JVM内存管理机制和垃圾回收机制

时间：2021-11-18 12:54:02

JVM内存管理机制和垃圾回收机制

JVM结构

JVM内存管理机制和垃圾回收机制

图片描述：

  1. java源码编译成class文件
  2. class文件通过类加载器加载到内存
  3. 其中方法区存放的是运行时的常量、静态变量、类信息等，被所有线程共享
  4. 堆空间存放对象，被所有线程共享
  5. 栈空间存放的是栈帧，包括局部变量、操作数栈、返回地址等，每一个方法创建一个栈帧
  6. 本地方法栈通过本地方法接口实现本地方法的调用
  7. 程序计数器是用来记录程序执行的位置

JAVA代码编译

JVM内存管理机制和垃圾回收机制

JAVA字节码执行

JVM内存管理机制和垃圾回收机制

类加载机制

JVM内存管理机制和垃圾回收机制

  1. Bootstrap ClassLoader：负责加载$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class，由C++实现，不是ClassLoader子类
  2. Extension ClassLoader: 负责加载java平台中扩展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目录下的jar包
  3. App ClassLoader: 负责记载classpath中指定的jar包及目录中class
  4. Custom ClassLoader: 属于应用程序根据自身需要自定义的ClassLoader，如tomcat、jboss都会根据j2ee规范自行实现ClassLoader

加载过程中会先检查类是否被已加载，检查顺序是自底向上，从Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐层检查，只要某个classloader已加载就视为已加载此类，保证此类只所有ClassLoader加载一次。而加载的顺序是自顶向下，也就是由上层来逐层尝试加载此类。

类执行机制

JVM是基于栈的体系结构来执行class字节码的。线程创建后，都会产生程序计数器（PC）和栈（Stack），程序计数器存放下一条要执行的指令在方法内的偏移量，栈中存放一个个栈帧，每个栈帧对应着每个方法的每次调用，而栈帧又是有局部变量区和操作数栈两部分组成，局部变量区用于存放方法中的局部变量和参数，操作数栈中用于存放方法执行过程中产生的中间结果。

JVM内存组成

堆

所有通过new创建的对象的内存都在堆中分配，其大小可以通过-Xmx和-Xms来控制。堆被划分为新生代和旧生代，新生代又被进一步划分为Eden和Survivor区，最后Survivor由From Space和To Space组成，结构图如下所示：

JVM内存管理机制和垃圾回收机制

  • 新生代：新建的对象都是用新生代分配内存，Eden空间不足的时候，会把存活的对象转移到Survivor中，新生代大小可以由-Xmn来控制，也可以用-XX:SurvivorRatio来控制Eden和Survivor的比例
  • 旧生代：用于存放新生代中经过多次垃圾回收仍然存活的对象

栈

每个线程执行每个方法的时候都会在栈中申请一个栈帧，每个栈帧包括局部变量区和操作数栈，用于存放此次方法调用过程中的临时变量、参数和中间结果

本地方法栈

用于支持native方法的执行，存储了每个native方法调用的状态

方法区

存放了要加载的类信息、静态变量、final类型的常量、属性和方法信息。JVM用持久代（Permanet Generation）来存放方法区，可通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来指定最小值和最大值

垃圾回收机制

JVM针对新生代和旧生代采用了不同的GC

新生代的GC

新生代通常存活时间较短，因此基于Copying算法来进行回收，所谓Copying算法就是扫描出存活的对象，并复制到一块新的完全未使用的空间中，对应于新生代，就是在Eden和From Space或To Space之间copy。

新生代采用空闲指针的方式来控制GC触发，指针保持最后一个分配的对象在新生代区间的位置，当有新的对象要分配内存时，用于检查空间是否足够，不够就触发GC。

用java visualVM来查看，能明显观察到新生代满了后，会把对象转移到旧生代，然后清空继续装载，当旧生代也满了后，就会报outofmemory的异常，如下图所示：

JVM内存管理机制和垃圾回收机制

在执行机制上JVM提供了串行GC（Serial GC）、并行回收GC（Parallel Scavenge）和并发GC（ParNew）。

  1. 串行GC
    在整个扫描和复制过程采用单线程的方式来进行，适用于单CPU、新生代空间较小及对暂停时间要求不是非常高的应用上，是client级别默认的GC方式，可以通过-XX:+UseSerialGC来强制指定
  2. 并行回收GC
    在整个扫描和复制过程采用多线程的方式来进行，适用于多CPU、对暂停时间要求较短的应用上，是server级别默认采用的GC方式，可用-XX:+UseParallelGC来强制指定，用-XX:ParallelGCThreads=4来指定线程数
  3. 并行GC
    与旧生代的并发GC配合使用

旧生代的GC

旧生代与新生代不同，对象存活的时间比较长，比较稳定，因此采用标记（Mark）算法来进行回收，所谓标记就是扫描出存活的对象，然后再进行回收未被标记的对象，回收后对用空出的空间要么进行合并，要么标记出来便于下次进行分配，总之就是要减少内存碎片带来的效率损耗。

在执行机制上JVM提供了串行GC（Serial MSC）、并行GC（parallel MSC）和并发GC（CMS）。

你吃饭吃到一半，电话来了，你一直到吃完了以后才去接，这就说明你不支持并发也不支持并行。
你吃饭吃到一半，电话来了，你停了下来接了电话，接完后继续吃饭，这说明你支持并发。
你吃饭吃到一半，电话来了，你一边打电话一边吃饭，这说明你支持并行。

指定方式 新生代GC方式 旧生代GC方式
-XX:+UseSerialGC 串行GC 串行GC
-XX:+UseParallelGC 并行回收GC 并行GC
-XX:+UseConeMarkSweepGC 并行GC 并发GC
-XX:+UseParNewGC 并行GC 串行GC
-XX:+UseParallelOldGC 并行回收GC 并行GC
-XX:+ UseConeMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC 串行GC 并发GC
不支持的组合 1、-XX:+UseParNewGC -XX:+UseParallelOldGC 2、-XX:+UseParNewGC -XX:+UseSerialGC

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