JVM学习(️ 深入理解Java虚拟机)

• JVM内存管理脑图
• JVM是什么?

• • JVM(Java Virtual Machine 简称JVM),是Java的核心所在。也是Java语言与平台无关性的基础
  • 参考软件架构风格中虚拟机风格中的解释器风格

• JVM种类

• • Sun Classic(始祖)
  • HotSpot(运用最广)
  • 等其他虚拟机

第一节:JVM的内存结构

如图:

JDK- 6结构(CV大法)

• 如图:
  

JDK- 8结构(CV大法)

• 如图:
  
• 是否由所有线程共有?

• • 线程共享

• • • 方法区、堆、执行引擎、本地库接口

• • 非线程共享

• • • 虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器

• 各数据区域的作用

• • 程序计数器(私有):当前线程所执行的字节码的行号指示器,这是唯一一个不会发生OOM的区域
  • 虚拟机栈(私有):保存了方法执行时的栈帧;栈帧描述了方法执行时的局部变量表、操作数栈、动态连接、**方法出口 **等信息

• • • 局部变量表:描述了编译期可知的基本数据类型(如,byte、char......)

• • 本地方法栈(私有):与虚拟机栈类似,但是本地方法栈为Native(本地)方法服务;而虚拟机栈为Java方法服务
  • 堆(共享):大部分的Java实例对象都在堆里面,也是GC的管理区域
  • 方法区(共享):存放着类型信息、常量、静态变量等数据

• • • JDK- 8放弃永久代,改用元空间
    • 运行时常量池属于方法区,运行时常量池用于存放常量池表(编译时生成的各种字面量、符号引用)

第二节:对象

• 对象由那些部分组成?

• • 对象头

• • • 自身的运行时数据
    • 类型指针

• • 实例数据

• • • 对象真正存储的有效信息

• • 对齐填充

• • • 无实际意义,占位符

第三节:内存回收

程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈3个区域随线程而生，随线程而灭,不需要GC

第四节:如何判断对象已经“死亡”

内存的回收的前提是对象已经死亡,也就是说不存在任何的引用,因此如何判断对象已死,这十分重要

• 传统的判断对象已死的方法有两种

• • 引用计数法

• • • 原理:存在引用则加一,减少引用则减一,为0时,说明对象不存在引用(已经死亡)
    • 优势:简单易于实现
    • 缺点:无法解决循环引用

• • 可达性分析法(Java所采用的方法)

• • • 原理:如果任何对象可以找到GCRoots根节点,则认为该对象存活否则死亡
    • 卡表:解决跨代引用,JVM做全堆扫描的性能问题
    • 写屏障:维护卡表的状态,防止出现脏读;即便写屏障存在性能损耗,但是依然优于全堆扫描
    • 如图所示:

• 确定对象死亡的方法？

• • 对象至少需要经历两次标记
  • 第一次标记:对象与GcRoots没有关联
  • 第二次标记:经历一次标记的对象是否有必要执行finalize();这是对象"自救"的最后一步 //TODO:2023/3/21日发布前四章

第五节:垃圾收集算法

分代收集理论

• • 弱分代假说:大部分对象都朝生夕灭
  • 强分代假说:熬过越多次GC的对象,则对象越难以消亡
  • 跨代引用假说:跨代引用相对于同代引用来说,仅占极少数

• GC种类

• • 新生代收集（Minor GC/Young GC）：指目标只是新生代的垃圾收集。
  • 老年代收集（Major GC/Old GC）：指目标只是老年代的垃圾收集。
  • 整堆收集（Full GC）：收集整个Java堆和方法区的垃圾收集。

分代收集算法

• 标记-清除算法

• • 首先标记存活\死亡的对象,然后回收被标记\未标记的对象
  • 缺点:内存碎片化严重、执行效率不稳定
  • 如图:

• 标记-复制算法

• • 为了解决标记-清除算法效率较低
  • 将内存划分为两块,一次只是用其中一块,当一块内存已经使用完时,将存活的对象移动至另一块,在一次性清理使用完成的内存块。
  • 缺点:内存浪费严重
  • 如图:

• 标记-整理算法

• • 为了解决标记-复制算法当存活对象较多时,复制效率较低;且浪费大量空间
  • 与标记-清除算法类似,但是不需要清除对象;而是将存活的对象移动到内存某一侧,然后清除另一侧的对象
  • 缺点:需要暂停用户线程保证一致性,性能与一致性需要综合考虑
  • 如图:

• Stop The World:

• • 目的:暂停用户线程;
  • 为何?当GC时,为了保证对象标记、清除的正确性、完整性。需要STW,因为如果不STW,会导致标记错误。

• 三色标记

• • 白色:不可达
  • 灰色:已经被垃圾收集器扫描,但是还存在未扫描引用
  • 黑色:对象及其引用全部被扫描
  • 如何解决对象消失问题:
  • 增量更新:当存在黑色指向白色的引用时,记住当前黑色对象;在并发扫描之后,重新扫描。( 一旦存在黑引用白,则修改黑为灰)
  • 原始快照:当存在灰色删除白色引用时,记录白色对象;在扫描结束后,以灰色为根,重新扫面。( 不在乎是否真的删除,因为永远都会以开始扫描的对象图来进行搜索)

第六章 垃圾收集器

• Serial收集器

• • GC线程为单线程
  • 如图:

• ParNew收集器

• • GC线程多线程
  • 如图:

• Parallel Scavenge收集器

• • 基于标记-复制算法
  • 与ParNew相似
  • Parallel Scavenge关注的是吞吐量;区别于其它垃圾收集器,它不关注用户线程暂停时间

• CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器

• • 基于标记-清除算法
  • 关注服务的响应时间,希望系统的停顿时间尽量短
  • 采用增量更新解决标记对象消失
  • 包含四步

• • • 初始标记(需要STW);标记GcRoots能直接关联的对象
    • 并发标记(不需要STW);从GcRoots直接关联的对象开始遍历对象图
    • 重新标记(需要STW);修正在并发阶段,线程修改的对象标记
    • 并发清除(不需要STW);并发删除对象

• • CMS示意图

• GarbageFirst(G1)收集器

• • 局部基于标记-复制算法,整体基于标记-整理算法
  • 采用原始快照解决标记对象消失
  • G1收集器区别于其余的收集器,不在于数据的分代(但是依然遵循分代理论);G1将内存分治为多个Region,优先回收收益最高的Region
  • G1运行过程

• • • 初始标记:仅标记GcRoots能直接关联的对象(需要STW)
    • 并发标记:从GcRoots开始进行全图的可达性分析
    • 最终标记:修正并发标记阶段被修改的标记(需要STW)
    • 筛选回收:对Region的价值进行评估,复制旧的Region中存活的实例到新的Region,清理旧的Region(需要STW)

• • 如图: