Java内存与垃圾回收篇（本地方法栈堆方法区）

Posted 2021-05-16 狗哥狗弟齐头并进

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java内存与垃圾回收篇（本地方法栈堆方法区）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1 本地方法接口

1.1 什么是本地方法？

一个Native Method就是一个Java调用非Java代码的接口。本地方法的实现不是基与Java而是基于C或者C++；
作用：是为了融合不同的编程语言为Java所用，它的初衷是融合C++程序。

1.2 为什么要使用本地方法呢？

应用需求：有时候Java应用需要与Java外面的环境交互，我们开发一般都是面向的Spring框架，很少有人去关注JVM底层。而底层最终还是需要与操作系统或者某些硬件进行信息的交换。本地方法只提供接口，无需了解其繁琐的实现。
与操作系统交互：Java支持者Java语言本身和运行时，是Java程序生存的平台。说到底JVM并不是完整的系统，还需要底层操作系统的h支持。
通过使用本地方法，我们得以用Java实现jre的与底层系统的交互，甚至JVM的一些部分就是用C写的。

2 本地方法栈

首先明确一点就是当某个线程调用一个本地方法时，它就进入了一个全新的并且不再受虚拟机限制的师姐。它和虚拟机拥有同样的全新啊，

本地方法可以通过本地方法接口来访问虚拟机内部运行时数据区
可以直接使用本地处理器中的寄存器
直接从本地内存的堆中分配任意数量的内存
本地方法栈用来管理本地方法的调用
是线程私有的，而且是用C语言实现的

在HotSpot虚拟机中，本地方法栈与虚拟机栈合二为一叫做栈。

3 堆(重点)

3.1 堆的核心概述

一个JVM实例只存在一个堆内存，堆是Java内存管理的核心区域。Java堆区在JVM启动国得时候就呗创建了，空间大小可以自己通过参数设置（继续阅读)。堆可以处于物理上不连续的内存空间中，但是在逻辑上应该被视为连续的。所有的线程是共享Java堆的，其中一个重要的概念是TLAB.

*几乎所有的对象实例都在堆中分配内存。
数组和对象可能永远不会存储在栈上，因为栈帧中保存引用，这个引用指向对象或数组在堆中的位置。
对象在使用完是通过垃圾回收机制移除的。
最重要的是堆是GC执行垃圾回收的重点区域。

3.2堆的内存细分

如图：
在这里插入图片描述

Java 7之前分为：新生代（Eden区和s0，s1区）+老年代+永久代

Java8以及之后为：新生代（Eden区和s0，s1区）+老年代+元空间。

3.3 设置堆的内存大小与OOM

3.3.1 设置堆内存大小

-Xms 10M 表示初始内存等价于-XX:initislHeapSize
-Xmx 20M 表示最大内存等价于-XX:MaxHeapSize
这俩参数放在一起使用，表示初始化堆内存为10M，最大堆内存为20M

但是默认情况下，初始内存大小为物理内存大小的六十四分之一。最大内存为物理内存大小的四分之一。

开发中建议把初始堆内存和最大堆内存设置成相同的值。

3.3.2 OOM (OutOfMemory)

OOM值得是内存溢出，具体是哪里溢出会在错误信息中爆出来。

public class OOM{
		public static void main(String args[]){
		Arraylist<Picture> list =new ArrayList<>();
		while(true){
		list.add(new Picture(new Random().nextInt(1024*1024)))
        }
		}

}

无限制的往堆内添加数据，会导致堆内存溢出。

3.2 年轻代与老年代

存储在JVM中的Java对象可以被划分为两类：
1、生命周期较短的瞬时对象，这类对象的创建和消亡很迅速。
2、生命周期很长，很有可能与JVM的周期一样。

Java堆区如果进一步细分的话，可以划分为年轻代与老年代

年轻代又可以划分为：Eden空间、Survivor0、Survivor1区。或者是From to区，主要是描述垃圾回收的过程从哪到哪。
在这里插入图片描述
年轻代是垃圾回收很频繁的区域，因为年轻所以存放的是一些生命周期较短的，根据垃圾回收机制，生命周期较长或者对象很大都被移入老年代空间了。

通过参数-XX:NewRation=？可以配置新生代与老年代的占比。默认是1：2

在新生代中，Eden区与S0，S1区的比例是 8：1：1.
因为新生代是存放生命周期短的对象，所以几乎所有的Java对象都是在Eden区被new出来的。但是对于占据空间很大的大对象，他们的创建是在老年代。同样的Eden区也是进行垃圾回收最频繁的地方。基本满足“朝生夕死”。
-Xmn设置新生代的空间的大小优先级高但是一般不设置

3.4 对象的分配过程

为新对象分配内存是意见非常严谨和复杂的任务，JVM的设计者门不仅需要考虑内存如何分配，在哪里分配等问题，并且由于内存分配算法与内存回收算法密切相关，所以还需要考虑GC执行完内存中是否存在内存碎片。

对象的分配有以下几个步骤：

new的对象先存放在Eden区。此区大小有限制。
当Eden区的空间填满时，程序需要创建对象，JVM的垃圾回收器将堆Eden区进行垃圾回收，此时垃圾回收为Minnor GC ，将伊甸园区的不再被使用的对象的引用进行i笑傲会，再加载新的对象Eden区。
Minor Gc之后，将Eden区的剩下的对象移入到S0区。
如果再此触发GC，那么Eden区gc剩下的对象和S0区Gc生下来的对象被存放再S1区。那么如果再出现GC就会相同的方法从S1到S0.
那么问题来了，老年代是干啥的？啥时候判断一个对象老了。可以设置参数-XX:MaxTenuringThreshold= 进行设置。默认为15次GC。
老年代的垃圾回收没有那么频繁。当老年代进行垃圾回收的时候会触发Major GC，如果当Major GC之后发现依然无法进行对象的保存就会触发OOM异常。

语言描述此过程：

新new的对象是在伊甸园区，但是当伊甸园区满的时候，YGC表示年轻的垃圾回收机制就会判断哪一个对象为垃圾，哪一个对象不是垃圾。图中红色为垃圾，绿色不是垃圾。然后将绿色的放入S0中，此时提供一个年龄计数器，并且设置其年龄为1。
重复伊甸园区的满步骤，当伊甸园区又满了的时候，又会将不为垃圾的对象放到to空间。如果刚才在S0的对象还需要使用就方法在S1。然后S0就空了，往复循环，谁空谁就是to空间。
特殊情况：当循环次数大于15 当年龄大于15的时候，就从年轻代进入老年代区。可以通过-XX：MaxTenuringThreshold=设置。

幸存者区满的时候不触发垃圾回收机制，当伊甸园区满的时候会同时对伊甸园区和幸存区进行垃圾回收。
在这里插入图片描述
对于对象很大的情况，需要方法老年代，当老年代也放不下的时候就及逆行GC,MGC和FGC如果都放不下，就报OOM异常。

3.5 MinorGC、MajorGC、 FullGC

首先要明确一点是，JVM虚拟机并非每次进行GC的时候，都对上面三个内存区域一起回收，大部分时候回收的都是指新生代。

针对HotSpot虚拟机，它里面的GC按照回收区域又分为两大类型，一种是部分收集，一种是整堆收集。
部分收集：不是完整收集整个Java堆的垃圾收集。其中分为：
新生代收集（Minor GC/ Young GC）:只是新生代的垃圾收集
老年代收集（Major GC/ Old GC）:只是老年代的垃圾收集
目前只有CMS 才会进行单独收集老年代的行为，
目前只有G1 垃圾回收器会进行混合收集。

整堆收集：Full GC收集震哥哥Java堆和方法区的垃圾收集。

3.6堆空间分代思想

为什么要进行Java堆分代，不分代就不能正常工作了吗？

研究表面，不同对象的生命周期不同。70%-99%的对象是临时对象。
不分代也是完全可以得，分代得唯一理由就是优化GC新跟那个。如果不分代，那所有得对象都在一块，就如同把一个学校得人都关在一个教室。GC得时候要找到哪些对象没用，这样就会堆得所有区域进行扫描。而很多对象都是很快消亡得。如果分代，把新创建得对象放到某一地方，当GC得时候先把这块存储“朝生夕死”对象区域进行回收，这样就会腾出很大得空间出来。

3.7 TLAB与内存分配测量

如果对象在Eden区出生并经过第一次GC之后后仍然存活，如果S0区还有空间那么就将对象移动到S0区，并将对象年龄设为1.对象在S区中没熬过一次GC年龄就加1，当年龄增加到我们自己设置的值，或者是15岁得时候，就会被晋升为老年代，
-XX:MaxTenuringThreshold

TLAB存在得意义是什么？
TLAB（Thread Local Allocation Buffer）

堆区是线程共享区域，任何线程都可以访问到堆区中得共享数据
由于对象实例得创建在JVM中非常频繁，因此在并发环境下从堆区中划分内存空间是线程不安全得。
为了避免多个线程操作同一地址，需要使用加锁等机制，进而影响分配速度。

TLAB是什么？

从内存模型而不是垃圾收集得角度，对Eden区继续进行划分，JVM为每个线程分配了一个私有得缓冲区，包含在Eden空间。
读线程同时分配内存得时候，使用TLAB可以避免一些列的非线程安全问日，同时还能够提升内存分配的吞吐量，因此我们可以将这种内存分配反方式称为快速分配策略。
JVM将TLAB作为内存分配的首选，
通过-XX:UseTLAB 设置是否开启TLAB空间
默认情况下，TLAB空间的内存非常小，仅栈整个Eden空间的1%，当然我们可以通过-XX:TLABWasteTargetPercent设置TLAB占用Eden空间的百分比。
一旦对象在TLAB空间分配内存失败时，JVM就会尝试着通过使用加锁机制确保数据操作的原子性，从而直接在Eden空间中分配内存。