JVM高频知识点合集【2】

「爱情、让人受尽委屈。」 2024-04-07 15:31 42阅读 0赞

## JVM高频知识点合集【2】 ##

### 1 JVM内存模型 ###

#### 1.1 运行时数据区 ####

在[JVM高频知识合集（面试）【1】][JVM_1]里面已经对运行时数据区有详细的介绍，其实运行时数据区中点存储的数据是堆和方法区（非堆）。因此，此处JVM内存模型主要围绕着这两块区域讲解。  
堆、方法区：线程共享  
虚拟机栈、程序计数器、本地方法栈：线程私有  
![在这里插入图片描述][fa0f01ad208648d5840c46c9f541ad62.png]

JVM内存模型主要包含两个重要部分：
    一块是堆区、一块是非堆区
    堆区：Old区、Young区
    Young区主要分为：Survivor区（S0+S1）、Eden区
    S0和S1一样大，也叫做From 和 To

#### 1.2 对象的创建过程 ####

一般情况下，新创建的对象都会被分配到Eden区，一些特殊的大对象会直接被分配到Old区

我是一个普通的Java对象,我出生在Eden区,在Eden区我还看到和我长的很像的小兄弟,我们在Eden
    区中玩了挺长时间。有一天Eden区中的人实在是太多了,我就被迫去了Survivor区的“From”区,自
    从去了Survivor区,我就开始漂了,有时候在Survivor的“From”区,有时候在Survivor的“To”区,
    居无定所。直到我18岁的时候,爸爸说我成人了,该去社会上闯闯了。于是我就去了年老代那边,
    年老代里,人很多,并且年龄都挺大的。

![在这里插入图片描述][8f569e9f4d3a433690f7c61ace38525b.png]

Eden(MinorGC) -> Survivor(复制Eden活跃对象) -> Old区（复制Survivor活跃对象） 
    FullGC -> OOM

#### 1.3 常见知识点及问题 ####

*  如何理解Minor、Major、Full GC

Minor GC:新生代
    Major GC：老年代
    Full GC：新生代+老年代

*  为什么需要Survivor区？只有Eden不行吗？

如果没有Survivor，Eden区没进行一次Minor GC，存活对象就会被送到老年代。这样一来，老年
    代很快会被会被填满，触发Major GC（因为Major GC一般伴随着Minor GC，因此可以看做触发
    了Full GC）
    
    老年代的内存空间远大于新生代，进行一次Full GC消耗的时间比Minor GC长很多，会极其影响
    程序的执行和响应速度。
    
    那么，会有人说，为什么不对老年代的空间进行增加或减少呢？
    1.如果增加老年代空间，则需要更多的存活对象才能填满老年代。虽然降低了Full GC频率，但是
    伴随着老年代的空间加大，一旦发生Full GC，执行所需要的时间也就更长。
    2.如果减少老年代空间，虽然Full GC所需要的时间减少，但是老年代会很快被存活对象填满，
    Full GC频率增加
    
    综上：Survivor存在的意义：减少被送到老年代的对象，进而减少Full GC的发生，Survivor的
    预筛选保证，只有经历16次Minor GC还能在新生代中存活的对象，才会被送到老年代（对象年龄
    存储在Mark Word中，每经历一次Minor GC，age++）

*  为什么需要两个Survivor区？

解决了碎片化。
    假设只有一个Survivor区：
    刚刚新建的对象在Eden中，一旦Eden满了，触发一次Minor GC，Eden中存活的对象就会移动到
    Survivor区。这样继续循环下去，下一次Eden区满了的时候，问题来了，此时进行Minor GC，
    Eden和Survivor各有一些存活对象，如果此时把Eden区的存活对象硬放到Survivor区，很明显
    这两部分对象所占有的内存是不连续的，也就导致了内存碎片化。
    如果有两个Survivor区：永远有一个Survivor space是空的，另一个非空的Survivor space
    无碎片。

*  新生代中Eden：S1：S2为什么是8:1：1？

新生代的可用内存：复制算法用来担保的内存为9:1
    可用内存中Eden：S1区为8:1
    即新生代中Eden：S1：S2 = 8:1:1
    现代的商业虚拟机都是采用这种收集算法来回收新生代，IBM公司的专门研究表明，新生代中对象
    大概98%都是"朝生夕死"的。

*  堆内存中都是线程共享的区域吗？

JVM默认为每个线程在Eden区上开辟一个buffer区域，用来加速对象的分配，称为TLAB，全
    称：Thread Local Allocation Buffer。
    对象优先在TLAB上分配，但是TLAB空间会比较小，如果对象较大，那么还是在共享区域上分配。

### 2 垃圾回收（Garbage Collect） ###

> 之前有提到过堆内存中有垃圾回收，比如Young区的Minor GC， Old 区的Major GC，Young区和Old区的Full GC。  
> 但是，对于一个对象而言，我们如何确定它是垃圾呢？是否需要被回收？怎样对它进行回收呢？

#### 2.1 如何确定一个对象是垃圾？ ####

> 首先，我们要想进行垃圾回收，就得先知道什么样的对象是垃圾。

*  引用计数法

对于某个对象而言，只要应用程序中持有该对象的引用，就说明该对象不是垃圾，如果一个对象没
    有任何指针对其引用，那么它就是垃圾。

`弊端`：A、B相互持有引用（成环）

*  可达性分析

通过GC Root对象，开始向下寻找，看某个对象是否可达

![在这里插入图片描述][dfd4c35bcf5b433eb111e7541aa9af0d.png]

> 能够作为GC Root：类加载器、Thread、虚拟机栈的本地变量表、static成员、常量引用、本地方法栈

虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象
    方法区中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

#### 2.2 什么时候会垃圾回收？ ####

> GC是由JVM自动完成的，根据JVM系统环境而定，时机是不确定的。  
> 当然，我们也可以手动进行垃圾回收，比如调用System.gc通知JVM进行一次垃圾回收，但是具体什么时刻运行也无法控制。也就是说System.gc()只是通知要回收，什么时候回收由JVM决定。但是不建议手动调用该方法，因为GC消耗资源比较大。

（1）Eden或S区不够用了
    （2）老年代空间不够用了
    （3）方法区空间不够用了
    （4）System.gc()

#### 2.3 垃圾回收算法 ####

##### 2.3.1 标记-清除（Mark-Sweep） #####

*  标记  
    找出内存中需要回收的对象，并把它们标记出来

> 此时堆中所有的对象都会被扫描一遍，从而才能确定需要回收对的对象，比较耗时  
> ![在这里插入图片描述][e911af3d25f54f5097de0c118af18688.png]

*  清除  
    清除掉被标记需要回收的对象，释放出对应的空间

`缺点`：

标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，导致需要分配大对象时候，无足够连续内存而GC
    （1）标记和清除过程都比较耗时，效率不高
    （2）内存碎片过多，无连续内存，分配大对象困难

##### 2.3.2 标记-复制（Mark-Copying） #####

将内存划分为两块相等的区域，每次只使用其中的一块  
![在这里插入图片描述][a891d36d7c2648e090443bb58ba3460d.png]  
当其中一块内存使用完了，就将还存活的对象复制到另一块上面，然后把已经使用过的内存空间一次性清除掉。  
![在这里插入图片描述][65587548e89749149ae1285fd59d380a.png]  
`缺点`：空间利用率低

##### 2.3.3 标记-整理（Mark-Compact） #####

> 复制收集算法在对象存活率较高的时候就需要进行较多的复制操作，效率会变低。更关键的是，如果不想浪费50%的空间就需要有额外的空间进行分配担保，以应对被使用的内存中所有对象都100%存活的极端情况，所以老年代一般不能直接选用这种算法。

标记过程仍然与"标记-清除"算法一样，但是后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

> 其实上述过程相对"复制"算法来讲，少了一个"保留区"

![在这里插入图片描述][64f7701dd27045608de475502e8a81d3.png]  
让所有存活的对象都向一端移动，清理掉边界以外的内存。  
![在这里插入图片描述][542c666862c64f88a63caf8087069b8f.png]

##### 2.3.4 分代收集算法 #####

> 既然在啊上面介绍了3种垃圾收集算法，那么在堆内存中到底用哪一个呢？

Young区：复制算法（Young区对象生命周期短，Young区复制效率高）  
Old区：标记清除或标记整理（Old区对象存活时间长）

#### 2.4 垃圾收集器 ####

> 如果说收集算法是内存回收的方法论，那么垃圾收集器就是内存回收的具体实现。

![在这里插入图片描述][e33df4c837bf49dfbf3287be33f01e6b.png]

##### 2.4.1 Serial（Young、复制） #####

> Seriall是最基本、发展历史最悠久的，在JDK1.3之前是虚拟机新生代收集的唯一选择

单线程收集器，不仅仅意味着它只会使用一个CPU或一条收集线程去完成垃圾收集工作，更重要的
    是其在垃圾收集的时候需要暂停其他线程。
    
    -- 优点：简单高效，拥有很高的单线程收集效率
    -- 缺点：收集过程需要暂停所有用户线程
    -- 算法：复制算法
    -- 适用范围：新生代
    -- 应用：Client模式下的默认新生代收集器

![在这里插入图片描述][aa29634dd426467c9e4c3f91b73f1a9d.png]

##### 2.4.2 Serial Old（Old、标整） #####

Serial Old收集器时Serial收集器的老年代版本，也是一个单线程收集器，不同是采用"标记-整理算法"，运行过程和Serial收集器一样。

![在这里插入图片描述][fa7ce5342bba4135bed94c0c75c42e3c.png]

##### 2.4.3 ParNew（Serial 的多线程版） #####

可以把该收集器理解为Serial收集器的多线程版本

优点：在多CPU时，比Serial效率高
    缺点：收集过程暂停所有用户线程，单CPU时比Serial效率差
    算法：复制算法
    适用范围：新生代
    应用：运行在Server模式下的虚拟机中首选的新生代收集器

![在这里插入图片描述][b45faed414ed44399cbc5a7a71202d3e.png]

##### 2.4.4 Parallel Scavenge（Young区，多线程，吞吐量+） #####

Parallel Scavenge收集器是一个新生代收集器，它也是使用复制算法的收集器，又是并行的多线程收集器，看上去和ParNew一样，但是Parallel Scavenge更关注系统的吞吐量。

> 吞吐量：系统单位时间内所处理的信息量  
> 吞吐量=运行用户代码的时间 /（运行用户代码的时间+垃圾收集的时间）  
> 比如：虚拟机一共运行了100分钟，垃圾收集时间用了1分钟，吞吐量=(100-1)/100=99%

> 若吞吐量越大，意味着垃圾收集的时间越短，则用户代码可以充分利用CPU资源，尽快完成程序的运算任务。

-XX：MaxGCPauseMillis 控制最大的垃圾收集停顿时间
    -XX：GCRatio		 直接设置吞吐量大小

##### 2.4.5 Parallel Old（Old区，多线程，标整，吞吐量+） #####

Parallel Old收集器是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和标记-整理算法进行垃圾回收，也是更加关注系统的吞吐量。

##### 2.4.6 CMS（Old区， 垃圾、用户线程并发，标清） #####

CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取`最短回收停顿时间`为目标的收集器  
采用的是"标记-清除算法"，整个过程分为4步：

（1）初始标记 initial mark 		 标记GC Roots直接关联对象，不同Tracing，速度很快
    （2）并发标记 concurrent mark	 进行GC Roots Tracing
    （3）重新标记 remark		 	     修改并发标记因用户程序变动的内容
    （4）并发清除 concurrent sweep    清除不可达对象回收空间，同时有新垃圾产生，留着下次
     								 清理称为浮动垃圾

> 由于整个过程中，有并发标记和并发清除，收集器线程可以与用户线程一起工作，所以总体上来说，CMS收集器的内存回收过程是与用户线程一起并发执行。  
> ![在这里插入图片描述][e8fd8938e2ee463fb5818b5ba6a95c85.png]

初始标记（找到GC Root关联对象） - 并发标记（Tracing） - 重新标记（并发标记时候，用户变动的内容） - 并发清除（清除垃圾）

优点：并发收集、低停顿
    缺点：产生大量空间碎片、并发阶段会降低吞吐量

##### 2.4.7 G1（Young、Old；Region，标整，用户期望回收time） #####

> Garbage First，使用G1收集器时，Java堆的内存分布与其他收集器有很大的差别，它将整个Java堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），虽然还保留着新生代与老年代的概念，但是新生代和老年代不再是物理隔离的，它们都是一部分Region（不需要连续）的集合。

> 每个Region大小都是一样的，可以是1-32M之间的数值，但是必须保证是2^n  
> 如果对象太大，一个Region放不下\[超过Region大小的50%\]，那么就会直接放到H中  
> 设置Region大小： -XX：G1HeapRegionSize=M  
> 所谓Garbage-First，其实就是优先回收垃圾最多的区域  
> ![在这里插入图片描述][f650087bdf654099b98570809b0dc4e3.png]

1.分代收集（仍然保留了分代概念）
    2.空间整合（整体上属于"标记-整理算法"，不会导致空间碎片）
    3.可预测的停顿（比CMS更先进的地方在于能让使用者明确指定一个长度为M毫秒的时间片段内，
    消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒）

整体过程：

1.  初始标记（Initial Marking）

> 标记GC Root能够关联的对象，并且修改TAMS的值，需要暂定用户线程

1.  并发标记（Concurrent Marking）

> 从GC Root出发，进行可达性分析，找出存活的对象，与用户线程并发执行

1.  最终标记（Final Marking）

> 修正因并发标记阶段中因用户程序而导致变动的数据，需要暂停用户线程

1.  筛选回收（Live Data Counting and Evacuation）

> 对各个Region的回收价值和成本进行排序，根据用户所期望的停顿时间指定回收计划

![在这里插入图片描述][8a9ad00a5f0040d98b63446f9f8cc824.png]

##### 2.4.8 ZGC（Page、10ms以内） #####

zero garbage collector, 号称"零停顿"。JDk11新引入的ZGC收集器，不管在物理上还是逻辑上，都不存在新老年代概念了，会分为一个个Page，当进行GC操作时会对page进行压缩，因此没有碎片问题

> 目前只能在64位的linux上使用，因此使用得较少

特点：

1.  可以达到10ms以内的停顿时间要求
2.  支持TB级别的内存
3.  堆内存变大后停顿时间还是在10ms以内

![在这里插入图片描述][ae0b34b41ded4279bd7dc2131b5d6085.png]

##### 2.4.9 垃圾收集器分类、总结 #####

*  串行收集器：Serial和Serial Old

只能有一个垃圾回收线程执行，用户线程暂停。
    --适用于内存比较小的嵌入式设备。

*  并行垃圾收集器\[吞吐量优先\]：Parallel Scanvenge、Parallel Old

多条垃圾收集线程并行工作，但此时用户线程仍然处于等待状态。
    --使用科学计算、后台处理等交互场景
    "并行"：多个线程

*  并发收集器\[停顿时间优先\]：CMS、G1

用户线程和垃圾收集线程同时执行（但不一定是并行的，可能是交替执行的），垃圾收集线程在执
    行的时候不会暂定用户线程的运行。
    --适用于对于时间有要求的场景，如：web

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>名称</th> 
   <th>特点</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Serial</td> 
   <td>Young区、单线程、复制算法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Serial Old</td> 
   <td>Old区、单线程、标记整理算法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ParNew</td> 
   <td>Young区、多线程、复制算法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Parallel Scavenge</td> 
   <td>Young区、多线程、复制算法、吞吐量优先</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Parallel Old</td> 
   <td>Old区、多线程、标记整理算法、吞吐量优先</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>CMS</td> 
   <td>Old区、垃圾收集线程与用户线程并发、标记清除算法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>G1</td> 
   <td>Young区、Old区（Region概念）并发、标记整理算法，用户指定停顿时间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ZGC</td> 
   <td>Page，10ms以内停顿</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 2.5 常见问题 ####

*  吞吐量和停顿时间
    
     *  停顿时间：垃圾收集器进行垃圾回收时，用户线程暂停时间
     *  吞吐量：运行用户代码时间/(运行用户代码时间+垃圾收集时间)

- 停顿时间越短就越适合需要和用户交互的程序使用，良好的响应速度可以提升用户体验；
    - 高吞吐量则可以高效地利用CPU时间，尽快完成程序的运算任务，主要适合在后台运算而不需要太
    多交互的应用。
    "上面两个指标也是评价垃圾收集器好坏的标准"。

*  如何选择合适的垃圾收集器  
    Oracle官网：  
    https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/collectors.html\#  
    sthref28
    
     *  优先调整堆的大小，让JVM自己来选择
     *  如果内存小于100M，使用串行收集器
     *  如果是单核，且没有停顿时间要求，使用串行或JVM自己选择
     *  如果允许停顿时间超过1s，选择并行或JVM自己选择
     *  如果响应时间最重要，并且不能超过1s，使用并发收集器  
          
        
 *  对于G1垃圾收集器  
    JDK7开始使用，JDK8非常成熟， JDK9为默认，使用新老代  
    是否使用G1收集器？

(1)50%以上的堆被存活对象占用
    (2)对象分配和晋升的速度变化非常大
    (3)垃圾回收时间比较长

*  G1中的RSet  
    全称Rememberd Set，用于记录维护Region中对象得引用关系

试想，在G1垃圾收集器进行新生代的垃圾收集时，也就是Minor GC，假如该对象被老年代的
    Region所引用，这个时候新生代对的对象就不能被回收，该怎么记录呢？
    
    这个时候，我们就想到了用一个类似于map的结构，key记录region的地址，value表示引用该对象
    的集合，这样就能知道该对象被哪些老年代的对象所引用，从而不能被回收。

*  如何开启需要的垃圾收集器

(1)串行：
    	-XX:+UseSerialGC
    	-XX:+UseSerialOldGC
    (2)并行（吞吐量优先）：
    	-XX:+UseParallelGC
    	-XX:+UseParallelOldGC
    (3)并发收集器（响应时间优先）：
    	-XX:+UseConcMarkSweepGC
    	-XX:+UseG1GC

![在这里插入图片描述][ff88421f35684987837b63a75cc2e2f5.png]

[JVM_1]: https://blog.csdn.net/weixin_45565886/article/details/126830671?spm=1001.2014.3001.5502
[fa0f01ad208648d5840c46c9f541ad62.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/41b8b3babe1a41528f76e20d7af5aa48.png
[8f569e9f4d3a433690f7c61ace38525b.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/e69f72b006a7451d8bfd1e4fa576572c.png
[dfd4c35bcf5b433eb111e7541aa9af0d.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/8ffa1d8e6b1f4711b2f10c46f7461127.png
[e911af3d25f54f5097de0c118af18688.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/834a97596b1e4fe38aa1b4562feeb9bd.png
[a891d36d7c2648e090443bb58ba3460d.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/b98419ad52714671a82fa18328abbd4f.png
[65587548e89749149ae1285fd59d380a.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/4b7dece583b54c1982e49ad3b42b9dfa.png
[64f7701dd27045608de475502e8a81d3.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/da3ec98c76b84dc6aeec26f9c004b01d.png
[542c666862c64f88a63caf8087069b8f.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/21cf140ebcdc4485aed72e0e30e9f9d1.png
[e33df4c837bf49dfbf3287be33f01e6b.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/3e27577e7efb4f329889207b0b78ef1a.png
[aa29634dd426467c9e4c3f91b73f1a9d.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/342a55c69999438483d3e4fbcec5f576.png
[fa7ce5342bba4135bed94c0c75c42e3c.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/a10075238e594a9bb9f65e9f0410e1c0.png
[b45faed414ed44399cbc5a7a71202d3e.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/9ab078581b674b5481937b01598d1109.png
[e8fd8938e2ee463fb5818b5ba6a95c85.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/cf465f2f1c7846a69b911cd4c62a8017.png
[f650087bdf654099b98570809b0dc4e3.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/11340d2f4ac14e47b4f587e9acd30378.png
[8a9ad00a5f0040d98b63446f9f8cc824.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/9645e52173f844abaf245fc6b10e622f.png
[ae0b34b41ded4279bd7dc2131b5d6085.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/eafd537b96aa458e8f4c56fb349db8b2.png
[ff88421f35684987837b63a75cc2e2f5.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/a2631787dae6433c9c33ccd9b7b15184.png