JVM知識點複習

 

 JVM = 類加載器(classloader) + 執行引擎(execution engine) + 運行時數據區域(runtime data area) 

運行時數據區域 

 JVM內存中的運行時數據區分爲：方法區，虛擬機棧，堆，本地方法棧，程序計數器5大部分

其中JAVA堆和方法區是線程共享的內存，java虛擬機棧，程序計數器，本地方法棧是各個線程私有的內存區域。

程序計數器（Program Counter Register）

• 線程私有，它的生命週期與線程相同。
• 可以看做是當前線程所執行的字節碼的行號指示器。
• 在虛擬機的概念模型裏（僅是概念模型，各種虛擬機可能會通過一些更高效的方式去實現），字節碼解釋器工作時就是通過改變這個計數器的值來選取下一條需要執行的字節碼指令，如：分支、循環、跳轉、異常處理、線程恢復（多線程切換）等基礎功能。
•  如果線程正在執行的是一個Java方法，這個計數器記錄的是正在執行的虛擬機字節碼指令的地址；如果正在執行的是Natvie方法，這個計數器值則爲空（undefined）。
• 程序計數器中存儲的數據所佔空間的大小不會隨程序的執行而發生改變，所以此區域不會出現OutOfMemoryError的情況。

程序計數器主要爲字節碼解釋器來服務，通過改變字節碼解釋器的計數器值來選取下一條需要執行的字節碼指令

Java虛擬機棧（JVM Stacks）

• 線程私有的，它的生命週期與線程相同。
• 虛擬機棧描述的是Java方法執行的內存模型：每個方法被執行的時候都會同時創建一個棧幀（Stack Frame）用於存儲局部變量表、操作棧、動態鏈接、方法出口等信息。每一個方法被調用直至執行完成的過程，就對應着一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程。
• 局部變量表存放了編譯期可知的各種基本數據類型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、對象引用（reference類型），它不等同於對象本身，根據不同的虛擬機實現，它可能是一個指向對象起始地址的引用指針，也可能指向一個代表對象的句柄或者其他與此對象相關的位置）和returnAddress類型（指向了一條字節碼指令的地址）。局部變量表所需的內存空間在編譯期間完成分配，當進入一個方法時，這個方法需要在幀中分配多大的局部變量空間是完全確定的，在方法運行期間不會改變局部變量表的大小。
• 該區域可能拋出以下異常：
  1. 當線程請求的棧深度超過最大值，會拋出 StackOverflowError 異常；
  2. 棧進行動態擴展時如果無法申請到足夠內存，會拋出 OutOfMemoryError 異常

虛擬機棧是線程私有的，主要是爲了虛擬機在執行方法時提供支持，其中方法執行時會創建出一個棧幀來保存局部變量表，操作棧，動態鏈接等信息，方法的執行過程就對應着一個在棧中入棧出棧的過程。在這個過程中如果出現對棧的調用深度過深就會出現StackOverFlowError異常，如果在棧內存動態擴展過程中內存不足會導致，OOM異常。

本地方法棧（Native Method Stacks）

• 與虛擬機棧非常相似，其區別不過是虛擬機棧爲虛擬機執行Java方法（也就是字節碼）服務，而本地方法棧則是爲虛擬機使用到的Native 方法服務。虛擬機規範中對本地方法棧中的方法使用的語言、使用方式與數據結構並沒有強制規定，因此具體的虛擬機可以自由實現它。甚至有的虛擬機（譬如Sun HotSpot 虛擬機）直接就把本地方法棧和虛擬機棧合二爲一。
• 與虛擬機棧一樣，本地方法棧區域也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。

本地方法棧顧名思義也就是給Native方法服務的，遇到本地內存不足或調用棧深度過深，和虛擬機棧一樣也會導致StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。

Java堆（Heap）

 

• 被所有線程共享，在虛擬機啓動時創建，用來存放對象實例，幾乎所有的對象實例都在這裏分配內存。
• 對於大多數應用來說，Java堆（Java Heap）是Java虛擬機所管理的內存中最大的一塊。
• Java堆是垃圾收集器管理的主要區域，因此很多時候也被稱做“GC堆”。如果從內存回收的角度看，由於現在收集器基本都是採用的分代收集算法，所以Java堆中還可以細分爲：新生代和老年代；新生代又有Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間三部分。
• Java 堆不需要連續內存，並且可以通過動態增加其內存，增加失敗會拋出 OutOfMemoryError 異常。

 

JVM調優參數

上圖很形象的說明了各個虛擬機調優命令的涵義：

-XX:MaxNewSize ：最大的新生代內存（reserved爲虛擬機保留的內存區域，以備內存不足時動態擴展用）

-XX:NewSize  最小新生代所需內存

-Xms  最小堆內存

-Xmx  最大堆內存

-XX：PermSize     最小持久代內存大小

-XX:MaxPermSize  最大持久代內存大小

其他參數：

-XX:NewRatio=n   表示設置年輕代和年老代的比值.如:爲3,表示年輕代與年老代比值爲1:3

-XX:SurvivorRatio=n:年輕代中Eden區與兩個Survivor區的比值.注意Survivor區有兩個.如:3,表示Eden:Survivor=3:2,

垃圾回收統計信息：

-XX:+PrintGC 打印GC收集日誌

-XX:+PrintGCDetails 打印詳細的GC日誌

並行收集器設置 
-XX:ParallelGCThreads=n:設置並行收集器收集時使用的CPU數.並行收集線程數. 
-XX:MaxGCPauseMillis=n:設置並行收集最大暫停時間 
-XX:GCTimeRatio=n:設置垃圾回收時間佔程序運行時間的百分比.公式爲1/(1+n)
併發收集器設置 
-XX:+CMSIncrementalMode:設置爲增量模式.適用於單CPU情況. 

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：使用併發收集器時，開啓對年老代的壓縮

• 並行（Parallel）：指多條垃圾收集線程並行工作，但此時用戶線程仍然處於等待狀態。
• 併發（Concurrent）：指用戶線程與垃圾收集線程同時執行（但不一定是並行的，可能會交替執行），用戶程序在繼續運行。而垃圾收集程序運行在另一個CPU上。

方法區（Method Area）

• 用於存放已被加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼等數據。
• 和 Java 堆一樣不需要連續的內存，並且可以動態擴展，動態擴展失敗一樣會拋出 OutOfMemoryError 異常。
• 對這塊區域進行垃圾回收的主要目標是對類的卸載，但是一般比較難實現，HotSpot 虛擬機把它當成永久代（Permanent Generation）來進行垃圾回收。
• 方法區邏輯上屬於堆的一部分，但是爲了與堆進行區分，通常又叫“非堆”。

運行時常量池（Runtime Constant Pool）（JDK1.6及之前是放在方法區中，之後放到了老年代中了）

• 運行時常量池是方法區的一部分。
• Class 文件中的常量池（編譯器生成的各種字面量和符號引用）會在類加載後被放入這個區域。
• 除了在編譯期生成的常量，還允許動態生成，例如 String 類的 intern()。這部分常量也會被放入運行時常量池。

注：

• 在 JDK1.7之前，HotSpot 使用永久代實現方法區；HotSpot 使用 GC 分代實現方法區帶來了很大便利；
• 從 JDK1.7 開始HotSpot 開始移除永久代。其中符號引用（Symbols）被移動到 Native Heap中，字符串常量和類引用被移動到 Java Heap中。
• 在 JDK1.8 中，永久代已完全被元空間(Meatspace)所取代。元空間的本質和永久代類似，都是對JVM規範中方法區的實現。不過元空間與永久代之間最大的區別在於：元空間並不在虛擬機中，而是使用本地內存。因此，默認情況下，元空間的大小僅受本地內存限制。

方法區用於存放類信息，靜態變量，常量等信息，JDK1.8之前方法區使用永久代實現，JDK1.8中方法區改爲由元空間實現，元空間不在虛擬機中，而是使用的本地的內存。

直接內存（Direct Memory）

• 直接內存（Direct Memory）並不是虛擬機運行時數據區的一部分，也不是Java虛擬機規範中定義的內存區域，但是這部分內存也被頻繁地使用，而且也可能導致OutOfMemoryError 異常出現。
• 在 JDK 1.4 中新加入了 NIO 類，引入了一種基於通道（Channel）與緩衝區（Buffer）的 I/O方式，它可以使用 Native 函數庫直接分配堆外內存，然後通過一個存儲在 Java 堆裏的 DirectByteBuffer 對象作爲這塊內存的引用進行操作。這樣能在一些場景中顯著提高性能，因爲避免了在Java 堆和 Native 堆中來回複製數據。

JVM垃圾判斷算法：

當JVM中內存不足時，JVM會去對堆中的垃圾進行回收處理，釋放內存。所以第一步首先要確定的是哪些對象是垃圾，也就是可以被回收的，主要有以下幾種算法.

1.引用計數法

給對象添加一個引用計數器，每當有一個地方引用他時計數器加一，當引用失效時計數器減一。

優點：算法效率高，實現簡單

缺點：很難解決對象之間循環依賴的問題。

2.可達性分析算法

算法思路借鑑了圖論中的思想，通過一系列被稱爲“GC ROOTS ”的對象爲起點，從這些節點開始往下搜索，當一個對象和GCRoots之間沒有任何引用鏈的時候說明這個對象是可以被回收的。

例如上圖右邊部分就是表示可以被回收的對象。

在Java語言中，可作爲GC Roots 的對象包括下面幾種

• 虛擬機棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對象
• 方法區中靜態變量引用的對象
• 方法區中常量引用的對象
• 本地方法棧（即一般說的 Native 方法）中JNI引用的對象

　優點：更加精確和嚴謹，可以分析出循環數據結構相互引用的情況；

　缺點：實現比較複雜、需要分析大量數據，消耗大量時間、分析過程需要GC停頓（引用關係不能發生變化），即停頓所有Java執行線程（稱爲"Stop The World"，是垃圾回收重點關注的問題）。

方法區內垃圾回收：

1.回收廢棄常量

2.回收無用類

JVM垃圾回收算法：

1.標記清除

標記清除分爲兩步，標記和清除。

標記：會有兩次標記，通過可達性分析算法後標記出可以被回收的對象，並將其放入F-Queue隊列中，對隊列中的數據進行二次標記，在執行finalize()方法時，如果對象重新與GC Root引用鏈上的任意對象建立了關聯，則把他移除出“ 即將回收 ”集合。否則就等着被回收吧！！！

清除：對標記完的對象進行清除

優點：簡單，基礎

缺點：會產生很多的內存碎片，遇到創建大對象時可能會提前觸發一次GC

 

2.複製算法

適用於新生代內存區域

將可用內存按容量分爲大小相等的兩塊，每次只使用其中一塊，當這一塊的內存用完了，就將還存活的對象複製到另外一塊內存上，然後再把已使用過的內存空間一次清理掉。

　　優點：實現簡單，效率高。解決了標記-清除算法導致的內存碎片問題。

　　缺點：代價太大，將內存縮小了一半。效率隨對象的存活率升高而降低。

3.標記整理

根據老年代的特點應運而生

標記：和標記清除算法一致

清理：

和標記-清理不同的是，該算法不是針對可回收對象進行清理，而是根據存活對象進行整理。讓存活對象都向一端移動，然後直接清理掉邊界以外的內存。

標記-整理算法示意圖

　　優點：不會像複製算法那樣隨着存活對象的升高而降低效率，不像標記-清除算法那樣產生不連續的內存碎片

　　缺點：效率問題，除了像標記-清除算法的標記過程外，還多了一步整理過程，效率更低。

 

4.分代收集算法

目前的商用虛擬機都採用了分代收集算法，簡單來說該算法就是把JVM分成了幾塊，比如新生代，老年代。針對不同的區域採用不同的回收算法。

新生代中適合使用複製算法，因爲每次進行垃圾回收都會發現大量對象死去，只需要付出少量存活對象的複製成本就可以完成收集。

老年代中適合標記清除和標記整理，因爲對象存活率較高，沒有額外的空間進行分配擔保

 

垃圾收集器

1.Serial收集器，最基本發展最悠久的收集器，單線程收集器，在他進行垃圾收集的時候，必須暫停所有的工作線程直到收集完成，也就是會stop-the-world。

2.ParNew收集器，Serial收集器的多線程版本

3.Parallel Scavenage收集器，新生代收集器，使用複製算法。

4.Serial old，Serial收集器的老年代版本

5.Parallel Old收集器，Parallel Scavenage收集器的老年代版本，使用多線程和標記整理算法。

6.CMS收集器，是一種以獲取最短回收停頓時間爲目標的收集器，（性能較好），基於標記清除算法實現的。

7.G1收集器，是當今收集器發展的最前沿成果之一，有如下特點：並行與併發，分代收集，空間整理，可預測的停頓。

 

 

 

 

 

參考：
鏈接：https://juejin.im/post/5ad5c0216fb9a028e014fb63

https://www.cnblogs.com/chenpt/p/9799095.html