大白话讲解JVM调优（基础篇）
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1.概述
在开始之前先来说下咱们JVM调优主要是调的啥？毫无疑问，调优就是调的咱们JVM运行时内存大小+gc垃圾回收细节，要想调整JVM运行时内存大小，需要我们知道JVM内存划分知识，要想调整gc垃圾回收的一些细节，需要我们知道一些垃圾回收器工作原理，以及它们使用的垃圾回收算法，还有知道垃圾回收的一个流程，这样才能根据自己项目的具体情况来调整，这里有个调优原则就是能在年轻代回收掉的不要留到老年代，减少Full GC 次数，如果这个原则里面的一些概念不懂的话也没关系，下面我们都会有介绍，接下来我们先来介绍下调优前的一些必备知识点，后面的篇章会介绍具体的调优实战。
2.涉及的知识点
2.1 JVM内存划分
我们先来看下下面这个JVM运行时内存划分图
我们来介绍下各个区域都是干啥的
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堆（heap）：这块区域主要存放对象的，比如说我们程序中new User()对象它就会被分配到这块区域，这块区域是共享的，也就是所有线程都可以访问该区域的对象，堆也是垃圾回收主要区域。
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java虚拟机栈 （vm stack）： 这块区域存放我们线程运行时的一些数据，它是每个线程私有的，可以理解为一个线程就对应的着一个java虚拟机栈，它里面就是一个个的栈帧组成的，一个方法就是一个栈帧，栈帧里面有局部变量表，操作数栈，常量池的引用，方法返回地址等，比如下面这段代码：
public static void main(String[] args) {
int a=1;
int b=2;
int c= a+b;
System.out.println(c);
c=0;
}
这段代码就是计算a+b 为c，然后调用println方法打印c的值。
这里面 a,b,c 就在局部变量表中，在算c的时候就是使用的操作数栈算的，然后调用println方法打印c其实就是往java 虚拟机栈 压入一个println 方法的栈帧。
println栈帧中会保存着一个返回地址（也就是方法返回地址），当println方法执行完成后，会进行弹栈，然后程序跳到返回地址位置，也就是c=0 位置继续执行。
- 本地方法栈（native stack）：它与java虚拟机栈功能差不多，只不过java虚拟机栈是运行的java方法，而本地方法栈主要是执行的native方法。在hotspot虚拟机中将本地方法栈与java虚拟机栈合二为一。
- 元数据（Metaspace）：这个是java8 的新概念，以前叫方法区，主要是存放着我们的class类信息，我们常说的类加载器其实就是将class文件加载到这个区域，这个区域还保存着我们定义的常量，也就是常量池。
- 程序计数器（Program Counter Register）：它也叫做pc寄存器，每个线程一个程序计数器，它保存着当前线程执行的指令地址，当执行的是java 方法的时候，程序计数器保存的是当前需要执行的指令地址，当执行的是native 方法的时候，程序计数器保存的就是undefined。
2.2 回收算法
2.2.1 垃圾回收的介绍
在介绍垃圾回收算法之前，我们要解释下什么是垃圾回收，哪些内存需要回收，怎样的算是垃圾这三个问题
1.什么是垃圾回收
先来说下什么是垃圾回收，比如说我们在代码新起的线程中new 了以User对象，看下面这段代码
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
User user = new User();
//do something
}
}).start();
//do something
//.........
}
private static class User{
private String name;
private int age;
}
然后它就会在堆（heap）区中为这个User对象划分一块内存，当这个线程执行完成之后，这个User对象就用不到了，就成了垃圾，你把它占用的这块内存释放掉就是垃圾回收。说白了垃圾回收就是释放那些用不着的对象（这个用不着的对象就是我们平常说的垃圾）占用的内存。
2.哪些内存需要回收（哪些内存会产生垃圾）
我们在2.1小节中介绍了JVM运行时的内存划分，
3.怎样辨别垃圾
最简单的解释，就是一个对象没有地方用着了就算是垃圾。怎样判断一个对象有没有被用着了呢？ 其实最早的时候就是给某个对象引用计数器，有一个地方引用它，计数器就+1，不引用了就-1，这样做有个好处就是快，垃圾回收的时候只需要判断一下它这个引用计数器是不是0就可以了，但是有个问题就是那种相互引用的对象没法回收，比如说A对象 里面有个成员是B对象，B对象里面有个成员是A对象，然后A，B对象的引用计数器都是1，但是实际上已经没有地方用到这两个对象，还无法被回收掉，这个引用计数的方法就是引用计数算法。
我们再来了解下另一个辨别垃圾的方法，可达性分析算法，就是从一个点开始，然后顺着往下找，沿途的对象就是有用的，剩下的就是无用的，这个点就是GCRoot。
这个GCRoot都有哪些呢？
- 虚拟机栈方法中引用的对象（栈帧的局部变量表）
- 静态成员引用的对象
- 常量引用的对象
- 本地方法栈中（Native方法）引用的对象
我们举个例子(虚拟机栈方法中引用的对象) ：
public class GCTest {
public static void main(String[] args) {
createUser();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(60);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private static void createUser() {
User user = new User();
}
}
class User{
private String name;
private String des;
}
main方法中，先调用了createUser方法，创建了User对象，我们用图来表示下：
这时候createUser 的user变量就是个GCRoot，顺着它往下找就能找到在堆中的User对象，这时候User对象是个有用的对象，一旦createUser执行完，也就是createUser栈帧弹栈，这个User对象没有GCRoot能够到达它了，他就成了无用的，也就是我们常说的垃圾。
再来个静态成员引用的例子：
public class GCTest {
private static User user =new User();
}
class User{
private String name;
private String des;
}
我们知道，static修饰的成员属于类成员，在这里也就是GCTest.class的成员，那么GCTest.class存在哪呢，我们在介绍2.1JVM运行时内存划分的时候说过元数据区域是存放class对象的，GCTest.class 就是存放在这。
这个静态成员user就是个GCRoot，user引用着User对象，如果User对象里面还引用着对象A，A引用着对象B…
那么这一串都属于有用对象，而且这个静态成员引用的对象一般不会被回收，元数据区这块回收的条件非常苛刻，等着我们在介绍永久代回收的时候讲到。
常量引用的对象已经native栈引用的对象也同理，这里就不展开介绍了。
2.2.2 标记清除
标记清除算法分为先根据GCRoot找出存活的对象，并进行标记，标记完成后，扫描整个空间，然后对未标记的对象进行回收。
由于user 引用着User对象，bytes引用着byte[]数组，所以这两个对象被标记。标记完成后就会扫描整个空间，然后回收未标记的对象
由于直接回收未标记的对象，会导致内存碎片的产生，为什么这么说呢，如果直接回收的对象占空间很小，然后程序新创建的对象占用的空间比较大，就没法重复利用这块小内存，如果这种小内存非常多的话，就会浪费很多内存。
2.2.3 标记整理
标记整理也分两部分，先是标记，根据GCRoot找出活着的对象并标记
然后就是将这些活着的对象靠左边的空闲空间移动，并更新对应的指针，并清除未被标记的对象。
我们可以看到它跟标记清除算法差不多，但是在清除之前多了一步整理的工作。这个整理的工作增加了成本，但是解决了标记清除算法的内存碎片问题
2.2.4 复制算法
复制算法，是将内存分为两块，一块内存存放创建的对象，一块内存空着，回收的时候，根据GCRoot找到活着的对象，然后将它们复制到那块空着的内存上，之后把存放创建对象那块内存清了。之后分配对象在存活对象的那块内存上分配。这样子解决了内存碎片问题，同时效率能够提升，唯一不好的地方就是费内存。
2.2.5 分代回收
我们先来看下这个图
通过这个JVM运行时数据区域图我们可以看到，堆区被分成了年轻代与老年代两部分，通过字面意思可以猜到，年轻代主要就是存放新创建的对象的，然后老年代主要是存放一些老对象的，我们还可以看到这个我们这个元数据区域变成了永久代，这个永久代好像是存放永久存活的对象的。我们再看下下面这个图：
可以看到年轻代被划分成了Eden， From ，to三个区域，这三个区域默认大小比例是8:1:1 ， 这三个区域是怎么回事呢，这里其实是个复制算法的优化版，前面我们说了复制算法会浪费内存，然后这里对它进行了优化，当我们在代码中执行new User（创建对象）的时候，JVM会帮我们在Eden申请一块内存存放User对象，当Eden和From满了的时候，就会触发年轻代的垃圾回收，这时候会根据GCRoot找到存活的对象，然后将这些存活的对象复制到to区域，然后清除Eden与From区域，当有新建对象的时候，会被分配到Eden或to区域，等着Eden与to区域满了的时候，还是根据GCRoot找出存活的对象，然后复制到From区域，最后将Eden与to清空。我们可以看到From与to这两块内存总有一块内存会空着，也就是不使用，这样浪费一小块内存，从而达到高效率的收益。
大家有没有想下三个区域默认大小比例为啥是8:1:1呢？
因为，我们创建的对象大多数都是朝生夕死的，所以在每次GC的时候使用一小块内存来存放活着的对象，来个官方一点的说法：
IBM论文里说据他们统计95%的对象朝生夕死一样存活时间极短，为了保险默认实际使用了90%。
关于具体的垃圾回收流程我们在优化篇详细讲解。