【JVM】HotSpot JVM内存管理和GC策略总结

JVM的相关知识是学习java高级特性必须要去深入学习的。平时也有一些学习和实践，不过总结比较少。

今天有时间总结一下最基础的内存模型和GC策略的知识，在此记录一下。

 

hotspot jvm内存模型

1.内存模型

hotspot的内存模型很多地方都有类似总结,我也简单总结了一下，大概可以用下图表示：

 关于几个分区的描述定义

1.线程栈：线程创建是会为每个线程创建一个线程栈，线程栈里面会为每个方法调用创建一个栈帧。主要用于保存线程的当前运行状态。

2.堆：用于存放运行时中生成的新对像。会划分成新生代和老年代。新生代里面又划分成了eden区、存活1区和存活2区。

3.永久区：方法和常量区，用于存放方法字节码元数据和各种常量。

 

为什么堆会划分为新生代和老年代？

基本原理：对于大部分应用，常驻对象不多。因为大部分存活寿命不长，新生代和老年代的划分有利于区分对待和缩小垃圾回收范围。（Most allocated objects are not referenced (considered live) for long, that is, they die young. Few references from older to younger objects exist.）

2.内存相关启动参数

 

内存相关常见jvm参数

参数	含义
-Xms	最小堆空间
-Xmx	最大堆空间
-Xmn	新生代空间
-Xss	线程栈空间
-XX:PermSize=xxx	永久代空间
-XX:MaxPermSize=xxx	最大永久代空间
-XX:SurviorRatio=xxx	代表eden:s0的比例
-XX:NewRatio=xx	新生代和旧生代的比例.
-XX:MaxTenuringThreshold。	在新生代最大存活次数

hotspot 内存垃圾回收策略总结

1.内存回收策略和常见概念

常见内存回收策略可以从以下几个维度来理解：

1.1 串行&并行
串行：单线程执行内存回收工作。十分简单，无需考虑同步等问题，但耗时较长，不适合多cpu。
并行：多线程并发进行回收工作。适合多CPU，效率高。
1.2 并发& stop the world
stop the world：jvm里的应用线程会挂起，只有垃圾回收线程在工作进行垃圾清理工作。简单，无需考虑回收不干净等问题。
并发：在垃圾回收的同时，应用也在跑。保证应用的响应时间。会存在回收不干净需要二次回收的情况。
1.3 压缩&非压缩&copy
压缩：在进行垃圾回收后，会通过滑动，把存活对象滑动到连续的空间里，清理碎片，保证剩余的空间是连续的。
非压缩：保留碎片，不进行压缩。

copy：将存活对象移到新空间，老空间全部释放。（需要较大的内存。）

 

一个垃圾回收算法，可以从上面几个维度来考虑和设计，而最终产生拥有不同特性适合不同场景的垃圾回收器。

2.HotSpot JVM的YGC&FGC

YGC ：对新生代堆进行GC。频率比较高，因为大部分对象的存活寿命较短，在新生代里被回收。性能耗费较小。

FGC ：全堆范围的GC。默认堆空间使用到达80%(可调整)的时候会触发FGC。以我们生产环境为例，一般比较少会触发FGC，有时10天或一周左右会有一次。

3.常见GC算法和jvm参数

3.1.串行垃圾收集器

新生代和老生代因为结构划分不一样，其串行收集器算法也不一样

新生代串行收集器

采用stop the world策略，步骤大概是：先从eden区扫描，把存活的对象拷贝到to区，如果to区放不下的对象直接拷贝到old区。再从from区扫描存活对象，如果对象存活次数超过阀值的就移到老年区，其他的移到to区。做完之后from和to区概念互换(from和to只是运行时的概念，其实就对应存活1区和存活2区)。

图形的表示如下：

回收前：

 

回收后：

 

老生代串行收集器

老生代垃圾回收主要分为三个阶段 Mark-sweep-compact

Mark ：识别哪些是存活的
Sweep : 识别垃圾，并回收
Compact ：滑动活动对象并压缩到连续空间，碎片整理。

 

串行垃圾回收器在jvm client模式下是默认启动的。参数 -XX:+UseSerialGC 可以设置垃圾回收策略为串行。

 

3.2并行垃圾回收器

主要以下特点：

充分利用CPU
吞吐量优先
和串行一样，不过是多线程执行，缩短了stop-the-world时间。
-server模式下默认的回收器。参数 -XX:+UseParallelGC 可以设置垃圾回收策略为并行。

 

3.3并行压缩收集器（Parallel Compacting Collector）

只对老生代适用，新生代仍旧和并行垃圾回收器一样。

其过程大概如下：

标记阶段 ，使用多线程对存在引用的对象进行并行标记。
分析阶段 ，GC对各个区域进行分析，GC认为，在经过上次GC后，越左边的区域，有引用的对象密度要远远大于右边的区域。所以就从左往右分析，当某个区域的密度达到一个值的时候，就认为这是一个临界区域，所以这个临界区域左边的区域，将不会进行压缩，而右边的区域，则会进行压缩。
压缩阶段 ，多各个需要压缩的区域进行并行压缩

 

参数-XX:+UseParallelOldGC 可以设置老生代垃圾回收策略为并行压缩。

 

3.4 Concurrent Mark-Sweep (CMS) Collector

主要特点

仍旧是老生代适用。

减少停顿，以响应时间为优先。

只有标记和清除，不会进行会压缩。

初始标记和清除支持和应用程序并发执行，中间还是会有一re-mark需要stop the world。

 

参数-XX:+UseConcMarkSweepGC 可以设置老生代垃圾回收策略为CMS。

 

3.5 G1垃圾收集器

是在JDK7里支持的，用于取代CMS。具体具体见：http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/vm/G1.html

 

 

总结

本文的内容只是仅限于基础层面的的一些知识总结，更加深入的知识点还需要后续深入学习。

以下提供一些学习参考：

memory management whitepaper :

http://java.sun.com/j2se/reference/whitepapers/memorymanagement_whitepaper.pdf

 

JVM option：http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/tech/vmoptions-jsp-140102.html

 

淘宝的blue davy的一个jmm分享：  http://blog.bluedavy.com/?p=200

 

 

 

评论

2 楼 demoxshiroki 2014-12-15  

咨询下,JVM 搞不搞class文件结构解析吗?GC,内存这些都是摸不着的东西,感觉jvm搞最好带像ASM这样的工具jar包,一起搞,这样可以比较清晰的认识CLASS文件结构,和opcode,以及operand吧..

1 楼 islove1945 2013-09-19  

很不错，言简意赅