11組關(guān)系帶你看清JVM全貌

作者：田維常 2020-12-21 08:11:46

云計(jì)算

虛擬化 JVM通過類加載機(jī)制，把class文件裝載進(jìn)JVM中，然后JVM解析class文件的內(nèi)容，于是就有了類加載過中的鏈接、初始化等。

廢話少說，直接開整：

第1組：JDK、JRE、JVM的關(guān)系

JDK中包含JRE，也包括JDK，而JRE也包括JDK。

范圍關(guān)系：JDK>JRE>JVM。

具體見下圖：

第2組：.java文件與.class文件的關(guān)系

這兩者的關(guān)系需要兩張圖才能說明白：

第3組：class文件與JVM的關(guān)系

JVM通過類加載機(jī)制，把class文件裝載進(jìn)JVM中，然后JVM解析class文件的內(nèi)容，于是就有了類加載過中的鏈接、初始化等。

第4組：類加載器關(guān)系

一張圖來說明：

第5組：方法區(qū)、堆、棧之間到底有什么關(guān)系

直接上圖：

棧指向堆

如果在棧幀中有一個(gè)變量，類型為引用類型，比如：

  
 
 
 

   
  
  
  
package com.tian.my_code.test;
   
  
  
  

   
  
  
  
public class JvmCodeDemo {
   
  
  
  
    public  Object testGC(){
   
  
  
  
        int op1 = 10;
   
  
  
  
        int op2 = 3;
   
  
  
  
        Object obj = new Object();
   
  
  
  
        Object result=obj;
   
  
  
  
        return result;
   
  
  
  
    }
   
  
  
  
}
  
 
 
 

這時(shí)候就是典型的棧中元素obj指向堆中的Object對(duì)象，result的指向和obj的指向?yàn)橥粋€(gè)對(duì)象。

使用命令

  
 
 
 

   
  
  
  
javac -g:vars JvmCodeDemo.java
  
 
 
 

進(jìn)行編譯，然后再使用

  
 
 
 

   
  
  
  
javap -v JvmCodeDemo.class >log.txt
  
 
 
 

然后打開log.txt文件

方法區(qū)指向堆

方法區(qū)中會(huì)存放靜態(tài)變量，常量等數(shù)據(jù)。

如果是下面這種情況，就是典型的方法區(qū)中元素指向堆中的對(duì)象。

堆指向方法區(qū)

方法區(qū)中會(huì)包含類的信息，對(duì)象保存再堆中，創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象的前提是有對(duì)應(yīng)的類信息，這個(gè)類信息就在方法區(qū)中。

第6組：Minor、Major、Full GC的關(guān)系

Minor GC：發(fā)生在年輕代的 GC。

• Minor GC是指從年輕代空間(包括 Eden 和 Survivor 區(qū)域)回收內(nèi)存。當(dāng) JVM 無(wú)法為一個(gè)新的對(duì)象分配空間時(shí)會(huì)觸發(fā)Minor GC，比如當(dāng) Eden 區(qū)滿了。
• Eden區(qū)滿了觸發(fā)MinorGC，這時(shí)會(huì)把Eden區(qū)存活的對(duì)象復(fù)制到Survivor區(qū)，當(dāng)對(duì)象在Survivor區(qū)熬過一定次數(shù)的MinorGC之后，就會(huì)晉升到老年代(當(dāng)然并不是所有的對(duì)象都是這樣晉升的到老年代的)，當(dāng)老年代滿了，就會(huì)報(bào)OutofMemory異常。
• 所有的MinorGC都會(huì)觸發(fā)全世界的暫停(stop-the-world)，停止應(yīng)用程序的線程，不過這個(gè)過程非常短暫。

Major GC：發(fā)生在老年代的 GC。

• Major GC清理Tenured區(qū)(老年代)。

Full GC：新生代+老年代，比如 方法區(qū)引起年輕代和老年代的回收。

第7組：Survivor與Eden的關(guān)系

對(duì)于這兩者，最重要的是要明白為什么需要Survivor區(qū)?只有Eden不行嗎?

如果沒有Survivor,Eden區(qū)每進(jìn)行一次Minor GC ,并且沒有年齡限制的話， 存活的對(duì)象就會(huì)被送到老年代。這樣一來，老年代很快被填滿,觸發(fā)Major GC(因?yàn)镸ajor GC一般伴隨著Minor GC，也可以看做觸發(fā)了Full GC)。老年代的內(nèi)存空間遠(yuǎn)大于新生代，進(jìn)行一次Full GC消耗的時(shí)間比Minor GC長(zhǎng)得多。

執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)有什么壞處?

頻發(fā)的Full GC消耗的時(shí)間很長(zhǎng),會(huì)影響大型程序的執(zhí)行和響應(yīng)速度。

可能你會(huì)說，那就對(duì)老年代的空間進(jìn)行增加或者較少咯。

假如增加老年代空間，更多存活對(duì)象才能填滿老年代。雖然降低Full GC頻率，但是隨著老年代空間加大,一旦發(fā)生Full GC,執(zhí)行所需要的時(shí)間更長(zhǎng)。

假如減少老年代空間，雖然Full GC所需時(shí)間減少，但是老年代很快被存活對(duì)象填滿,Full GC頻率增加。

所以Survivor的存在意義，就是減少被送到老年代的對(duì)象,進(jìn)而減少Full GC的發(fā)生,Survivor的預(yù)篩選保證,只有經(jīng)歷16 次Minor GC還能在新生代中存活的對(duì)象,才會(huì)被送到老年代。

第8組：引用計(jì)數(shù)法和可達(dá)性分享算法的關(guān)系

引用計(jì)數(shù)法

給對(duì)象添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，每當(dāng)一個(gè)地方引用它object時(shí)技術(shù)加1，引用失去以后就減1，計(jì)數(shù)為0說明不再引用

• 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，判定效率高
• 缺點(diǎn)：無(wú)法解決對(duì)象相互循環(huán)引用的問題，對(duì)象A中引用了對(duì)象B，對(duì)象B中引用對(duì)象A。

  
 
 
 

   
  
  
  
public class A {
   
  
  
  
    public B b; 
   
  
  
  
}
   
  
  
  
public class B {
   
  
  
  
    public C c; 
   
  
  
  
}
   
  
  
  
public class C {
   
  
  
  
    public A a; 
   
  
  
  
}
   
  
  
  
public class Test{
   
  
  
  
    
   
  
  
  
    private void test(){
   
  
  
  
        A a = new A();
   
  
  
  
        B b = new B();
   
  
  
  
        C c = new C();
   
  
  
  
        
   
  
  
  
        a.b=b;
   
  
  
  
        b.c=c;
   
  
  
  
        c.a=a;
   
  
  
  
    }
   
  
  
  
}
  
 
 
 

可達(dá)性分析算法

當(dāng)一個(gè)對(duì)象到GC Roots沒有引用鏈相連，即就是GC Roots到這個(gè)對(duì)象不可達(dá)時(shí)，證明對(duì)象不可用。

GC Roots種類:

Java 線程中，當(dāng)前所有正在被調(diào)用的方法的引用類型參數(shù)、局部變量、臨時(shí)值等。也就是與我們棧幀相關(guān)的各種引用。所有當(dāng)前被加載的 Java 類。Java 類的引用類型靜態(tài)變量。運(yùn)行時(shí)常量池里的引用類型常量(String 或 Class 類型)。JVM 內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一些引用，比如 sun.jvm.hotspot.memory.Universe 類。用于同步的監(jiān)控對(duì)象，比如調(diào)用了對(duì)象的 wait() 方法。

第9組：對(duì)象的引用類型的關(guān)系

• 強(qiáng)引用：User user=new User();我們開發(fā)中使用最多的對(duì)象引用方式。

特點(diǎn)：我們平常典型編碼Object obj = new Object()中的obj就是強(qiáng)引用。

通過關(guān)鍵字new創(chuàng)建的對(duì)象所關(guān)聯(lián)的引用就是強(qiáng)引用。

當(dāng)JVM內(nèi)存空間不足，JVM寧愿拋出OutOfMemoryError運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤(OOM)，使程序異常終止，也不會(huì)靠隨意回收具有強(qiáng)引用的“存活”對(duì)象來解決內(nèi)存不足的問題。

對(duì)于一個(gè)普通的對(duì)象，如果沒有其他的引用關(guān)系，只要超過了引用的作用域或者顯式地將相應(yīng)(強(qiáng))引用賦值為 null，就是可以被垃圾收集的了，具體回收時(shí)機(jī)還是要看垃圾收集策略。

• 軟引用：SoftReference object=new SoftReference(new Object());

特點(diǎn)：軟引用通過SoftReference類實(shí)現(xiàn)。軟引用的生命周期比強(qiáng)引用短一些。只有當(dāng) JVM 認(rèn)為內(nèi)存不足時(shí)，才會(huì)去試圖回收軟引用指向的對(duì)象：即JVM 會(huì)確保在拋出 OutOfMemoryError 之前，清理軟引用指向的對(duì)象。軟引用可以和一個(gè)引用隊(duì)列(ReferenceQueue)聯(lián)合使用，如果軟引用所引用的對(duì)象被垃圾回收器回收，Java虛擬機(jī)就會(huì)把這個(gè)軟引用加入到與之關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列中。后續(xù)，我們可以調(diào)用ReferenceQueue的poll()方法來檢查是否有它所關(guān)心的對(duì)象被回收。如果隊(duì)列為空，將返回一個(gè)null,否則該方法返回隊(duì)列中前面的一個(gè)Reference對(duì)象。

應(yīng)用場(chǎng)景：軟引用通常用來實(shí)現(xiàn)內(nèi)存敏感的緩存。如果還有空閑內(nèi)存，就可以暫時(shí)保留緩存，當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)清理掉，這樣就保證了使用緩存的同時(shí)，不會(huì)耗盡內(nèi)存

• 弱引用：WeakReference object=new WeakReference (new Object();ThreadLocal中有使用.

弱引用通過WeakReference類實(shí)現(xiàn)。弱引用的生命周期比軟引用短。在垃圾回收器線程掃描它所管轄的內(nèi)存區(qū)域的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)了具有弱引用的對(duì)象，不管當(dāng)前內(nèi)存空間足夠與否，都會(huì)回收它的內(nèi)存。由于垃圾回收器是一個(gè)優(yōu)先級(jí)很低的線程，因此不一定會(huì)很快回收弱引用的對(duì)象。

弱引用可以和一個(gè)引用隊(duì)列(ReferenceQueue)聯(lián)合使用，如果弱引用所引用的對(duì)象被垃圾回收，Java虛擬機(jī)就會(huì)把這個(gè)弱引用加入到與之關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列中。應(yīng)用場(chǎng)景：弱應(yīng)用同樣可用于內(nèi)存敏感的緩存。

虛引用：幾乎沒見過使用， ReferenceQueue 、PhantomReference。

第10組：垃圾回收算法的關(guān)系

標(biāo)記-清除算法

第一步：就是找出活躍的對(duì)象。我們反復(fù)強(qiáng)調(diào) GC 過程是逆向的， 根據(jù) GC Roots 遍歷所有的可達(dá)對(duì)象，這個(gè)過程，就叫作標(biāo)記。

第二部：除了上面標(biāo)記出來的對(duì)象以外，其余的都清楚掉。

• 缺點(diǎn)：標(biāo)記和清除效率不高，標(biāo)記和清除之后會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片

復(fù)制算法

新生代使用，新生代分中Eden:S0:S1= 8:1:1，其中后面的1:1就是用來復(fù)制的。

當(dāng)其中一塊內(nèi)存使用完了，就將還存活的對(duì)象復(fù)制到另外一塊上面，然后把已經(jīng)使用過的內(nèi)存空間一次 清除掉。

一般對(duì)象分配都是進(jìn)入新生代的eden區(qū)，如果Minor GC還存活則進(jìn)入S0區(qū)，S0和S1不斷對(duì)象進(jìn)行復(fù)制。對(duì)象存活年齡最大默認(rèn)是15，大對(duì)象進(jìn)來可能因?yàn)樾律淮嬖谶B續(xù)空間，所以會(huì)直接接入老年代。任何使用都有新生代的10%是空著的。

缺點(diǎn)：對(duì)象存活率高時(shí)，復(fù)制效率會(huì)較低，浪費(fèi)內(nèi)存。

標(biāo)記整理算法

它的主要思路，就是移動(dòng)所有存活的對(duì)象，且按照內(nèi)存地址順序依次排列，然后將末端內(nèi)存地址以后的內(nèi)存全部回收。 但是需要注意，這只是一個(gè)理想狀態(tài)。對(duì)象的引用關(guān)系一般都是非常復(fù)雜的，我們這里不對(duì)具體的算法進(jìn)行描述。我們只需要了解，從效率上來說，一般整理算法是要低于復(fù)制算法的。這個(gè)算法是規(guī)避了內(nèi)存碎片和內(nèi)存浪費(fèi)。

讓所有存活的對(duì)象都向一端移動(dòng)，然后直接清理掉端邊界以外的內(nèi)存。

從上面的三個(gè)算法來看，其實(shí)沒有絕對(duì)最好的回收算法，只有最適合的算法。

第11組：垃圾收集器之間有什么關(guān)系

「新生代收集器」：Serial、ParNew、Parallel Scavenge「老年代收集器」：CMS、Serial Old、Parallel Old

「整堆收集器」：G1，ZGC(因?yàn)椴簧婺甏辉趫D中)

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