JVM与垃圾回收

JVM内存管理

JVM是一种规范。JVM的跨平台性。JVM的语言无关性。

常见的JVM实现：Hotspot（Oracle公司）、Zing（C4垃圾回收算法）、毕昇（华为公司）

JVM运行时数据区域

运行时数据区域分为线程共享区和线程私有区

线程共享区包含：方法区、堆。运行时常量池在方法区中

线程私有区包含：虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器

方法区（存储类加载Class类、静态常量（基本数据类型）、常量（基本数据类型）、static静态代码块、运行时常量池）

成员变量指向（对象）在类加载的时候不会执行，运行时成员变量会存储在堆中，

堆（存储对象实例）

栈（存储局部变量、引用对象）先进后出

运行时数据区外还存在一个直接内存，又称为堆外内存。

虚拟机栈 （先进后出）

虚拟机栈存放的方法的栈帧

虚拟机栈存储当前线程运行java方法所需的数据、指令、返回地址

-Xss 256K 限制大小

栈溢出一般是出现了死递归

栈帧

栈帧包含：局部变量表、操作数栈（不会被回收，会被复用）、动态连接、完成出口（返回地址）

程序计数器

程序计数器记录的是字节码运行的行号，记录的是偏移量

直接内存

Java中直接内存（堆外内存）有哪些：使用Unsafe操作本地内存、JNI或者JNA程序操作了本地内存

//直接分配128的直接内存
ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocateDiret(128*1024*1024);
1
2

直接内存的申请绕过了JVM的垃圾回收。好处是速度会稍微快点。缺点就是容易忘记回收造成内存泄漏。多线程申请内存会造成覆盖。

JVM内存处理全流程

1. JVM申请内存
2. 初始化运行数据区
3. 类加载 会把类，静态变量和常量以及加了static的东西放入方法区
4. 执行方法 运行方法创建栈，创建虚拟机栈。执行main方法的栈帧
5. 创建对象

JVM编译：

1. .java文件经过javac指令编译成.class文件

2. 类加载把.class文件加载到方法区交由JVM执行引擎去执行

3. jvm把字节码翻译成机器码

堆空间分代划分

分为老生代、新生代（Eden、From、To）。老生代存放的是经过多次GC垃圾回收没有回收掉的对象。

新生代经过15次GC后会晋升为老生代。对象经历一次垃圾回收，没有被回收掉。age+1。age达到15 晋级老生代。底层记录对象的年龄是用4位二进制，最大值位1111也就是15。

JHSDB工具查看内存。

JVM哪些区域会发生内存溢出：堆、虚拟机栈、方法区

对象的分配

JVM中对象的创建过程

类加载----》

检查加载（JVM遇到一条字节码new指令）-----》

分配内存（划分内存的方式：指针碰撞、空闲列表。解决并发安全：CAS加失败重试、本地线程分配缓冲）----》

内存空间初始化（“零”值）—》

设置（对象头）----》

对象初始化（构造方法）

使用指针碰撞内存必须是规整的。如果内存不规整，或者存在内存碎片就需要使用空闲列表方式。

CAS：是CPU的一个指令。多线程使用时使用CAS比较和交换。

本地线程分配缓冲：预先给每个线程划分一块内存区域（java8以后使用此种方式，禁止以后使用的就是CAS的方式）

对象分为：

1、对象头（Mark Word存储对象自身的运行时数据（哈希码、GC分代年龄、锁状态标识、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳）、类型指针、若为对象数组，还应有记录数组长度的数据）

2、实例数据

3、对象填充（非必须）

对象的访问定位：使用句柄或者直接指针的方式。目前主流的JVM使用的是直接指针方式

垃圾回收

垃圾回收GC，需要判断对象的存货

判断对象的存活 ：

• 引用计数算法 没法解决循环引用的关系

• 可达性分析（根可达）

• 经过判断对象存活后还会有一个Finalize 缓冲期。Finalize是类的自我拯救。因为是另起了一个线程，所有优先级比较低 ，不推荐使用。

GC roots：

从根找可达 根有 静态变量----》线程栈变量-----》常量池----》JNI（指针）—》内部引用（class对象、异常对象Exception。类加载器）—》同步锁----》内部对象----》临时对象(跨代引用)

class对象要回收的条件。比较苛刻，要满足所有条件：

1. class new 出的所有对象都要回收

2. 对应的类加载器 也要回收

3. 类 Java.lang.class对象，

4. 任何地方没有引用，并且无法通过反射调用这个类的方法

5. 参数控制

各种引用

• 强引用 = 不会被回收
• 软引用 SoftReference 发生垃圾回收，可能会回收
• 弱引用 WeakReference 只要垃圾回收，就会被回收
• 虚引用 PhantomReference 随时都会被垃圾回收回收

对象的分配策略

几乎所有的对象都在堆中进行分配，对象触发逃逸分析会把对象会分配到栈中（java 10000次）

对象的分配原则

• 对象优先在Eden分配 （常用）

• 空间分配担保

• 大对象直接进入老年代

• 长期存活的对象进入老年代 （常用）

• 动态对象年龄判定

虚拟机的优化技术

• 逃逸分析+触发JIT（热点数据） 对象会分配到栈中

• 本地线程分配缓冲

垃圾回收算法

• 复制算法 加强版（Appel式的复制回收算法）用于新生代垃圾回收

新生代内存分配规则：Eden:form:to=8:1:1

特点：实现简单、运行高效。没有内存碎片。空间利用率只有一半

• 标记-清除算法 用于老生代

根据可达性分析标记引用的对象，然后清除没有引用的对象

特点：位置不连续，产生碎片。可以不暂停。

• 标记-整理算法

根据可达性分析标记引用的对象，先标记，后整理内存空间。 最后整体清理

特点：没有内存碎片。指针需要移动。

垃圾回收器

• 单线程垃圾回收器
• 多线程并行垃圾回收器
• 并发垃圾垃圾回收器

举例常见的垃圾回收器

• Serial 回收新生代 复制算法 回收器类型属于单线程

• Serical Old 回收老年代 标记整理算法 回收器类型属于单线程

• Paraller Scavenge 回收新生代 复制算法 回收器类型属于多线程并行垃圾回收器

• Paraller Old 回收老年代 标记整理算法 回收器类型属于多线程并行垃圾回收器

• PaeNew 回收新生代 复制算法 回收器类型属于多线程并行垃圾回收器

• CMS 回收老年代 标记清除算法 回收器类型属于并发的多线程回收器

• G1 跨新生代和老年代 标记整理+化整为零算法 回收器类型属于并发的多线程回收器

CMS的标记清除算法的过程减少了暂停卡顿：初始标记 并发标记 重新标记 并发清除

CMS中的问题：CPU敏感 浮动垃圾 内存碎片

面试题

常量池（方法区）：

• Class常量池（静态常量池）

• 运行时常量池

• 字符串常量池