JAVA虛擬機(jī)

edagarli 發(fā)布于2019-05-23 16:23 / 1109人閱讀

摘要：它一般運(yùn)行在模式下的虛擬機(jī)。設(shè)置最大垃圾收集停頓時(shí)間設(shè)置吞吐量大小開關(guān)參數(shù)，打開以后就由虛擬機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)策略。

Java內(nèi)存區(qū)域

程序計(jì)數(shù)器：當(dāng)前線程所執(zhí)行字節(jié)碼的行號(hào)指示器，字節(jié)碼解釋器工作時(shí)就是通過(guò)改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來(lái)選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令

虛擬機(jī)棧：指我們平常所說(shuō)的堆棧中的棧(或者說(shuō)是虛擬機(jī)棧中的局部變量部分)，線程私有的，生命周期與線程相同。用來(lái)描述Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型，用于存儲(chǔ)局部變量表、操作棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息

本地方法棧：跟虛擬機(jī)棧類似，不過(guò)本地方法棧是為虛擬機(jī)使用到的Native方法服務(wù)

堆：被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，用來(lái)存放對(duì)象實(shí)例以及對(duì)象類型數(shù)據(jù)的地址信息，如果堆中沒(méi)有內(nèi)存完成實(shí)例分配，并且堆也無(wú)法再擴(kuò)展時(shí)，將會(huì)拋出OutOfMemoryError異常

方法區(qū)：跟堆一樣，是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域，用來(lái)存儲(chǔ)類信息(對(duì)象類型、父類、實(shí)現(xiàn)的接口、方法等)、常量、靜態(tài)變量，其中方法區(qū)還包含一個(gè)運(yùn)行時(shí)常量池，用來(lái)存儲(chǔ)編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用

垃圾收集器及內(nèi)存分配策略

對(duì)象存活判斷

垃圾回收主要是回收堆內(nèi)存。在垃圾回收期(GC)回收之前，需要確定哪些對(duì)象可以回收，有以下幾種方法：

引用計(jì)數(shù)算法
原理：給對(duì)象添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，每當(dāng)有一個(gè)地方引用它時(shí)，計(jì)數(shù)器值就加1；當(dāng)引用失效時(shí)，計(jì)數(shù)器值就減1；任何時(shí)刻計(jì)數(shù)器都為0的對(duì)象就是不可能再被使用的。這種算法效率高。不過(guò)很難解決對(duì)象之間的相互循環(huán)引用的問(wèn)題。

根搜索算法(默認(rèn))
原理：通過(guò)一系列的名為“GC Roots”的對(duì)象作為起始點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)開始向下搜索，搜索所走過(guò)的路徑稱為引用鏈，當(dāng)一個(gè)對(duì)象到GC Roots沒(méi)有任何引用鏈相連時(shí)，則證明此對(duì)象是不可用的。作為GC Roots的對(duì)象包括以下幾種：

虛擬機(jī)棧中的引用的對(duì)象

方法區(qū)中的類靜態(tài)屬性引用的對(duì)象

方法區(qū)中的常量引用的對(duì)象

本地方法棧中JNI的引用的對(duì)象

引用

強(qiáng)引用，類似"Object obj = new Object()"這種，只要強(qiáng)引用存在，則GC永遠(yuǎn)不會(huì)回收被引用的對(duì)象

軟引用，指還有用，但是并非必須的對(duì)象，內(nèi)存溢出之前進(jìn)行回收，實(shí)現(xiàn)軟引用可以通過(guò)SoftReference類，軟引用主要用戶實(shí)現(xiàn)類似緩存的功能，在內(nèi)存足夠的情況下直接通過(guò)軟引用取值，無(wú)需從繁忙的真實(shí)來(lái)源查詢數(shù)據(jù)，提升速度；當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)，自動(dòng)刪除這部分緩存數(shù)據(jù)，從真正的來(lái)源查詢這些數(shù)據(jù)。

弱引用，跟軟引用一樣，不過(guò)強(qiáng)度比軟引用弱一些，第二次垃圾回收時(shí)回收，實(shí)現(xiàn)弱引用可以通過(guò)WeakReference類，弱引用主要用于監(jiān)控對(duì)象是否已經(jīng)被垃圾回收器標(biāo)記為即將回收的垃圾，可以通過(guò)弱引用的isEnQueued方法返回對(duì)象是否被垃圾回收器標(biāo)記。

虛引用，是最弱的一種引用關(guān)系，垃圾回收時(shí)回收，無(wú)法通過(guò)引用取到對(duì)象值。主要用于檢測(cè)對(duì)象是否已經(jīng)從內(nèi)存中刪除。

垃圾收集算法

標(biāo)記-清除算法：首先標(biāo)記出所有需要回收的對(duì)象，在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的對(duì)象，不過(guò)該算法有以下缺點(diǎn)：

效率低

空間問(wèn)題，該算法會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，這樣導(dǎo)致程序在以后的運(yùn)行中如果需要分配較大對(duì)象時(shí)無(wú)法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存而觸發(fā)另一次垃圾收集動(dòng)作

復(fù)制算法：將可用內(nèi)存按容量劃分大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊。當(dāng)一塊內(nèi)存用完了，就將還存活的對(duì)象復(fù)制到另外一塊上面，然后再把已使用過(guò)的內(nèi)存空間一次清理掉。這種算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，效率高，不過(guò)會(huì)將可使用的內(nèi)存減少一半。如果對(duì)象存活率高就要執(zhí)行較多的復(fù)制操作，將導(dǎo)致效率變低。目前在復(fù)制算法中，通常是將內(nèi)存分為一塊較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間，每次只使用Eden和一塊Survivor。當(dāng)回收時(shí)，將Eden和Survivor中還存活的對(duì)象一次性拷貝到另外一塊Survivor中，最后清理使用的Eden和Survivor。并且以老年代作為空間分配擔(dān)保，即Survivor無(wú)法容納的對(duì)象會(huì)直接進(jìn)入老年代。目前新生代主要采用這個(gè)算法。

標(biāo)記-整理算法：將所有存活的對(duì)象都向一端移動(dòng)，然后直接清理掉邊界以外的內(nèi)存。

分代收集算法：根據(jù)對(duì)象的存活周期的不同將內(nèi)存劃分為幾塊，一般是分為新生代和老年代。然后根據(jù)各個(gè)年代的特點(diǎn)采用最適當(dāng)?shù)氖占惴āＰ律ǔ２捎脧?fù)制算法，因?yàn)閷?duì)象生存時(shí)間都不長(zhǎng)。老年代一般采用"標(biāo)記-清理"或者"標(biāo)記-整理"算法回收，因?yàn)槔夏甏袑?duì)象存活率高，沒(méi)有額外空間對(duì)它進(jìn)行分配擔(dān)保。

垃圾收集器

Serial收集器：這是一個(gè)單線程的收集器，該收集器在進(jìn)行垃圾收集時(shí)，必須暫停其它所有的工作線程，不過(guò)該收集器簡(jiǎn)單而高效。它一般運(yùn)行在Client模式下的虛擬機(jī)。新生代收集器。

ParNew收集器：這是一個(gè)多線程版本的Serial收集器。新生代收集器。

Parallel Scavenge收集器：新生代收集器，使用復(fù)制算法，并行多線程。它主要是控制吞吐量=(運(yùn)行用戶代碼時(shí)間)/(運(yùn)行用戶代碼時(shí)間+垃圾收集時(shí)間)。有兩個(gè)參數(shù)可以用來(lái)精確控制吞吐量。

-XX:MaxGCPauseMillis：設(shè)置最大垃圾收集停頓時(shí)間

-XX:GCTimeRatio：設(shè)置吞吐量大小

-XX:+UseAdaptiveSizePolicy：開關(guān)參數(shù)，打開以后就由虛擬機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)策略。這也是跟ParNew收集器的一個(gè)重要區(qū)別

Serial Old收集器：這是Serial收集器的老年代版本，使用"標(biāo)記-整理"算法，該收集器有兩大用途，一是與Parallel Scavenge收集器搭配使用。二是作為CMS收集器的后備預(yù)案，在并發(fā)收集發(fā)生Concurrent Mode Failure的時(shí)候使用。

Parallel Old收集器：是Parallel Scavenge收集器的老年代版本。使用"標(biāo)記-整理"算法。

CMS收集器：以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器。重視服務(wù)的響應(yīng)速度。主要用于互聯(lián)網(wǎng)或B/S系統(tǒng)的服務(wù)端上。基于"標(biāo)記-清除"算法。老年代收集器。使用CMS收集器時(shí)，不能像其它收集器那樣等到老年代幾乎被填滿了再進(jìn)行收集，需要預(yù)留一部分空間提供并發(fā)收集時(shí)的程勛運(yùn)行使用。主要優(yōu)點(diǎn)就是并發(fā)收集、低停頓。它有以下缺點(diǎn)：

對(duì)CPU資源非常敏感

無(wú)法處理浮動(dòng)垃圾。即在垃圾收集階段用戶線程繼續(xù)進(jìn)行，這個(gè)過(guò)程會(huì)有新的垃圾產(chǎn)生，但是CMS收集器不會(huì)對(duì)這部分垃圾(浮動(dòng)垃圾)進(jìn)行標(biāo)記。如果預(yù)留的內(nèi)存空間不足，就會(huì)導(dǎo)致Concurrent Mode Failure。這時(shí)會(huì)臨時(shí)啟動(dòng)Serial Old收集器重新進(jìn)行老年代的垃圾收集，導(dǎo)致停頓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

由于采用的算法，會(huì)導(dǎo)致收集結(jié)束時(shí)產(chǎn)生大量空間碎片。

G1收集器：基于"標(biāo)記-整理"算法實(shí)現(xiàn)。可以非常精確的控制停頓，并且在不犧牲吞吐量的前提下完成低停頓的內(nèi)存回收。因?yàn)樵撌占鲿?huì)將整個(gè)java堆劃分為多個(gè)大小固定的獨(dú)立區(qū)域，并且跟蹤這些區(qū)域的垃圾堆積程度，每次根據(jù)允許的收集時(shí)間，優(yōu)先回收垃圾最多的區(qū)域。垃圾收集相關(guān)的常用參數(shù)參見(jiàn)下圖：

內(nèi)存分配

對(duì)象首先在新生代Eden區(qū)分配，當(dāng)Eden沒(méi)有足夠的空間進(jìn)行分配時(shí)，虛擬機(jī)將發(fā)起一次MinorGC

大對(duì)象直接進(jìn)入老年代，通過(guò)-XX:PretenureSizeThreshold參數(shù)區(qū)分，大于這個(gè)值的表示大對(duì)象，該參數(shù)只對(duì)Serial和ParNew有效

長(zhǎng)期存活的對(duì)象將進(jìn)入老年代，識(shí)別對(duì)象長(zhǎng)期存活通過(guò)參數(shù)-XX:MaxTenuringThreshold設(shè)定，對(duì)于每個(gè)對(duì)象而言，虛擬機(jī)都會(huì)定義一個(gè)年齡計(jì)數(shù)器，如果對(duì)象在經(jīng)過(guò)第一次MinorGC后仍然存活，并且能夠被Survivor容納的話，就將被移動(dòng)到Survivor中，并且年齡增加一歲。每經(jīng)過(guò)一次MinorGC，年齡就增加一歲，超過(guò)設(shè)定值或者默認(rèn)值(15)，就會(huì)進(jìn)入老年代中。