JVM內存模型與垃圾回收

Java開發有個很基礎的問題，雖然咱們平時接觸的很少，可是瞭解它卻成爲Java開發的必備基礎——這就是JVM。在C++中咱們須要手動申請內存而後釋放內存，不然就會出現對象已經再也不使用內存卻仍被佔用的狀況。在Java中JVM內置了垃圾回收的機制，幫助開發者承擔對象的建立和釋放的工做，極大的減輕了開發的負擔。那是否是咱們就不須要了解JVM了，顯然在作一些優化或者深刻研究應用性能的時候，JVM仍是起了很關鍵的做用的。所以本篇就總結性的描述下JVM的內存模型與垃圾回收相關的知識。

本文的主要內容以下：

• 內存模型
• 垃圾回收
• 參考文章

內存模型

各部分的功能

這幾個存儲區最主要的就是棧區和堆區，那麼什麼是棧什麼是堆呢？說的簡單點，棧裏面存放的是基本的數據類型和引用，而堆裏面則是存放各類對象實例的。

堆與棧分開設計是爲何呢？

• 棧存儲了處理邏輯、堆存儲了具體的數據，這樣隔離設計更爲清晰
• 堆與棧分離，使得堆能夠被多個棧共享。
• 棧保存了上下文的信息，所以只能向上增加；而堆是動態分配

棧的大小能夠經過-XSs設置，若是不足的話，會引發java.lang.StackOverflowError的異常

棧區

線程私有，生命週期與線程相同。每一個方法執行的時候都會建立一個棧幀（stack frame）用於存放 局部變量表、操做棧、動態連接、方法出口。

堆

存放對象實例，全部的對象的內存都在這裏分配。垃圾回收主要就是做用於這裏的。

• 堆得內存由-Xms指定，默認是物理內存的1/64；最大的內存由-Xmx指定，默認是物理內存的1/4。
• 默認空餘的堆內存小於40%時，就會增大，直到-Xmx設置的內存。具體的比例能夠由-XX:MinHeapFreeRatio指定
• 空餘的內存大於70%時，就會減小內存，直到-Xms設置的大小。具體由-XX:MaxHeapFreeRatio指定。

所以通常都建議把這兩個參數設置成同樣大，能夠避免JVM在不斷調整大小。

程序計數器

這裏記錄了線程執行的字節碼的行號，在分支、循環、跳轉、異常、線程恢復等都依賴這個計數器。

方法區

類型信息、字段信息、方法信息、其餘信息

總結

名稱	特徵	做用	配置	異常
棧區	線程私有，使用一段連續的內存空間	存放局部變量表、操做棧、動態連接、方法出口	-XSs	StackOverflowError OutOfMemoryError
堆	線程共享，生命週期與虛擬機相同	保存對象實例	-Xms -Xmx -Xmn	OutOfMemoryError
程序計數器	線程私有、佔用內存小	字節碼行號	無	無
方法區	線程共享	存儲類加載信息、常量、靜態變量等	-XX:PermSize -XX:MaxPermSize	OutOfMemoryError

垃圾回收

如何定義垃圾

有兩種方式，一種是引用計數（可是沒法解決循環引用的問題）；另外一種就是可達性分析。

判斷對象能夠回收的狀況：

• 顯示的把某個引用置位NULL或者指向別的對象
• 局部引用指向的對象
• 弱引用關聯的對象

垃圾回收的方法

Mark-Sweep標記-清除算法

這種方法優勢就是減小停頓時間，可是缺點是會形成內存碎片。

Copying複製算法

這種方法不涉及到對象的刪除，只是把可用的對象從一個地方拷貝到另外一個地方，所以適合大量對象回收的場景，好比新生代的回收。

Mark-Compact標記-整理算法

這種方法能夠解決內存碎片問題，可是會增長停頓時間。

Generational Collection 分代收集

最後的這種方法是前面幾種的合體，即目前JVM主要採起的一種方法，思想就是把JVM分紅不一樣的區域。每種區域使用不一樣的垃圾回收方法。

上面能夠看到堆分紅三個區域：

• 新生代(Young Generation)：用於存放新建立的對象，採用複製回收方法，若是在s0和s1之間複製必定次數後，轉移到年老代中。這裏的垃圾回收叫作minor GC;
• 年老代(Old Generation)：這些對象垃圾回收的頻率較低，採用的標記整理方法，這裏的垃圾回收叫作 major GC。
• 永久代(Permanent Generation)：存放Java自己的一些數據，當類再也不使用時，也會被回收。

這裏能夠詳細的說一下新生代複製回收的算法流程：

在新生代中，分爲三個區：Eden, from survivor, to survior。

• 當觸發minor GC時，會先把Eden中存活的對象複製到to Survivor中；
• 而後再看from survivor，若是次數達到年老代的標準，就複製到年老代中；若是沒有達到則複製到to survivor中，若是to survivor滿了，則複製到年老代中。
• 而後調換from survivor 和 to survivor的名字，保證每次to survivor都是空的等待對象複製到那裏的。

垃圾回收器

串行收集器 Serial

這種收集器就是以單線程的方式收集，垃圾回收的時候其餘線程也不能工做。

並行收集器 Parallel

以多線程的方式進行收集

併發標記清除收集器 Concurrent Mark Sweep Collector, CMS

大體的流程爲：初始標記--併發標記--從新標記--併發清除

G1收集器 Garbage First Collector

大體的流程爲：初始標記--併發標記--最終標記--篩選回收

 

JVM裏的GC(Garbage Collection)的算法有不少種，如標記清除收集器，壓縮收集器，分代收集器等等,詳見HotSpot VM GC 的種類

       如今比較經常使用的是分代收集（generational collection,也是SUN VM使用的,J2SE1.2以後引入），即將內存分爲幾個區域，將不一樣生命週期的對象放在不一樣區域裏:young generation，tenured generation和permanet generation。絕大部分的objec被分配在young generation(生命週期短)，而且大部分的object在這裏die。當young generation滿了以後，將引起minor collection(YGC)。在minor collection後存活的object會被移動到tenured generation(生命週期比較長)。最後，tenured generation滿以後觸發major collection。major collection（Full gc）會觸發整個heap的回收，包括回收young generation。permanet generation區域比較穩定，主要存放classloader信息。

       young generation有eden、2個survivor 區域組成。其中一個survivor區域一直是空的，是eden區域和另外一個survivor區域在下一次copy collection後活着的objecy的目的地。object在survivo區域被複制直到轉移到tenured區。

       咱們要儘可能減小 Full gc 的次數(tenured generation 通常比較大,收集的時間較長,頻繁的Full gc會致使應用的性能收到嚴重的影響)。

堆內存GC
       JVM(採用分代回收的策略)，用較高的頻率對年輕的對象(young generation)進行YGC，而對老對象(tenured generation)較少(tenured generation 滿了後才進行)進行Full GC。這樣就不須要每次GC都將內存中全部對象都檢查一遍。

非堆內存不GC

      GC不會在主程序運行期對PermGen Space進行清理，因此若是你的應用中有不少CLASS(特別是動態生成類，固然permgen space存放的內容不只限於類)的話,就極可能出現PermGen Space錯誤。

內存申請、對象衰老過程
1、內存申請過程

1. JVM會試圖爲相關Java對象在Eden中初始化一塊內存區域；
2. 當Eden空間足夠時，內存申請結束。不然到下一步；
3. JVM試圖釋放在Eden中全部不活躍的對象（minor collection），釋放後若Eden空間仍然不足以放入新對象，則試圖將部分Eden中活躍對象放入Survivor區；
4. Survivor區被用來做爲Eden及old的中間交換區域，當OLD區空間足夠時，Survivor區的對象會被移到Old區，不然會被保留在Survivor區；
5. 當old區空間不夠時，JVM會在old區進行major collection；
6. 徹底垃圾收集後，若Survivor及old區仍然沒法存放從Eden複製過來的部分對象，致使JVM沒法在Eden區爲新對象建立內存區域，則出現"Out of memory錯誤"；

2、對象衰老過程

1. 新建立的對象的內存都分配自eden。Minor collection的過程就是將eden和在用survivor space中的活對象copy到空閒survivor space中。對象在young generation裏經歷了必定次數(能夠經過參數配置)的minor collection後，就會被移到old generation中，稱爲tenuring。
2. GC觸發條件

   GC類型	觸發條件	觸發時發生了什麼	注意	查看方式
   YGC	eden空間不足	清空Eden+from survivor中全部no ref的對象佔用的內存 將eden+from sur中全部存活的對象copy到to sur中 一些對象將晉升到old中:     to sur放不下的     存活次數超過turning threshold中的 從新計算tenuring threshold(serial parallel GC會觸發此項) 從新調整Eden 和from的大小(parallel GC會觸發此項)	全過程暫停應用 是否爲多線程處理由具體的GC決定	jstat –gcutil  gc log
   FGC	old空間不足 perm空間不足 顯示調用System.GC, RMI等的定時觸發 YGC時的悲觀策略 dump live的內存信息時(jmap –dump:live)	清空heap中no ref的對象 permgen中已經被卸載的classloader中加載的class信息 如配置了CollectGenOFirst,則先觸發YGC(針對serial GC) 如配置了ScavengeBeforeFullGC,則先觸發YGC(針對serial GC)	全過程暫停應用 是否爲多線程處理由具體的GC決定 是否壓縮須要看配置的具體GC	jstat –gcutil  gc log

   permanent generation空間不足會引起Full GC,仍然不夠會引起PermGen Space錯誤。

參考 https://www.cnblogs.com/xing901022/p/7725961.html

        http://www.cnblogs.com/redcreen/archive/2011/05/04/2037056.html