Jvm内存模型和GC垃圾回收机制

2020-08-30 本文已影响0人奔跑吧李博

在我们程序运行中会不断创建新的对象，这些对象会存储在内存中，如果没有一套机制来回收这些内存，那么被占用的内存会越来越多，可用内存会越来越少，直至内存被消耗完。于是就有了一套垃圾回收机制来做这件维持系统平衡的任务。

Jvm内存模型

GC垃圾回收回收的是什么？当然是内存，那么我们先来复习一下内存的机制。

程序计数器（Program Counter Register）：

程序计数器是一个比较小的内存区域，用于指示当前线程所执行的字节码执行到了第几行，可以理解为是当前线程的行号指示器。字节码解释器在工作时，会通过改变这个计数器的值来取下一条语句指令。

每个程序计数器只用来记录一个线程的行号，所以它是线程私有（一个线程就有一个程序计数器）的。

虚拟机栈（JVM Stack）：

一个线程的每个方法在执行的同时，都会创建一个栈帧（Statck Frame），栈帧中存储的有局部变量表、操作站、动态链接、方法出口等，当方法被调用时，栈帧在JVM栈中入栈，当方法执行完成时，栈帧出栈。

本地方法栈：

与虚拟机栈意义相似，区别在于虚拟机栈用于使Java方法，而本地方法栈则是针对于Native方法服务。

堆区（Heap）：

堆区是理解Java GC机制最重要的区域。在JVM所管理的内存中，堆区是占用最大的一块，堆区也是Java GC机制所管理的主要内存区域，堆区由所有线程共享，在虚拟机启动时创建，堆区的存在是为了存储对象实例。

方法区（Method Area）

方法区是各个线程共享的区域，用于存储已经被虚拟机加载的类信息（即加载类时需要加载的信息，包括版本、field、方法、接口等信息）、final常量、静态变量、编译器即时编译的代码等。

创建对象使用内存的过程

Object obj = new Object()为例，Object obj表示一个本地引用，存储在JVM栈的本地变量表中。new Object()作为实例对象数据存储在堆中，堆中还记录了Object类的类型信息（接口、方法、属性、对象类型等）的地址，这些地址所执行的数据存储在方法区中。

GC垃圾回收机制

需要GC的原因：

1.分配内存
2.确保被引用对象的内存不被错误的回收
3.回收不再被引用的对象的内存空间

可回收对象的判定：

1.引用计数法
给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加1；当引用失效时，计数器值就减1；任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的。

优点：引用计数收集器可以很快地执行，交织在程序的运行之中。
缺点：很难处理循环引用，比如图中相互引用的两个对象则无法释放。

2.可达性分析算法（根搜索算法）
从GC Roots作为起点，向下搜索它们引用的对象，可以生成一棵引用树，树的节点视为可达对象，反之视为不可达。

可回收对象的场景：

1.显示地赋予某个对象为null或者将对象的引用指向另一个对象

Object object = new Object();
object = null;

Object one = new Object();
Object two = new Object();
one = two;

2.局部对象的使用

void fun(){
        Object object = new Object();
        ...
}

当方法执行完，object对象会被判定为可回收对象

3.只有弱引用与之关联
WeakRefrence<Object> obj = new WeakRefrence<Object>(new Object);

垃圾收集算法

1.Mark-Sweep（标记-清除）算法
标记清除：标记阶段的任务是标记出所有需要被回收的对象，清除阶段就是回收被标记的对象所占用的空间。

优点是简单，容易实现。
缺点是容易产生内存碎片。

2.Copying（复制）算法
它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用的内存空间一次清理掉，这样一来就不容易出现内存碎片的问题。

缺点：可使用内存缩减为一半大小。

3.Mark-Compact (标记—压缩)算法
在新生代中可以使用复制算法，但是在老年代就不能选择复制算法了，因为老年代的对象存活率会较高，这样会有较多的复制操作，导致效率变低。标记—清除算法可以应用在老年代中，但是它效率不高，在内存回收后容易产生大量内存碎片。因此就出现了一种标记—压缩算法，与标记—清除算法不同的是，在标记可回收的对象后将所有存活的对象压缩到内存的一端，使它们紧凑地排列在一起，然后对边界以外的内存进行回收，回收后，已用和未用的内存都各自一边。

4.Generational Collection（分代收集）算法

分代收集算法会结合不同的收集算法来处理不同的空间，因此在学习分代收集算法之前我们首先要了解Java堆区的空间划分。Java堆区的空间划分在Java虚拟机中，各种对象的生命周期会有着较大的差别。因此，应该对不同生命周期的对象采取不同的收集策略，根据生命周期长短将它们分别放到不同的区域，并在不同的区域采用不同的收集算法，这就是分代的概念。
现在主流的Java虚拟机的垃圾收集器都采用分代收集算法。Java 堆区基于分代的概念，分为新生代（Young Generation）和老年代（Tenured Generation），其中新生代再细分为Eden空间、From Survivor空间和To Survivor空间。

当执行一次Minor Collection时，Eden空间的存活对象会被复制到To Survivor空间，并且之前经过一次Minor Collection并在From Survivor空间存活的仍年轻的对象也会复制到To Survivor空间。

在老年代则会采用标记—压缩算法或者标记—清除算法。

Jvm内存模型和GC垃圾回收机制