03-JVM调优(一)
本讲聚焦 JVM 内存模型、垃圾回收算法与常见调优参数，奠定生产环境调优基础。
JVM 内存区域
运行时数据区划分
JVM 运行时数据区分为线程私有与线程共享两类：
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线程私有（每个线程一份）
├── 程序计数器 (Program Counter Register)
├── 虚拟机栈 (VM Stack)
└── 本地方法栈 (Native Method Stack)
线程共享（所有线程共用）
├── 堆 (Heap)
└── 方法区 (Method Area / Metaspace)各区域说明
| 区域 | 作用 | 异常 |
|---|---|---|
| 程序计数器 | 当前线程执行字节码行号 | 不会 OOM |
| 虚拟机栈 | 方法调用栈帧（局部变量、操作数栈） | StackOverflowError / OOM |
| 本地方法栈 | Native 方法调用 | StackOverflowError / OOM |
| 堆 | 对象实例、数组 | OutOfMemoryError: Java heap space |
| 方法区 | 类元数据、常量池、静态变量 | OOM: Metaspace |
JVM 1.8 元空间变化
JDK 1.8 后移除永久代，改为使用本地内存的 Metaspace：
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JDK 1.7: 堆 = 年轻代 + 老年代 + 永久代
JDK 1.8: 堆 = 年轻代 + 老年代
Metaspace 位于本地内存（堆外）好处：避免永久代 OOM、GC 性能提升、可动态扩展本地内存。
对象内存布局
对象在堆中由三部分组成：
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|------------------|
| 对象头 (Header) | 12 字节（MarkWord 8 + Klass Pointer 4，开启压缩指针）
|------------------|
| 实例数据 (Data) | 4 字节对齐
|------------------|
| 对齐填充 (Padding)| 不足 8 字节倍数时补齐
|------------------|java
// 使用 jol 查看对象布局
<dependency>
<groupId>org.openjdk.jol</groupId>
<artifactId>jol-core</artifactId>
<version>0.16</version>
</dependency>
Object o = new Object();
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());输出示例：
java.lang.Object object internals:
OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION VALUE
0 8 (object header: mark) 0x0000000000000005
8 4 (object header: class) 0xf80001f5
12 4 (alignment padding)
Instance size: 16 bytes垃圾回收基础
判断对象存活
1. 引用计数法（已废弃）
对象引用计数为 0 时回收。无法解决循环引用。
2. 可达性分析算法
从 GC Roots 出发，不可达的对象视为垃圾。
GC Roots 包括：
- 虚拟机栈中的局部变量
- 方法区中的静态变量
- 方法区中的常量
- 本地方法栈中的 JNI 引用
- Java 虚拟机内部引用（Class、异常对象、ClassLoader）
引用类型
- 强引用：
Object o = new Object()，永远不会回收 - 软引用：
SoftReference，内存不足时回收 - 弱引用：
WeakReference，下次 GC 时回收 - 虚引用：
PhantomReference，跟踪对象回收过程
垃圾回收算法
1. 标记-清除（Mark-Sweep）
- 标记所有存活对象，清除未标记对象
- 缺点：产生内存碎片
2. 标记-复制（Copying）
- 将内存分为两块，每次只用一块，GC 时复制存活对象到另一块
- 缺点：内存利用率低（50%）
- 适用：年轻代（朝生夕灭，存活率低）
3. 标记-整理（Mark-Compact）
- 标记后让存活对象向一端移动
- 缺点：移动成本高
- 适用：老年代
4. 分代收集
- 新生代：复制算法（Eden + 2 个 Survivor，比例 8:1:1）
- 老年代：标记-清除或标记-整理
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新生代 (Young) 老年代 (Old)
+-----+----+----+ +-----------+
| Eden| S0 | S1 | ────► | |
+-----+----+----+ 晋升 +-----------+
8 1 1 内存比例大常见垃圾收集器
| 收集器 | 区域 | 算法 | 特点 |
|---|---|---|---|
| Serial / Serial Old | 新生代 / 老年代 | 复制 / 整理 | 单线程，STW |
| ParNew | 新生代 | 复制 | 多线程，配合 CMS |
| Parallel Scavenge | 新生代 | 复制 | 关注吞吐量 |
| Parallel Old | 老年代 | 整理 | 关注吞吐量 |
| CMS | 老年代 | 标记-清除 | 低延迟，4 阶段并发 |
| G1 | 整堆 | 整理 + SATB | Region 化，可预测停顿 |
| ZGC | 整堆 | 染色指针 | < 10ms 停顿，TB 级堆 |
G1 收集器要点
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+------+------+------+------+
| E | E | O | O | Region 默认 1-32MB
+------+------+------+------+
| S | O | H | H | H = Humongous（大对象区）
+------+------+------+------+特点：
- 将堆分为多个 Region，逻辑分代而非物理分代
- 用户可设
-XX:MaxGCPauseMillis目标停顿时间 - 使用 SATB（Snapshot-At-The-Beginning）减少停顿
- Major GC 时迁移 Region，天然碎片整理
JVM 常用调优参数
堆内存参数
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-Xms2g 初始堆大小
-Xmx4g 最大堆大小
-Xmn1g 新生代大小
-Xss512k 线程栈大小
-XX:MetaspaceSize=256m
-XX:MaxMetaspaceSize=512m收集器选择
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-XX:+UseG1GC 使用 G1
-XX:+UseConcMarkSweepGC 使用 CMS（已废弃）
-XX:+UseZGC 使用 ZGC
-XX:MaxGCPauseMillis=200 目标停顿时间
-XX:G1HeapRegionSize=16m G1 Region 大小GC 日志
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-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCDateStamps
-XX:+PrintGCTimeStamps
-Xlog:gc*=info:file=gc.log:time,uptime:filecount=10,filesize=100m生产推荐配置（中等规模应用）
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-server
-Xms4g -Xmx4g
-Xmn2g
-XX:MetaspaceSize=256m
-XX:MaxMetaspaceSize=512m
-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=200
-XX:+ParallelRefProcEnabled
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:HeapDumpPath=/data/dump/
-Xlog:gc*=info:file=/data/logs/gc.log:time,uptime:filecount=10,filesize=100m调优思路
- 明确目标：吞吐量优先 / 延迟优先 / 内存占用优先
- 采集基线：记录无修改时的 GC 频率、停顿时间、堆占用
- 定位瓶颈：Young GC 频繁 / Full GC 频繁 / 老年代膨胀 / Metaspace OOM
- 小步调整：每次只改一个参数，观察 24 小时
- 回归验证：压测或线上灰度，确认效果