Java 虚拟机JVM 总结(精简版) [上]

手摘星辰 · 2018-7-29 21:39

学过 Java 的同学都知道，JVM 是 Java Virtual Machine（Java 虚拟机）的缩写， JVM 是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。

一、线程私有

1. 程序计数器
当前线程所执行的字节码的行号指示器。
对于 Java方法，记录正在执行的虚拟机字节码指令的地址；对于native方法，记录值为空（Undefined）。
唯一一个Java 虚拟机规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 的内存区域。

2. Java 虚拟机栈
每个线程都有独自的虚拟机栈，并且在栈中的结构是栈帧，当调用一个方法时，会为这个方法创建一个栈帧，每个方法对应的是入栈、出栈的过程。
栈帧中包括局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
线程请求的栈深度大于虚拟机规定的栈深度，会抛出 StackOverflowError，当栈空间动态扩展，但无法申请足够的内存，将抛出 OutOfMemoryError

3. 本地方法栈
与虚拟机栈类似，区别在于虚拟机栈执行Java方法，本地方法栈执行 Native 方法。

二、线程共享

1. 堆
堆是垃圾回收的主要区域，很多时候被称为 GC堆。
堆被分为新生代、老年代：Eden Space（伊甸园）、Survivor Space（幸存者区）、Tenured Gen（老年代）。
几乎所有的对象实例及数组都在堆上分配。
当内存空间不足时，无法完成实例分配，将抛出 OutOfMemoryError

2. 方法区
方法区在 HotSpot 中又被称为永久代。
存储虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
该区域的回收目标主要是对常量池的回收以及类的卸载。
当内存空间不足时，无法为方法区开辟新空间时，将抛出 OutOfMemoryError
运行时常量池，存储类加载后的常量池信息。

三、垃圾回收

1. why - 为什么要了解垃圾回收：
提高系统性能，突破应用性能瓶颈。
排查各种内存溢出，内存泄漏的问题。

2. what1 - 哪些内存区域需要回收：
Java 堆和方法区。
Java 堆是对无用的对象的回收，方法区是对废弃的常量以及无用的类进行回收。

3. what2 - 哪些对象需要回收（对象存活判定方法）：

3.1 引用计数法
原理：给对象添加引用计数器，每当有地方引用它，引用计数器加1；引用失效，计数器减1；当计数器的值为 0，对象可被回收。
优点：实现简单，判定效率高。
缺点：存在循环引用的问题。

3.2 可达性分析法（GC Roots）：
原理：通过一系列的称为「GC Roots」的对象作为起始点，从起始点搜索的路径称为引用链，当一个对象没有与任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的。

3.3 GC Roots 对象种类：
Java 虚拟机栈中引用的对象。
本地方法栈 (Native方法) 中引用的对象。
方法区中类静态属性引用的对象。
方法区中常量引用的对象。

4. when - 什么时候进行回收：
达到 Minor GC 或者 Full GC 的触发条件时。

Minor GC 触发条件：
当新生代（Eden区）空间不足时，发起一次 Minor GC

Full GC 触发条件:
调用 System.gc()，系统建议执行 Full GC，但是不必然执行.
当老年代空间不足时.
方法区空间不足时.
历次通过 Minor GC 后进入老年代的平均大小大于老年代的可用内存时.
由Eden区、From Survior区向To Survior区复制时，对象大小大于ToSurvior区可用内存，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时。

5. how - 如何回收（垃圾回收算法）：

5.1 标记 - 清除算法

原理：
该算法分为「标记」和「清除」两个阶段，首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一进行回收。

特点：
效率：标记和清除两个阶段的效率都不高。
空间：标记清除之后未进行碎片整理，产生大量不连续的内存碎片，分配大对象时空间不够会经常触发垃圾回收，最终影响的仍然是效率。

5.2 标记 - 整理算法
原理：该算法分为「标记」和「整理」两个阶段，标记如同标记清除中的标记，整理是指不直接对标记的对象进行清理，而是让所有存活的对象移动到一边，清除掉端边界以外的内存。

特点：
效率：标记和整理两个阶段的效率不高。
空间：优点是解决了内存碎片的问题。

5.3 复制算法（新生代采用的算法）

原理：新生代分为 Eden、Survivor1（from）、Survivor2（to）三部分，每次使用Eden和其中一块Survivor，回收时，将存活对象复制到另一块Survivor，然后清理到刚使用的 Eden和Survivor

特点：
效率：每次对整个半区进行回收，内存分配是不需要考虑内存碎片的情况；内存分配时只需要移动堆顶指针，效率高。
空间：未进行垃圾回收时，会有一部分空间未用上。

5.4 分代收集算法

原理：将Java 堆分为新生代和老年代，根据各个年代的特点采用适当的收集算法。
特点：充分利用不同各个年代的特点采用最适当的收集算法。
新生代：次垃圾收集时都发现只有少量存活，选择使用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。
老年代：因为对象存活率高、没有额外空间进行分配担保，使用「标记-清理」或者「标记-整理」算法进行回收。

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