【免费】Java虚拟机性能参数调优.docx

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1 概述

Java在大行其道的同时也在为自己与生俱来的缺陷不断的努力着，我们有理由相信

Java的开发设计者们真是一群天才。构成Java技术的基石就是JVM的虚拟机技术，这时的

Java已经不再是一门简单的语言，而是语言、开发包JDK与虚拟机的完美结合，而这里面的

虚拟机则是融合了编译技术、CPU技术的Java存在的基础所在。既然那么多的优秀的人为

提升虚拟机性能做了那么多的工作，我们有什么理由不去充分利用这些宝贵的资源呢？本文

就是试图从原理分析到参数应用上来帮助读者更大的发挥Java虚拟机的性能极限，使这样

一个优秀的产品更好地为我们服务。

2 JAVA虚拟机运行机制概览

2.1 运行时分析

首先让我们来看看所谓的Java虚拟机在运行起来后是什么样子的，从外面来看一个Java

虚拟机的运行实例就是一个运行着的Java进程，Java进程在启动过程中做了如下工作，一、

根据环境变量的设置或者Java进程的命令行参数将Java Class字节码加载到内存中，这样的

Java字节码是Java虚拟机所能够识别的虚拟机指令的集合，Java虚拟机在解释执行字节指

令的同时，根据某些代码的使用频率，将其中一部分字节码翻译成机器能够识别的二进制指

令保存在内存中，在以后对这部分代码的调用，则由Java虚拟机的代码控制CPU直接执行

内存中的这部分二进制指令，这个就是Java虚拟机的热点编译技术。而在早期的Java虚拟

机实现中是采用全部字节程序解释执行的方式，后来发展了Java静态编译技术，这种技术

是在Java程序编译成字节码后，由一个本地编译器将这些字节码编译成二进制可执行文件，

这种编译技术不利于程序的移植。再后来发展的Java的动态编译技术，这时的编译过程是

在Java装载字节码文件时进行的，而此时的问题是Java在启动时需要花费很长的时间来编

译这些字节码。直到最后流行的Hotspot技术的出现，此时编译仅仅运行于少部分代码。按

照80/20的原则，程序的百分之80的时间仅仅运行其百分之20的代码，这样一个能够平衡启

动时间、移植性的中间方法解决了人们的大部分问题。

之后，让我们看看Java虚拟机的内部体系结构，从下面的体系机构图来看，Java的Class

字节码文件经由类加载子系统加载到内存中时，虚拟机根据文件内容将类的方法和数据加载

到称为方法区的地方，堆是用来为运行时类实例提供存放场所的地方，这样的堆也称之为

对象堆空间。而Java栈和PC计数器则是为了Java线程而设计的，每一个Java线程一旦创建，

它都将得到一个属于他自己的PC计数器（程序计数器指针，类似于CPU中的IP指令指针计

数器）以及一个线程栈，在新版本Java Hotspot VM中是没有本地方法栈和线程栈之分的，

只有一个线程栈的模块。这样每个线程的运行都是在属于自己栈空间内的，而所有的线程则

共享着一个堆空间。当然在线程实现上不同的Java虚拟机的内部实现可能各有不同，有的

自是直接将Java线程和操作系统内核线程绑定起来的，在虚拟机进程内部创建一个Java线

程虚拟机就会请求操作系统为该一个进程创建一个内核线程，将线程之间的调度交给了操作

系统内核来完成。而在早期的Java虚拟机一些实现中，Java线程对于操作系统来说是不可

见，而是由应用层来完成线程调度，对于操作系统来说仅仅是一个单线程的进程。

图1 Java虚拟机的内部体系结构

Java虚拟机在运行时，由主线程开始解释执行类文件中的指令，主线程在自己的线程

栈中存放临时变量、参数变量等，一旦碰到生成新对象的new操作时，就会在堆空间内申请

一块内存存放该类对象，而一旦程序从一个方法中退出后（退回到一个方法栈的栈底），虚

拟机程序并不会立即释放Heap空间内的这块内存，这就是与C/C++程序所不同的地方，因

为C/C++程序被加载程序的操作系统调用装载到内存中之后，程序的内存是由操作系统为之

分配的4G的虚拟内存空间，而堆空间的使用也是由程序的内存分配子系统（malloc）来完

成的，而这个子系统仅仅是向程序员提供了申请/释放内存的调用接口，查看C/C++编译器

生成的汇编代码你会发现，如果你在一个函数中申请了一块内存，而没有在函数退出的地方

没有释放的话，这块内存则会永远放在堆中，而对于你在函数中生明的类变量对象来说（非

new来申请的指针对象），这个类对象的内存是在程序栈空间中分配的，一旦这个函数释放

则对象空间自动释放，这样的内存泄漏正是Java竭力避免的，Java从发明之初就是考虑着

如何将大部分应用程序员从繁重的内存管理工作中解脱出来，而由Java虚拟机使用称之为

GC垃圾收集的模块来完成内存空间的管理。Java虚拟机在启动时会根据-Xms的参数值向操

作系统一次性申请一块内存空间作为自己的堆，而随着后续程序的运行中内存需求的增加，

则再向操作系统申请更多的内存加到自己的堆空间中。这个堆空间的最大值就是由-Xms指

定的。一旦Java虚拟机发现应用程序申请的内存超过了堆内存的最大空间的话，Java就会

抛出一个超出堆空间的异常。而当虚拟机在启动时如果申请不到足够的内存的话，则同样会

抛出一个异常，启动失败。所有这些工作都是由Java虚拟机的内存管理模块来完成的，而Java

的内存管理功能中最俱特色和重要的垃圾收集功能GC则是按照下面机制运行的。

2.2 垃圾收集和线程同步

Java的垃圾收集器就像一个兢兢业业的仓库保管员，他管理着虚拟机堆空间的清扫工

作，接着上面描述的，一旦一个函数退出了它的栈，在该函数内声明的一个Java对象则会

留在Java堆空间内，那么垃圾收集器会不会立即将这个对象的空间释放呢？答案是否定的，

垃圾收集器只有在当堆空间占用到了一定程度时，或者程序比较空闲时才释放那些不再使用

（遗漏）的对象空间。如果此时程序堆空间的使用不是很大，而程序又比较忙的话，则垃圾

收集器就不会运行。当然程序员也可以通过在程序中调用JDK接口来申请虚拟机主动执行垃

圾收集器。而垃圾收集器的工作和C/C++语言中明确的释放（delete）对象比起来有一个潜

在的缺点，那就是，在垃圾收集的Java应用中程序员对于安排CPU时间进行内存回收缺乏

控制，想要精确地预测出何时（甚至是否）进行垃圾收集、收集需要多长时间，基本上是不

可能的。在早期的垃圾收集策略中，对象引用计数收集算法是最先被采用的，堆中的每个对

象都有一个引用计数，当这个对象被赋值给一个变量，则该引用计数器加1，当一个对象超

过了生命期或者被重新赋值的话，对象的引用减一，任何引用计数为0的对象都可以被当作

垃圾收集。这样的算法一个固有的缺陷就是无法处理循环应用的情况，而且计数的增减也会

带来开销。现代的Java虚拟机的实现中采用了压缩收集算法、拷贝收集算法、按代收集算

法等，按代收集的算法是为了解决GC在回收对象空间的优先顺序的问题，在按代收集的算

法中，GC总是优先回收那些短暂年幼的对象，而非一些寿命较长的对象。JVM堆被划分成

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