JVM原理总结

JVM原理总结

• 对JVM学习的并不深入，只是学了几篇博客。

1 JVM用途

• JVM是Java Virual Machine（Java虚拟机）的缩写，是一个虚拟计算机。Java源文件经编译成字节码程序，通过JVM将每一条指令翻译成不同平台的机器码，通过特定平台运行。

• JVM屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的字节码，就可以在多种平台上不加修改的运行。所谓"一次编译，多次运行"，编译出的字节码文件.class。

2 JRE/JDK/JVM的关系

• JRE是Java运行环境，即（Java Runtime Environment），也就是Java平台。所有的Java程序都要在JRE下才能运行。
• JDK是开发工具包，即（Java Development Kit），它是程序开发者用来编译、调试Java程序，它也是Java程序，也需要JRE才能运行。
• JVM是Java虚拟机，即（Java Virual Machine），它是JRE的一部分，一个虚构出来的计算机，它支持跨平台。

3 JVM体系结构

类加载器：加载class文件；

执行引擎：执行字节码或者执行本地方法

运行时数据区：包括方法区、堆、栈、PC寄存器、本地方法栈

4 JVM运行时数据区

PC计数器：用于存储每个线程下一条字节码指令地址；

栈：线程私有，生命周期和线程一致。描述的是 Java 方法执行的内存模型：每个方法在执行时都会创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行结束，就对应着一个栈帧从虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

堆：线程共享，主要是存放对象实例和数组。可以认为Java中所有通过new创建的对象的内存都在此分配，Heap中的对象的内存需要等待GC进行回收。

方法区：属于全局共享内存区域，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。

本地方法栈：区别于 Java 虚拟机栈的是，Java 虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法(也就是字节码)服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。

运行时常量池：存放类中固定的常量信息、方法和Field的引用信息等，其空间是从方法区中分配。

5 如何判断对象是否存活？

引用计数法：给对象中添加一个引用计数器，当一个地方引用了对象，计数加1；当引用失效，计数器减1；当计数器为0表示该对象已死、可回收；但很难解决循环引用问题；

可达性分析：通过一系列称为“GC Root”的对象作为起点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连(从 GC Roots 到这个对象不可达)时，则证明此对象已死、可回收。

即使在可达性分析算法中不可达的对象，也并非是“facebook”的，这时候它们暂时出于“缓刑”阶段，一个对象的真正死亡至少要经历两次标记过程：如果对象在进行中可达性分析后发现没有与 GC Roots 相连接的引用链，那他将会被第一次标记并且进行一次筛选，筛选条件是此对象是否有必要执行 finalize() 方法。当对象没有覆盖 finalize() 方法，或者 finalize() 方法已经被虚拟机调用过，虚拟机将这两种情况都视为“没有必要执行”。

如果这个对象被判定为有必要执行 finalize() 方法，那么这个对象竟会放置在一个叫做 F-Queue 的队列中，并在稍后由一个由虚拟机自动建立的、低优先级的 Finalizer 线程去执行它。这里所谓的“执行”是指虚拟机会出发这个方法，并不承诺或等待他运行结束。finalize() 方法是对象逃脱死亡命运的最后一次机会，稍后 GC 将对 F-Queue 中的对象进行第二次小规模的标记，如果对象要在 finalize() 中成功拯救自己 —— 只要重新与引用链上的任何一个对象简历关联即可。

finalize() 方法只会被系统自动调用一次。

6 哪些对象可以作为GC ROOT对象

1. 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象
2. 本地方法栈中(Native方法)引用的对象
3. 方法区中的静态变量和常量引用的对象

7 JVM垃圾回收：

• 对新生代的对象的收集称为minor GC；
• 对老年代的对象的收集称为major GC;
• 程序中主动调用System.gc()强制执行的GC为full GC；
• 强引用：默认情况下，对象采用的均为强引用；
• 软引用：适用于缓存场景（只有在内存不够用的情况下才会被回收，比如内存溢出异常之前）
• 弱引用：在GC时一定会被GC回收
• 虚引用：在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知

8 垃圾回收算法

8.1 标记 — 清除算法

直接标记清除就可。

两个不足：

• 效率不高，产生大量碎片

8.2 复制算法

把空间分成两块，每次只对其中一块进行 GC。当这块内存使用完时，就将还存活的对象复制到另一块上面。

解决前一种方法的不足，但是会造成空间利用率低下。

• 因为大多数新生代对象都不会熬过第一次 GC。所以没必要 1 : 1 划分空间。
• 可以分一块较大的 Eden 空间和两块较小的 Survivor 空间，每次使用 Eden 空间和其中一块 Survivor。当回收时，将 Eden 和 Survivor 中还存活的对象一次性复制到另一块 Survivor 上，最后清理 Eden 和 Survivor 空间。大小比例一般是 8 : 1 : 1，每次浪费 10% 的 Survivor 空间。
  • 但是这里有一个问题就是如果存活的大于 10% 怎么办？这里采用一种分配担保策略：多出来的对象直接进入老年代。

8.3 标记-整理算法

不同于针对新生代的复制算法，针对老年代的特点，创建该算法。主要是把存活对象移到内存的一端。

• 也解决了内存碎片问题

8.4 分代回收

根据存活对象划分几块内存区，一般是分为新生代和老年代。然后根据各个年代的特点制定相应的回收算法。

• 新生代：每次垃圾回收都有大量对象死去，只有少量存活，选用复制算法比较合理。

• 老年代：老年代中对象存活率较高、没有额外的空间分配对它进行担保。所以必须使用 标记 —— 清除 或者 标记 —— 整理 算法回收。

9 垃圾回收器

• Serial收集器：是最基本、历史最久的收集器，单线程，并且在收集是必须暂停所有的工作线程；
• ParNew收集器：是Serial收集器的多线程版本；
• Parallel Scavenge收集器：新生代收集器，并行的多线程收集器。它的目标是达到一个可控的吞吐量，这样可以高效率的利用cpu时间，尽快完成程序的运算任务，适合在后台运算；
• Serial Old收集器：Serial 收集器的老年代版本，单线程，主要是标记—整理算法来收集垃圾；
• Parallel Old收集器：Parallel Scavenge的老年代版本，多线程，主要是标记—整理算法来收集垃圾；Parallel Old 和 Serial Old 不能同时搭配使用，后者性能较差发挥不出前者的作用；
• CMS收集器：是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器；基于标记清除算法，并发收集、低停顿、运作过程复杂（初始标记、并发标记、重新标记、并发清除）。CMS收集器有3个缺点：1。对cpu资源非常敏感（占用资源）；2。无法处理浮动垃圾（在并发清除时，用户线程新产生的垃圾叫浮动垃圾），可能出现“Concurrent Mode Failure”失败；3。产生大量内存碎片　　
• G1收集器：
  • 特点：
    • 分代收集，采用不同的方式处理新生对象和已经存活一段时间的对象；
    • 空间整合：采用标记整理算法，局部采用复制算法（Region之间），不会有内存碎片，不会因为大对象找不到足够的连续空间而提前触发GC；
    • 可预测的停顿：能够让使用者明确指定一个时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不超过时间范围内；

10 内存分配与回收策略

对象优先在 Eden 分配

大对象直接进入老年代

长期存活的对象将进入老年代