JVM学习

December 27, 2019 2713

JVM入门（一）

JVM 结构

  1. 类加载子系统 和 方法区
    类加载子系统：负责从文件系统和网络中加载 Class信息，加载的类信息存放在一块 -> 称为方法区
    除了类的信息外，方法区还存放运行时常量池信息，包括字符串面量，数字常量（这部分常量信息是Class文件中常量池部分内存映射）

  2. Java堆 *
    Java堆在虚拟机启动时建立，它是Java程序最主要的内存工作区

  3. 直接内存

  4. 垃圾回收机制 *
  5. Java栈
    每个Java虚拟机线程都有一个私有的Java栈，一个线程的Java栈在线程创建的时候被创建，Java栈中保存着帧信息，
    Java栈中保存着局部变量，方法参数，同时和Java方法的调用、返回密切相关
  6. 本地方法栈
    本地方法栈和Java栈十分类似，不同在 
     Java栈用于方法调用
 本地方法栈用于本地方法调用
    作为对Java虚拟机的重要拓展，Java虚拟机允许Java直接调用本地方法（通常是c写的）
  7. PC（Program Counter）
    PC寄存器也是每个线程私有的空间创建（跟Java栈相似），Java虚拟机会给每个Java线程创建PC寄存器。在任意时刻，一个Java线程总是在执行一个方法，
    这个正在执行方法是 当前方法 。
     如果当前方法是本地方法，那么PC寄存器的值是 undefined
 如果是Java方法，PC寄存器就会指向当前正在被执行的指令
  8. 执行引擎
    执行引擎是Java虚拟机最核心组件之一，负责执行虚拟机的字节码，现在虚拟机为了提高执行效率，会使用即时编译（Just In Time JIT）技术将方法编译成机器码后再执行
    基本结构.png

    JVM堆结构图 和 分代

    java堆结构.png
    Java虚拟机根据对象存活周期不同，把堆内存分成几块，一般分为新生代，老年代，永久代（对于HotSpot虚拟机而言），JVM就是按照这个策略划分周期

为什么要分代？
堆内存是虚拟机管理的内存中最大的一块，垃圾回收最频繁的一块，程序中所有对象实例都存放在堆内存中。给堆内存分代是为了提高对象内存分配和垃圾回收效率
如果不划分，所有新创建的对象和生命周期很长的对象放在一起，随着程序执行，堆内存需要频繁进行垃圾收集，每次回收都要遍历所有的对象
遍历对象会浪费巨大的时间代价，影响GC效率

有了分代的情况，新创建的对象会在新生代中分配内存，经过多次回收依然存活的对象放在老年代中，静态属性、类信息方法老年代中。
新生代中对象存活时间短，只需要在新生代中频繁进行GC
老年代中生命周期长，GC频率低，
永久代中一般不进行垃圾回收
根据不同年代的特点采用适合的垃圾回收算法，分代收集很大提升了收集效率，这都是内存分代的好处

内存分代划分
Java虚拟机将堆内存分为新生代、老年代、永久代，永久代是HotSpot VM特有概念
永久代主要存放常量、类信息、静态变量和垃圾回收关系不大

新生代（Yong Generation）

新生成的对象优先存在新生代中，新生代对象存活率低，在新生代中，回收效率高。一般回收70%~95%
新生代划分为三块，Eden空间和两个较小Survivor空间，默认比例为 8:1:1。
通过 复制算法 进行
虚拟机配置阀值默认是15 进入老年代

老年代（Old Generation）

在新生代中经历多次（虚拟机配置阀值）GC后仍然存活的对象进入老年代，老年代中的对象生命周期长，存活率高，在老年代中进行GC频率相对低，而且回收速度慢

永久代（Permanent Generation）

永久代存储类信息、常量、静态常量

JVM垃圾回收算法 和 收集器

1 垃圾回收常见算法

  • 引用计数法
  • 复制算法（Coping）
    算法把内存空间划分成两个相等区域，每次只使用一个区域，垃圾回收时，遍历当前使用区域，把当前使用中的对象复制到另外一个区域中。
      次算法每次只处理正在使用中的对象，因此复制成本小，同时复制过去以后还能进行`相应的内存整理`，不会出现“碎片”问题。此算法`缺点是需要两倍内存空间`
    新生代中的survivor区
    复制算法图解

  • 标记-清除（Mark-Sweep）
    算法执行分两个阶段，

    • 第一个阶段：从引用根节点开始标记所有被引用的对象
    • 第二个阶段：遍历整个堆，把未标记对象清除
      此算法需要暂停整个应用，同时，会产生内存碎片
      标记清除.png

  • 标记-整理（Mark-Compact）
    算法结合了“标记-清除”和“复制”两个算法优点。分为两个阶段

    • 第一个阶段：从根节点开始标记所有被引用对象
    • 第二个阶段：遍历整的堆，把清除未标记对象并且把对象“压缩”到堆中的其中一块，按顺序排放，
      这个算法避免了“标记-清除”的碎片问题，也避免了“复制”算法的空间问题
      标记整理.png

2 JVM垃圾收集器

Scavenge GC（次收集）和Full GC（前收集）

  • 新生代 GC（Scavenge GC）：Scavenge GC指发生在新生代的GC，因为新生代的Java对象大多都是存活时间短，所以Scavenge GC非常频繁，回收速度也比较快。当Eden空间空间不足给对象分配内存时，会触发Scavenge GC。

    ​ 一般情况下，当新对象生成，并且在Eden 申请空间失败时，就会触发Scavenge GC，对Eden区域进行GC，清除非存活对象，并且把尚且存活的对象移动到Survivor区。然后整理Survivor的两个区，这种GC方式是对年轻代的Eden区进行，不会影响老年代。因为大部分对象都是从Eden区开始，同时Eden区不会分配的很大，所以Eden区的GC会频繁进行。因而一般需要使用速度快、效率高的算法，
    使Eden去尽快空闲出来

  • 老年代GC（Full GC/Major GC）：Full GC指发生在老年代的GC，出现了Full GC，一般会伴随至少一次的Minor GC（老年代的对象大部分是Minor GC过程中从新生代进入老年代），比如分配担保失败。Full GC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上。当老年代内存不足或者显示调用System.gc() 方法，会触发Full GC

小结：

  • Scavenger GC：当年轻代堆内存紧张会触发，相对于全收集来说，收集间隔短
  • Full GC：当老年代或永久代堆满了，会触发Full GC可以使用 System.gc() 来显示启动Full GC，Full GC一般根据堆大小的不同，需要的时间不相同，但一般会比较长，超过3-5秒已经算长了

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