GVM 内存结构垃圾回收

最新推荐文章于 2025-05-31 10:56:02 发布

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分类专栏： java 文章标签： java GVM

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本文详细介绍了Java的GVM内存结构，包括堆、虚拟机栈、本地方法栈、方法区和直接内存等，并讲解了程序计数器的作用。重点讨论了垃圾收集系统，包括对象存活判断的引用计数法和根搜索算法，以及各种垃圾回收策略如标记清除、复制、标记压缩和分代算法。此外，还涵盖了不同JVM参数的含义和垃圾收集器的选择，如Serial、ParNew、Parallel和CMS收集器，强调了停顿时间和吞吐量的权衡。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

Java堆(所有线程共享的一块内存区域)

1、在虚拟机启动时创建。存放对象实例。

2、GC堆，垃圾收集器管理的主要区域。

3、通过 -Xmx 和 -Xms 控制，无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

内部分：新生代（1/3 的堆空间大小）、老年代（2/3 的堆空间大小）

新生代又分：Eden 和两个 Survivor 区（2个Survivor分别叫from和to区）

Edem : from : to = 8 : 1 : 1(大小比例)

回收流程：eden --> 回收后存活的进入from ——> from满以后 ——> 拷贝仍在使用的放入to（新过来的数据也放入to）,清空from区（一次年龄增加） ——> 数据年龄到一定上限时，存入老年代

（from 和 to 区是相互的，如果to在存数据时，两个身份交换）

Minor GC：（Eden代满触发）回收年轻代。

Full GC：（老代满或永久代满触发）同时回收年轻代、年老代。

(注：Java8中已经移除了永久代，新加了一个叫做元数据区的native内存区)

Java虚拟机栈（Java方法执行的内存模型）

1、存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。

2、如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，则抛出StackOverflowError异常。

3、无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈（操作类似虚拟机栈）

为虚拟机使用到的native方法服务。

运行时常量池:(方法区的一部分,存放编译期生成的各种字面量和符号引用)

方法区（各个线程共享的内存区域）

已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量

直接内存

程序计数器(当前线程所执行的字节码的行号指示器。)

记录当前线程执行的位置，然后重新获取到cpu时间后，能接着上次任务执行。

执行引擎

负责执行虚拟机的字节码

垃圾收集系统

1、执行是自动的，调用System.gc 方法来"建议"执行垃圾收集器，但不一定会马上执行。回收类时会先调用类的finalize()

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		Test test = new Test();
		test = null;
		System.gc(); // 手动回收垃圾
	}

	@Override
	protected void finalize() throws Throwable {
		// gc回收垃圾之前调用
		System.out.println("垃圾回收机制...");
	}
}

判断对象是否存活

引用计数法（一般都没使用这种方法）

1、每当有一个地方引用它时，计数器值加１。

2、任何时刻计数器值为０的对象就是不可能再被使用的。

3、很难解决对象之间相互循环引用的问题。

根搜索算法

1、通过一系列称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链（即GC Roots到对象不可达）时，则证明此对象是不可用的。

GC Roots 对象

虚拟机栈（栈帧中的局部变量区，也叫做局部变量表）中引用的对象。
方法区中的类静态属性引用的对象。
方法区中常量引用的对象。
本地方法栈中JNI(Native方法)引用的对象。

（就是一个对象，他的引用原始类是GC Roots，则不清除，设置为null则清除了当前引用）

垃圾回收机制策略

标记清除算法

1、找到所有可访问的对象，把未被标记的对象回收。

2、应用在老年代，因为老年代的对象生命周期比较长。

3、优点：可以解决循环引用的问题、必要时才回收(内存不足时)。

4、缺点：回收时，应用需要挂起、标记和清除的效率不高、会造成内存碎片（删除中间数据，留下来的空间小。不能存放大一点的数据）

复制算法

1、把存活的对象复制到另一个区域，然后清除原来区域。

2、使用在新生代中。这些生命周期短。

3、流程：（发生young gc,下面两个都会执行一次）

当前from区将存储权限交给to区（from和to身份交换），拷贝老from存活的对象到老to里面（清空老from）。
Eden区满的时候 ——> 拷贝存货对象到 From 区（清空Eden区）

4、注意: 万一存活对象数量比较多，那么To域的内存可能不够存放，这个时候会借助老年代的空间。

5、优点：存活对象不多的情况下，性能高。能解决内存碎片和循环引用的问题。

6、缺点：如果存活对象的数量比较大，性能差。会造成一部分的内存浪费。

标记压缩算法

1、方式：

任意顺序 : 即不考虑原先对象的排列顺序，也不考虑对象之间的引用关系，随意移动对象；

线性顺序 : 考虑对象的引用关系，例如a对象引用了b对象，则尽可能将a和b移动到一块；

滑动顺序 : 按照对象原来在堆中的顺序滑动到堆的一端。

2、优点：在标记清除算法之上解决内存碎片化问题。

3、缺点：由于移动了可用对象，需要去更新引用。

分代算法

1、新生代使用：复制算法。

2、老年代使用：标记－清除-压缩算法。

JVM参数

-XX:+PrintGC 每次触发GC的时候打印相关日志
-XX:+UseSerialGC 串行回收
-XX:+PrintGCDetails 更详细的GC日志
-Xms 堆初始值
-Xmx 堆最大可用值
-Xmn 新生代堆最大可用值
-XX:SurvivorRatio 用来设置新生代中eden空间和from/to空间的比例.
-XX:NewRatio 配置新生代与老年代占比 1:2
-XX:MaxTenuringThreshold（进入老年代需要的年龄，默认15）
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/export/home/tomcat/logs/（当出现OutOfMemoryError 时，把该内存日志打印到指定Path路径内）

总结:在实际工作中，我们可以直接将初始的堆大小与最大堆大小相等，

这样的好处是可以减少程序运行时垃圾回收次数，从而提高效率。

使用示例:-Xms20m -Xmx20m -Xmn1m -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC
说明：堆内存初始化值20m,堆内存最大值20m，新生代最大值可用1m，eden空间和from/to空间的比例为2/1

使用示例: -Xms20m -Xmx20m -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC
-XX:NewRatio=2
说明：堆内存初始化值20m,堆内存最大值20m，新生代最大值可用1m，eden空间和from/to空间的比例为2/1
新生代和老年代的占比为1/2