《JVM-概述-内存区域-回收算法-收集器》

 

《JVM-概述-内存区域-回收算法-收集器》

一、JVM概述

 JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写。JVM 是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互。

Java源文件 -> 编译器 -> 字节码文件 -> 字节码文件 -> JVM -> 机器码。

 

二、JVM内存区域主要分为

线程私有区域【程序计数器、虚拟机栈、本地方法区】

线程共享区域【JAVA堆、方法区】

1. 程序计数器(线程私有)

 一块较小的内存空间, 是当前线程所执行的字节码的行号指示器，每条线程都要有一个独立的程序计数器，这类内存也称为“线程私有”的内存。

 正在执行java 方法的话，计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址（当前指令的地址）。如果还是Native 方法，则为空。这个内存区域是唯一一个在虚拟机中没有规定任何OutOfMemoryError 情况的区域。

 

    2. 虚拟机栈(线程私有)

 是描述java 方法执行的内存模型，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。

 每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

 

    3. 本地方法区(线程私有)

 本地方法区和Java Stack 作用类似, 区别是虚拟机栈为执行Java 方法服务, 而本地方法栈则为Native 方法服务。

 

    4. 堆(Heap-线程共享)-运行时数据区

 是被线程共享的一块内存区域，创建的对象和数组都保存在Java 堆内存中，也是垃圾收集器进行垃圾收集的最重要的内存区域。

 由于现代JVM 采用分代收集算法, 因此Java 堆从GC 的角度还可以细分为: 新生代(Eden 区、From Survivor 区和To Survivor 区)和老年代。

 

     5. 方法区/永久代(线程共享)

 永久代(Permanent Generation), 用于存储被JVM 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.

 运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。

 信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。

 

三、JVM运行时内存

包含: 新生代(Eden 区、From Survivor 区和To Survivor 区)和老年代。

 1. 新生代

 新生代是用来存放新生的对象。一般占据堆的1/3 空间。由于频繁创建对象，所以新生代会频繁触发MinorGC 进行垃圾回收。

 

 1) Eden 区

  Java 新对象的出生地（如果新创建的对象占用内存很大，则直接分配到老年代）

 2) ServivorFrom

  上一次GC的幸存者，作为这一次GC的被扫描者。

 3) ServivorTo

  保留了一次MinorGC 过程中的幸存者。

 

 MinorGC 的过程（复制->清空->互换），MinorGC 采用复制算法。

 1) Eden、ServicorFrom 复制到 To Servicor，年龄+1 (默认情况下年龄到达15的对象会被移到老生代中)

 2) 清空 Eden、From Servicor

 3) To Servicor 和From Servicor 互换

 

 2. 老年代

 主要存放应用程序中生命周期长的内存对象。

 老年代的对象比较稳定，所以MajorGC 不会频繁执行。

 MajorGC 采用标记清除算法 :  首先扫描一次所有老年代，标记出存活的对象，然后回收没有标记的对象。

 MajorGC 的耗时比较长，因为要扫描再回收。MajorGC 会产生内存碎片。

 当老年代也满了装不下的时候，就会抛出OOM（Out of Memory）异常。

 

 3. 永久代

 指内存的永久保存区域，主要存放Class 和Meta（元数据）的信息,Class 在被加载的时候被放入永久区域。

 

 JAVA8 与元数据

 在Java8 中，永久代已经被移除，被一个称为“元数据区”（元空间）的区域所取代。

 元空间的本质和永久代类似，元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。

 因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。

 

 

四、JVM垃圾回收与算法

 确认垃圾方法1 : 引用计数法

 引用和对象是有关联的。如果要操作对象则必须用引用进行。

 通过引用计数来判断一个对象是否可以回收。

 即一个对象如果没有任何与之关联的引用，即他们的引用计数都不为0，则说明对象不太可能再被用到，那么这个对象就是可回收对象。

 

 确认垃圾方法2 : 可达性分析法

 为了解决引用计数法的循环引用问题，Java使用了可达性分析的方法。

 通过一系列的“GC roots”对象作为起点搜索。如果在“GC roots”和一个对象之间没有可达路径，则称该对象是不可达的。

 要注意的是，不可达对象不等价于可回收对象，不可达对象变为可回收对象至少要经过两次标记过程。两次标记后仍然是可回收对象，则将面临回收。

 

垃圾回收算法

垃圾回收算法1 : 标记清除算法(Mark-Sweep)

  过程 -> 最基础的垃圾回收算法，分为两个阶段，标注和清除。标记阶段标记出所有需要回收的对象，清除阶段回收被标记的对象所占用的空。

  问题 -> 该算法最大的问题是内存碎片化严重，后续可能发生大对象不能找到可利用空间的问题。

 

 垃圾回收算法2 : 复制算法(copying)

  为了解决Mark-Sweep算法内存碎片化的缺陷而被提出的算法。

  过程 -> 按内存容量将内存划分为相等大小的两块。每次只使用其中一块，当这一块内存满后将尚存活的对象复制到另一块上去，把已使用的内存清掉

  问题 -> 问题是可用内存被压缩到了原本的一半。

 

 垃圾回收算法3 : 标识整理算法(Mark-Compact)

  过程 -> 标记阶段和Mark-Sweep 算法相同，标记后不是清理对象，而是将存活对象移向内存的一端。然后清除端边界外的对象。

 

 垃圾回收算法4 : 分代收集法

 分代收集法是目前大部分JVM 所采用的方法，其核心思想是根据对象存活的不同生命周期将内存划分为不同的域，一般情况下将GC 堆划分为老生代(Tenured/Old Generation)和新生代(YoungGeneration)。

 老生代的特点是每次垃圾回收时只有少量对象需要被回收，新生代的特点是每次垃圾回收时都有大量垃圾需要被回收，因此可以根据不同区域选择不同的算法。

 

 在新生代-复制算法

 每次垃圾收集都能发现大批对象已死, 只有少量存活。因此选用复制算法, 只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集.

 

 在老年代-标记整理算法

 因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保, 就必须采用“标记—清理”或“标记—整理”算法来进行回收, 不必进行内存复制, 且直接腾出空闲内存.

 

 垃圾回收算法5 : 分区收集算法

 分区算法则将整个堆空间划分为连续的不同小区间, 每个小区间独立使用, 独立回收.

 这样做的好处是可以控制一次回收多少个小区间 , 根据目标停顿时间, 每次合理地回收若干个小区间(而不是整个堆), 从而减少一次GC 所产生的停顿。

 

 

五、GC垃圾收集器

1. Serial垃圾收集器(单线程 复制算法)

  Serial（英文连续）是最基本垃圾收集器，使用复制算法。是java 虚拟机运行在Client 模式下默认的新生代垃圾收集器。

 

 2. ParNew垃圾收集器(Serial 多线程)

  ParNew 垃圾收集器其实是Serial收集器的多线程版。

  ParNew 收集器默认开启和CPU数目相同的线程数，可以通过-XX:ParallelGCThreads参数来限制垃圾收集器的线程数。

  Java虚拟机运行在Server模式下新生代的默认垃圾收集器。

 

 3. Parallel Scavenge 收集器(多线程复制算法)

  自适应调节策略是Parallel Scavenge收集器与ParNew收集器的一个重要区别。

 

 4. Serial Old收集群(单线程标记整理算法)

  Serial Old 是Serial 垃圾收集器年老代版本，它同样是个单线程的收集器，使用标记-整理算法，

  这个收集器也主要是运行在Client 默认的java 虚拟机默认的年老代垃圾收集器。

 

 5. Parallel Old 收集器(多线程标记整理算法)

  Parallel Old 收集器是Parallel Scavenge的年老代版本，使用多线程的标记-整理算法，在JDK1.6才开始提供。

 

 6. CMS 收集器(多线程标记清除算法)

  Concurrent mark sweep(CMS)收集器是一种年老代垃圾收集器，其最主要目标是获取最短垃圾回收停顿时间，

  和其他年老代使用标记-整理算法不同，它使用多线程的标记-清除算法。

  1) 初始标记 : 标记一下GC Roots 能直接关联的对象，需要暂停所有的工作线程。

  2) 并发标记 : 进行GC Roots 跟踪的过程，和用户线程一起工作，不需要暂停工作线程。

  3) 重新标记 : 标记产生变动的那一部分对象的标记记录，仍然需要暂停所有的工作线程。

  4) 并发清除 : 清除GC Roots 不可达对象，和用户线程一起工作，不需要暂停工作线程。

 

 7. G1 收集器

  Garbage first 垃圾收集器是目前垃圾收集器理论发展的最前沿成果，相比与CMS 收集器，G1 收集器两个最突出的改进是：

  1) 基于标记-整理算法，不产生内存碎片。

  2) 可以非常精确控制停顿时间，在不牺牲吞吐量前提下，实现低停顿垃圾回收。

  G1 收集器避免全区域垃圾收集，它把堆内存划分为大小固定的几个独立区域

 

转载于:https://my.oschina.net/devpmp/blog/3078551