JVM深入理解-垃圾回收机制Gc

·  阅读 428

概念

虚拟机 : 指以软件的方式模拟具有完整硬件系统功能、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统, 是物理机的软件实现。

启动流程

基本架构

Java运行时编译源码(.java)成字节码,由jre运行。jre由java虚拟机(jvm)实现。Jvm分析字节码,后解释并执行。

JVM由三个主要的子系统构成:

  • 1.类加载器子系统
  • 2.运行时数据区(内存)
  • 3.执行引擎

JVM 运行时的数据区域

程序计数器

  • 当前线程所执行的字节码的行号指示器,字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来确定下一条要执行的字节码指令的位置
  • 执行 Java 方法和 native 方法时的区别:
    • 执行 Java 方法时:记录虚拟机正在执行的字节码指令地址;
    • 执行 native 方法时:无定义;
  • 是 5 个区域中唯一不会出现 OOM 的区域。

Java 虚拟机栈

  • Java 方法执行的内存模型,每个方法执行的过程,就是它所对应的栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程;

  • 服务于 Java 方法;

  • 可能抛出的异常:

    • OutOfMemoryError(在虚拟机栈可以动态扩展的情况下,扩展时无法申请到足够的内存);
    • StackOverflowError(线程请求的栈深度 > 虚拟机所允许的深度);
  • 虚拟机参数设置:-Xss

本地方法栈

  • 服务于 native 方法;
  • 可能抛出的异常:与 Java 虚拟机栈一样。

Java 堆

  • 唯一的目的:存放对象实例;

  • 垃圾收集器管理的主要区域;

  • 可以处于物理上不连续的内存空间中;

  • 可能抛出的异常:

    • OutOfMemoryError(堆中没有内存可以分配给新创建的实例,并且堆也无法再继续扩展了)。
  • 虚拟机参数设置:

    • 最大值: -Xss
    • 最小值: -Xms
    • 两个参数设置成相同的值可避免堆自动扩展。

方法区

  • 存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据;

    • 类信息:即 Class 类,如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。
  • 垃圾收集行为在此区域很少发生;

    • 不过也不能不清理,对于经常动态生成大量 Class 的应用,如 Spring 等,需要特别注意类的回收状况。
  • 运行时常量池也是方法区的一部分;

    • Class 文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外,还有一项是常量池,用于存放编译器生成的各种字面量(就是代码中定义的 static final 常量)和符号引用,这部分信息就存储在运行时常量池中。
  • 可能抛出的异常:

    • OutOfMemoryError(方法区无法满足内存分配需求时)。

垃圾收集(GC:Garbage Collection)

1.如何识别垃圾,判定对象是否可被回收?

  • 引用计数法:给每个对象添加一个计数器,当有地方引用该对象时计数器加1,当引用失效时计数器减1。用对象计数器是否为0来判断对象是否可被回收。缺点:无法解决循环引用的问题
  • 根搜索算法:也称可达性分析法,通过“GC ROOTs”的对象作为搜索起始点,通过引用向下搜索,所走过的路径称为引用链。通过对象是否有到达引用链的路径来判断对象是否可被回收(可作为GC ROOTs的对象:虚拟机栈中引用的对象,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引用的对象)

2.Java 中的堆是 GC 收集垃圾的主要区域,GC 分为两种:Minor GC、Full GC ( 或称为 Major GC )。

  • Minor GC:新生代(Young Gen)空间不足时触发收集,由于Java 中的大部分对象通常不需长久存活,新生代是GC收集频繁区域,所以采用复制算法。
  • Full GC:老年代(Old Gen )空间不足或元空间达到高水位线执行收集动作,由于存放大对象及长久存活下的对象,占用内存空间大,回收效率低,所以采用标记-清除算法。

GC算法

按照回收策略划分为:标记-清除算法,标记-整理算法,复制算法。

  • 1.标记-清除算法:分为两阶段“标记”和“清除”。首先标记出哪些对象可被回收,在标记完成之后统一回收所有被标记的对象所占用的内存空间。不足之处:

    • 1.无法处理循环引用的问题
    • 2.效率不高
    • 3.产生大量内存碎片(ps:空间碎片太多可能会导致以后在分配大对象的时候而无法申请到足够的连续内存空间,导致提前触发新一轮gc)

  • 2.标记-整理算法:分为两阶段“标记”和“整理”。首先标记出哪些对象可被回收,在标记完成后,将对象向一端移动,然后直接清理掉边界以外的内存。

  • 3.复制算法:把内存空间划为两个相等的区域,每次只使用其中一个区域。gc时遍历当前使用区域,把正在使用中的对象复制到另外一个区域中。算法每次只处理正在使用中的对象,因此复制成本比较小,同时复制过去以后还能进行相应的内存整理,不会出现“碎片”问题。不足之处:
    • 1.内存利用率问题
    • 2.在对象存活率较高时,其效率会变低

按分区对待可分为:增量收集算法,分代收集算法

  • 1.增量收集:实时垃圾回收算法,即:在应用进行的同时进行垃圾回收,理论上可以解决传统分代方式带来的问题。增量收集把对堆空间划分成一系列内存块,使用时先使用其中一部分,垃圾收集时把之前用掉的部分中的存活对象再放到后面没有用的空间中,这样可以实现一直边使用边收集的效果,避免了传统分代方式整个使用完了再暂停的回收的情况。
  • 2.分代收集:(商用默认)基于对象生命周期划分为新生代、老年代、元空间,对不同生命周期的对象使用不同的算法进行回收。

按系统线程可分为:串行收集算法,并行收集算法,并发收集算法

  • 1.串行收集:使用单线程处理垃圾回收工作,实现容易,效率较高。不足之处:
    • 1.无法发挥多处理器的优势
    • 2.需要暂停用户线程
  • 2.并行收集:使用多线程处理垃圾回收工作,速度快,效率高。理论上CPU数目越多,越能体现出并行收集器的优势。不足之处:需要暂停用户线程
  • 3.并发收集:垃圾线程与用户线程同时工作。系统在垃圾回收时不需要暂停用户线程

JVM性能调优思路

常见异常

  • StackOverflowError:(栈溢出)
  • OutOfMemoryError: Java heap space(堆空间不足)
  • OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded (GC花费的时间超过 98%, 并且GC回收的内存少于 2%)
分类:
前端
标签:
分类:
前端
标签:
收藏成功!
已添加到「」, 点击更改