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一文理清JVM和GC(上)

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死鬼~看完记得给我来个三连哦!

本文主要介绍 JVM和GC解析
如有需要,可以参考
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一、JVM内存体系

其中方法区被JVM中多个线程共享,比如类的静态常量就被存放在方法区,供类对象之间共享。

虚拟机栈本地方法栈程序计数器是每个线程独立拥有的,不会与其他线程共享。

所以Java在通过new创建一个类对象实例的时候,一方面会在虚拟机栈中创建一个对该对象的引用,另一方面会在堆上创建类对象的实例,然后将对象引用指向该对象的实例。对象引用存放在每一个方法对应的栈帧中。

  • 虚拟机栈:虚拟机栈中执行每个方法的时候,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。
  • 本地方法栈:与虚拟机栈发挥的作用相似,相比于虚拟机栈为Java方法服务,本地方法栈为虚拟机使用的Native方法服务,执行每个本地方法的时候,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。
  • 方法区:它用于存储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代码等数据,方法区在JDK1.7版本及之前称为永久代,从JDK1.8之后永久代被移除。
  • 堆:堆是Java对象的存储区域,任何new字段分配的Java对象实例和数组,都被分配在了堆上,Java堆可使用 - Xms-Xmx 进行内存控制,从JDK1.7版本之后,运行时常量池从方法区移到了堆上。
  • 程序计数器:指示Java虚拟机下一条需要执行的字节码指令。

二、JAVA8之后的JVM

从图中我们可以看出JAVA8的JVM 用元空间取代了永久代

三、GC作用域

四、常见垃圾回收算法

引用计数法:

JVM的实现一般不采用这种方式


缺点

  • 每次对对象赋值时均要维护引用计数器,且计数器本身也有一定的消耗;
  • 较难处理循环引用;

复制算法:

Java 堆从GC的角度可以细分为:新生代(Eden区、From Survivor区 和 To Survivor区)和 老年代。
特点
复制算法不会产生内存碎片,但会占用空间。用于新生代。


MinorGC的过程(复制 --> 清空 --> 互换)

  1. 复制: (Eden、SurvivorFrom 复制到 SurvivorTo,年龄加1)
    首先,当Eden区满的时候会触发第一次GC,把还活着的对象拷贝到SurvivorFrom区,当Eden区再次触发GC的时候会扫描Eden区域和From区域,对这两个区域进行垃圾回收,经过这次回收后还存活的对象,则直接复制到To区域(如果有对象的年龄已经到达了老年的标准,则复制到老年代区),同时把这些对象的年龄加1。
  2. 清空:(清空Eden、SurvivorFrom)
    清空Eden和SurvivorFrom中的对象,也即复制之后有交换,谁空谁是to。
  3. 互换:(SurvivorTo和SurvivorFrom 互换)
    最后,SurvivorTo和SurvivorFrom 互换,原SurvivorTo成为下一次GC是的SurvivorFrom区。

标记清除法

算法分成标记清除两个阶段,先标记出要回收的对象,然后统一回收这些。
特点
不会占用额外空间,但会扫描两次,耗时,容易产生碎片,用于老年代

标记压缩法

优点
没有内存碎片,可以利用bump
缺点
需要移动对象的成本,用于老年代
原理

标记:与标记清除一样


压缩:再次扫描,并往一段滑动存活对象

五、判断对象是否可回收

引用计数法

Java中,引用和对象是有关联的。如果要操作对象则必须用引用进行
因此,很显然的一个方法就是通过引用计数来判断一个对象是否可以回收。简单来说就是给对象添加一个引用计数器。每当有一个地方引用它,计数器的值加1,每当有一个引用失效时,计数器的值减1。
任何时刻计数器值为0的对象就是不可能再被使用的,那么这个对象就是可回收对象。
缺点

很难解决对象之间相互循环引用的问题

枚举根节点做可达性分析(根搜索路径)

所谓GC roots或者说tracing GC根集合 就是一组必须活跃的引用。
基本思路就是通过一系列名为GC Root 的对象作为起始点,从这个被称为GC Roots的对象开始向下搜索

如GC Roots没有任何引用链相连是,则说明此对象不可用。也即给定一个集合的引用作为根出发,通过引用关系

哪些可以做GCRoots对象

  • 虚拟机栈(栈帧中的局部变量区,也叫做局部变量表)
  • 方法区中的类静态属性引用的对象
  • 方法区中常量引用的对象
  • 本地方法栈中N(Native方法)引用的对象

六、JVM的参数类型

1)标配参数

  • java -version
  • java -help

2)X参数

  • java -Xint -version :解释执行
  • java -Xcomp -version :第一次使用就编译成本地代码
  • java -Xmixed :混合模式

3)XX参数

  • Boolean类型

-XX+ 或者 - 某个属性值(+:表示开启,-:表示关闭)
例子
-XX: +PrintGCDetails: 开启打印GC收集细节
-XX: -PrintGCDetails: 关闭打印GC收集细节
-XX: +UseSerialGC: 开启串行垃圾收集器
-XX: -UseSerialGC:关闭串行垃圾收集器

  • KV设置类型

-XX: 属性key = 属性value
例子
-XX: MetaspaceSize = 128m:设置元空间大小为128m
-XX:MaxTenuringThreshold = 15:控制新生代需要经历多少次GC晋升到老年代中的最大阈值

  • jinfo -查看当前运行程序的配置

公式jinfo -flag 配置项 进程编号
例子

  1. 查看初始堆大小:

  2. 查看其他参数

  3. 查看使用哪种垃圾回收器

两个经典参数

  • -Xms 等价于 -XX: InitialHeapSize

  • -Xmx 等价于 -XX: MaxHeapSize

七、查看JVM默认值

  • -XX:+PrintFlagsInitial: 查看默认初始值

    • java -XX: +PrintFlagsInitial -version

    • java -XX: +PrintFlagsInitial

  • -XX:+PrintFlagsFinal :查看修改更新

    • java -XX:+PrintFlagsFinal
    • java -XX:+PrintFlagsFinal -version
    • java -XX:+PrintCommandedLineFlags

八、常用的配置参数

经典案例设置
-Xms128m -Xmx4096m -Xss1024k -XX:Metaspacesize=512m -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:PrintGCDetails -XX:UseSerialGC

  • -Xms

初始化大小内存,默认为物理内存1/64
等价于 -XX:InitialHeapSize

  • -Xmx

最大分配内存,默认为物理内存1/4
等价于 -XX:MaxHeapSize

  • -Xss

设置单个线程的大小,一般默认为5112K~1024K
等价于 -XX:ThreadStackSize

  • -Xmn

设置年轻代大小

  • -XX:MetaspaceSize

设置元空间大小

元空间的本质和永久代类似,都是对JVM规范中方法区的实现,不过元空间与永久代之间最大的区别在于:元空间并不在虚拟机中,而是使用本地内存。因此,默认情况下,元空间的大小仅受本地内存限制

  • -XX:+PrintGCdetails

输出详细的GC收集日志信息

  • -XX:SurvivorRatio

设置新生代中eden和S0/S1空间的比例
默认:
-XX:SurvivorRatio=8 --> Eden:S0:S1=8:1:1
修改:
-XX:SurvivorRatio=4 --> Eden:S0:S1=4:1:1
SurvivorRatio值就是设置eden区的比例占多少,S0/S1相同

  • -XX:NewRatio

设置年轻代与老年代在堆结构的占比
默认:
-XX:NewRatio=2: 新生代占1,老年代占2,年轻代占整个堆的1/3
修改:
-XX:NewRatio=4: 新生代占1,老年代占4,年轻代占整个堆的1/5
NewRatio值就是设置老年代的占比,剩下的1给新生代

  • -XX:MaxTenuringThreshold

设置垃圾最大年龄
-XX:MaxTenuringThreshold=0:设置垃圾最大年龄。

如果设置为0的话,则年轻代对象不经过Survivor区,直接进入老年代。对于老年代比较多的应用,可以提高效率。如果将此值设置为一个较大值,则年轻代对象会在Survivor区进行多次复制,这样可以增加对象在年轻代的存活时间,增加年轻代被回收的概论。

九、强软弱虚


1)强引用

  • 当内存不足,JVM开始垃圾回收,对于强引用的对象,就算出现了OOM也不会对该对象进行回收,`死都不收`
  • 强引用是我们最常见的普通对象引用,只要还有强引用指向一个对象,就能表名对象还活着,垃圾收集器不会碰这种对象。在Java中最常见的就是强引用,把一个对象赋给一个引用变量,这个引用变量就是一个强引用。当一个对象被强引用变量引用时,它处于可达状态,它是不可能被垃圾回收机制回收的。即使该对象以后永远都不会被用到,JVM也不会回收。 因此强引用是造成Java内存泄漏的主要原因之一。
  • 对于一个普通的对象,如果没有其他的引用关系,只要超过了引用的作用域或者显式地将相应(强)引用赋值为null,一般就是认为可以被垃圾收集(具体看垃圾收集策略)
public static void main(String[] args) {
        Object o1 = new Object();   //默认为强引用
        Object o2 = o1;     //引用赋值
        o1 = null;          //置空 让垃圾收集
        System.gc();
        System.out.println(o1);     // null
        System.out.println(o2);     // java.lang.Object@1540e19d
    }
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2)软引用

  • 软引用就是一种相对强引用弱化了一些的引用。需要用java.lang.ref.SoftReference类来实现,可以让对象豁免一些垃圾收集。
  • 系统内存充足 -> 不会回收
  • 系统内存不足 -> 会回收
  • 软引用通常用在对内存敏感的程序中,比如高速缓存就有用到软引用,内存够用的时候就保留,不够用就回收
    public static void main(String[] args) {
        Object o1 = new Object();
        SoftReference softReference = new SoftReference(o1);
        o1 = null;
        System.gc();
        System.out.println(o1);
        System.out.println(softReference.get());
    }
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3)弱引用

  • 弱引用需要用java.lang.ref.WeakReference类来实现,它比软引用的生存期更短
  • 对于弱引用的对象,只要垃圾回收机制一运行,不管JVM的内存空间是否足够,都会回收该对象占用的内存。
    public static void main(String[] args) {
        Object o1 = new Object();
        WeakReference weakReference = new WeakReference(o1);
        o1 = null;
        System.gc();
        System.out.println(o1);                     //null
        System.out.println(weakReference.get());    //null
    }
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5)虚引用

  • 虚引用需要java.lang.ref.PhantomReference类来实现。
  • 形如虚设,它不会决定对象的生命周期。
  • 如果一个对象持有虚引用,那么它就和没有任何一样,在任何时候都可能被垃圾回收器回收,它不能单独使用也不能通过它来访问对象,虚引用必须和引用队列(ReferenceQueue)联合使用。
  • 虚引用的主要作用是跟踪对象被垃圾回收的状态,仅仅是提供了一种确保对象被finalize以后,做某些事情的机制。PhantomReferenceget()方法总是返回null,因此无法访问对应的引用对象。其意义在于说明一个对象已经进入finalization阶段,可以被gc回收,用来实现比finalization机制更灵活的回收操作。
public static void main(String[] args) {
        Object o1 = new Object();
        ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<>();
        PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<>(o1,referenceQueue);
        System.out.println(o1);                         //java.lang.Object@1540e19d
        System.out.println(phantomReference.get());     //null
        System.out.println(referenceQueue.poll());      //null
    }
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扩展:软弱引用适用场景

假如有一个引用需要读取大量的本地图片
存在问题

  1. 如果每次读取图片都从硬盘读取则会严重影响性能。
  2. 如果一次性全部加载到内存中有可能造成内存溢出。

解决思路
用一个HashMap来保存图片的路径和相应图片对象关联的软引用之间的映射关系,在内存不足时,JVM会自动回收这些缓存图片对象所占用的空间,从而有效地避免了OOM的问题。
Map<String,SoftReference> imgMap = new HashMap<String,SoftReference>()

WeakHashMap

public static void main(String[] args) {
        WeakHashMap<Integer,String> weakHashMap = new WeakHashMap<>();
        Integer key = new Integer(1);
        weakHashMap.put(key,"测试1");
        System.out.println(weakHashMap);    //{1=测试1}
        key=null;
        System.out.println(weakHashMap);    //{1=测试1}
        System.gc();
        System.out.println(weakHashMap+"\t"+weakHashMap.size());    //{} 0
    }
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看完不赞,都是坏蛋
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