JDK1.8 JVM调优之初识JVM（一）

摘要

本文将会带您走进JDK1.8的JVM调优的方法。

在数据量和并发量极高的应用中，程序的健壮性和服务的稳定性一直是性能优化的一块重点区域，而GC则永远是程序中需要重点考虑的不稳定因素之一。
JVM调优大部分是调GC参数, GC参数主要关注三点:最大堆和最小堆大小；GC算法；新生代(年轻代)大小。
在JDK8及更早的版本, GC算法通常会在默认的Parallel和CMS中根据不同场合做选择, 新生代也要根据实际需求和自身经验手动调节大小才能达到性能和STW停顿的平衡.
而在JDK9及更新的版本中, 由于更为"智能"的G1成为默认，GC算法和新生代(年轻代)大小不用手动调节就能在大多数场合下达到几乎最优的性能, 通常只需配置最大堆容量和期望的STW暂停时间即可(不配置也可获得比较均衡合理的性能), 对技术能力和经验的要求大大降低了.
当然，我们需要明白的是：在没有全面监控、收集性能数据之前，调优就是瞎调。
本文为JDK 1.8下JVM调优系列文章的初识篇，主要普及基本的JVM组成和基本编译、运行原理。

JVM概述

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。
一个java类从.java到编译为.class再到通过JVM运行在windows和Linux机器上的流程如下：

大概解释下上面图中的流程：
我们在学Java的时候就知道一个基本常识：那就是Java语言是一次编译，多种平台上运行，也就是所说的跨平台。那么为什么Java能跨平台呢？专业的解释是Java语言使用Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行；通俗的解释是我们知道，一个文件在windows和Linux中会被解析成不同的二进制文件，那么其实我们的java文件在linux和windows上编译成class文件（字节码文件），它的机器码是不一样的，那么java是如何实现跨平台的呢？主要原因就是JVM内部针对不同的环境(windows、LinUx…)封装了不同的机器码处理程序（这就是为什么我们下载jdk时不同环境需要选择不同的jdk的最主要原因），当java被编译成class文件后，在不同的操作系统上，不同的JVM会将这个class文件转换成该操作系统所能处理的二进制，于是就实现了java所谓的一次编译、多地运行的目标。

JVM运行class字节码文件机制

class字节码文件是如何在JVM中运行的呢？
如下图，在运行class文件时候，JVM虚拟机首先会通过“类装在子系统”将.class文件加载到“运行时的数据区（也就是所说的内存模型）”中，最终由“字节码执行引擎”来一行行的运行“内存模型”中的代码。

我们知道JAVA虚拟机中最重要的就是运行时内存（内存模型），接下来我们就详细讲解“运行时数据区”的运行机制。

JVM运行时内存

我们对“堆”的概念都不生疏，刚学JAVA时我们就应该知道New出来的对象都是放到“堆”里面。而且我们应该知道，JVM调优主要调的就是这块，堆放到后面讲。首先我们要讲下栈（线程栈）的概念

栈

“栈”，官方称之为“虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）”，咱们可以通俗的把它理解为“线程栈”（只要有一个线程在运行，java就会从内存模型中的栈中给它分配一个内存空间，用来放线程内部的局部变量）。“线程栈”的主要作用是为了承载线程运行过程中的局部变量。
例如如下代码：

public class Math
{
    public static final int initData  = 666;
    public static User      user      = new User();
    public int              initData1 = 666;

    public int compute()
    {
        int a = 1;
        int b = 2;
        int c = (a + b) * 10;
        return c;
    }

    public static void main(String[] args)
    {
        Math math = new Math();
        math.compute();
        System.out.println("test");
    }
}

当运行main方法时，JVM就会像下图一样给这个main线程分配一个栈：

当然，如果此时有第二个线程（线程2），那么JVM同样会给线程2创建一个栈。
当然，栈的内部其实很复杂，最直观的是栈内部有“栈帧”的概念。
所谓“栈帧”，指的就是当在当前线程中如果调用了其他方法（例如math.conpute()），此时就会在main线程的栈中再分出一块空间，用于存放该方法的局部变量（可以无限的创建内存统建），该被调用的方法结束，这这个内存空间消失，这就是栈帧。
如下图所示：

我们需要知道的是，栈的数据结构就是使用的数据结构中的栈（先进后出），之所以这样说，咱们可以参照上面的代码讲下：
首先在执行main方法时，JVM给main创建了一个内存空间（栈帧），然后在main方法中调用compute方法，此时，JVM给compute方法创建了一个内存空间（栈帧），当compute方法运行结束（局部变量销毁，栈帧销毁），继续执行main方法的sysout方法，然后main方法所在的栈帧销毁，遵循了先进后出的原则。

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