• 新创建一个线程，通过JNI接口JNI _CreateJavaVM创建HotSpotVM
• 加载Main-class
• HotSpot VM会通过JNI接口CallStaticVoidMethod方法调用main方法

1.2.3 VM加载类

VM需要加载、链接和初始化Java类和Java接口。加载阶段是HotSpot VM和特定类加载器如java. lang .ClassLoader 之间相互协作的过程。
类的加载符合双亲委派机制，优先级：启动类加载器>扩展类加载器>系统类加载器【应用类加载器】。

Java类型是由全限定类名和类加载器共同决定的。即即使两个类的全限定类名一样，但是不是同一个类加载器加载的，那么也认为是两个不同的java类。阿里巴巴的pandora实现不同中间件类的隔离就是通过这种方式，不同的中间件有自己的类加载器。

1.2.4 类数据共享

将一些核心的类如java.lang包下的类在启动之前先打包成一个归档文件，在打包的时候就会对类进行加载解析，等到使用这个类的时候就会直接从归档文件中读取，不用再加载解析类文件。

创建归档文件：

java -Xshare:dump -XX:+UseCompressedOops

使用CDS:

java -Xshare:on -jar myapp.jar

1.2.5 解释器

针对于C语言这种编译语言，他们直接将代码编译成机器所识别的机器码；而Java为了实现一次编译到处运行，Java是解释性语言。Java将代码首先编译成字节码文件【介于代码和机器码之间】。代码执行的时候就会将字节码转换为机器码进行执行。而这个转换就是通过模版表TemplateTable。为每个机器码通过对应的机器码函数生成机器码。参考：JVM之模板解释器