JVM虚拟机模型学习

2022-11-01  本文已影响0人  蓝调_4f2b

引言

先上图


JVM结构.png

栈

功能：存放局部变量(线程栈)

1. 栈帧

（1）概念
一个方法对应一块栈帧内存区域，该栈帧中保存方法中声明的局部变量


栈帧工作概念图.png

（2）栈帧结构
栈帧由局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等部分组成。其中：
操作数栈：方法运行时，用于变量操作的临时内存，如运算(1 + 1 = 2)时在操作数栈分配的内存中完成，后复制给栈帧中的局部变量；
动态链接：运行时，将符号变为其代码对应的直接内存地址(直接引用)；
例如：func()运行时，将方法区中对应逻辑地址拷贝入动态链接之中；
方法入口：返回main()栈帧；

2.程序计数器

(1) 概念：每一个线程独有的内存空间，存放每个线程即将执行的代码行号
(2) 作用：多线程场景下，当前线程CPU被抢占，挂起后由程序计数器记录的行号恢复程序


程序执行器概念图.png

3. 栈，方法区与堆关系

栈中对象通过指针指向其堆中分配地址
方法区中常保存常量，静态变量及类信息


栈，方法区与堆关系.png

4. 对象的创建及结构

对象创建流程.png

4.1 分配内存的方法：

（1）指针碰撞方法：
条件：当Java堆内存绝对整齐的排列时(较常见)

指针碰撞法.png
（2）空闲列表方式：
当java堆中已用内存不规整时，已使用的内存和空闲内存相互交错，无法使用指针碰撞方法，虚拟机中维持一个map，记录还有哪些内存块可用，有新对象要分配内存时，JVM分配map中的空闲内存块，并更新map中的信息。

5. 堆结构与垃圾收集

5.1 堆结构与垃圾收集结构图

堆结构与垃圾收集.png

注1: 一般老年代最后留存的对象为静态对象，在7*24小时web服务中，静态对象将一直存活
注2: 一个OOM（内存溢出）小案例

public class HeapTest {
  byte[] a = new byte[1024 * 100];
  public static void main(String[] args) {
    ArrayList<HeapTest> heapTests = new ArrayList<>();
    while(True) {
      heapTests.adds(new HeapTest());
     # 通过可达性分析方式不能回收该部分内存
    }
  }
}

5.2 对象的并发放入方式

在高并发web服务中，对象会尝试通过高并发的方式放入堆中分配的空间，其中有两种方式：
（1）Cas+失败重试方案
（2）本地线程分配缓冲(TLAB:JDK1.8默认方式)
JVM预先为每个线程分配对应的内存块

5.3 对象结构

（1）对象由对象头，实例数据及对齐填充组成


对象结构.png

（2）对象结构的优化：指针压缩(JDK默认：8字节对象压缩至4字节)

5.4 对象内存流程

对象内存流程.png

（1）对象逃逸现象及分析

例1:
User u = CreateUser();
public User CreateUser() {
  User user = new User();
  user.setId(1);
  return user;
}
// 局部对象user逃逸出了它的create方法，JVM视情况将这种对象的内存分配至堆中保存

例2:
public void CreateUser() {
  User user = new User();
  user.setId(1);
  return ;
}
//  该局部变量user未逃逸，对于该种情况，JVM将判断对象所占内存大小，若内存较小，将对象保存入方法createUser对应的栈桢中；
// 优点：该方法结束时，内存（栈桢）被销毁，该对象内存被回收，以这种方式降低GC频率

（2）JVM对象逃逸处理
JVM虚拟机通过参数(-XX:+DoEscapeAnalysis) JDK默认开启
标量替换：若栈桢中无连续空间放置对象，仅将对象中成员变量放入栈桢中


标量替换.png

标量替换参数：XX: +EliminateAllocations

5.5 对象的分配：

（1）对象主要在Eden区分配，当Eden区空间不足时触发一次minor GC
（2）大对象直接进入老年代（建议直接进入老年代，不然增加年轻代回收频率）
大对象定义： -XX : PretenureSize Threshold = 10000000(大对象对应阈值)
巧妙设计分代年龄：根据业务需要设置分代年龄，使对象不必经过15次GC才进入老年代区(-XX:MaxTenuringThreshold)

6. 老年代空间分配担保机制

老年代空间分配担保机制.png
注：在做gc之前，会判断老年代空间是否可存下eden区所有Obj，若存不下进行一次minor gc，通过老年代担保机制判断老年代剩余空间是否小于历史每次minor gc后进入OLD区对象平均大小，若不满足进行一次full gc。
优点：尽量减少做full gc的次数

7. 对象内存的回收

（1）引用计算方法：

main() {
  obj A  = new Obj();    // A计数值+1
  obj B = new Obj();
  A.instance = B;         // A计数+2
  B.instance = A;
}

A = null;    // A计数值-1

(2) 可达性分析
将GC roots对象作为起点，从此向下搜索引用对象，可找到的标为非垃圾对象，其余为垃圾对象.

根结点一般为：

8. 常见引用类型

9. 如何判断一个类已无用

回收元空间（方法区）内存：3个条件需均满足

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