JVM及其垃圾回收机制（GC)

目录

一.JVM内存区域划分

二.JVM类加载机制

类加载过程

类加载的时机

双亲委派模型

三.JVM垃圾回收机制（GC)

GC工作过程

1.找到垃圾/判断垃圾

（1）引用计数【python/PHP】

（2）可达性分析【Java】

2.对象释放

（1）标记清除算法

（2）复制算法

（3）标记整理算法

（4）分代回收算法

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JVM即Java虚拟机

一.JVM内存区域划分

JVM是一个应用程序，要从操作系统里申请内存。在启动的时候，会申请到一个很大的内存区域。JMV要根据需要，把整个空间分成几个部分，每个部分各自有不同的功能作用。

此处的栈，不是数据结构中的栈（后进先出），这里的栈是JVM的一个特定空间。对于JVM虚拟机，用来存储native方法之间的调用关系；对于本地方法栈，存储的是native方法之间的调用关系。

栈空间的内部包含多个元素，每个元素表示一个方法。每个元素称为一个“栈帧”，一个栈帧中包含这个方法的入口地址、参数、返回地址、局部变量.....

方法区：一个进程里只有一块，多个线程共用这一块

栈：每个线程有一份，每个进程有N个

堆：每个进程有N个

每个线程用自己的栈，多个线程用同一个堆。

基本原则：

1.局部变量在栈上

2.普通成员变量在堆上

3.静态成员变量在方法区（元数据区）

二.JVM类加载机制

类加载就是.class文件，从文件（硬盘）被加载到内存中（元数据区）的过程。

类加载过程

记忆：

加载：找到.class文件，读取文件内容

验证：根据jvm虚拟机规范，检查.class文件的格式是否符合要求

准备：给类对象分配内存空间（此时内存初始化全成0）

解析：对字符串常量进行初始化，把符号引用转换成直接引用。

初始化：调用构造方法，对类对象里的内容进行初始化。加载父类，执行静态代码块。

类加载的时机

不是Java程序一运行就把所有的类加载了，而是正真用到才加载。

1.构造类的实例

2.调用这个类的静态方法/使用静态属性

3.加载一个子类就需要先加载其父类

双亲委派模型

描述的是这个加载，找.class文件的基本过程

JVM默认提供了三个类加载器

首先加载一个类的时候，是先从ApplicationClassLoader开始，一层一层往上委托给自己的父亲。当没有父亲/父亲加载完，没有上级的类，才由本层进行加载。当轮到BootstrapClassLoader进行加载时，它会负责搜索自己负责的标准库相关的类，如果找到就加载。如果没有找到就继续由子类加载器加载。

这个顺序最主要的目的就是为了保证Bootstrap能够先加载，Application能够后加载。这样的机制可以保证当用户在自己的代码中创建了一个和标准库相同名字的类的时候，不会让jvm已有的代码混乱。

三.JVM垃圾回收机制（GC)

垃圾：不再使用的内存

垃圾回收机制：把不用的内存自动释放

GC主要针对堆进行释放的。GC是以“对象”为基本单位，进行回收的。

GC回收的是整个对象都不再使用的情况。

GC工作过程

1.找到垃圾/判断垃圾

判断对象是否有“引用”指向它。Java中是通过引用来使用对象的。如果一个对象没有引用指向了，就不会再被使用了。

（1）引用计数【python/PHP】

给每个对象分配了一个计数器，每次创建一个引用指向该对象，计数器+1；每次引用被销毁，计数器减-1。

局限：

1）内存空间浪费多，每个对象都需要分配一个计数器。（当对象本身很小时，多一个计数器的空间，会使空间的利用率大大降低）

2）存在循环引用的问题。（当两个对象相互指向时，此时销毁一个对象，两个对象的计数器都-1,但实际上销毁一个对象，另外的一个对象也会不存在）

（2）可达性分析【Java】

前提：Java中的对象都是通过引用来指向访问的。Java中的对象通过链式/树形结构，整体串起来（类比定义一个二叉树）

可达性分析，就是把所有这些对象被组织的结构视为是树，从根节点出发，遍历树，所有能被访问到的对象，标记为“可达”（不能访问到的就标记为“不可达”）

jvm通过上述遍历，把不可达的作为垃圾进行回收。

2.对象释放

（1）标记清除算法

简单粗暴，把标记的垃圾清除掉。但是被释放的空闲空间是零散的，不是连续的。

而申请内存时要求的是连续的空间。（总的空闲空间很大，但是每个具体的空间都很小，可能导致在申请较大一点的内存的时候就申请失败了）

（2）复制算法

复制算法解决的就是上述标记清除算法带来的“内存碎片”问题

缺点：

1.空间利用率低

2.如果垃圾比较少，有效对象多，复制成本就比较大

（3）标记整理算法

保证了空间利用率，同时也解决了内存碎片。但是效率并不高，搬运空间大时，效率会降低。

上述的三种算法，都有各自的缺点。所以把垃圾回收分成不同的场景，让三种算法对应不同的需求，扬长避短。为此提出了分代回收算法。

（4）分代回收算法

根据生命周期的长短，分别使用不同的算法。给对象引入“年龄”这个概念（年龄：熬过GC的轮次，经历一轮可达性分析的遍历，判断是否是垃圾）

年龄越大，这个对象存在的时间越久。

伊甸区到幸存区：复制算法

幸存区之后，也要周期性的接受GC的考验。如果变成垃圾就要被释放，如果不是垃圾就被拷贝到另外一个幸存区。俩个幸存区同一个时刻只用一个，两者之间来回拷贝。幸存区的体积不大，空间浪费也就不大。

两个幸存区之间：复制算法

如果对象在俩个幸存区之间已经来回拷贝许多次，这个时候就要进入老年代。老年代也要周期性扫描，，但是频率会更低。

老年代对象是垃圾时，使用标记整理的方式进行释放。