JVM内存模型与性能调优

JVM概述

Java Virtual Machine（JVM）是Java程序的运行环境，它负责将Java字节码转换为特定平台的机器码执行。JVM是Java语言跨平台特性的核心实现。

JVM内存结构

JVM内存主要分为以下几个区域：

方法区（Method Area）

方法区用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

堆（Heap）

堆是JVM管理的内存中最大的一块，用于存放对象实例。所有的对象实例以及数组都在堆上分配。

虚拟机栈（VM Stack）

每个线程创建时都会创建一个虚拟机栈，存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法执行时都会创建一个栈帧。

本地方法栈（Native Method Stack）

与虚拟机栈类似，但是为虚拟机使用到的Native方法服务。

程序计数器（Program Counter Register）

程序计数器是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

垃圾回收机制

Java的垃圾回收机制自动管理内存，回收不再使用的对象，释放内存空间。

垃圾回收算法

• 标记-清除算法：先标记出需要回收的对象，然后统一回收
• 复制算法：将内存分为两块，每次只使用其中一块
• 标记-整理算法：标记过程仍然与"标记-清除"算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存
• 分代收集算法：根据对象存活周期的不同将内存划分为几块

JVM性能调优

常用JVM参数

# 设置堆内存初始大小
-Xms512m

# 设置堆内存最大大小
-Xmx1024m

# 设置新生代大小
-Xmn256m

# 设置永久代大小（Java 8之前）
-XX:PermSize=128m
-XX:MaxPermSize=256m

# 设置元空间大小（Java 8及以后）
-XX:MetaspaceSize=128m
-XX:MaxMetaspaceSize=256m

# 打印GC信息
-XX:+PrintGC
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps

# 设置垃圾收集器
# 使用G1垃圾收集器
-XX:+UseG1GC
            

内存分析工具

• jps：查看Java进程
• jstat：监控JVM统计信息
• jmap：生成堆转储快照
• jstack：生成线程快照
• jconsole：可视化监控工具
• VisualVM：集成监控和故障处理工具

常见性能问题及解决方案

内存泄漏

内存泄漏是指程序中已动态分配的堆内存由于某种原因程序未释放或无法释放，造成内存的浪费。

// 内存泄漏示例：静态集合类持有对象引用
public class MemoryLeakExample {
    private static List