软件构造 第八章第一二节

第八章第一节软件构造性能的度量原理

1. 内存管理模式

静态

-定义：静态内存是指在程序开始运行时由编译器分配的内存，它的分配是在程序开始编译时完成的，不占用CPU资源。

-程序中的各种变量，在编译时系统已经为其分配了所需的内存空间，当该变量在作用域内使用完毕时，系统会自动释放所占用的内存空间；

-不支持递归，不支持动态创建可变长的复杂数据类型；

-在程序执行期内实体至多关联一个运行时对象

eg: 基本类型，数组

 

动态-基于栈

-栈定义：方法调用和局部变量的存储位置，保存基本类型

-如果一个方法被调用，它的栈帧被放到调用栈的顶部

-栈帧保存方法的状态，包括执行哪行代码以及所有局部变量的值

-栈顶始终是当前运行方法

-一个实体可以在运行时连续地连接到多个对象，并且运行时机制以堆栈中的后进先出顺序分配和释放这些对象

-栈无法支持复杂数据结构

动态-基于栈

-堆定义：在一块内存里分为多个小块，每块包含一个对象，或者未被占用

-自由模式的内存管理，动态分配，可管理复杂的动态数据结构

-代码中的一个变量可以在不同时间被关联到不同的内存对象上，无法在编译阶段确定。内存对象也可以进一步指向其他对象

 

2. Java Memory Model

• 线程栈：每个线程创建时JVM都会为其创建一个工作内存(有些地方称为栈空间)，
  • 每个线程有自己的栈，管理其局部数据，各栈之间彼此不可见
  • 所有局部的基本数据类型都在栈上创建
  • 多线程之间传递数据，是通过复制而非引用
•  堆：所有对象（即使是局部变量的object）都是在堆上创建的
  • 主内存可被多线程共享

• 一个基本类型的局部变量，一直被保存在线程栈中
• 一个对象类型的局部变量，其引用保存在线程栈 中，对象本身存在堆中
• 对象可能包含方法，这些方法可能包含局部变量。这些局部变量存储在线程栈上，并且该方法所属的对象存储在堆
• 对象的原始成员变量存储在堆上。如果一个成员变量是一个对象的引用，它将被存储在堆
• 静态类变量保存在堆上

 

 

Garbage Collection

在静态内存分配模式下，无需进行内存回收：所有都是已确定的

在栈上进行内存空间回收：按block（某个方法）整体进行

在heap 上进行内存空间回收，最复杂——无法提前预知某个object 是否已经变得无用。

对象的"活性"：可达/ 不可达

静态区域的数据

Root包括：

–寄存器

–目前的执行栈中的

-数据所指向的内存对象

-活对象：从root 可达的对象

-死对象：从root 不可达

垃圾回收器根据对象的"活性"( 从root 的可达性) 来决定是否回收该对象的内存

"死"的对象就是需要回收的"垃圾"

GC的四种算法

1.Reference counting引用计数

引用计数的基本思想：为每个object 存储一 个计数RC ，当有其他reference 指向它时，RC++ ；当其他reference 与其断开时，RC-- ；如果RC==0，则回收它

引用计数方法的优点：简单、计算代价分散 ，"幽灵时间"短

缺点容易漏掉循环引用的对象

2.Mark-Sweep 标记

基本思想：为每个object设定状态位(live/dead)并记录，即mark阶段；将标记为dead的对象进行清理，即sweep可阶段。

优点：可以处理循环调用，指针操作无开销，对象不变

缺点：复杂度为O(heap),高　堆的占用比高时影响性能，容易造成碎片，需要找到root

3.Mark-Compact 标记-整理

基本思想：将存活对象都向一端移动，然后清理掉端边界以外的内存。

优点：可以处理循环调用，指针操作无开销，对象不变

缺点：复杂度为O(heap),高　堆的占用比高时影响性能，容易造成碎片，需要找到root

4.Copying 复制

基本思想：为了解决Mark-Sweep算法的缺陷，Copying算法就被提了出来。它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用的内存空间一次清理掉，这样一来就不容易出现内存碎片的问题。

优势：运行高效、不易产生内存碎片

缺点：复制花费大量的时间，牺牲内存空间

-verbose:gc"

使用该参数在控制台或日志文件中输出JVM进行GC的全过程

The permanent generation：java类元数据、interned String、类的静态变量

针对年轻代： 只有一小部分对象可较长时间存活，故采用copy 算法减少GC

针对年老代：这里的对象有很高的幸存度，使用Mark-Sweep 或Mark-Compact

只有当某个区域不能再为对象分配内存时（满），才启动GC

针对young generation，使用minor GC 进行垃圾收集

Minor GC所需时间较短

如果历经多次minor GC仍存活下来，将其copy到old generation

如果old generation 满了，则启动full GC

当perm generation 满了之后，无法存储更多的元数据，也启动full GC

-XX: NewSize=<n>[g|m|k]

-XX: MaxNewSize=<n>[g|m|k]

-Xmn<n>[g|m|k]

-XX:NewRatio=<n>

-XX:SurvivorRatio=<n>

java –Xms 1024M –Xmx 2048M

System.gc()

GC模式选择

• 增长或收缩年轻代或老年代的空间时需要Full GC
• Full GC可能会降低吞吐量并导致超出期望的延迟
• 串行收集器（-XX:+UseSerialGC）：使用单个线程执行所有垃圾收集工作
• 并行收集器（-XX:+UseParallelGC）：并行执行Minor GC，显著减少垃圾收集开销
• 并发低暂停收集器（-XX:+UseConcMarkSweepGC）：收集持久代，与执行应用程序同时执行大部分收集，在收集期间会暂停一小段时间
• 增量低暂停收集器（-XX:+UseTrainGC）：收集每个Minor的部分老年代，并尽量减少Major的大停顿
• -verbose:gc：打印GC信息

Dynamic Program Analysis

Java性能调优工具

• Jstat：获取JVM的Heap使用和GC的性能统计数据，命令如-gcutil
• Jmap：输出内存中的对象分布情况  如：jmap -clstats
• Jhat：导出heap dump，浏览/查询其中的对象分布情况
• jstack：获取Java线程的stack trace 具体用途如下：
  • 定位线程出现长时间停顿的原因，如多线程间死锁、死循环、请求外部资源导致的长时间等待等。
  • 线程出现停顿的时候通过jstack来查看各个线程的调用堆栈，就可以知道没有响应的线程到底在后台做什么事情，或者等待什么资源。
• Visual VM：提供了一个可视化界面，用于查看Java应用程序在JVM上运行时的详细信息，使用各种技术，包括jvmstat，JMX，Serviceability Agent（SA）和Attach API等
• MAT：内存堆导出文件的分析工具，生成饼状图等，能够对问题发生时刻的系统内存状态获取一个整体印象，找到最有可能导致内存泄露的对象，进一步查看其是否有异常行为。

 

静态分析：使用抽象的输入值

动态分析：要使用具体的输入值

 

 

 

 

 

-定位线程出现长时间停顿的原因，如多线程间死锁、死循环、请求外部资源

导致的长时间等待等。

–线程出现停顿的时候通过jstack来查看各个线程的调用堆栈，就可以知道没有响应的线程到底在后台做什么事情，或者等待什么资源。