JVM内存模型一篇文章带你通透(1)，netty入门书籍推荐

截取一段tomcat的jstack输出（线程方面的知识可以参考另一篇拙作《Java多线程你只需要看这一篇就够了》，本文不再赘述）：

tomcat的jstack输出片段

2.堆和垃圾收集

堆的结构

对于大多数应用来说，Java 堆（Java Heap）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。

分代的内存管理

首先堆可以划分为新生代和老年代。

新生代

然后新生代又可以划分为一个Eden区和两个Survivor（幸存）区。

按照规定，新对象会首先分配在Eden中（如果对象过大，比如大数组，将会直接放到老年代）。在GC中，Eden中的对象会被移动到survivor中，直至对象满足一定的年纪（定义为熬过minor GC的次数），会被移动到老年代。

新生代 ( Young ) 与老年代 ( Old ) 的比例的值为 1:2 ( 该值可以通过参数 –XX:NewRatio 来指定 )

默认的，Eden : from : to = 8 : 1 : 1 ( 可以通过参数 –XX:SurvivorRatio 来设定 )，即： Eden = 8/10 的新生代空间大小，from = to = 1/10 的新生代空间大小。

然后讲讲垃圾收集

堆内存和垃圾收集是密不可分的两个主题，讲垃圾收集的资料很多，但总的来说讲的比较混乱，在这里我试图从一个系统的视角展示垃圾收集。

• 垃圾收集的意义

• 垃圾收集的出现解放了C++中手工对内存进行管理的大量繁杂工作，手工malloc,free不仅增加程序复杂度，还增加了bug数量。

• 分代收集。即在新生代和老生代使用不同的收集方式。在垃圾收集上，目标主要有：加大系统吞吐量（减少总垃圾收集的资源消耗）；减少最大STW（Stop-The-World）时间；减少总STW时间。不同的系统需要不同的达成目标。而分代这一里程碑式的进步首先极大减少了STW，然后可以自由组合来达到预定目标。

• 可达性检测

• 引用计数：一种在jdk1.2之前被使用的垃圾收集算法，我们需要了解其思想。其主要思想就是维护一个counter，当counter为0的时候认为对象没有引用，可以被回收。缺点是无法处理循环引用。目前iOS开发中的一个常见技术ARC（Automatic Reference Counting）也是采用类似的思路。在当前的JVM中应该是没有被使用的。

• 根搜算法：思想是从gc root根据引用关系来遍历整个堆并作标记，称之为mark，等会在具体收集器中介绍并行标记和单线程标记。之后回收掉未被mark的对象，好处是解决了循环依赖这种『孤岛效应』。这里的gc root主要指：

• a.虚拟机栈(栈桢中的本地变量表)中的引用的对象

• b.方法区中的类静态属性引用的对象

• c.方法区中的常量引用的对象

• d.本地方法栈中JNI的引用的对象

• 整理策略

• 复制：主要用在新生代的回收上，通过from区和to区的来回拷贝。需要特定的结构（也就是Young区现在的结构）来支持，对于新生成的对象来说，频繁的去复制可以最快的找到那些不用的对象并回收掉空间。所以说在JVM里YGC一定承担了最大量的垃圾清除任务。

• 标记清除/标记整理：主要用在老生代回收上，通过根搜的标记然后清除或者整理掉不需要的对象。

整理的过程

清除的过程

这里可以看到清除会产生碎片空间，对内存利用不是很好，但不是说整理优于清除，毕竟整理会更慢。比如CMSGC就是使用清除而不是整理的。

思考一下复制和标记清除/整理的区别，为什么新生代要用复制？因为对新生代来讲，一次垃圾收集要回收掉绝大部分对象，我们通过冗余空间的办法来加速整理过程（不冗余空间的整理操作要做swap，而冗余只需要做move）。同时可以记录下每个对象的『年龄』从而优化『晋升』操作使得中年对象不被错误放到老年代。而反过来老年代偏稳定，我们哪怕是用清除，也不会产生太多的碎片，并且整理的代价也并不会太大。

• 具体的垃圾收集器

• 新生代收集器：有Serial收集器、ParNew收集器、Parallel Scavenge收集器

• 老生代收集器：Serial Old收集器、Parallel Old收集器、CMS收集器、G1收集器

垃圾收集器大家庭

以上所有的垃圾收集器都会发生STW，只不过FGC的STW时间更长。

几款重点研究的垃圾收集器：

CMSGC：

CMS(Concurrent Mark-Sweep)是以牺牲吞吐量为代价来获得最短回收停顿时间的垃圾回收器。对于要求服务器响应速度的应用上，这种垃圾回收器非常适合，因此我们又叫它低延迟垃圾收集器。在启动JVM参数加上-XX:+UseConcMarkSweepGC ，这个参数表示对于老年代的回收采用CMS，注意此时新生代默认使用的是ParNew。CMS采用的基础算法是：标记—清除。

MSCGC vs CMSGC

和普通序列化整理（MSC）区别在于有三个mark阶段（实际上还有个预清理过程，但对于解释清楚CMSGC没有帮助就忽略了）。CMSGC的精髓在于因为做到了不STW的情况下进行mark，我们得到了更短的总STW时间，代价是因为并行mark产生了『脏数据』即在mark的同时又生成了需要mark的对象，我们必须再进行一次STW，并收尾（remark）。

同时，我们要注意到得到更短的STW的同时，我们牺牲了系统吞吐量，CMSGC总吞吐量比ParOld要更低。

G1GC

作为最新的垃圾收集器，有可能在jdk9中成为默认的垃圾收集器。

主要思路是将新生代老生代进一步分为多个region，每次gc可以针对部分region而不是整个堆内存。由此可以降低stw的单次最长时间，代价是可能在总时间上会更高。

G1GC让系统在整体吞吐量略降的情况下变得更加平滑稳定。

为了比较ParOld,CMSGC和G1GC，附上从某篇博客上转载的评测截图：

静态方法区

最后讲一讲静态方法区，又称为永久代（Perm Generation）。它用于存储已被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。

常见的JVM配置包括：

-XX:MaxPermSize=512m

我们有时候会看到java进程报一个错误类似

Exception in thread “State Saver” java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

说明我们此时要调整配置了，或者说代码中有一些bug导致大量的perm区被占用，可能是用到了太多的静态变量（一般怀疑map）或者说用到ASM框架导致产生了大量的类信息。

附录

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总结

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关于算法，我觉得最好的是刷题，作死的刷的，多做多练习，加上自己的理解，还是比较容易拿下的。

而且，我貌似是将《算法刷题LeetCode中文版》、《算法的乐趣》大概都过了一遍，尤其是这本

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《算法的乐趣》共有23个章节：

• 第二个是Redis、MySQL、kafka（给大家看下我都有哪些复习笔记）

基本上都是面试真题解析、笔记和学习大纲图，感觉复习也就需要这些吧（个人意见）

• 第三个是网络（给大家看一本我之前得到的《JAVA核心知识整理》包括30个章节分类，这本283页的JAVA核心知识整理还是很不错的，一次性总结了30个分享的大知识点）

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• 第二个是Redis、MySQL、kafka（给大家看下我都有哪些复习笔记）

基本上都是面试真题解析、笔记和学习大纲图，感觉复习也就需要这些吧（个人意见）

[外链图片转存中…(img-f5olHjW1-1711962894855)]

• 第三个是网络（给大家看一本我之前得到的《JAVA核心知识整理》包括30个章节分类，这本283页的JAVA核心知识整理还是很不错的，一次性总结了30个分享的大知识点）

[外链图片转存中…(img-U5EtnKYt-1711962894855)]