JVM组成详解

Posted 2022-02-01 Ferron Zhu

文章目录

• • 1、JVM的堆
  • • 1.1、概述
    • 1.2、新生区
    • 1.3、老年区
    • 1.4、永久区
    • 1.5、OOM
  • 2、JVM中的栈
  • • 2.1、JVM栈
    • 2.2、本地方法栈
  • 3、PC寄存器
  • 4、GC机制
  • • 4.1、两种GC
    • 4.2、GC机制算法

1、JVM的堆

1.1、概述

JVM中的堆内存是JVM中占用内存最大的地方，它的内存是可以调节的。一个JVM中只有一个堆内存，它是存放Java中所有的实例对象和数组。它在逻辑上包括新生区、老年区和永久区(JDK版本不同，会有区别)，实际上JVM的总内存=新生区+老年区，物理上永久区并不存在。

1.2、新生区

​ 新生区是一个实例对象出生、生存甚至死亡的地方，绝大部分的实例对象都在新生区被GC机制所释放。新生区包括三部分，分别为伊甸园区、幸存0区和幸存1区；当伊甸园区被GC后，存活下来的实例对象则进入幸存0区或幸存1区，但是幸存0区和幸存1区是可交换的，关于这两者会在后面说明。

1.3、老年区

​ 当实例对象在新生区没有被GC机制释放时，则会进入老年区，老年区也存在GC机制。

1.4、永久区

​ 永久区(代)的概念其实涉及到另外两个概念：方法区和元空间，永久代和元空间是对方法区的实现方式而已，通俗来说就是永久代和元空间都属于方法区。因此我们接下来只讨论永久代和元空间，他们两个都属于方法区。JDK6及之前，永久代存在，而永久代包括常量池；当JDK7，提出了一个去永久代的概念，永久代就慢慢退化了，而永久代的常量池也移到了JVM的堆内存中；在JDK8中，就没有永久代这一说法了，而是改名叫做元空间。

1.5、OOM

​ 熟悉JVM调优的人应该都知道OutOfMemoryError(OOM)，该异常的意思是Java堆内存满了，出现该问题的原因就是当幸存区的对象被移到老年区，老年区触发GC后，仍然无法清除出空间，此时会出现OOM异常。分析该异常出现原因的步骤：

• 尝试手动扩大Java堆内存再尝试
• 如果扩大内存之后还出现OOM，则可能是代码逻辑出现问题，可以使用专业分析工具JPofiler来进一步判断。

2、JVM中的栈

JVM中包括两种栈：JVM栈和本地方法栈，两种栈其实本质差不多，区别在于一种是用来加载类方法，另外一种则是用来加载本地方法。

2.1、JVM栈

​ JVM栈主管某个线程的开始至终止。一个线程开始，其main方法(假设存在)会首先以栈帧的形式压入栈的最底部，然后接着其他方法的栈帧压入，当一个方法完成，则该方法的栈帧出栈，最终当main方法的栈帧出栈后，该进程终止，该JVM栈被释放。

​ 下面这图详细说明了栈帧的构成。

2.2、本地方法栈

​ 本地方法栈与JVM栈的构成类似，只不过其调用的是本地方法(native)。凡是带了native的关键字，说明java的作用范围达不到了，它会去调用底层C语言写的库，该方法被调用后会进入本地方法栈，此时本地方法栈会通过JNI(java本地方法接口)去调用本地方法库，JNI做的优点就是**拓展了java的使用，融合不同的编程语言为java使用，最初就是为了调用c和c++。**它会在内存中专门开辟一块标记区域：本地方法栈，它的目的是为了登记本地方法。

3、PC寄存器

​ PC寄存器也就是程序计数器，每个线程都是一个程序计数器，是线程私有的，就是一个指针，指向方法区的方法字节码(用来存储指向下一条指令的地址，也就是即将要执行的指令代码)，在执行引擎读取下一条指令。

4、GC机制

4.1、两种GC

• Minor GC：发生在新生区的GC，GC主要通过复制算法实现
• Major GC：也叫Full GC，发生在老年代。通常通过标记清除或标记整理算法实现。

4.2、GC机制算法

介绍GC机制算法之前，我们先来介绍几种基本GC算法

• 复制算法：
  • 新生区有两个幸存区，我们假设两个幸存区分别为幸存0区和幸存1区，刚开始都为空。伊甸园满了之后触发minor gc。
  • 每次gc都会将伊甸园中活的对象移到幸存0区或幸存1区，我们假设此时移入幸存0区。此时伊甸园为空。此时我们把幸存0区叫做from区，1区叫做to区。
  • 伊甸园又满了触发第二次gc。如果有活的对象进入另外一个空的幸存区，即幸存1区。此时则把原来幸存0区的元素复制到幸存1区，幸存0区为空。此时幸存1区为from区，幸存0区为to区。
  • 当一个对象经历了15次gc之后还没被清除，则进入老年代。该阈值MaxTenuringThreshold可以被调整。注：伊甸园区放不下，触发minor gc放到幸存区，幸存区放不下放到老年区，老年区放不下触发major gc，major gc没有则出现OOM
  • 复制算法保证其中有一个幸存区为空；复制算法适合存活率较低的地方：新生区
  • 好处：不会有内存碎片化
  • 坏处：需要额外的空间
• 标记清除算法：JVM通过引用计数法或者可达性分析算法来判断一个对象是否被引用，当其不被引用时，则将其清除
  • 好处：不需要额外的空间
  • 坏处：会产生内存碎片，两次扫描严重浪费时间
• 标记压缩(整理)算法：标记清除算法的优化，再次扫描，向一端移动存活的对象，防止内存碎片的产生
  • 好处：不会产生内存碎片
  • 坏处：多一次移动成本

GC算法：分代收集算法

• 年轻代：实例对象存活率低，使用复制算法
• 老年代：区域大，实例对象存活率高，标记清除+标记压缩混合实现(多少次清除后进行一次压缩是JVM中GC算法调优的一个参数)

活率低，使用复制算法

• 老年代：区域大，实例对象存活率高，标记清除+标记压缩混合实现(多少次清除后进行一次压缩是JVM中GC算法调优的一个参数)