JVM內存管理機制和垃圾回收機制

JVM內存管理機制和垃圾回收機制

JVM結構

圖片描述：

1. java源碼編譯成class文件
2. class文件經過類加載器加載到內存
3. 其中方法區存放的是運行時的常量、靜態變量、類信息等，被全部線程共享
4. 堆空間存放對象，被全部線程共享
5. 棧空間存放的是棧幀，包括局部變量、操做數棧、返回地址等，每個方法建立一個棧幀
6. 本地方法棧經過本地方法接口實現本地方法的調用
7. 程序計數器是用來記錄程序執行的位置

JAVA代碼編譯

JAVA字節碼執行

類加載機制

1. Bootstrap ClassLoader：負責加載$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar裏全部的class，由C++實現，不是ClassLoader子類
2. Extension ClassLoader: 負責加載java平臺中擴展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目錄下的jar包
3. App ClassLoader: 負責記載classpath中指定的jar包及目錄中class
4. Custom ClassLoader: 屬於應用程序根據自身須要自定義的ClassLoader，如tomcat、jboss都會根據j2ee規範自行實現ClassLoader

加載過程當中會先檢查類是否被已加載，檢查順序是自底向上，從Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐層檢查，只要某個classloader已加載就視爲已加載此類，保證此類只全部ClassLoader加載一次。而加載的順序是自頂向下，也就是由上層來逐層嘗試加載此類。

類執行機制

JVM是基於棧的體系結構來執行class字節碼的。線程建立後，都會產生程序計數器（PC）和棧（Stack），程序計數器存放下一條要執行的指令在方法內的偏移量，棧中存放一個個棧幀，每一個棧幀對應着每一個方法的每次調用，而棧幀又是有局部變量區和操做數棧兩部分組成，局部變量區用於存放方法中的局部變量和參數，操做數棧中用於存放方法執行過程當中產生的中間結果。

JVM內存組成

堆

全部經過new建立的對象的內存都在堆中分配，其大小能夠經過-Xmx和-Xms來控制。堆被劃分爲新生代和舊生代，新生代又被進一步劃分爲Eden和Survivor區，最後Survivor由From Space和To Space組成，結構圖以下所示：

• 新生代：新建的對象都是用新生代分配內存，Eden空間不足的時候，會把存活的對象轉移到Survivor中，新生代大小能夠由-Xmn來控制，也能夠用-XX:SurvivorRatio來控制Eden和Survivor的比例
• 舊生代：用於存放新生代中通過屢次垃圾回收仍然存活的對象

棧

每一個線程執行每一個方法的時候都會在棧中申請一個棧幀，每一個棧幀包括局部變量區和操做數棧，用於存放這次方法調用過程當中的臨時變量、參數和中間結果

本地方法棧

用於支持native方法的執行，存儲了每一個native方法調用的狀態

方法區

存放了要加載的類信息、靜態變量、final類型的常量、屬性和方法信息。JVM用持久代（Permanet Generation）來存放方法區，可經過-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize來指定最小值和最大值

垃圾回收機制

JVM針對新生代和舊生代採用了不一樣的GC

新生代的GC

新生代一般存活時間較短，所以基於Copying算法來進行回收，所謂Copying算法就是掃描出存活的對象，並複製到一塊新的徹底未使用的空間中，對應於新生代，就是在Eden和From Space或To Space之間copy。

新生代採用空閒指針的方式來控制GC觸發，指針保持最後一個分配的對象在新生代區間的位置，當有新的對象要分配內存時，用於檢查空間是否足夠，不夠就觸發GC。

用java visualVM來查看，能明顯觀察到新生代滿了後，會把對象轉移到舊生代，而後清空繼續裝載，當舊生代也滿了後，就會報outofmemory的異常，以下圖所示：

在執行機制上JVM提供了串行GC（Serial GC）、並行回收GC（Parallel Scavenge）和併發GC（ParNew）。

1. 串行GC
   在整個掃描和複製過程採用單線程的方式來進行，適用於單CPU、新生代空間較小及對暫停時間要求不是很是高的應用上，是client級別默認的GC方式，能夠經過-XX:+UseSerialGC來強制指定
2. 並行回收GC
   在整個掃描和複製過程採用多線程的方式來進行，適用於多CPU、對暫停時間要求較短的應用上，是server級別默認採用的GC方式，可用-XX:+UseParallelGC來強制指定，用-XX:ParallelGCThreads=4來指定線程數
3. 並行GC
   與舊生代的併發GC配合使用

舊生代的GC

舊生代與新生代不一樣，對象存活的時間比較長，比較穩定，所以採用標記（Mark）算法來進行回收，所謂標記就是掃描出存活的對象，而後再進行回收未被標記的對象，回收後對用空出的空間要麼進行合併，要麼標記出來便於下次進行分配，總之就是要減小內存碎片帶來的效率損耗。

在執行機制上JVM提供了串行GC（Serial MSC）、並行GC（parallel MSC）和併發GC（CMS）。

你吃飯吃到一半，電話來了，你一直到吃完了之後纔去接，這就說明你不支持併發也不支持並行。
你吃飯吃到一半，電話來了，你停了下來接了電話，接完後繼續吃飯，這說明你支持併發。
你吃飯吃到一半，電話來了，你一邊打電話一邊吃飯，這說明你支持並行。

指定方式	新生代GC方式	舊生代GC方式
-XX:+UseSerialGC	串行GC	串行GC
-XX:+UseParallelGC	並行回收GC	並行GC
-XX:+UseConeMarkSweepGC	並行GC	併發GC
-XX:+UseParNewGC	並行GC	串行GC
-XX:+UseParallelOldGC	並行回收GC	並行GC
-XX:+ UseConeMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC	串行GC	併發GC
不支持的組合	一、-XX:+UseParNewGC -XX:+UseParallelOldGC 二、-XX:+UseParNewGC -XX:+UseSerialGC