性能优化 | JVM基础

前言

随着我们业务越来越复杂，高并发，高性能，都是一些系统在设计之初必须考虑的问题，这就需要对我们的程序进行性能的优化，而这涉及到的方面很多，这里主要从以下两个方面进行讲解：

JVM的优化；
TOMCAT的优化；

1、JVM基本组成部分

Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而存在，有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。

JVM的基本组成结构包括：

类加载子系统
方法区
Java堆
直接内存
Java 栈
本地方法栈
垃圾回收系统
PC寄存器
执行引擎

下面分别对这个组成部分，做简单的描述：

1）类加载子系统

负责从文件系统或者网络中加载Class信息，加载的信心存放在一块称之为方法区的内存空间。

2）方法区

方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它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。

3）Java堆

对于大多数应用来说，Java堆（Java Heap）是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

4）直接内存

在JDK1.4中新加入了NIO（有的称为New I/O，有的称为Non-blocking I/O）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方法，它可以使用Native函数库直接分配队外内存，然后通过一个存储在Java对中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。

5）Java栈

每个虚拟机线程都有一个私有的栈，一个线程的JAVA栈在线程创建的时候被创建，JAVA栈中保存着局部变量、方法参数，同时还包括Java的方法调用，返回值等。

6）本地方法栈

本地方法栈和Java栈非常类似，最大不同为本地方法栈用于本地方法调用。Java虚拟机允许Java直接调用本地方法（通常使用C编写）。

7）垃圾收集系统是Java的核心，也是必不可少的，Java有一套自己进行垃圾清理的机制，开发人员无需手工清理。

8）PC寄存器

PC寄存器也是每个线程私有的空间，Java虚拟机会为每个线程创建PC寄存器，在任意时刻，一个Java线程总是在执行一个方法，这个方法被称为当前方法，如果当前方法不是本地方法，PC寄存器就会执行当前正在被执行的指令，如果是本地方法，则PC寄存器的值为undefined，寄存器存放如当前执行环节指针、程序计数器、操作栈指针、计算的变量指针等信息。

9）执行引擎

虚拟机最核心的组件就是执行引擎了，它负责执行虚拟机的字节码。一般会先编译成机器码后执行。

2、JVM各组成部分的联系

JVM各组成部分之间不是相互独立的，它们之间是有着紧密的联系的。

2.1、JAVA堆、JAVA栈以及方法区之间的联系

堆解决的是数据存储的问题，即数据怎么放，放在哪儿。
栈解决的是程序的运行问题，即程序如何执行，或者说如何处理数据。
方法区则是辅助堆栈的块永久区（Perm），解决堆栈信息的产生，是先决条件。

为了说清楚它们之间的关系，这里我们举一个例子说明，见如下代码：

public class User {

    private String id;

    private String name;

    private String address;

    public User() {

    }

    public User(String id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }

    public static void main(String[] args) {
        User user = new User();
        user.setId("1");
        user.setName("zhangsan");
        System.out.println(user.getId());
    }

    public void setId(String id) {
        this.id = id;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getId() {
        return id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

这里定义了一个User类，那么这个类是如何存储和运行的呢？我们从以下几个阶段来描述：

1）User类及其方法实现是存储在方法区中的，包括User类信息、常量、静态变量等数据。

2）当我们执行User user = new User()；的时候，User类的实例user是存储在堆中的，如果这个时候我们定义另外一个实例User user2 = new User();，那么user2这个实例也是存储在Java堆中的。

3）对于实例user以及user2，它们的局部变量都是存储在Java栈中的。

为了更直观的表达它们之间的关系，见如下图所示：