概述

java发展历史上出现过很多垃圾回收器&＃xff0c;各有各的适应场景&＃xff0c;不仅仅是开发&＃xff0c;作为运维也需要对这方面有一定的掌握&＃xff0c;今天简单介绍一下java的内存布局以及各种垃圾回收器的原理。

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JVM内存布局

JVM从概念上大致分为6个(逻辑)区域&＃xff1a;

这6块区域按是否被线程共享&＃xff0c;可以分为两大类&＃xff1a;

一类是每个线程所独享的&＃xff1a;

1)PC Register&＃xff1a;也称为程序计数器&＃xff0c; 记录每个线程当前执行的指令信。eg&＃xff1a;当前执行到哪一条指令&＃xff0c;下一条该取哪条指令。2)JVM Stack&＃xff1a;也称为虚拟机栈&＃xff0c;记录每个栈帧(Frame)中的局部变量、方法返回地址等。3)Native Method Stack&＃xff1a;本地(原生)方法栈&＃xff0c;顾名思义就是调用操作系统原生本地方法时&＃xff0c;所需要的内存区域。

上述3类区域&＃xff0c;生命周期与Thread相同&＃xff0c;即&＃xff1a;线程创建时&＃xff0c;相应的区域分配内存&＃xff0c;线程销毁时&＃xff0c;释放相应内存。

另一类是所有线程共享的&＃xff1a;

1)Heap&＃xff1a;即鼎鼎大名的堆内存区&＃xff0c;也是GC垃圾回收的主站场&＃xff0c;用于存放类的实例对象及Arrays实例等。2)Method Area&＃xff1a;方法区&＃xff0c;主要存放类结构、类成员定义&＃xff0c;static静态成员等。3)Runtime Constant Pool&＃xff1a;运行时常量池&＃xff0c;比如&＃xff1a;字符串&＃xff0c;int -128~127范围的值等&＃xff0c;它是Method Area中的一部分。

Heap、Method Area 都是在虚拟机启动时创建&＃xff0c;虚拟机退出时释放。

总之&＃xff0c;程序运行时&＃xff0c;内存中的信息大致分为两类&＃xff0c;一是跟程序执行逻辑相关的指令数据&＃xff0c;这类数据通常不大&＃xff0c;而且生命周期短&＃xff1b;一是跟对象实例相关的数据&＃xff0c;这类数据可能会很大&＃xff0c;而且可以被多个线程长时间内反复共用&＃xff0c;比如字符串常量、缓存对象这类。

将这两类特点不同的数据分开管理&＃xff0c;体现了软件设计上“模块隔离”的思想。好比我们通常会把后端service与前端website解耦类似&＃xff0c;也更便于内存管理。

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GC垃圾回收原理

1、哪些内存区域需要GC ?

thread独享的区域&＃xff1a;PC Regiester、JVM Stack、Native Method Stack&＃xff0c;其生命周期都与线程相同(即&＃xff1a;与线程共生死)&＃xff0c;所以无需GC。线程共享的Heap区、Method Area则是GC关注的重点对象。

2、常用的GC算法

1)mark-sweep 标记清除法

如上图&＃xff0c;黑色区域表示待清理的垃圾对象&＃xff0c;标记出来后直接清空。该方法简单快速&＃xff0c;但是缺点也很明显&＃xff0c;会产生很多内存碎片。

2)mark-copy 标记复制法

思路也很简单&＃xff0c;将内存对半分&＃xff0c;总是保留一块空着(上图中的右侧)&＃xff0c;将左侧存活的对象(浅灰色区域)复制到右侧&＃xff0c;然后左侧全部清空。避免了内存碎片问题&＃xff0c;但是内存浪费很严重&＃xff0c;相当于只能使用50%的内存。

3)mark-compact 标记-整理(也称标记-压缩)法

避免了上述两种算法的缺点&＃xff0c;将垃圾对象清理掉后&＃xff0c;同时将剩下的存活对象进行整理挪动(类似于windows的磁盘碎片整理)&＃xff0c;保证它们占用的空间连续&＃xff0c;这样就避免了内存碎片问题&＃xff0c;但是整理过程也会降低GC的效率。

4)generation-collect 分代收集算法

上述三种算法&＃xff0c;每种都有各自的优缺点&＃xff0c;都不完美。在现代JVM中&＃xff0c;往往是综合使用的&＃xff0c;经过大量实际分析&＃xff0c;发现内存中的对象&＃xff0c;大致可以分为两类&＃xff1a;有些生命周期很短&＃xff0c;比如一些局部变量/临时对象&＃xff0c;而另一些则会存活很久&＃xff0c;典型的比如websocket长连接中的connection对象&＃xff0c;如下图&＃xff1a;

纵向y轴可以理解分配内存的字节数&＃xff0c;横向x轴理解为随着时间流逝(伴随着GC)&＃xff0c;可以发现大部分对象其实相当短命&＃xff0c;很少有对象能在GC后活下来。因此诞生了分代的思想&＃xff0c;以Hotspot为例(JDK 7)&＃xff1a;

将内存分成了三大块&＃xff1a;年青代(Young Genaration)&＃xff0c;老年代(Old Generation),永久代(Permanent Generation)&＃xff0c;其中Young Genaration更是又细为分eden&＃xff0c;S0&＃xff0c;S1三个区。

结合我们经常使用的一些jvm调优参数后&＃xff0c;一些参数能影响的各区域内存大小值&＃xff0c;示意图如下&＃xff1a;

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GC主要过程

下图引自阿里出品的《码出高效-Java开发手册》一书&＃xff0c;梳理了GC的主要过程。

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后面会分享更多devops和DBA方面内容&＃xff0c;感兴趣的朋友可以关注下&＃xff01;