一文理清JVM和GC（上）

大家好&＃xff0c;我是小菜&＃xff0c;一个渴望在互联网行业做到蔡不菜的小菜。可柔可刚&＃xff0c;点赞则柔&＃xff0c;白嫖则刚&＃xff01;
死鬼~看完记得给我来个三连哦&＃xff01;

本文主要介绍 JVM和GC解析
如有需要&＃xff0c;可以参考
如有帮助&＃xff0c;不忘 点赞 ❥

创作不易&＃xff0c;白嫖无义&＃xff01;

一、JVM内存体系

其中方法区和堆被JVM中多个线程共享&＃xff0c;比如类的静态常量就被存放在方法区&＃xff0c;供类对象之间共享。

虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是每个线程独立拥有的&＃xff0c;不会与其他线程共享。

所以Java在通过new创建一个类对象实例的时候&＃xff0c;一方面会在虚拟机栈中创建一个对该对象的引用&＃xff0c;另一方面会在堆上创建类对象的实例&＃xff0c;然后将对象引用指向该对象的实例。对象引用存放在每一个方法对应的栈帧中。

• 虚拟机栈&＃xff1a;虚拟机栈中执行每个方法的时候&＃xff0c;都会创建一个栈帧用于存储局部变量表&＃xff0c;操作数栈&＃xff0c;动态链接&＃xff0c;方法出口等信息。
• 本地方法栈&＃xff1a;与虚拟机栈发挥的作用相似&＃xff0c;相比于虚拟机栈为Java方法服务&＃xff0c;本地方法栈为虚拟机使用的Native方法服务&＃xff0c;执行每个本地方法的时候&＃xff0c;都会创建一个栈帧用于存储局部变量表&＃xff0c;操作数栈&＃xff0c;动态链接&＃xff0c;方法出口等信息。
• 方法区&＃xff1a;它用于存储已被虚拟机加载的类信息&＃xff0c;常量&＃xff0c;静态变量&＃xff0c;即时编译器编译后的代码等数据&＃xff0c;方法区在JDK1.7版本及之前称为永久代&＃xff0c;从JDK1.8之后永久代被移除。
• 堆&＃xff1a;堆是Java对象的存储区域&＃xff0c;任何new字段分配的Java对象实例和数组&＃xff0c;都被分配在了堆上&＃xff0c;Java堆可使用 - Xms 和-Xmx 进行内存控制&＃xff0c;从JDK1.7版本之后&＃xff0c;运行时常量池从方法区移到了堆上。
• 程序计数器&＃xff1a;指示Java虚拟机下一条需要执行的字节码指令。

二、JAVA8之后的JVM

从图中我们可以看出JAVA8的JVM 用元空间取代了永久代

三、GC作用域

四、常见垃圾回收算法

1&＃xff09;引用计数法&＃xff1a;

JVM的实现一般不采用这种方式

缺点&＃xff1a;

• 每次对对象赋值时均要维护引用计数器&＃xff0c;且计数器本身也有一定的消耗&＃xff1b;
• 较难处理循环引用&＃xff1b;

2&＃xff09;复制算法&＃xff1a;

Java 堆从GC的角度可以细分为&＃xff1a;新生代&＃xff08;Eden区、From Survivor区 和 To Survivor区&＃xff09;和 老年代。
特点&＃xff1a;
复制算法不会产生内存碎片&＃xff0c;但会占用空间。用于新生代。

MinorGC的过程&＃xff08;复制 --> 清空 --> 互换&＃xff09;&＃xff1a;

1. 复制&＃xff1a; &＃xff08;Eden、SurvivorFrom 复制到 SurvivorTo&＃xff0c;年龄加1&＃xff09;
   首先&＃xff0c;当Eden区满的时候会触发第一次GC&＃xff0c;把还活着的对象拷贝到SurvivorFrom区&＃xff0c;当Eden区再次触发GC的时候会扫描Eden区域和From区域&＃xff0c;对这两个区域进行垃圾回收&＃xff0c;经过这次回收后还存活的对象&＃xff0c;则直接复制到To区域&＃xff08;如果有对象的年龄已经到达了老年的标准&＃xff0c;则复制到老年代区&＃xff09;&＃xff0c;同时把这些对象的年龄加1。
2. 清空&＃xff1a;&＃xff08;清空Eden、SurvivorFrom&＃xff09;
   清空Eden和SurvivorFrom中的对象&＃xff0c;也即复制之后有交换&＃xff0c;谁空谁是to。
3. 互换&＃xff1a;(SurvivorTo和SurvivorFrom 互换)
   最后&＃xff0c;SurvivorTo和SurvivorFrom 互换&＃xff0c;原SurvivorTo成为下一次GC是的SurvivorFrom区。

3&＃xff09;标记清除法

算法分成标记和清除两个阶段&＃xff0c;先标记出要回收的对象&＃xff0c;然后统一回收这些。
特点&＃xff1a;
不会占用额外空间&＃xff0c;但会扫描两次&＃xff0c;耗时&＃xff0c;容易产生碎片&＃xff0c;用于老年代

4&＃xff09;标记压缩法

优点&＃xff1a;
没有内存碎片&＃xff0c;可以利用bump
缺点&＃xff1a;
需要移动对象的成本&＃xff0c;用于老年代
原理&＃xff1a;

标记&＃xff1a;与标记清除一样

压缩&＃xff1a;再次扫描&＃xff0c;并往一段滑动存活对象

五、判断对象是否可回收

1&＃xff09;引用计数法

Java中&＃xff0c;引用和对象是有关联的。如果要操作对象则必须用引用进行。
因此&＃xff0c;很显然的一个方法就是通过引用计数来判断一个对象是否可以回收。简单来说就是给对象添加一个引用计数器。每当有一个地方引用它&＃xff0c;计数器的值加1&＃xff0c;每当有一个引用失效时&＃xff0c;计数器的值减1。
任何时刻计数器值为0的对象就是不可能再被使用的&＃xff0c;那么这个对象就是可回收对象。
缺点&＃xff1a;

很难解决对象之间相互循环引用的问题

2&＃xff09;枚举根节点做可达性分析(根搜索路径)

所谓GC roots或者说tracing GC 的 根集合 就是一组必须活跃的引用。
基本思路就是通过一系列名为GC Root 的对象作为起始点&＃xff0c;从这个被称为GC Roots的对象开始向下搜索。

如GC Roots没有任何引用链相连是&＃xff0c;则说明此对象不可用。也即给定一个集合的引用作为根出发&＃xff0c;通过引用关系

哪些可以做GCRoots对象

• 虚拟机栈&＃xff08;栈帧中的局部变量区&＃xff0c;也叫做局部变量表&＃xff09;
• 方法区中的类静态属性引用的对象
• 方法区中常量引用的对象
• 本地方法栈中N&＃xff08;Native方法&＃xff09;引用的对象

六、JVM的参数类型

1&＃xff09;标配参数

• java -version

• java -help

  

2&＃xff09;X参数

• java -Xint -version &＃xff1a;解释执行

• java -Xcomp -version &＃xff1a;第一次使用就编译成本地代码

• java -Xmixed &＃xff1a;混合模式

  

3&＃xff09;XX参数

• Boolean类型

-XX&＃xff1a;&＃43; 或者 - 某个属性值&＃xff08;&＃43;&＃xff1a;表示开启&＃xff0c;-&＃xff1a;表示关闭&＃xff09;
例子&＃xff1a;
-XX: &＃43;PrintGCDetails&＃xff1a; 开启打印GC收集细节
-XX: -PrintGCDetails&＃xff1a; 关闭打印GC收集细节
-XX: &＃43;UseSerialGC&＃xff1a; 开启串行垃圾收集器
-XX: -UseSerialGC&＃xff1a;关闭串行垃圾收集器

• KV设置类型

-XX: 属性key &＃61; 属性value
例子&＃xff1a;
-XX: MetaspaceSize &＃61; 128m&＃xff1a;设置元空间大小为128m
-XX:MaxTenuringThreshold &＃61; 15&＃xff1a;控制新生代需要经历多少次GC晋升到老年代中的最大阈值

• jinfo -查看当前运行程序的配置

公式&＃xff1a;jinfo -flag 配置项 进程编号
例子&＃xff1a;

1. 查看初始堆大小&＃xff1a;

   

2. 查看其他参数

   

3. 查看使用哪种垃圾回收器

   

两个经典参数


• -Xms 等价于 -XX: InitialHeapSize
• -Xmx 等价于 -XX: MaxHeapSize

七、查看JVM默认值

• -XX:&＃43;PrintFlagsInitial&＃xff1a; 查看默认初始值

• • java -XX: &＃43;PrintFlagsInitial -version

  • java -XX: &＃43;PrintFlagsInitial

    

• -XX:&＃43;PrintFlagsFinal &＃xff1a;查看修改更新

• • java -XX:&＃43;PrintFlagsFinal

  • java -XX:&＃43;PrintFlagsFinal -version

  • java -XX:&＃43;PrintCommandedLineFlags

    

八、常用的配置参数

经典案例设置&＃xff1a;
-Xms128m -Xmx4096m -Xss1024k -XX:Metaspacesize&＃61;512m -XX:&＃43;PrintCommandLineFlags -XX:PrintGCDetails -XX:UseSerialGC

• -Xms

初始化大小内存&＃xff0c;默认为物理内存1/64
等价于 -XX:InitialHeapSize

• -Xmx

最大分配内存&＃xff0c;默认为物理内存1/4
等价于 -XX:MaxHeapSize

• -Xss

设置单个线程的大小&＃xff0c;一般默认为5112K~1024K
等价于 -XX:ThreadStackSize

• -Xmn

设置年轻代大小

• -XX:MetaspaceSize

设置元空间大小

元空间的本质和永久代类似&＃xff0c;都是对JVM规范中方法区的实现&＃xff0c;不过元空间与永久代之间最大的区别在于&＃xff1a;元空间并不在虚拟机中&＃xff0c;而是使用本地内存。因此&＃xff0c;默认情况下&＃xff0c;元空间的大小仅受本地内存限制。

• -XX:&＃43;PrintGCdetails

输出详细的GC收集日志信息

• -XX:SurvivorRatio

设置新生代中eden和S0/S1空间的比例
默认&＃xff1a;
-XX:SurvivorRatio&＃61;8 --> Eden:S0:S1&＃61;8:1:1
修改&＃xff1a;
-XX:SurvivorRatio&＃61;4 --> Eden:S0:S1&＃61;4:1:1
SurvivorRatio值就是设置eden区的比例占多少&＃xff0c;S0/S1相同

• -XX:NewRatio

设置年轻代与老年代在堆结构的占比
默认&＃xff1a;
-XX:NewRatio&＃61;2&＃xff1a; 新生代占1&＃xff0c;老年代占2&＃xff0c;年轻代占整个堆的1/3
修改&＃xff1a;
-XX:NewRatio&＃61;4&＃xff1a; 新生代占1&＃xff0c;老年代占4&＃xff0c;年轻代占整个堆的1/5
NewRatio值就是设置老年代的占比&＃xff0c;剩下的1给新生代

• -XX:MaxTenuringThreshold

设置垃圾最大年龄
-XX:MaxTenuringThreshold&＃61;0&＃xff1a;设置垃圾最大年龄。

如果设置为0的话&＃xff0c;则年轻代对象不经过Survivor区&＃xff0c;直接进入老年代。对于老年代比较多的应用&＃xff0c;可以提高效率。如果将此值设置为一个较大值&＃xff0c;则年轻代对象会在Survivor区进行多次复制&＃xff0c;这样可以增加对象在年轻代的存活时间&＃xff0c;增加年轻代被回收的概论。

九、强软弱虚

1&＃xff09;强引用

• 当内存不足&＃xff0c;JVM开始垃圾回收&＃xff0c;对于强引用的对象&＃xff0c;就算出现了OOM也不会对该对象进行回收&＃xff0c;死都不收
• 强引用是我们最常见的普通对象引用&＃xff0c;只要还有强引用指向一个对象&＃xff0c;就能表名对象还活着&＃xff0c;垃圾收集器不会碰这种对象。在Java中最常见的就是强引用&＃xff0c;把一个对象赋给一个引用变量&＃xff0c;这个引用变量就是一个强引用。当一个对象被强引用变量引用时&＃xff0c;它处于可达状态&＃xff0c;它是不可能被垃圾回收机制回收的。即使该对象以后永远都不会被用到&＃xff0c;JVM也不会回收。 因此强引用是造成Java内存泄漏的主要原因之一。
• 对于一个普通的对象&＃xff0c;如果没有其他的引用关系&＃xff0c;只要超过了引用的作用域或者显式地将相应&＃xff08;强&＃xff09;引用赋值为null&＃xff0c;一般就是认为可以被垃圾收集&＃xff08;具体看垃圾收集策略&＃xff09;

public static void main(String[] args) {Object o1 &＃61; new Object(); //默认为强引用Object o2 &＃61; o1; //引用赋值o1 &＃61; null; //置空 让垃圾收集System.gc();System.out.println(o1); // nullSystem.out.println(o2); // java.lang.Object&＃64;1540e19d}


2&＃xff09;软引用

• 软引用就是一种相对强引用弱化了一些的引用。需要用java.lang.ref.SoftReference类来实现&＃xff0c;可以让对象豁免一些垃圾收集。
• 系统内存充足 -> 不会回收
• 系统内存不足 -> 会回收
• 软引用通常用在对内存敏感的程序中&＃xff0c;比如高速缓存就有用到软引用&＃xff0c;内存够用的时候就保留&＃xff0c;不够用就回收

public static void main(String[] args) {Object o1 &＃61; new Object();SoftReference softReference &＃61; new SoftReference(o1);o1 &＃61; null;System.gc();System.out.println(o1);System.out.println(softReference.get());}


3&＃xff09;弱引用

• 弱引用需要用java.lang.ref.WeakReference类来实现&＃xff0c;它比软引用的生存期更短
• 对于弱引用的对象&＃xff0c;只要垃圾回收机制一运行&＃xff0c;不管JVM的内存空间是否足够&＃xff0c;都会回收该对象占用的内存。

public static void main(String[] args) {Object o1 &＃61; new Object();WeakReference weakReference &＃61; new WeakReference(o1);o1 &＃61; null;System.gc();System.out.println(o1); //nullSystem.out.println(weakReference.get()); //null}


4&＃xff09;虚引用

• 虚引用需要java.lang.ref.PhantomReference类来实现。
• 形如虚设&＃xff0c;它不会决定对象的生命周期。
• 如果一个对象持有虚引用&＃xff0c;那么它就和没有任何一样&＃xff0c;在任何时候都可能被垃圾回收器回收&＃xff0c;它不能单独使用也不能通过它来访问对象&＃xff0c;虚引用必须和引用队列&＃xff08;ReferenceQueue&＃xff09;联合使用。
• 虚引用的主要作用是跟踪对象被垃圾回收的状态&＃xff0c;仅仅是提供了一种确保对象被finalize以后&＃xff0c;做某些事情的机制。PhantomReference的get()方法总是返回null&＃xff0c;因此无法访问对应的引用对象。其意义在于说明一个对象已经进入finalization阶段&＃xff0c;可以被gc回收&＃xff0c;用来实现比finalization机制更灵活的回收操作。

public static void main(String[] args) {Object o1 &＃61; new Object();ReferenceQueue<Object> referenceQueue &＃61; new ReferenceQueue<>();PhantomReference<Object> phantomReference &＃61; new PhantomReference<>(o1,referenceQueue);System.out.println(o1); //java.lang.Object&＃64;1540e19dSystem.out.println(phantomReference.get()); //nullSystem.out.println(referenceQueue.poll()); //null}


扩展&＃xff1a;软弱引用适用场景

假如有一个引用需要读取大量的本地图片
存在问题&＃xff1a;

1. 如果每次读取图片都从硬盘读取则会严重影响性能。
2. 如果一次性全部加载到内存中有可能造成内存溢出。

解决思路&＃xff1a;
用一个HashMap来保存图片的路径和相应图片对象关联的软引用之间的映射关系&＃xff0c;在内存不足时&＃xff0c;JVM会自动回收这些缓存图片对象所占用的空间&＃xff0c;从而有效地避免了OOM的问题。
Map imgMap &＃61; new HashMap()

WeakHashMap&＃xff1a;

public static void main(String[] args) {WeakHashMap<Integer,String> weakHashMap &＃61; new WeakHashMap<>();Integer key &＃61; new Integer(1);weakHashMap.put(key,"测试1");System.out.println(weakHashMap); //{1&＃61;测试1}key&＃61;null;System.out.println(weakHashMap); //{1&＃61;测试1}System.gc();System.out.println(weakHashMap&＃43;"\t"&＃43;weakHashMap.size()); //{} 0}


今天的你多努力一点&＃xff0c;明天的你就能少说一句求人的话&＃xff01;

我是小菜&＃xff0c;一个和你一起学习的男人。 &＃x1f48b;