JVM内存模型及垃圾回收算法

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JVM内存模型总体架构图



程序计数器
多线程时，当线程数超过CPU数量或CPU内核数量，线程之间就要根据时间片轮询抢夺CPU时间资源。因此每个线程有要有一个独立的程序计数器，记录下一条要运行的指令。线程私有的内存区域。如果执行的是JAVA方法，计数器记录正在执行的java字节码地址，如果执行的是native方法，则计数器为空。
虚拟机栈
线程私有的，与线程在同一时间创建。管理JAVA方法执行的内存模型。每个方法执行时都会创建一个桢栈来存储方法的的变量表、操作数栈、动态链接方法、返回值、返回地址等信息。栈的大小决定了方法调用的可达深度（递归多少层次，或嵌套调用多少层其他方法，-Xss参数可以设置虚拟机栈大小）。栈的大小可以是固定的，或者是动态扩展的。如果请求的栈深度大于最大可用深度，则抛出stackOverflowError；如果栈是可动态扩展的，但没有内存空间支持扩展，则抛出OutofMemoryError。
使用jclasslib工具可以查看class类文件的结构。下图为栈帧结构图：


本地方法区
和虚拟机栈功能相似，但管理的不是JAVA方法，是本地方法，本地方法是用C实现的。

JAVA堆
线程共享的，存放所有对象实例和数组。垃圾回收的主要区域。可以分为新生代和老年代(tenured)。
新生代用于存放刚创建的对象以及年轻的对象，如果对象一直没有被回收，生存得足够长，老年对象就会被移入老年代。
新生代又可进一步细分为eden、survivorSpace0(s0,from space)、survivorSpace1(s1,to space)。刚创建的对象都放入eden,s0和s1都至少经过一次GC并幸存。如果幸存对象经过一定时间仍存在，则进入老年代(tenured)。


方法区
线程共享的，用于存放被虚拟机加载的类的元数据信息：如常量、静态变量、即时编译器编译后的代码。也成为永久代。如果hotspot虚拟机确定一个类的定义信息不会被使用，也会将其回收。回收的基本条件至少有：所有该类的实例被回收，而且装载该类的ClassLoader被回收

垃圾回收算法

标记-清除算法(Mark-Sweep)
从根节点开始标记所有可达对象，其余没标记的即为垃圾对象，执行清除。但回收后的空间是不连续的。

复制算法(copying)
将内存分成两块，每次只使用其中一块，垃圾回收时，将标记的对象拷贝到另外一块中，然后完全清除原来使用的那块内存。复制后的空间是连续的。复制算法适用于新生代，因为垃圾对象多于存活对象，复制算法更高效。在新生代串行垃圾回收算法中，将eden中标记存活的对象拷贝未使用的s1中，s0中的年轻对象也进入s1，如果s1空间已满，则进入老年代；这样交替使用s0和s1。这种改进的复制算法，既保证了空间的连续性，有避免了大量的内存空间浪费。


标记-压缩算法(Mark-compact)
适合用于老年代的算法（存活对象多于垃圾对象）。
标记后不复制，而是将存活对象压缩到内存的一端，然后清理边界外的所有对象。



JVM参数：

-XX:+PrintGCDetails  打印垃圾回收信息

-Xms 为Heap区域的初始值，线上环境需要与-Xmx设置为一致，否则capacity的值会来回飘动
-Xmx 为Heap区域的最大值
-Xss（或-ss） 线程栈大小（指一个线程的native空间）1.5以后是1M的默认大小
-XX:PermSize与-XX:MaxPermSize  方法区（永久代）的初始大小和最大值（但不是本地方法区）
-XX:NewRatio  老年代与新生代比率
-XX:SurvivorRatio  Eden与Survivor的占用比例。例如8表示，一个survivor区占用 1/8 的Eden内存，即1/10的新生代内存，为什么不是1/9？因为我们的新生代有2个survivor，即S1和S22。所以survivor总共是占用新生代内存的 2/10，Eden与新生代的占比则为 8/10。
-XX:MaxHeapFreeRatio  GC后，如果发现空闲堆内存占到整个预估的比例小于这个值，则减小堆空间。
-XX:MinHeapFreeRatio  GC后，如果发现空闲堆内存占到整个预估的比例大于这个值，则增大堆空间。
-XX:NewSize    新生代大小

参考文章：

http://www.cubrid.org/blog/dev-platform/understanding-java-garbage-collection/
http://www.oracle.com/webfolder/technetwork/tutorials/obe/java/gc01/index.html