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  • 速记JVM内存模型和垃圾回收策略

    一、常用JVM参数

    -Xms: 初始堆大小
    -Xmx: 最大堆
    -Xmn: 新生代大小
    -Xss: 栈容量 -PermSize: 方法区大小 -MaxPermSize: 最大方法区大小 -MaxDirectMemorySize: 最大直接内存大小

    二、java虚拟机基本结构

    1.PC寄存器(程序计数器):线程私有的,记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址。

    2.java栈(虚拟机栈):线程私有的,每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧,用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。方法的调用到完成对应入栈到出栈的过程。

    3.本地方法栈:线程私有的,为native方法服务。

    4.java堆:线程共享的,用于存放对象实例。从内存回收的角度看,分为新生代(eden、from、to)和老年代;从内存分配的角度看,java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区(TLAB)。

    5.方法区(永久代):线程共享的,用于存储类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。GC行为比较少,主要针对常量池的回收和对类型的卸载。

    5.1 运行时常量池:是方法区的一部分,用于存放编译期生成的字面量和符号引用。

    6.直接内存:不受java堆大小的限制,直接申请系统的物理内存。

    三、垃圾回收策略

    主要针对堆区进行回收,方法区收集效率很低。

    3.1 垃圾收集算法

    3.1.1 标记-清除算法

    主要用于老年代,首先标记出所有需要回收的对象,然后统一回收。
    优点:简单
    缺点:标记和清除的效率都不高,而且会产生大量的内存碎片。

    3.1.2 复制算法

    将内存分为大小相等的两块,每次只使用一块。当这一块内存用完了,就把存活的对象复制到另一块上,然后清除这一块。
    主要用于新生代,把新生代按8:1:1的比例分,edan区分80%,from存活区和to存活区分10%。回收时,将edan和from(to)中存活的对象一次性复制到to(from)中,然后清理掉,如果存活区空间不足,就分配到老年代。

    3.1.3 标记-整理算法

    主要用于老年代,标记过程与“标记-清除”算法一样,为解决内存碎片的问题,后续步骤不是直接对可回收对象进行清理,而是让所有存活的对象都像一端移动,然后直接清理掉端边界以外的内存。

    3.2 垃圾收集器

    3.2.1 Serial(串行)收集器

    单线程,串行,用于新生代,使用复制算法,运行在Client模式下。
    优点:简单高效。缺点:它进行垃圾回收时,必须暂停其他所有的工作线程,直到收集结束。

    3.2.2 Serial Old收集器

    单线程,串行,用于老年代,使用标记整理算法,运行在Client模式下。
    优点:简单高效。缺点:它进行垃圾回收时,必须暂停其他所有的工作线程,直到收集结束。
    如果在Server模式下,它可以和Parallel Scavenge收集器搭配使用;还可以作为CMS收集器的后备预案,在并发收集发生Concurrent Model Failure 时使用。

    3.2.3 ParNew收集器

    用于新生代,其实就是Serial的多线程版本,它第一次实现了让垃圾收集线程和用户线程(基本上)同时工作,运行在Server模式下。但在单CPU环境下不如Serial。

    3.2.4 Parallel(并行) Scavenge(打扫)收集器

    用于新生代,使用复制算法,多线程,和ParNew类似。但是它的关注点是吞吐量【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)】,其他收集器的关注点是缩短垃圾收集时用户线程的停顿时间。-XX:MaxGCPauseMillis控制最大垃圾收集停顿时间,-XX:GCTimeRatio设置吞吐量的大小

    3.2.5 Parallel Old收集器

    是 Parallel Scavenge收集器的老年代版本,多线程,使用“标记-整理”算法。
    在注重吞吐量以及CPU资源敏感的场合,可以优先考虑Parallel Scavenge和Parallel Old搭配使用。

    3.2.6 CMS收集器

    目的是获取最短回收停顿时间 ,使用标记-清除算法。运作过程分为1.初始标记(STW);2.并发标记;3.重新标记(STW);4.并发清除。
    优点:并发收集、低停顿
    缺点:
    1.因为是并发设计的,所以当CPU不足时,效率会不高;
    2.由于并发清理阶段,用户线程还在产生垃圾,所以在jdk1.5中,CMS在老年代使用了68%时被激活,jdk1.6中,是92%。要是CMS运行期间内存不足,就会出现“Concurrent Mode Failure”失败,这时虚拟机会启用Serial Old来重新收集,这样停顿时间会更长了。
    3. 因为是基于“标记-清除”算法,会有大量空间碎片。为了解决这个问题,CMS提供了碎片合并整理过程,但停顿时间更长了。

    3.2.7 G1收集器

    G1是一款面向服务端应用的垃圾收集器。
    特点:并发和并行、分代收集、空间整合、可预测的停顿
    运作步骤:初始标记、并发标记、最终标记、筛选回收
    使用G1时,它将整个java堆划分为多个大小相等的独立区域(Region),新生代和老年代不再是物理隔离了,他们都是一部分Region的集合。G1跟踪各个Region里面的垃圾堆积的价值大小,优先回收价值最大的Region。
    jdk7 默认Parallel Scavenge(新生代)+ Parallel Old(老年代)
    jdk8 默认Parallel Scavenge(新生代)+ Parallel Old(老年代)
    jdk9 默认G1
    -XX:+PrintCommandLineFlagsjvm参数可查看默认设置收集器类型
    -XX:+PrintGCDetails可通过打印的GC日志的新生代、老年代名称判断

    四、内存分配

    1.对象优先在Eden分配,当eden内存不足时,系统会发起一次Minor GC。经过一轮GC 后,对象会进入Survivor区,当Survivor区不足时,对象会直接分配到老年代。
    2.大对象直接进入老年代。
    3.长期存活的对象将进入老年代。在新生代,每经过一次GC,对象的年龄就加1,当加到15(默认值)时,就进入老年代。
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