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[Java教程]Jvm 内存浅析 及 GC个人学习总结


从诞生至今,20多年过去,Java至今仍是使用最为广泛的语言。这仰赖于Java提供的各种技术和特性,让开发人员能优雅的编写高效的程序。今天我们就来说说Java的一项基本但非常重要的技术内存管理

了解C语言的同学都知道,在C语言中内存的开辟和释放都是由我们自己来管理的,每一个new操作都要对于一个delete操作,否则就会参数内存泄漏和溢出的问题,导致非常槽糕的后果。但在Java开发过程中,则完全不需要担心这个问题。因为jvm提供了自动内存管理的机制。内存管理的工作由jvm帮我们完成。这样我们就不用为了释放内存而头疼了。

Jvm内存浅析

虽然jvm帮我们做了内存管理的工作,但是我们仍需要了解jvm到底做了什么,下面我们就一起去看一看

jvm启动时进行一系列的工作,其中一项就是开辟一块运行时内存。而这一块内存中又分为了五大区域,分别用于不同的功能。

 

 

程序计数器

 记录程序运行的下一条指令的地址,这里的“地址”可以是一个本地指针,也可以是在方法字节码中相对于该方法起始指令的偏移量。如果该线程正在执行一个本地方法,那么此时程序计数器的值为”undefined”.在多线程环境下,每一个线程都有自己的程序计数器,在jvm调度线程时,会把当前的线程的程序计数器保存到快照,以便下次线程获取执行时间时获取

VM Stack

虚拟机栈是Java方法执行的内存模型,每个方法执行的时候,会在栈中创建一帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口。方法开始调用时,会创建栈帧并入栈,方法执行结束时会出栈。每个线程都有自己的栈。

动态链接:

方法出口:

可以通过 -xxs 大小 来配置栈的大小,当嵌套调用使用不当,会导致方法不停的入栈,最终导致栈空间被占满产生 StackOverflowError

本地方法栈

Heap

堆是用于存放对象实例的地方,几乎所有对象实例在堆中分配。堆是线程共享的,这是多线程时同步机制的原因。

堆是GC管理的主要区域,GC在对堆进行回收前,首先要确定对象是否已死(不可能再被使用的对象)

判断对象是否存活的算法有两种:引用计数算法、可达性分析算法

引用计数算法是为每一个对象添加一个引用计数器,每当有一个引用指向它时,计数器就加一,任何时刻计数器为0的对象就不可能再被使用。这种算法实现简单,但是它很难解决对象循环引用的问题(何为循环引用见下方备注)

可达性分析算法是Java语言正在使用的算法。它的基本思想是通过一系统被称为“GC Root”的对象为起点,从这个起点向下搜索,搜索走过的路径称为引用链,当一个对象不再任何引用链上时,则说明这个对象是不可能再被使用的。

在Java语言中,GC Root包括以下几种对象:

  1. 虚拟机栈中引用的对象
  2. 本地方法栈中JNI引用的对象
  3. 方法区中类静态成员变量引用的对象
  4. 方法区中常量引用的对象

可以看出分析对象是否存活,都与引用有关。在JDK1.2之后,Java对引用的概念进行了扩充,将引用分为 强引用(Strong Reference)、软引用(Soft Reference)、弱引用(Weak Reference)、虚引用(Phantom Reference)

  1. 强引用

强引用即为原来意义上的引用,只要强引用存在,被引用的对象就不会被回收

  1. 软引用

SoftReference类表示软引用,对于被软引用关联的对象,在系统将要发生内存溢出时,会把这些对象列入回收范围后,进行二次回收

  1. 弱引用

WeakReference类表示弱引用,对于被弱引用关联的对象,只能生存到下一次垃圾回收发生之前

  1. 虚引用

PhantomReference类表示虚引用,虚引用不对关联的对象的生存时间构成影响,也无法取得对象实例,它唯一的作用是在对象被GC回收是收到一条系统通知

堆得大小可以通过-Xmx和-Xms来控制。对于主流的Jvm,GC基本都采用分代收集的算法。基于这个算法, Java堆又分为新生代(Young Generation)和老年代(Old Generation),新生代又被进一步划分为Eden和Survivor区,最后Survivor由FromSpace和ToSpace组成。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。老生代用于存放新生代中经过多次垃圾回收(也即Minor GC)仍然存活的对象。

永生代(Permanent Space)为方法区

 

 

方法区

方法区也为所以线程所共享,用于存放已加载的类信息、静态变量、常量和即时编译器编译后的代码。-XX:MaxPermSize用于设置方法区大小

直接内存

直接内存不是虚拟机运行时数据区的一部分。通过Native函数库直接分配的堆外内存,然后通过存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作

内存分配和回收策略

目前为止,jvm已经发展处三种比较成熟的垃圾收集算法:1.标记-清除算法;2.复制算法;3.标记-整理算法;4.分代收集算法

1.        标记-清除算法

这种垃圾回收一次回收分为两个阶段:标记、清除。首先标记所有需要回收的对象,在标记完成后回收所有被标记的对象。这种回收算法会产生大量不连续的内存碎片,当要频繁分配一个大对象时,jvm在新生代中找不到足够大的连续的内存块,会导致jvm频繁进行内存回收(目前有机制,对大对象,直接分配到老年代中)

2.        复制算法

这种算法会将内存划分为两个相等的块,每次只使用其中一块。当这块内存不够使用时,就将还存活的对象复制到另一块内存中,然后把这块内存一次清理掉。这样做的效率比较高,也避免了内存碎片。但是这样内存的可使用空间减半,是个不小的损失。

3.        标记-整理算法

这是标记-清除算法的升级版。在完成标记阶段后,不是直接对可回收对象进行清理,而是让存活对象向着一端移动,然后清理掉边界以外的内存

4.        分代收集算法

当前商业虚拟机都采用这种算法。首先根据对象存活周期的不同将内存分为几块即新生代、老年代,然后根据不同年代的特点,采用不同的收集算法。在新生代中,每次垃圾收集时都有大量对象死去,只有少量存活,所以选择了复制算法。而老年代中因为对象存活率比较高,所以采用标记-整理算法(或者标记-清除算法)

GC的执行机制

由于对象进行了分代处理,因此垃圾回收区域、时间也不一样。GC有两种类型:Scavenge GC和Full GC。

  Minor GC

  一般情况下,当新对象生成,并且在Eden申请空间失败时,就会触发Minor GC,对Eden区域进行GC,清除非存活对象,并且把尚且存活的对象移动到Survivor区。然后整理Survivor的两个区。这种方式的GC是对年轻代的Eden区进行,不会影响到年老代。因为大部分对象都是从Eden区开始的,同时Eden区不会分配的很大,所以Eden区的GC会频繁进行。因而,一般在这里需要使用速度快、效率高的算法,使Eden去能尽快空闲出来。

  Full GC

  对整个堆进行整理,包括Young、Tenured和Perm。Full GC因为需要对整个堆进行回收,所以比Minor GC要慢,因此应该尽可能减少Full GC的次数。在对JVM调优的过程中,很大一部分工作就是对于FullGC的调节。有如下原因可能导致Full GC:

  1.年老代(Tenured)被写满

  2.持久代(Perm)被写满

  3.System.gc()被显示调用

     4.上一次GC之后Heap的各域分配策略动态变化

Java常见的内存泄漏

  1. 数据库连接,网络连接,IO连接等没有显示调用close关闭,会导致内存泄露
  2. 监听器的使用,在释放对象的同时没有相应删除监听器的时候也可能导致内存泄露