jvm study notes (d) and jvm garbage collection policy perspective tool

Understanding gc log
Minor GC and Full GC difference

概念：
 新生代 GC（Minor GC）：指发生在新生代的垃圾收集动作，因为 Java 对象大多都具
备朝生夕灭的特性，所以 Minor GC 非常频繁，一般回收速度也比较快。
 老年代 GC（Major GC  / Full GC）：指发生在老年代的 GC，出现了 Major GC，经常
会伴随至少一次的 Minor GC（但非绝对的，在 ParallelScavenge 收集器的收集策略里
就有直接进行 Major GC 的策略选择过程） 。MajorGC 的速度一般会比 Minor GC 慢 10
倍以上。
Minor GC触发机制：
当年轻代满时就会触发Minor GC，这里的年轻代满指的是Eden代满，Survivor满不会引发GCFull GC触发机制：
当年老代满时会引发Full GC，Full GC将会同时回收年轻代、年老代，当永久代满时也会引发Full GC，会导致Class、Method元信息的卸载其Minor 如下图所示 
虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄（Age）计数器。如果对象在 Eden 出生并经过第一次 Minor GC 后仍然存活，并且能被 Survivor 容纳的话，将被移动到 Survivor 空间中，并将对象年龄设为 1。对象在 Survivor 区中每熬过一次 Minor GC，年龄就增加 1 岁，当它的年龄增加到一定程度（默认为 15 岁）时，就会被晋升到老年代中。对象晋升老年代的年龄阈值，可以通过参数 -XX:MaxTenuringThreshold (阈值)来设置。

Permanent behalf of the JVM garbage collection what will happen

垃圾回收不会发生在永久代，如果永久代满了或者是超过了临界值，会触发完全垃圾回收(Full GC)。如果你仔细查看垃圾收集器的输出信息，就会发现永久代也是被回收的。这就是为什么正确的永久代大小对避免Full GC是非常重要的原因。请参考下Java8：从永久代到元数据区
(注：Java8中已经移除了永久代，新加了一个叫做元数据区的native内存区)

Priority allocation of objects in eden

大多数情况下，对象在新生代Eden区中分配。当Eden区没有足够的空间进行分配时，虚拟机将发起一次Minor GC。
虚拟机提供了-XX:+PrintGCDetails这个收集器日志参数，告诉虚拟机在发生垃圾收集行为时打印内存回收日志，并且在进程退出的时候输出当前内存各区域的分配情况。在实际应用中，内存回收日志一般是打印到文件后通过日志工具进行分析，不过本实验的日志并不多，直接阅读就能看得很清楚。

public class Test00010 {
	private static final int _1MB = 1024 * 1024;

	// -Xms20m -Xmx20m -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGCDetails
	// -XX:+UseSerialGC
	public static void main(String[] args) {
		testAllocation();
	}

	public static void testAllocation() {
		byte[] allocation1, allocation2, allocation3, allocation4;
		allocation1 = new byte[2 * _1MB];
		allocation2 = new byte[2 * _1MB];
		allocation3 = new byte[2 * _1MB];
		allocation4 = new byte[4 * _1MB]; // 出现一次Minor GC
	}
}

Large objects directly into old's
long-lived objects will enter the old years
of age to determine dynamic object
allocation guarantee space

JDK visualization tools

jconsole

从Java 5开始 引入了 JConsole。JConsole 是一个内置 Java 性能分析器，可以从命令行或在 GUI shell 中运行。您可以轻松地使用 JConsole（或者，它更高端的 “近亲” VisualVM ）来监控 Java 应用程序性能和跟踪 Java 中的代码。
如果是从命令行启动，使 JDK 在 PATH 上，运行 jconsole 即可。
如果从 GUI shell 启动，找到 JDK 安装路径，打开 bin 文件夹，双击 jconsole 。
当分析工具弹出时（取决于正在运行的 Java 版本以及正在运行的 Java 程序数量），可能会出现一个对话框，要求输入一个进程的 URL 来连接，也可能列出许多不同的本地 Java 进程（有时包含 JConsole 进程本身）来连接。如图所示：

visualVm

VisualVM 是一款免费的，集成了多个 JDK 命令行工具的可视化工具，它能为您提供强大的分析能力，对 Java 应用程序做性能分析和调优。这些功能包括生成和分析海量数据、跟踪内存泄漏、监控垃圾回收器、执行内存和 CPU 分析，同时它还支持在 MBeans 上进行浏览和操作。本文主要介绍如何使用 VisualVM 进行性能分析及调优。

Technical bytecode

AOP技术、Lombok去除重复代码插件、动态修改class文件等

Byte technical advantages

Java字节码增强指的是在Java字节码生成之后，对其进行修改，增强其功能，这种方式相当于对应用程序的二进制文件进行修改。Java字节码增强主要是为了减少冗余代码，提高性能等。
实现字节码增强的主要步骤为：
1、修改字节码
   在内存中获取到原来的字节码，然后通过一些工具（如 ASM，Javaasist）来修改它的byte[]数组，得到一个新的byte数组。
   2、使修改后的字节码生效
    有两种方法：
  1） 自定义ClassLoader来加载修改后的字节码；
   2）替换掉原来的字节码：在JVM加载用户的Class时，拦截，返回修改后的字节码；或者在运行时，使用Instrumentation.redefineClasses方法来替换掉原来的字节码

Common bytecode manipulation library

BCEL
Byte Code Engineering Library(BCEL)，这是Apache Software Foundation的Jakarta项目的一部分。BCEL是Java classworking 广泛使用的一种框架，它可以让您深入jvm汇编语言进行类库操作的细节。BCEL与javassist有不同的处理字节码方法，BCEL在实际的jvm指令层次上进行操作(BCEL拥有丰富的jvm指令集支持) 而javassist所强调的是源代码级别的工作。
ASM
是一个轻量级Java字节码操作框架，直接涉及到JVM底层的操作和指令
高性能，高质量
CGLB
 生成类库，基于ASM实现
javassist
是一个开源的分析，编辑和创建Java字节码的类库。性能较ASM差，跟cglib差不多，但是使用简单。很多开源框架都在使用它。

Javassist advantage

– 比反射开销小，性能高。
–javassist性能高于反射，低于ASM
运行时操作字节码可以让我们实现如下功能：
– 动态生成 新的类
– 动态改变某个类的结构 ( 添加 / 删除 / 修改    新的属性 / 方法 )
javassist 的最外层的 API 和 JAVA 的反射包中的 API 颇为 类似 。
它 主要 由 CtClass ， CtMethod, ，以及 CtField 几个类组成。用以执行和 JDK 反射 API 中 java.lang.Class， java.lang.reflect.Method， java.lang.reflect.Method .Field 相同的 操作 。
方法操作
– 修改已有方法的方法体（插入代码到已有方法体）
– 新增方法   删除方法

Limitations of javassist

JDK5.0 新语法不支持 ( 包括泛型、枚举 ) ，不支持注解修改，但可以通过底层的 javassist 类来解决，具体参考： javassist.bytecode.annotation
不支持数组的初始化，如 String[]{"1","2"} ，除非只有数组的容量为 1
不支持内部类和匿名类
不支持 continue 和 break表达式。
对于继承关系，有些不支持。例如
class A {}  
class B extends A {} 
class C extends B {}

Create a class using Javassist

	public static void main(String[] args)
			throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException,
			SecurityException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
		Class<?> clazz = Class.forName("com.itmayiedu.Test0005");
		Object newInstance = clazz.newInstance();
		Method method = clazz.getDeclaredMethod("sum", int.class, int.class);
		Object invoke = method.invoke(newInstance, 1, 1);
	}

	public void sum(int a, int b) {
		System.out.println("sum:" + a + b);
	}



	public static void main(String[] args) throws CannotCompileException, NotFoundException, IOException {
		ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
		// 创建class文件
		CtClass userClass = pool.makeClass("com.itmayiedu.entity.User");
		// 创建id属性
		CtField idField = CtField.make("private Integer id;", userClass);
		// 创建name属性
		CtField nameField = CtField.make("private Integer name;", userClass);
		// 添加属性
		userClass.addField(idField);
		// 添加属性
		userClass.addField(nameField);
		// 创建方法
		CtMethod getIdMethod = CtMethod.make("public Integer getId() {return id;}", userClass);
		// 创建方法
		CtMethod setIdMethod = CtMethod.make("public void setId(Integer id) { this.id = id; }", userClass);
		// 添加方法
		userClass.addMethod(getIdMethod);
		// 添加方法
		userClass.addMethod(setIdMethod);
		// 添加构造器
		CtConstructor ctConstructor = new CtConstructor(new CtClass[] { CtClass.intType, pool.get("java.lang.String") },
				userClass);
		// 创建Body
		ctConstructor.setBody("	{this.id = id;this.name = name;}");
		userClass.addConstructor(ctConstructor);
		userClass.writeFile("F:/test");// 将构造好的类写入到F:\test 目录下
	}

Use Javassist modify the class file information

public static void main(String[] args)
			throws NotFoundException, CannotCompileException, InstantiationException, IllegalAccessException,
			NoSuchMethodException, SecurityException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException, IOException {
		ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
		// 需要加载类信息
		CtClass userClass = pool.get("com.itmayiedu.User");
		// 需要添加的方法
		CtMethod m = new CtMethod(CtClass.intType, "add", new CtClass[] { CtClass.intType, CtClass.intType },
				userClass);
		// 方法权限
		m.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
		// 方法体内容
		m.setBody("{System.out.println(\"Test003\"); return $1+$2;}");
		userClass.addMethod(m);
		userClass.writeFile("F:/test");// 将构造好的类写入到F:\test 目录下
		// 使用反射技术执行方法
		Class clazz = userClass.toClass();
		Object obj = clazz.newInstance(); // 通过调用User 无参构造函数
		Method method = clazz.getDeclaredMethod("add", int.class, int.class);
		Object result = method.invoke(obj, 200, 300);
		System.out.println(result);
	}