JVM及垃圾回收算法

一、JVM

1、jvm的内存组成

五大内存区域,分1.7和1.8

1.堆内存:引用类型的数据,内部组成:1.新生代(伊甸区和幸存者区)2.老年代。该区域经常发生垃圾回收的操作

堆是JVM中最大的一块内存区域,用于存储对象实例和数组。堆被 所有线程 共享,用于 动态分配 内存。堆被分为新生代(Young Generation)和老年代(Old Generation)两部分,新生代又被分为Eden空间和两个Survivor空间。

2.虚拟机栈:方法在运行时,需要存储一些内容,存储到栈

虚拟机栈用于 存储方法的 局部变量、操作数栈、方法调用 和 返回等信息。每个线程在运行时都会有一个对应的 虚拟机栈,每个方法在执行时 都会 创建一个 栈帧(Stack Frame)。

3.本地方法栈:本地方法(被native修饰的方法),方法运行时,保存的一些信息

4.程序计数器:针对线程的,记录每个线程当前的执行的行数 每个线程都有一个独立的程序计数器。

5.元空间(1.7叫做方法区):存放已被加载的类信息、常量、静态变量等信息.

JDK 1.8 同 JDK 1.7 比,最大的差别就是:元数据区 取代了 永久代。元空间的 本质 和永久代类

似,都是对 JVM 规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的 区别 在于:

元数据空间 并 不在 虚拟机 内存 中,而是 使用 本地内存

2、JVM的堆内存

堆内存:分为两块:1.新生代 2.老年代

新生代:内部又分为 伊甸园区 和 幸存者区 伊甸园区:幸存者区:幸存者区 = 8:1:1

创建新对象,默认进入到伊甸区,GC在运行时,会将存活的对象放在幸存者区,如果对象存活超过15次,存储到老年代

老年代:存活时间长的对象或者大对象

新生代、老年代 所占 比例 2:1

3、jvm内存模型

Java 内存模型(下文简称 JMM)就是在底层处理器内存模型的基础上,定义自己的多线程语义。它明确指定了一组排序规则,来保证线程间的可见性。

这一组规则被称为 Happens-Before, JMM 规定,要想保证 B 操作能够看到 A 操作的结果(无论它们是否在同一个线程),那么 A 和 B 之间必须满足 Happens-Before 关系

  • 单线程规则:一个线程中的每个动作都 happens-before 该线程中后续的每个动作

  • 监视器锁定规则:监听器的解锁动作 happens-before 后续对这个监听器的锁定动作

  • volatile 变量规则:对 volatile 字段的写入动作 happens-before 后续对这个字段的每个读取动作

  • 线程 start 规则:线程 start() 方法的执行 happens-before 一个启动线程内的任意动作

  • 线程 join 规则:一个线程内的所有动作 happens-before 任意其他线程在该线程 join() 成功返回之前

  • 传递性:如果 A happens-before B, 且 B happens-before C, 那么 A happens-before C

Java 提供了几种语言结构,包括 volatile, finalsynchronized, 它们旨在帮助程序员向编译器描述程序的并发要求,其中:

  • volatile - 保证可见性有序性

  • synchronized - 保证可见性有序性; 通过管程(Monitor)保证一组动作的原子性

  • final - 通过禁止在构造函数初始化给 final 字段赋值这两个动作的重排序,保证可见性(如果 this 引用逃逸就不好说可见性了)

编译器在遇到这些关键字时,会插入相应的内存屏障,保证语义的正确性。

有一点需要注意的是,synchronized 不保证同步块内的代码禁止重排序,因为它通过锁保证同一时刻只有一个线程访问同步块(或临界区),也就是说同步块的代码只需满足 as-if-serial 语义 - 只要单线程的执行结果不改变,可以进行重排序。

所以说,Java 内存模型描述的是多线程对共享内存修改后彼此之间的可见性,另外,还确保正确同步的 Java 代码可以在不同体系结构的处理器上正确运行。

二、什么是STW

STW: Stop-The-World: 是在垃圾回收算法执⾏过程当中,将JVM内存冻结、应用程序停顿的⼀种状态。

  • 在STW 状态下,JAVA的所有线程都是停⽌执⾏的 -> GC线程除外

  • 一旦Stop-the-world发生,除了GC所需的线程外,其他线程都将停止工作,中断了的线程直到GC任务结束才继续它们的任务

  • STW是不可避免的,垃圾回收算法执⾏一定会出现STW,我们要做的只是减少停顿的时间

  • GC各种算法优化的重点,就是 减少STW(暂停) ,同时这也是JVM调优的重点

三、垃圾回收的相关算法:

1、GC常用算法

标记清除算法

第一步:利用可达性去遍历内存,把存活对象、需要回收的对象标记出来;第二步:在遍历一遍,把标记过的对象回收掉。缺点:效率不高,无法清除垃圾碎片

标记整理算法

首先,把存活对象和垃圾对象进行标记,然后将所有的存活对象向一端进行移动,然后直接清除端以外的内存。特点:适用于存活对象多,垃圾少的情况;需要整理的过程,无空间碎片产生;

标记复制算法

按照容量复制两个大小相等的内存空间,当有一个用完以后,就把还存活着对象复制到另一个区域中,在清除掉用完的区域,缺点:内存使用率低,只有原来的一半空间

分代收集算法

根据内存对象的存活周期不同,将内存划分成几块,一般为新生代、老年代。

新生代一般采用复制算法,老年代一般采用标记整理算法。

2、GC如何判定对象是否回收

引用计数法

使用可达性分析算法来判定:GC Roots

3、如何判断一个对象是否存活?( 判断一个对象是不是垃圾 )

判断一个对象是否存活,分为两种算法1:引用计数法;2:可达性分析算法;

引用计数法: 给每一个 对象设置 一个引用计数器,当有一个地方 引用该对象 的时候,引用计数器就+1,引用失效时,引用计数器就-1;当引用计数器为0的时候,就说明这个对象没有被引用,也就是垃圾对象,等待回收; ​ 缺点:无法解决 循环引用 的问题,当A引用B,B也引用A的时候,此时AB对象的引用都不为0,此时也就无法垃圾回收,所以一般主流虚拟机都不采用这个方法;

可达性分析法 从一个被称为 GC Roots的对象向下搜索 ,如果一个对象到GC Roots 没有任何 引用链 相连接时,说明此对象不可用,在java中可以作为GC Roots的对象有以下几种:

  • 虚拟机栈 中引用的对象

  • 方法区 类静态属性 引用的变量

  • 方法区 常量池 引用的对象

  • 本地方法 栈 JNI 引用的对象

但一个对象满足上述条件的时候,不会马上被回收,还需要进行 两次标记; 第一次标记:判断当前对象是否有 finalize()方法 并且 该方法 没有被执行过,若 不存在标记为垃圾对象,等待回收;若的话,则进行 第二次标记; 第二次标记将当前对象放入 F-Queue队列,并生成一个finalize线程去执行该方法,虚拟机不保证该方法一定会被执行,这是因为如果线程执行缓慢或进入了死锁,会导致回收系统的崩溃;如果 执行了finalize方法之后仍然没有与GC Roots有直接或者间接的引用,则该对象会被回收;

4、被引用的对象就一定能存活吗?

不一定,看 Reference 类型,弱引用在 GC 时会被回收,软引用在内存不足的时候,即 OOM 前会被回收,但如果没有在 Reference Chain 中的对象就一定会被回收

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