【JVM】JVM内存模型与垃圾回收机制
三大性能调优参数
- -Xss：规定了每个线程虚拟机栈（堆栈）的大小
- -Xms：堆的初始值
- -Xmx：堆能达到的最大值
内存模型
1.java内存模型中堆和栈的区别——内存分配策略
- 静态存储：编译时确定每个数据目标在运行时的存储空间需求
- 栈式存储：数据区需求在编译时为止，运行时模块入口前确定
- 堆式存储：编译时或运行时模块入口都无法确定，动态分配
2.java内存模型中堆和栈的区别
- 联系：引用对象、数组时，栈里定义变量保存堆中目标的首地址
- 管理方式：栈自动释放，堆需要GC
- 空间大小：栈比堆小
- 碎片相关：栈产生的碎片远小于堆
- 分配方式：栈支持静态和动态分配，而堆仅支持动态分配
- 效率：栈的效率比堆高
垃圾回收机制
1.判断对象的引用数量
- 通过判断对象的引用数量来决定对象是否可以被回收
- 每个对象实例都有一个引用计数器，被引用则+1，完成引用则-1
- 任何引用计数器为0的对象实例可以被当做垃圾收集
- 优点：执行效率高，程序执行受影响小
- 缺点：无法检测出循环引用的情况，导致内存泄漏
2.可达性分析算法
通过判断对象的引用链是否可达来决定对象是否可以被回收
可以作为GC Root的对象
- 虚拟机栈中引用的对象（栈帧中的本地变量表）
- 方法区中的敞亮引用的对象
- 方法区中的类静态属性引用的对象
- 本地方法栈中JNI（native方法）的引用对象
- 活跃线程的引用对象
垃圾回收算法
1.标记-清除算法
- 标记：从根集合进行扫描，对存活的对象进行标记
- 清除：对堆内存从头到尾进行线性遍历，回收不可达对象内存
- 缺点：碎片化
2.复制算法
- 分为对象面和空闲面
- 对象在对象面上创建
- 存活的对象被从对象面复制到空闲面
- 将对象面所有对象内存清除
- 解决碎片化问题
- 顺序分配内存，简单高效
- 适用于对象存活率低的场景
3.标记-整理算法
- 标记：从根集合进行扫描，对存活的对象进行标记
- 清除：移动所有存活的对象，且按照内存地址次序依次排列，然后将末端内存地址以后的内存全部回收
- 避免内存的不连续性
- 不用设置两块内存互换
- 适用于存活率高的场景
4.分代收集算法（主流）
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垃圾回收算法的组合拳
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按照对象生命周期的不同划分区域以采取不同的垃圾回收算法
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目的：提供JVM的回收效率
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JDK6/7 拥有新生代、老年代、永久代
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JDK8+ 拥有新生代、老年代
分代收集算法
1.GC的分类
- Minor GC 采用复制算法
- Full GC
2.年轻代：尽可能快速地收集掉那些生命周期短的对象
- Eden区
- 两个Survivor区
3.年轻代垃圾回收过程演示
（1）假设Eden区可存放四个对象，Survivor区可以存放3个对象
（2）假设Eden区被挤满，则触发一次Minor GC,此时如果有对象存活，则复制一份到Survivor区域中（此时S0我们成为from区域，S1为to区域）
（3）清理所有使用过的Eden区，并设置存活的对象年龄为1
（4）假设Eden区再次被填满，又会触发一次Minor GC。会将Eden区存活的对象与S0中的对象拷贝到S1中，同时对这些对象的年龄分别+1。此时S0从from区变成to区，S1从to区变成from区
（5）拷贝完成后Eden与S0均会被清空，这样便完成第二次Minor GC
（6）假设Eden区又满了，此时触发第三次Minor GC
会将Eden区存活的对象与S1中的对象拷贝到S0中，同时对这些对象的年龄分别+1
再次清空Eden与S1中的 对象
（7）周而复始，熬过一次Minor GC，年龄加一，默认年龄到达15时进入老年代。
4.对象如何晋升老年代
- 经历一定的Minor GC次数依然存活的对象
- Survivor区中存放不下的对象
- 新生成的大对象（-XX:+PretenuerSizeThreshold）
5.常用调优参数
- -XX:SurvivorRatio：Eden和Survivor的比值，默认8:1
- -XX:newRatio：老年代和年轻代内存大小的比例
- -XX:MaxTenuringThreshold：对象从年轻代晋升到老年代经过GC次数的最大阈值
6.老年代：存放生命周期较长的对象
- 标记-清理算法
- 标记-整理算法
- Full GC 和 Major GC
- Full GC比Minor GC慢，但执行频率低
7.触发Full GC的条件
- 老年代空间不足
- 永久代空间不足
- CMS GC时出现promotion fail，concurrent mode failure
- Minor GC晋升到老年代的平均大小大于老年代的剩余空间
- 调用System.gc()
- 使用RMI来进行RPC或管理的JDK应用，每小时执行一次Full GC
8.Stop-the-World
- JVM由于要执行GC而停止了应用程序的执行
- 任何一种GC算法中都会发生
- 多数GC优化通过减少Stop-the-world发生的时间来提供程序性能
8.Safepoint
- 分析过程中对象引用关系不会发生变化的点
- 产生Safepoint的地方：方法调用；循环跳转；异常跳转等
- 安全点数量得适中
新生代常见的垃圾收集器
JVM的运行模式
- Server
- Client
1.Serial收集器（-XX：+UseSerialGC 复制算法）
- 单线程收集，进行垃圾收集时，必须暂停所有工作线程
- 简单高效，Client模式下默认的年轻代收集器
2.ParNew收集器（-XX：+UseParNewGC 复制算法）
-
多线程收集，其余的行为、特点和Serial收集器一样
-
单核执行效率不如Serial，在多核下执行才有优势
3.Parallel Scavenge收集器（-XX：+UseParallelGC 复制算法） -
吞吐量=运行用户代码时间/(运行用户代码时间+垃圾收集时间)
-
比起关注用户线程停顿时间，更关注系统的吞吐量
-
在多核下执行才有优势，Server模式下默认的年轻代收集器
老生代常见的垃圾收集器
1.Serial Old收集器（-XX：+UseSerialOldGC 标记-整理算法）
- 单线程，进行垃圾收集时，必须暂停所有工作线程
- 简单高效，Client模式下默认的老年代收集器
2.Parallel Old收集器（-XX：+UseParallelOldGC 标记-整理算法）
- 多线程，吞吐量优先
3.CMS收集器（-XX：+UseConcMarkSweepGC 标记-清除算法）
- 初始标记：stop-the-world
- 并发标记：并发追溯标记，程序不会停顿
- 并发预清理：查找执行并发标记阶段从年轻代晋升到老年代的对象
- 重新标记：暂停虚拟机，扫描CMS堆中的剩余对象
- 并发清理：清理垃圾对象，程序不会停顿
- 并发重置：重置CMS收集器的数据结构
G1收集器（-XX：+UseG1GC 复制+标记-清除算法）
- 特点：1-并发和并行 2-分代收集 3-空间整合 4-可预测的停顿
- 将整个java堆内存划分成多个大小相等的Region
- 年轻代和老年代不再物理隔离
垃圾收集器之间的联系