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JVM_1讲解

qq123 2021年04月02日 编程语言 181 0

JVM

运行时数据区域
  1. 程序计数器:程序计数器是一块较小的内存空间,它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里,字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令,分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。是线程私有”的内存。
  2. Java虚拟机栈:与程序计数器一样,Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)也是线程私有的,它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是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 ,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. 本地方法栈:本地方法栈(Native Method Stack)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。
  4. Java堆:对于大多数应用来说,Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存。
分代回收

HotSpot JVM把年轻代分为了三部分:1个Eden区和2个Survivor区(分别叫from和to)。一般情况下,新创建的对象都会被分配到Eden区(一些大对象特殊处理),这些对象经过第一次Minor GC后,如果仍然存活,将会被移到Survivor区。对象在Survivor区中每熬过一次Minor GC,年龄就会增加1岁,当它的年龄增加到一定程度时,就会被移动到年老代中。

因为年轻代中的对象基本都是朝生夕死的,所以在年轻代的垃圾回收算法使用的是复制算法,复制算法的基本思想就是将内存分为两块,每次只用其中一块,当这一块内存用完,就将还活着的对象复制到另外一块上面。复制算法不会产生内存碎片。

在GC开始的时候,对象只会存在于Eden区和名为“From”的Survivor区,Survivor区“To”是空的。紧接着进行GC,Eden区中所有存活的对象都会被复制到“To”,而在“From”区中,仍存活的对象会根据他们的年龄值来决定去向。年龄达到一定值(年龄阈值,可以通过-XX:MaxTenuringThreshold来设置)的对象会被移动到年老代中,没有达到阈值的对象会被复制到“To”区域。经过这次GC后,Eden区和From区已经被清空。这个时候,“From”和“To”会交换他们的角色,也就是新的“To”就是上次GC前的“From”,新的“From”就是上次GC前的“To”。不管怎样,都会保证名为To的Survivor区域是空的。Minor GC会一直重复这样的过程,直到“To”区被填满,“To”区被填满之后,会将所有对象移动到年老代中。

常见的垃圾回收机制
  1. 引用计数法:引用计数法是一种简单但速度很慢的垃圾回收技术。每个对象都含有一个引用计数器,当有引用连接至对象时,引用计数加1。当引用离开作用域或被置为null时,引用计数减1。虽然管理引用计数的开销不大,但这项开销在整个程序生命周期中将持续发生。垃圾回收器会在含有全部对象的列表上遍历,当发现某个对象引用计数为0时,就释放其占用的空间。
  2. 可达性分析算法:这个算法的基本思路就是通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起始点,从这些节点开始向下搜索,搜索所走过的路径称为引用链,当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连(用图论的话来说,就是从GC Roots到这个对象不可达)时,则证明此对象是不可用的。
G1和CMS的比较
  1. CMS收集器是获取最短回收停顿时间为目标的收集器,因为CMS工作时,GC工作线程与用户线程可以并发执行,以此来达到降低手机停顿时间的目的(只有初始标记和重新标记会STW)。但是CMS收集器对CPU资源非常敏感。在并发阶段,虽然不会导致用户线程停顿,但是会占用CPU资源而导致引用程序变慢,总吞吐量下降。
  2. CMS仅作用于老年代,是基于标记清除算法,所以清理的过程中会有大量的空间碎片。
  3. CMS收集器无法处理浮动垃圾,由于CMS并发清理阶段用户线程还在运行,伴随程序的运行自热会有新的垃圾不断产生,这一部分垃圾出现在标记过程之后,CMS无法在本次收集中处理它们,只好留待下一次GC时将其清理掉。
  4. G1是一款面向服务端应用的垃圾收集器,适用于多核处理器、大内存容量的服务端系统。G1能充分利用CPU、多核环境下的硬件优势,使用多个CPU(CPU或者CPU核心)来缩短STW的停顿时间,它满足短时间停顿的同时达到一个高的吞吐量。
  5. 从JDK 9开始,G1成为默认的垃圾回收器。当应用有以下任何一种特性时非常适合用G1:Full GC持续时间太长或者太频繁;对象的创建速率和存活率变动很大;应用不希望停顿时间长(长于0.5s甚至1s)。
  6. G1将空间划分成很多块(Region),然后他们各自进行回收。堆比较大的时候可以采用,采用复制算法,碎片化问题不严重。整体上看属于标记整理算法,局部(region之间)属于复制算法。
  7. G1 需要记忆集 (具体来说是卡表)来记录新生代和老年代之间的引用关系,这种数据结构在 G1 中需要占用大量的内存,可能达到整个堆内存容量的 20% 甚至更多。而且 G1 中维护记忆集的成本较高,带来了更高的执行负载,影响效率。所以 CMS 在小内存应用上的表现要优于 G1,而大内存应用上 G1 更有优势,大小内存的界限是6GB到8GB。
哪些对象可以作为GC Roots
  1. 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象。
  2. 方法区中类静态属性引用的对象。
  3. 方法区中常量引用的对象。
  4. 本地方法栈中JNI(即一般说的Native方法)引用的对象。
GC中Stop the world(STW)

在执行垃圾收集算法时,Java应用程序的其他所有除了垃圾收集收集器线程之外的线程都被挂起。此时,系统只能允许GC线程进行运行,其他线程则会全部暂停,等待GC线程执行完毕后才能再次运行。这些工作都是由虚拟机在后台自动发起和自动完成的,是在用户不可见的情况下把用户正常工作的线程全部停下来,这对于很多的应用程序,尤其是那些对于实时性要求很高的程序来说是难以接受的。

但不是说GC必须STW,你也可以选择降低运行速度但是可以并发执行的收集算法,这取决于你的业务。

垃圾回收算法
  1. 停止-复制:先暂停程序的运行,然后将所有存活的对象从当前堆复制到另一个堆,没有被复制的对象全部都是垃圾。当对象被复制到新堆时,它们是一个挨着一个的,所以新堆保持紧凑排列,然后就可以按前述方法简单,直接的分配了。缺点是一浪费空间,两个堆之间要来回倒腾,二是当程序进入稳定态时,可能只会产生极少的垃圾,甚至不产生垃圾,尽管如此,复制式回收器仍会将所有内存自一处复制到另一处。
  2. 标记-清除:同样是从堆栈和静态存储区出发,遍历所有的引用,进而找出所有存活的对象。每当它找到一个存活的对象,就会给对象一个标记,这个过程中不会回收任何对象。只有全部标记工作完成的时候,清理动作才会开始。在清理过程中,没有标记的对象会被释放,不会发生任何复制动作。所以剩下的堆空间是不连续的,垃圾回收器如果要希望得到连续空间的话,就得重新整理剩下的对象。
  3. 标记-整理:它的第一个阶段与标记/清除算法是一模一样的,均是遍历GC Roots,然后将存活的对象标记。移动所有存活的对象,且按照内存地址次序依次排列,然后将末端内存地址以后的内存全部回收。因此,第二阶段才称为整理阶段。
  4. 分代收集算法:把Java堆分为新生代和老年代,然后根据各个年代的特点采用最合适的收集算法。新生代中,对象的存活率比较低,所以选用复制算法,老年代中对象存活率高且没有额外空间对它进行分配担保,所以使用“标记-清除”或“标记-整理”算法进行回收。
Minor GC和Full GC触发条件
  • Minor GC触发条件:当Eden区满时,触发Minor GC。
  • Full GC触发条件:
    1.调用System.gc时,系统建议执行Full GC,但是不必然执行
    2.老年代空间不足
    3.方法区空间不足
    4.通过Minor GC后进入老年代的平均大小大于老年代的可用内存
    5.由Eden区、From Space区向To Space区复制时,对象大小大于To Space可用内存,则把该对象转存到老年代,且老年代的可用内存小于该对象大小
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