关于JVM和Hotspot，你也许有这么几个容易晕的问题

Posted 2021-04-17 悦码

1.JVM的结构到底有哪些？

快速过一遍JVM的内存结构，JVM中的内存分为5个虚拟的区域：

堆

▪ 你的Java程序中所分配的每一个对象都需要存储在内存里。堆是这些实例化的对象所存储的地方。是的——都怪new操作符，是它把你的Java堆都占满了的！

▪ 它由所有线程共享

▪ 当堆耗尽的时候，JVM会抛出java.lang.OutOfMemoryError 异常

▪ 堆的大小可以通过JVM选项-Xms和-Xmx来进行调整

堆被分为：

▪ Eden区 —— 新对象或者生命周期很短的对象会存储在这个区域中，这个区的大小可以通过-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize参数来调整。新生代GC（垃圾回收器）会清理这一区域。

▪ Survivor区 —— 那些历经了Eden区的垃圾回收仍能存活下来的依旧存在引用的对象会待在这个区域。这个区的大小可以由JVM参数-XX:SurvivorRatio来进行调节。

▪ 老年代 —— 那些在历经了Eden区和Survivor区的多次GC后仍然存活下来的对象（当然了，是拜那些挥之不去的引用所赐）会存储在这个区里。这个区会由一个特殊的垃圾回收器来负责。年老代中的对象的回收是由老年代的GC（major GC）来进行的。

方法区

▪ 也被称为非堆区域（在HotSpot JVM的实现当中）

▪ 它被分为两个主要的子区域

持久代

这个区域会 存储包括类定义，结构，字段，方法（数据及代码）以及常量在内的类相关数据。它可以通过-XX:PermSize及 -XX:MaxPermSize来进行调节。如果它的空间用完了，会导致java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space的异常。

代码缓存

这个缓存区域是用来存储编译后的代码。编译后的代码就是本地代码（硬件相关的），它是由JIT（Just In Time)编译器生成的，这个编译器是Oracle HotSpot JVM所特有的。

JVM栈

▪ 和Java类中的方法密切相关

▪ 它会存储局部变量以及方法调用的中间结果及返回值

▪ Java中的每个线程都有自己专属的栈，这个栈是别的线程无法访问的。

▪ 可以通过JVM选项-Xss来进行调整

本地栈

▪ 用于本地方法（非Java代码）

▪ 按线程分配

PC寄存器

▪ 特定线程的程序计数器

2.为什么JVM规范里面从来没有出现过永久代这个词？

根据 JVM 规范，JVM 内存共分为虚拟机栈、堆、方法区、程序计数器、本地方法栈五个部分:

绝大部分 Java 程序员应该都见过 "java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space "这个异常。这里的 “PermGen space”其实指的就是方法区。前者是 JVM 的规范，而后者则是 JVM 规范的一种实现，并且只有 HotSpot 才有 “PermGen space”，而对于其他类型的虚拟机，如 JRockit（Oracle）、J9（IBM） 并没有“PermGen space”。由于方法区主要存储类的相关信息，所以对于动态生成类的情况比较容易出现永久代的内存溢出。最典型的场景就是，在 jsp 页面比较多或者加载的包较多的情况，容易出现永久代内存溢出。因此，你会看到Java8虚拟机规范和Java7并没有什么不同，但是所有人都在告诉你:Hotspot虚拟机舍弃了永久代。

3.JDK7中的永久代会回收吗？它回收哪些东西？

一般的垃圾回收不会发生在永久代，如果永久代满了或者是超过了临界值，会触发完全垃圾回收(FullGC)。如果仔细查看垃圾收集器的输出信息，就会发现永久代也是被回收的。那么永久代能回收什么呢？一，废弃的字符串常量，二，不再被引用的class对象。正确的设置永久代大小对避免FullGC是非常重要的原因。所以引起full GC的原因不光是老年代满了或者超过临界值，也有可能是永久代满了或者超过临界值。

4.永久代已经没了。那么JVM规范中的方法区HotSpot是如何实现的？

JDK8的Hotspot使用Metaspace(元空间)代替了永久代。相比较永久代，有如下的一些改变。

其中有如下一段话：

元空间被直接接分配在本地内存。默认的元数据空间分配只受到本地内存的限制。我们可以使用一个新的MaxMetaspaceSize选项来设置元空间占用本地内存的大小。这个选项与MaxPermSize类似。当元空间使用量MetaspaceSize设置的值（32位的client模式默认是12M，32位的server模式是16M，64位的server模式则会更多）达到了垃圾收集器会收集那些不再使用的classloader和class会被回收。所有设置一个较大的MetaspaceSize值会延迟垃圾收集发生的时间。在触发一次垃圾收集以后和下一次垃圾收集之前，元空间的使用值值会随着使用不断增加。

5.Hotpsot垃圾回收的原理是什么？

hotspot的垃圾收集的判定主要是使用可达性分析算法。在目前主流的编程语言(java,C#等)的主流实现中,都是称通过可达性分析(Reachability Analysis)来判定对象是否存活的。这个算法的基本思路就是通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起始点,从这些节点开始向下搜索,搜索所走过的路径称为引用链(Reference Chain),当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连(用图论的话来说,就是从GC Roots到这个对象不可达)时,则证明此对象是不可用的。如下图所示，对象object 5、object 6、object 7虽然互相有关联,但是它们到GC Roots是不可达的,所以它们将会被判定为是可回收的对象。

6.被判定为垃圾地对象一定会被回收吗？

即使在可达性分析算法中不可达的对象,也并非是“非死不可”的,这时候它们暂时处于“缓刑”阶段,要真正宣告一个对象死亡,至少要经历两次标记过程:

如果对象在进行可达性分析后发现没有与GC Roots相连接的引用链,那它将会被第一次标记并且进行一次筛选,筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。当对象没有覆盖finalize()方法,或者finalize()方法已经被虚拟机调用过,虚拟机将这两种情况都视为“没有必要执行”。(即意味着直接回收)

如果这个对象被判定为有必要执行finalize()方法,那么这个对象将会放置在一个叫做F-Queue的队列之中,并在稍后由一个由虚拟机自动建立的、低优先级的Finalizer线程去执行它。这里所谓的“执行”是指虚拟机会触发这个方法,但并不承诺会等待它运行结束,这样做的原因是,如果一个对象在finalize()方法中执行缓慢,或者发生了死循环(更极端的情况),将很可能会导致F-Queue队列中其他对象永久处于等待,甚至导致整个内存回收系统崩溃。

finalize()方法是对象逃脱死亡命运的最后一次机会,稍后GC将对F-Queue中的对象进行第二次小规模的标记,如果对象要在finalize()中成功拯救自己——只要重新与引用链上的任何一个对象建立关联即可,譬如把自己(this关键字)赋值给某个类变量或者对象的成员变量,那在第二次标记时它将被移除出“即将回收”的集合;如果对象这时候还没有逃脱,那基本上它就真的被回收了。

代码示例:

运行结果:

finalize mehtod executed!
yes,i am still alive:)
no,i am dead:(复制代码

SAVE_HOOK对象的finalize()方法确实被GC收集器触发过,并且在被收集前成功逃脱了。另外一个值得注意的地方是,代码中有两段完全一样的代码片段,执行结果却是一次逃脱成功,一次失败,这是因为任何一个对象的finalize()方法都只会被系统自动调用一次,如果对象面临下一次回收,它的finalize()方法不会被再次执行,因此第二段代码的自救行动失败了。因为finalize()方法已经被虚拟机调用过,虚拟机都视为“没有必要执行”(即意味着直接回收)