JVM内存管理机制和垃圾回收机制
JVM结构
图片描述:
- java源码编译成class文件
- class文件通过类加载器加载到内存
- 其中方法区存放的是运行时的常量、静态变量、类信息等,被所有线程共享
- 堆空间存放对象,被所有线程共享
- 栈空间存放的是栈帧,包括局部变量、操作数栈、返回地址等,每一个方法创建一个栈帧
- 本地方法栈通过本地方法接口实现本地方法的调用
- 程序计数器是用来记录程序执行的位置
JAVA代码编译
JAVA字节码执行
类加载机制
- Bootstrap ClassLoader:负责加载$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class,由C++实现,不是ClassLoader子类
- Extension ClassLoader: 负责加载java平台中扩展功能的一些jar包,包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目录下的jar包
- App ClassLoader: 负责记载classpath中指定的jar包及目录中class
- Custom ClassLoader: 属于应用程序根据自身需要自定义的ClassLoader,如tomcat、jboss都会根据j2ee规范自行实现ClassLoader
加载过程中会先检查类是否被已加载,检查顺序是自底向上,从Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐层检查,只要某个classloader已加载就视为已加载此类,保证此类只所有ClassLoader加载一次。而加载的顺序是自顶向下,也就是由上层来逐层尝试加载此类。
类执行机制
JVM是基于栈的体系结构来执行class字节码的。线程创建后,都会产生程序计数器(PC)和栈(Stack),程序计数器存放下一条要执行的指令在方法内的偏移量,栈中存放一个个栈帧,每个栈帧对应着每个方法的每次调用,而栈帧又是有局部变量区和操作数栈两部分组成,局部变量区用于存放方法中的局部变量和参数,操作数栈中用于存放方法执行过程中产生的中间结果。
JVM内存组成
堆
所有通过new创建的对象的内存都在堆中分配,其大小可以通过-Xmx和-Xms来控制。堆被划分为新生代和旧生代,新生代又被进一步划分为Eden和Survivor区,最后Survivor由From Space和To Space组成,结构图如下所示:
- 新生代:新建的对象都是用新生代分配内存,Eden空间不足的时候,会把存活的对象转移到Survivor中,新生代大小可以由-Xmn来控制,也可以用-XX:SurvivorRatio来控制Eden和Survivor的比例
- 旧生代:用于存放新生代中经过多次垃圾回收仍然存活的对象
栈
每个线程执行每个方法的时候都会在栈中申请一个栈帧,每个栈帧包括局部变量区和操作数栈,用于存放此次方法调用过程中的临时变量、参数和中间结果
本地方法栈
用于支持native方法的执行,存储了每个native方法调用的状态
方法区
存放了要加载的类信息、静态变量、final类型的常量、属性和方法信息。JVM用持久代(Permanet Generation)来存放方法区,可通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来指定最小值和最大值
垃圾回收机制
JVM针对新生代和旧生代采用了不同的GC
新生代的GC
新生代通常存活时间较短,因此基于Copying算法来进行回收,所谓Copying算法就是扫描出存活的对象,并复制到一块新的完全未使用的空间中,对应于新生代,就是在Eden和From Space或To Space之间copy。
新生代采用空闲指针的方式来控制GC触发,指针保持最后一个分配的对象在新生代区间的位置,当有新的对象要分配内存时,用于检查空间是否足够,不够就触发GC。
用java visualVM来查看,能明显观察到新生代满了后,会把对象转移到旧生代,然后清空继续装载,当旧生代也满了后,就会报outofmemory的异常,如下图所示:
在执行机制上JVM提供了串行GC(Serial GC)、并行回收GC(Parallel Scavenge)和并发GC(ParNew)。
- 串行GC
在整个扫描和复制过程采用单线程的方式来进行,适用于单CPU、新生代空间较小及对暂停时间要求不是非常高的应用上,是client级别默认的GC方式,可以通过-XX:+UseSerialGC来强制指定 - 并行回收GC
在整个扫描和复制过程采用多线程的方式来进行,适用于多CPU、对暂停时间要求较短的应用上,是server级别默认采用的GC方式,可用-XX:+UseParallelGC来强制指定,用-XX:ParallelGCThreads=4来指定线程数 - 并行GC
与旧生代的并发GC配合使用
旧生代的GC
旧生代与新生代不同,对象存活的时间比较长,比较稳定,因此采用标记(Mark)算法来进行回收,所谓标记就是扫描出存活的对象,然后再进行回收未被标记的对象,回收后对用空出的空间要么进行合并,要么标记出来便于下次进行分配,总之就是要减少内存碎片带来的效率损耗。
在执行机制上JVM提供了串行GC(Serial MSC)、并行GC(parallel MSC)和并发GC(CMS)。
-XX:+UseSerialGC | 串行GC | 串行GC |
-XX:+UseParallelGC | 并行回收GC | 并行GC |
-XX:+UseConeMarkSweepGC | 并行GC | 并发GC |
-XX:+UseParNewGC | 并行GC | 串行GC |
-XX:+UseParallelOldGC | 并行回收GC | 并行GC |
-XX:+ UseConeMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC | 串行GC | 并发GC |
不支持的组合 | 1、-XX:+UseParNewGC -XX:+UseParallelOldGC 2、-XX:+UseParNewGC -XX:+UseSerialGC |