关于JVM内存管理和垃圾回收

最新推荐文章于 2025-02-06 20:15:33 发布

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本文详细介绍了JVM的内存划分，包括java堆、方法区、虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器。同时，深入讲解了JVM的垃圾回收机制，包括垃圾的判断算法、四种引用类型、垃圾回收算法及典型的垃圾回收器。此外，还概述了java的类加载过程。

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一、JVM的内存划分：

https://www.cnblogs.com/lifescolor/p/5481588.html
JVM

线程共享区域：
1、java堆：是jvm内存管理中最大的一块，存放new出来的对象实例。
2、方法区：主要存放的是已经被JVM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。

线程私有区：
3、虚拟机栈：虚拟机栈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。每个方法从调用到执行完毕的过程中，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

补充：局部变量表中存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象的引用类型。局部变量表中需要的内存空间在编译期间完成分
配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间完全是确定的，方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

4、本地方法栈：与虚拟机栈很相似，区别在于虚拟机栈是为执行Java方法服务的，而本地方法栈是为本地方法服务的。
5、程序计数器：一块较小的内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

补充：如果线程正在执行的是一个java方法，那计数器记录的是正在执行的jvm字节码的指令的地址；若是本地方法，则这个计数器为空。

二、JVM的垃圾回收：

https://blog.youkuaiyun.com/SEU_Calvin/article/details/51892567
https://www.cnblogs.com/1024Community/p/honery.html

2.1、哪些内存需要回收（什么是垃圾）：

进行垃圾回收前首先要判断哪些对象是垃圾（可回收的）。介绍两种判断对象是否存活的算法。

2.1.1、引用计数算法：

给每一个对象分配一个引用计数器，每当有地方引用该对象时，该对象的引用计数器+1（a = b,则b对象的计数器+1）；当引用失效时（引用超过了生命周期或被设置为一个新值），引用计数器的值-1。当该对象的引用计数器的值为0时，说明该对象可回收。
但是该算法有一个缺点，无法检测出循环引用。

public class ReferenceFindTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyObject object1 = new MyObject();
        MyObject object2 = new MyObject();
          
        object1.object = object2;
        object2.object = object1;
          
        object1 = null;
        object2 = null;
    }
}

如上，循环引用，即使object1和object2都为null，都不会被访问，但是垃圾回收器还是不能回收它们。

2.1.2可达性分析算法：

从GC ROOT节点开始，向下搜索，搜索所走过的路径为引用链，当一个节点到GC ROOT没有任何引用链时，证明该对象不可用（垃圾，可回收）。
在 JAVA中，可以作为GC ROOT的对象有：
（1）虚拟机栈中引用的对象
（2）方法区中类静态属性和常量引用的对象
（3）本地方法栈中Native方法引用的对象

2.2 Java中的四中引用：

引用强度逐渐减弱。

强引用
强引用不会被GC回收，如Object obj = new Object();
软引用
描述一些还有用但非必须的对象，如果内存空间不足了，就会回收这些对象。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。
弱引用
与软引用的区别在于：一旦发现弱引用的对象，无论内存空间是否足够，都会回收它。弱引用的对象能生存到下一次垃圾回收之前，一但被发现就会被回收。
虚引用
虚引用必须和引用队列（ReferenceQueue）联合使用。

2.3 对象死亡之前的最后一次挣扎：

finalize()方法：
垃圾回收器将对象从内存中清除出去之前做必要的清理工作。
就像一个对象的遗书，把一个对象杀了之前让对象最后做点什么，甚至它能再复活自己。

如下面的代码。先赋值为null, 这个时候GC已经注意到这个s变量了，然后你又手动通知GC过来处理，GC正要收回内存时，发现该对象覆盖了Object的finalize方法，于是GC叹了口气，给了这个对象最后一个活动的机会，然后这个对象竟然有给自己新赋值，拯救了自己。

public class Sub2 {
	static Sub2 s ;
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
		s = new Sub2();
		s = null;
		System.gc();
		Thread.sleep(1000);
		s.print();
	}
	
	public void finalize() {
		System.out.println("我要被回收了...");
		s = new Sub2();
	}
	
	public void print() {
		System.out.println("我还活着，我还能说话。。。");
	}
}

三、常用的垃圾回收算法

1、复制算法（Copying算法）

复制算法将可用内存按照容量划分为大小相等的两块，每次只使用一块。当其中一块内存用完了，就将这块内存中还存活的对象复制到另一块内存上，然后再将第一块内存上的空间全部清理掉。

复制算法这样不容易产生内存碎片，且运行高效。

但该算法导致可用内存缩减为原来的一半，若存活对象很多，那么复制算法的效率会大大降低。

2、标记-清除算法（Mark-Sweep算法）

分为两个阶段：标记阶段和清除阶段

标记阶段：标记出所有需要回收的对象；
清除阶段：回收被标记的对象占用的空间。

一个严重的问题是：容易产生内存碎片，碎片太多会导致为大对象分配空间时因为空间不足而提前出发GC

3、标记-整理算法（Mark-Compact算法）

首先标记出所有需要回收的对象，完成标记后，将存活的对象移向一端，然后清理掉端边界以外的所有内存（只留下了存活着的对象）。

解决了内存碎片的问题。

4、分代收集算法（Generational Collection）

分代收集算法是目前大部分JVM的垃圾收集器采用的算法。

核心思想：将堆区分为老年代和新生代（根据对象存活的生命周期来划分的）；
老年代每次垃圾收集时只有少量的对象需要被回收；
新生代每次垃圾收集时都有大量的对象需要被回收。

大部分垃圾收集器对新生代都采取复制算法，因为新生代每次都要回收大部分对象，复制操作的次数少，所以使用复制算法效率较高。
一般将新生代划分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间（比例8 : 1 : 1），每次使用Eden空间和一块Survivor空间，当进行回收时，将还存活的对象复制到另一块Survivor区中，然后清理掉Eden区和SurvivorA区的空间。进行了第一次GC后，使用的就是Eden区和SurvivorB区了，如此反复循环。

补充：
	当SurvivorB区的空间不足以存放Eden区和SurvivorA区的存活对象时，就将存活对象直接存放至老年代。若是老年代也满		
了，会触发一次Full GC，也就是新生代和老年代都进行回收。（不知是否是正确的知识点）

当对象在新生代躲过一次GC的话，对象年龄加1，默认情况下，对象年龄达到15时，会被移动到老年代中。一般来说，大对象（指需要大量连续存储空间的对象）直接会被分配到老年代中。

在堆区之外的方法区中还有一个持久代，用来存储class文件，静态对象，方法描述等。对持久代的回收主要回收两部分内容：废弃常量和无用的类。（JDK1.8之后持久代被完全移除，换为：Metaspace 元空间）

补充：
	新生代发生的GC也叫Minor GC，发生频率较高。
	老年代内存满时会触发Full GC，发生频率较低。

什么时候会触发GC：
（1）Minor GC：当Eden区满的时候，会触发Minor GC
（2）Full GC：
		|-	调用System.gc()时
		|-	老年代空间不足时
		|-	持久代空间不足时

介绍一些有关堆的JVM常见的配置方式：

-Xss：栈内存的大小
-Xms：初始堆的大小
-Xmx：最大堆的大小
-XX:NewSize=n：设置新生代的大小。
-XX:NewRatio=n：设置老年代和新生代的比例，比如-XX:NewRatio=3，则老年代:新生代=3:1
-XX:SurvivorRatio=n：设置Eden和两个Survivor的比列，比如-XX:SurvivorRatio=3，则Eden:Survivor:Survivor=3:1:1
-XX:MaxPermSize=n：设置持久代的大小

四、典型的垃圾回收器

1、CMS：
一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器，是一种并发收集器，采用标记-整理算法。
2、G1：
面向服务端应用的收集器，能充分利用多CPU，多核环境；是一块款并行与并发收集器，并且能建立可预测的停顿时间模型

五、java的类加载过程

加载： 简单来说，加载就是将class字节码文件从各个来源通过类加载器装载入内存中。
链接： 分为3部分
1、验证： 保证加载进来的字节流符合虚拟机规范，不会造成安全错误。
2、准备： 为类变量分配内存，并且赋予初值。
3、解析： 将常量池中的符号引用替换为直接引用。
初始化： 对类变量初始化，是执行类构造器的过程。换句话说，只对static变量进行初始化。