JVM虚拟机和GC

文档源于JDK1.8 JVM
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1、虚拟机结构

JavaSE知识点总结：JVM和GC篇
JVM虚拟结构包括：类加载器、执行引器、运行时数据区
运行时数据区：堆、虚拟机栈、本地方法栈、pc寄存器(程序计数器)、方法区(元空间)。

方法区(元空间)主要用于存储运行时常量池、已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的法代码等。1.8后删除了永久代、元空间是分配到直接内存中的。
字符串常量池分配在堆中
堆内存和方法区是线程共享的，虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是线程独有的。

2、堆内存分代模型

堆分为新生代 (1/3)、老年代 (2/3)
新生代 = Eden+From survivor+To survivor (8:1:1)
堆大小 = 新生代+老年代

3、垃圾回收

新生代：MinorGC 也叫(YoungGC),Eden区满时触发，复制算法
根可达算法。Roots 指虚拟机栈中引用的对象、方法区中类静态属性、常量，本地方法栈中java本地接口引用的对像
(复制存活对象) from eden+s1 to s2，清空s2，循环。
Suvivor空间不足，直接进入老年代
老年代：FullGC&MajorGC
一直未被回收的对象
老年代满了触发FGC，STW

4、垃圾回收算法

标记清除法–位置不连续、产生碎片
复制算法–没有碎片、浪费空间
标记压缩法–没有碎片、效率偏低

5、CMS和G1比较

CMS（Concurrent Mark-Sweep Collector）

并发标记清除收集器，它是一个多线程并发回收的老年代垃圾收集器，它使用的是标记-清除算法。

特点：停顿时间短，吞吐量大，并发收集
缺点：对cpu要求高、无法收集浮动垃圾、容易产生碎片
过程：初始标记>>并发标记>>重新标记>>并发清理
初始标记重新标记标记阶段会STW
hotspotGC回收器优化指南中不推荐CMS，建议使用G1

G1(Garbage First GC)

垃圾优先收集器，是一个面向服务端的JVM垃圾收集器，适用于多核处理器、大内存容量的服务端系统。
它满足短时间停顿的同时达到一个高的吞吐量。从JDK 9开始，G1成为默认的垃圾回收器。

适合场景：

Full GC持续时间太长或者太频繁
对象的创建速率和存活率变动很大
应用不希望停顿时间长(长于0.5s甚至1s)

特点：

1、根据堆空间大小分割成了若干个Region，内存区域不连续。并且新生代和老年代的区域可以动态改变。
2、Young GC是多线程并行的，会有短暂的STW，当Eden区的空间占满之后，会触发Young GC，G1将Eden和Survivor中存活的对象拷贝到Survivor，或者直接晋升到Old Region中。
3、Old GC 当堆空间的占用率达到一定阈值后会触发Old GC。默认设置是45%。
OldGC过程：
Initial-Mark阶段和下一个Young GC一起执行，一旦Initial-Mark完成，一个多线程并行的Marking阶段开始去标记老年代所有存活的对象。当并行Marking阶段完成，一个并行的Stop-the-World的阶段开始去标记所有的对象。Remark节点结束后，G1有老年代所有Region的完整的标记信息，如果这时老年代没有任何存活对象，那么下一个阶段Cleanup阶段就不需要额外的GC工作了。

流程描述：
Initial-Mark-> Concurrent Root Region scanning->Concurrent Marking-> Remarking->Cleanup。

在垃圾回收的最开始有一个短暂的时间段(Inital Mark)会停止应用(stop-the-world)
然后应用继续运行，同时G1开始Concurrent Mark
再次停止应用，来一个Final Mark (stop-the-world)
最后根据Garbage First的原则，选择一些内存块进行回收。(stop-the-world)

Region的定义：
Available Region=可用的空闲Region
Eden Region = 年轻代Eden空间
Suivivor Region=年轻代Survivor空间
所有Eden和Survivor的集合=整个年轻代
Old Region=老年代Region
Humongous Region=大对象Region。大对象是指占用大小超过一个Region50%空间的对象

RSet(Remembered Set)

基于老年代的收集器采用Heap里不同区域区分/隔离对象，这些不同的区域里面的对象对应了不同年代。这样年代收集器可以集中精力在最近分配的对象上，因为它们会发现一些对象不久会死亡。这些年代在堆里可以被分别收集，这样不用扫描整个Heap，可以节省时间和减小响应时间，并且存活时间长的对象不用来回复制，减少了拷贝和引用更新开销。
为了方便收集器的独立性，许多GC维持了每个年代的RSet。每一个RSet是一个数据结构，它维护并跟踪收集器单元的内部引用，如G1 GC的Region一样，减少了扫描整个Heap堆获取信息的耗时。当G1 GC执行了一个Stop-the-world收集（年轻代或混合代），它可以通过CSet扫描Region的RSets。一旦存活对象被移除，它们的引用立即被更新。
Garbage First 垃圾优先是指优先处理那些垃圾多的内存块的意思

6、JDK8默认GC

UseParallelGC 即 Parallel Scavenge + Serial Old Parallel
Scavenge 年轻代并行回收器，也叫吞量优先收集器。多线程、独占式的收集器;

特点：

高吞吐量。
STW时间可设置，牺牲内存空间。
自适应调节内存比例。

Serial 单线程独占式GC，采用标记压缩算法。Full GC会STW

7、JVM类加载过程

JVM的类加载机制是指虚拟机把描述类的数据从class文件加载到内存，并对数据进行校验，转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型的实现过程。

类加载过程的几个步骤：

加载：查找和导入二进制字节码文件。并在Java堆中创建一个该类或接口的Class对象，作为对方法区中这些数据的访问入口。
链接：将类的二进制代码合并到JRE中。链接过程包括验证、准备、解析三个阶段。
验证：确保二进制文件结构上的正确性。
准备：给静态变量分配内存空间并设置默认值。
解析：将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。
初始化：对类的静态变量、静态代码块执行初始化操作。

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