JVM类加载机制、内存管理机制、GC机制

ゝ一纸荒年。 2022-05-30 09:44 209阅读 0赞

#### JVM类加载机制 ####

`.java`文件编译—>生成JVM能够识别的`.class`字节码文件—>JVM把`.class`文件加载到内存—>对数据进行校验、转换解析、初始化

> 后续由执行引擎执行，在执行过程中，需要运行时数据区提供数据

类的生命周期是加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载

#### JVM内存管理机制 ####

JVM将内存划分为几个部分：PC寄存器（程序计数器）、堆、虚拟机栈、本地方法栈、方法区

*  PC寄存器（程序计数器）：用于记录当前线程运行时的位置，每一个线程都有一个独立的程序计数器，线程的阻塞、恢复、挂起等一系列操作都需要程序计数器的参与，因此必须是线程私有的。
 *  堆：java堆被所有线程共享，堆的主要作用就是存储对象。如果堆空间不够，但扩展时又不能申请到足够的内存时，则抛出OutOfMemoryError异常。
 *  虚拟机栈：在创建线程时创建的，用来存储栈帧，因此也是线程私有的。java程序中的方法在执行时，会创建一个栈帧，用于存储方法运行时的临时数据和中间结果，包括局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。这些栈帧就存储在栈中。如果栈深度大于虚拟机允许的最大深度，则抛出StackOverflowError异常。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center">OutOfMemoryError</th> 
   <th align="center">StackOverflowError</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center">java堆</td> 
   <td align="center">java栈</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">内存空间不够了（需要及时释放内存）</td> 
   <td align="center">栈深度超过范围了（比如：递归层数太多了）</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  本地方法栈：本地方法栈的主要作用就是支持native方法，比如在java中调用C/C++
 *  方法区：方发区被各个线程共享，用于存储静态变量、运行时常量池等信息。

内存区域调节参数

*  Xms：初始堆大小，默认为物理内存的1/64(<1GB)；默认(MinHeapFreeRatio参数可以调整)空余堆内存小于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制
 *  Xmx：最大堆大小，默认(MaxHeapFreeRatio参数可以调整)空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到 -Xms的最小限制
 *  Xmn：新生代的内存空间大小，注意：此处的大小是（eden+ 2 survivor space)。与jmap -heap中显示的New gen是不同的。整个堆大小=新生代大小 + 老生代大小 + 永久代大小。 在保证堆大小不变的情况下，增大新生代后,将会减小老生代大小。此值对系统性能影响较大,Sun官方推荐配置为整个堆的3/8。
 *  XX:SurvivorRatio：新生代中Eden区域与Survivor区域的容量比值，默认值为8。两个Survivor区与一个Eden区的比值为2:8,一个Survivor区占整个年轻代的1/10。
 *  Xss：每个线程的堆栈大小。JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M,以前每个线程堆栈大小为256K。应根据应用的线程所需内存大小进行适当调整。在相同物理内存下,减小这个值能生成更多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的，不能无限生成，经验值在3000~5000左右。一般小的应用， 如果栈不是很深， 应该是128k够用的，大的应用建议使用256k。这个选项对性能影响比较大，需要严格的测试。和threadstacksize选项解释很类似,官方文档似乎没有解释,在论坛中有这样一句话:”-Xss is translated in a VM flag named ThreadStackSize”一般设置这个值就可以了。
 *  XX:PermSize：设置永久代(perm gen)初始值。默认值为物理内存的1/64。
 *  XX:MaxPermSize：设置持久代最大值。物理内存的1/4。

#### GC回收机制 ####

1.  哪些内存需要回收
2.  什么时候回收
3.  怎么回收

1、哪些内存需要回收  
  java堆、方法区的内存

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center">线程私有</th> 
   <th align="center">线程共享</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center">程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈</td> 
   <td align="center">java堆、方法区</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">随线程生而生，随线程去而去。线程分配多少内存都是有数的，当线程销毁时，内存就被释放了</td> 
   <td align="center">堆和方法区的内存都是动态分配的（使用new关键字），所以也需要动态回收。<strong>这部分内存的回收依赖GC完成</strong></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

2、什么时候回收

*  引用计数法
 *  可达性分析

(1)引用计数法  
  给对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器加一。反之每当一个引用失效时，计数器减一。当计数器为0时，则表示对象不被引用。  
举个例子：

Object a = new Object(); // a的引用计数为1
    a = null; // a的引用计数为0，等待GC回收

(2)可达性分析  
  设立若干根对象（GC Root），每个对象都是一个子节点，当一个对象找不到根时，就认为该对象不可达。  
java中，可以作为GC Roots的对象包括：

*  java虚拟机栈中引用的对象
 *  方法区中静态变量引用的对象
 *  方法区中常量引用的对象
 *  本地方法栈中引用的对象

3、怎么回收

*  标记–清除算法
 *  复制算法
 *  分代算法

(1)标记——清除算法  
  遍历所有的GC Root，分别标记处可达的对象和不可达的对象，然后将不可达的对象回收。  
  缺点是：效率低、回收得到的空间不连续

(2)复制算法  
  将内存分为两块，每次只使用一块。当这一块内存满了，就将还存活的对象复制到另一块上，并且严格按照内存地址排列，然后把已使用的那块内存统一回收。  
  优点是：能够得到连续的内存空间  
  缺点是：浪费了一半内存

(3)分代算法  
  在java中，把内存中的对象按生命长短分为：

*  新生代：活不了多久就go die 了，比如局部变量
 *  老年代：老不死的，活的久但也会go die，比如一些生命周期长的对象
 *  永久代：千年王八万年龟，不死，比如加载的class信息

> 有一点需要注意：新生代和老年代存储在java虚拟机堆上 ；永久代存储在方法区上

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center"></th> 
   <th align="center">回收方法</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center">新生代</td> 
   <td align="center">使用复制算法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">老年代</td> 
   <td align="center">使用标记——清除算法</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">永久代（JDK8被删）</td> 
   <td align="center"></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

> java finalize()方法：在被GC回收前，可以做一些操作，比如释放资源。有点像析构函数，但是一个对象只能调用一次finalize()方法。