前言：

今天我和大家分享一篇文章，文章上半部分为JVM底层原理 下半部分为调优实战

文章有点长，需要点耐心哦！

文中所有代码为截图，也是方便阅读！

【上】什么是JVM

相信很多小伙伴都非常熟悉了，JVM不就是虚拟机吗？那虚拟机又是什么了？不是JVM嘛！这不废话嘛。

JVM可以说离我们既熟悉又陌生，很多朋友可能在工作中接触不到这块技术，但是在面试往往被问到（概率还蛮大），被问到了自认倒霉，死记硬背是没用的，到头来还是的忘，不过没有关系，今天你们遇到了我，我这免费给大家说道说道JVM知识点，我要没让你明白算我输，你可以留言喷我，如果要是可以，你们也给我点个赞,谢谢。来。

初识JVM：

相信这张图大家都不陌生，这是整个Java体系，其中包括JDK.JRE.JVM三者的关系。

图中可以看得出来JRE包含了JVM，JDK包含了JRE。

从包含的角度就是：

我们来看代码:

我们运行上述代码输出结果是300，虽然这个代码非常简单，这个时候已经涉及到JVM相关的知识了，在我们学Java基础的时候老师就告诉我们，Java是跨平台的，一次编写到处运行。

那Java是怎么做到跨平台的？继续看下图：

通过此图大家就不难发现，我们编译的App.class文件可以在Windows操作系统运行也可以在Linux系统运行，但是两个系统底层的操作指令是不一样的，为了屏蔽底层指令的细节，起到一个跨平台的作用，JVM功不可没，我们常说Java是跨平台还不如说是Jvm跨平台（JRE运行时跨平台）。那Jvm虚拟机是怎么跨平台的？

JVM底层原理：

JVM底层由三个系统构成分别是：类加载、运行时数据区、执行引擎。

我们今天重点讲解JVM运行时数据区（栈），其他两块可以关注我后续文章。

我们App.class文件通过类加载子系统从硬盘中读取文件加载到内存中（运行时数据区）。

加载完成之后怎么处理了？（打个比喻 人吃饭 》吃到肚子里》各各器官负责自己工作吸收）

Stack栈：

先讲一下其中的一块内存区域虚拟机栈，大家都知道栈是数据结构，也是线程独有的区域，也就是每一个线程都会有自己独立的栈区域。我们运行App.java输出300就靠线程执行得来的结果。是哪个线程执行的？获取线程快照："main线程"

栈》数据结构》存储内容》先进后出FILO

大家都知道每个方法都有自己的局部变量，比如上图中main方法中的result，add方法中的a b c，那么java虚拟机为了区分不同方法中局部变量作用域范围的内存区域，每个方法在运行的时候都会分配一块独立的栈帧内存区域，我们试着按上图中的程序来简单画一下代码执行的内存活动。

执行main方法中的第一行代码是，栈中会分配main()方法的栈帧，并存储math局部变量,，接着执行add()方法，那么栈又会分配add()的栈帧区域。

这里的栈存储数据的方式和数据结构中学习的栈是一样的，先进后出。当add()方法执行完之后，就会出栈被释放，也就符合先进后出的特点，后调用的方法先出栈。

栈帧：

栈帧内部“数据结构”主要由这几个部分组成：局部变量表、操作数栈、方法出口等信息。

说了半天，栈帧到底干嘛用的呀？别急讲这个就会涉及到更底层的原理--字节码。我们先看下我们上面代码的字节码文件。

APP.class文件看着像乱码，其实每个都是有对应的含义的，oracle官方是有专门的jvm字节码指令手册来查询每组指令对应的含义的。那我们研究的，当然不是这个。

jdk有自带一个javap的命令，可以将上述class文件生成一种更可读的字节码文件。

此时的jvm指令码就清晰很多了，大体结构是可以看懂的，类、静态变量、构造方法、add()方法、main()方法。其中方法中的指令还是有点懵，我们举add()方法来看一下：

这几行代码就是对应的我们代码中add()方法中的四行代码。大家都知道越底层的代码，代码实现的行数越多，因为他会包含一些java代码在运行时底层隐藏的一些细节原理。那么一样的，这个jvm指令官方也是有手册可以查阅的，网上也有很多翻译版本，大家如果想了解可自行百度。

执行流程:

设计代码中的部分指令含义：

第一步：压栈：

将int类型常量1压入操作数栈

0: iconst_1

就是将1压入操作数栈

更正：执行流程过程中灰色背景“操作数栈”应改为“局部变量表”（！！！！！！！！！！）。

第二步：存储：

将int类型值存入局部变量1

1: istore_1局部变量1，在我们代码中也就是第一个局部变量a，先给a在局部变量表中分配内存，然后将int类型的值，也就是目前唯一的一个1存入局部变量a

第三步：赋值

这两行代码就和前两行类似了。

2: iconst_2 3: istore_2

第四步：装载：

从局部变量2中装载int类型值

4: iload_15: iload_2这两个代码是将局部变量1和2，也就是a和b的值装载到操作数栈中

第五步：加法

执行int类型的加法

6: iadd iadd指令一执行，会将操作数栈中的1和2依次从栈底弹出并相加，然后把运算结果3在压入操作数栈底。

第六步：压栈：

将一个8位带符号整数压入栈

7: bipush 100 这个指令就是将100压入栈

第七步：乘法：

执行int类型的乘法

9: imul 这里就类似上面的加法了，将3和100弹出栈，把结果300压入栈

第八步：压栈：

将将int类型值存入局部变量3

10: istore_3这里大家就不陌生了吧，和第二步第三步是一样的，将300存入局部变量3，也就是c

第九步：装载：

从局部变量3中装载int类型值

11: iload_3从局表变量3加载到操作数栈

第十步：返回：

返回int类型值

12: ireturn

我们add方法是被main方法中调用的，所以通过方法出口返回到mian方法中result变量存储方法出口说白了不就是方法执行完了之后要出到哪里，那么我们知道上面add()方法执行完之后应该回到main()方法第三行那么当main()方法调用add()的时候，add()栈帧中的方法出口就存储了当前要回到的位置，那么当add()方法执行完之后，会根据方法出口中存储的相关信息回到main()方法的相应位置。看我图中的红线

栈堆关系：

main方法中除了result变量还有一个app变量，app变量指向的是一个对象。那对象是怎么存储的？这儿要在说下局表变量表结构：基本类型和引用类型（Java叫引用C C++叫指针）

关系就是：

通过引用在栈中的app变量引用堆中的App对象

写到这里的话上半部分完。

【下】CMS收集器实战：

实战开始，准备好了没

实战开始，准备好了没

构建Spring Boot项目：

模拟业务场景代码：

输出收集器信息：

生成jar包部署到服务器

启动参数：

这儿要插播下JVM参数意义.

JVM参数详解：

JVM工具参数：

启动效果：

访问：

我们不难发现新生代用的是parNew 老年代用的cms

请求put：

我们通过http访问put方法之后看看效果：

效果如下:

在运行的过程中我们发现有大量的对象进入老年代，触发了full gc，cms一直在收集。

使用率达到99%，cms也一刻没停下：

日志分析：

日志分析1.0版本：

我们抽取一条日志来分析下

[GC (Allocation Failure) 0K->63K(64K), 0.0047147 secs] 10258K->6780K(46144K), [Metaspace: 3434K->3434K(1056768K)], 0.0047613 secs][Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.00 secs]

该日志为四个部分：

Full GC：

表明进行了一次垃圾回收，前面没有Full修饰，表明这是一次Minor GC ,注意它不表示只GC新生代，并且现有的不管是新生代还是老年代都会STW。

Allocation Failure：

表明本次引起GC的原因是因为在年轻代中没有足够的空间能够存储新的数据了。

10258K->6780K(46144K),：单位是KB

三个参数分别为：GC前该内存区域(这里是年轻代)使用容量，GC后该内存区域使用容量，该内存区域总容量。

0.0047613 secs：

该内存区域GC耗时，单位是秒

[Times: user=0.04 sys=0.00, real=0.01 secs]：

分别表示用户态耗时，内核态耗时和总耗时

日志分析2.0版本：

采用在线gceasy来进行分析，我们打开网址，然后上传我们生产的gc日志，如图所示：

优化问题：

列出了可以优化的4个问题新生代和老年代元空间内存占用情况

吞吐量统计：97.39%

各各分代的内存变化：

CMS垃圾收集器不同时期发生的耗时

GC发生次数的分类和耗时情况

定位问题：

我们通过生产的快照文件来定位问题：

JProfiler：

下载到本地通过JProfiler打开查看

查看大对象：

我们不难发现是ArrayList集合占用了96%的内存，那我们来看看哪块代码大量用到了我们ArrayList集合了？

找到对应代码

通过此代码我们就发现put方法大量用到了ArrayList集合造成的内存溢出OOM

总结：

上述实战相信大家都明白了，大致流程就是：

1、够将SpringBoot项目 模拟真实大批量用户场景

2、配置JVM参数然后部署运行监控数据生成日志文件

3、通过分析日志文件确认问题。

4、有收获记得给我三连哦

原文出处：https://www.bilibili.com/read/cv7964076?from=search&spm_id_from=333.337.0.0