【小墨java】jvm之一-----jvm基础

一，前言

大家好，我是小墨。

这一章我们介绍下jvm知识基础，众所周知，运行一个 Java 应用程序，我们必须要先安装 JDK 或者 JRE 包。这是因
为 Java 应用在编译后会变成字节码，然后通过字节码运行在 JVM 中，而 JVM 是 JRE 的核心组成部分，jvm不仅做了

java字节码的分析和执行，同时也进行了自动内存分配管理机制，使得大家开发是不需要关注对象的内存分配和回收，

但是如果我们能够对jvm了解更深，我们将拥有内存的管理能力，进行jvm层次调优，提升我们的应用服务性能。

所以这一章我们将讲述jvm运行原理，内存模型，gc算法等，为我们后面进行jvm的调优做准备。

 

二，jvm内存模型

jvm内存模型主要分为堆，程序计数器，方法区，虚拟机栈和本地方法栈，如图，我们注意，

线程共享的有堆，方法区，其他都是线程隔离，生存周期和该线程一起共生同死。

• 堆：几乎所有对象和数组都被分配到了堆内存中，
• 方法区：1.8以前是方法区，1.8以后叫元空间-MetaSpace。方法区主要是用来存放已被虚拟机加载的类相关信息，包括类信息、运行时常量池、字符串常量池。类信息又包括了类的版本、字段、方法、接口和父类等信息。           在加载类时候，class 文件中除了有类的版本、字段、方法和接口等描述信息外，还有一项信息是常量池 (Constant Pool Table)，用于存放编译期间生成的各种字面量和符号引用。字面量包括字符串（String a=“b”）、基本类型的常量（final 修饰的变量），符号引用则包括类和方法的全限定名（例如 String 这个类，它的全限定名就是Java/lang/String）、字段的名称和描述符以及方法的名称和描述符
   
• 虚拟机栈：是线程私有的内存空间，存放基本类型的变量数据和对象的引用。但对象本身不存放在栈中，而是存放在堆（new 出来的对象）或者常量池中(对象可能在常量池里)（字符串常量对象存放在常量池中。）                                           当创建一个线程时，会在虚拟机栈中申请一个线程栈，用来保存方法的局部变量、操作数栈、动态链接方法和返回地址等信息，并参与方法的调用和返回。每一个方法的调用都伴随着栈帧的入栈操作，方法的返回则是栈帧的出栈操作
• 程序计数器：主要用来记录各个线程执行的字节码的地址，例如，分支、循环、跳转、异常、线程恢复等都依赖于计数器
• 本地方法栈：本地方法栈则用于管理本地方法的调用。但本地方法并不是用 Java 实现的，而是由 C 语言实现的，native方法

堆详解

上图显示了堆的具体分区和java7 java8的对比，具体如下：

1. 堆划分为新生代和老年代，新生代分为Eden和Survivor，Survivor区又可以FromSurvivor和ToSurvivor
2. 默认新生代 ( Young ) 与老年代 ( Old ) 的比例的值为 1:2 ( 该值可以通过参数 –XX:NewRatio 来指定 )
   默认的，Edem : from : to = 8 : 1 : 1 ( 可以通过参数 –XX:SurvivorRatio 来设定 )，即： Eden = 8/10 的新生代空间大小，from = to = 1/10 的新生代空间大小
3. Java7及以前版本的Hotspot中方法区位于永久代中。Java8中新增了元空间(Metaspace)，方法区存在于元空间(Metaspace)。同时，元空间不再与堆连续，而且是存在于本地内存（Native memory）

java7 8 堆改进的好处：内存隔离，当Java Heap空间不足时会触发GC，但Native memory空间不够却不会触发GC。

三，类编译加载执行

一般一个java文件需要经过编译---》加载进虚拟机----》运行时编译成机器码   然后开始运行，被我们调用。我们再来了解下多个父子类怎么调用加载。

双亲委托模型

JVM去加载一个类，首先会委派给自己的父类加载器去加载，没有找到则会继续向上委托，直到顶层的引导类加载器，如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回，倘若父类加载器无法完成此加载任务，子加载器才会尝试自己去加载，这就是双亲委派模式。

通过这种方式，有了层次的加载关系，防止重复加载。

四，垃圾回收机制

来到我们的重头戏垃圾回收机制，我们这一节就针对三个问题展开讲述：

1. 回收发生在哪里
2. 对象何时可以被回收
3. 如何回收对象

回收发生在哪里

       程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈这 3 个区域是线程私有的，随着线程的创建而创建，销毁而销毁；栈中的栈帧随着方法的进入和退出进行入栈和出栈操作，每个栈帧中分配多少内存基本是在类结构确定下来的时候就已知的，因此这三个区域的内存分配和回收都具有确定性。
        垃圾回收的重点就是关注堆和方法区中的内存了，堆中的回收主要是对象的回收，方法区的回收主要是废弃常量和无用的类的回收

对象何时可以被回收

一般判断对象不再被引用时可以被回收。目前是使用以下算法来判断：引用计数，可达性分析算法。主要是使用可达性算法。

1. 引用计数算法：一个对象的引用计数器来判断该对象是否被引用了。每当对象被引用，引用计数器就会加 1；每当引用失效，计数器就会减 1。当对象的引用计数器的值为 0 时，就说明该对象不再被引用，可以被回收了。它存在着对象之间相互循环引用的问题，不建议使用
2. GC Roots 是该算法的基础，GC Roots 是所有对象的根对象，在 JVM加载时，会创建一些普通对象引用正常对象。这些对象作为正常对象的起始点，在垃圾回收时，会从这些 GC Roots 开始向下搜索，当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时，就证明此对象是不可用的。目前HotSpot使用这种方法。
3. JDK1.2后引用概念分为以下四种：

如何回收对象

这一部分内容挪到下一节，对于如何回收对象，我们需要了解：

1. 在jvm内存模型中对象的生命周期
2. 使用什么算法进行垃圾回收
3. 垃圾算法如何回收

 

五，垃圾回收

 

jvm内存模型中对象的生命周期

 在这一节中我们要了解对象在我们的jvm内存模型中的 新生代Eden，Survivor，老年代如何流转的

新生代对象生命周期

1. 对象优先分配到新生代的Eden区
2. 运行一段时间后，新生代Eden 区满了会触发minor GC，复制存货对象到S1(FromSurvivor),清空Eden。
3. Eden区再次满了，触发MinorGC，复制Eden+S1存活对象到S2(ToSurvivor)
4. Eden区和S1(FromSurvivor)区清空，再次开始分配对象
5. 在新生代的回收过程中始终保持一块S区空着，保证这个循环能够继续

老生代对象生命周期

1. 一次新生代垃圾回收后，如果对象还存活，则会进入 s0 或者 s1，并且对象的年龄还会加 1(Eden 区->Survivor 区后对象的初始年龄变为 1)，当它的年龄增加到一定程度（默认为 15 岁，可以修改-XX:MaxTenuringThreshold），就会被晋升到老年代中
2. 老年代也满了，就会触发FullGC，把老年代里没人引用的垃圾对象清理掉，然后再分配。
3. 大对象直接放入老年代，阈值可以设置：-XX:PretenureSizeThreshold
4. 如果FullGC后仍然无法存储对象，JVM抛出OOM内存溢出异常

 

GC算法

以下是目前常用的四个GC算法，

我们要注意以上这几种算法是相互配合的，并不是独立的。

 

垃圾收集器

对于垃圾收集器的选择我们先要关注几点

1. 并行能力：CPU多核下可以进行并行计算
2. 响应时间：垃圾收集器进行对象碎片整理时需要暂停系统操作，这时会导致此时无法进行服务请求处理，希望系统停顿时间尽可能短的，得选择更合适的垃圾收集器
3. 吞吐量：运行用户代码时间／（运行用户代码时间＋垃圾回收时间）

 

针对以上GC算法诞生了几种垃圾收集器：

总结而言：

• client端单核建议Seral收集器
• java8 server端默认Parallel scavenge收集器 + Parallel Old,注重吞吐量以及 CPU 资源的场合
• java9开始建议设置G1 收集器为默认收集器，最高级，集大成者，满足低停顿，高吞吐

四，总结

这篇jvm基础介绍了jvm的基本内容，和GC算法内容，下篇文章将根据实际例子来讲解jvm调优，欢迎评论点赞，谢谢。

 

参考文章：

jvm原理解惑篇

javaGuide jvm机制

《极客时间--调优实战》