Java 仮想マシン: メモリ管理、ガベージ コレクション、およびパフォーマンス分析。

Java 仮想マシン (JVM) は Java プログラムの基盤であり、プログラムのメモリの管理、コードの実行、ガベージ コレクションの実行を担当します。この記事では、JVM のメモリ管理、ガベージ コレクション、およびパフォーマンス分析について説明します。

メモリ管理
JVM には、ヒープ メモリと非ヒープ メモリという 2 種類のメモリがあります。ヒープ メモリは、Java プログラムの実行時に割り当てられるメモリで、すべてのオブジェクトと配列を格納するために使用されます。非ヒープ メモリには、スタック メモリ、メソッド領域、ローカル メモリが含まれます。スタック メモリはメソッド呼び出しとローカル変数を格納するために使用され、メソッド領域はクラス情報を格納し、ローカル メモリは基礎となるオペレーティング システムと対話するメモリです。

JVM のヒープ メモリ サイズは、-Xmx および -Xms パラメータを変更することで調整できます。デフォルトでは、ヒープ サイズは物理メモリ サイズの 1/4 です。これらのパラメータは、JVM の起動時にコマンド ライン引数として渡すことも、Java Management Extensions (JMX) を使用してアプリケーション内で動的に調整することもできます。大きなヒープを使用するとプログラムのパフォーマンスが向上する可能性がありますが、ガベージ コレクションのオーバーヘッドも増加します。

ガベージ コレクション
Java はガベージ コレクション (GC) を使用して、使用されなくなったオブジェクトと配列を自動的に回収します。 JVM には、メモリを再利用するためにさまざまなアルゴリズムと戦略を使用する複数のガベージ コレクターがあります。デフォルトでは、JVM は Parallel GC と CMS GC という 2 つのコレクターを使用します。

並列 GC は、若い世代と古い世代を使用してメモリを管理します。若い世代は、新しく作成されたオブジェクトが格納される領域であり、若い世代がいっぱいになると、若い世代のガベージ コレクションがトリガーされます。古い世代は、存続期間の長いオブジェクトが格納される領域であり、古い世代がいっぱいになると、フル GC がトリガーされ、プログラムの実行が一時停止され、ヒープ メモリ全体に対してガベージ コレクションが実行されます。

CMS GC は同時ガベージ コレクション アルゴリズムを使用します。つまり、ガベージ コレクションによってプログラムの実行が停止することはありません。複数のスレッドを使用して若い世代と古い世代のメモリをリサイクルするため、並列 GC と比較して、CMS GC はガベージ コレクションに多くの CPU 時間を浪費しません。ただし、CMS GC は古い世代の継続性を維持するためにより多くのメモリを必要とするため、ヒープ メモリが十分に大きくないと CMS GC のパフォーマンスに影響します。

パフォーマンス分析
JVM は、プログラムのパフォーマンスの問題を分析および診断するためのさまざまなツールを提供します。そのようなツールの 1 つが jstat で、JVM メモリ、スレッド、ガベージ コレクションなどの情報を表示します。 jstat を使用すると、ユーザーはプログラムの実行ステータスをリアルタイムで監視し、メモリ リークやガベージ コレクションの問題を特定するのに役立ちます。

もう 1 つのツールは jconsole で、プロセスのメモリ使用量、スレッド情報、ガベージ コレクションを表示できます。 jconsole は、リモート マシン上で実行されている JVM プロセスにリモート接続することもできるため、プログラムのパフォーマンス分析と診断がより便利になります。

上記のツールに加えて、VisualVM や Mission Control など、他にも多くの JVM パフォーマンス分析ツールがあります。これらのツールは、CPU プロファイリングやヒープ分析などのより高度な機能を提供し、ユーザーがプログラム パフォーマンスの問題を特定し、プログラム パフォーマンスを最適化するのに役立ちます。

概要
JVM は Java プログラムの基盤であり、プログラムのパフォーマンスには正しいメモリ管理、ガベージ コレクション、パフォーマンス分析が不可欠です。ヒープ メモリ サイズの設定、ガベージ コレクターの選択、およびパフォーマンス分析ツールの使用はすべて、プログラムのパフォーマンスに重要な影響を与えます。 JVM のメモリ管理、ガベージ コレクション、およびパフォーマンス分析テクノロジを理解して習得することで、プログラマはプログラムのパフォーマンスを最適化し、システムの安定性と信頼性を向上させることができます。

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