决战圣地玛丽乔亚Day38---JVM相关

Posted 2023-03-22 Dva清流

JVM的内存结构:

1.程序计数器：线程私有，保存执行指令地址。

2.java虚拟机栈（线程创建，并存方法调用的相关参数）：

每个线程在创建时候都会被分配一个虚拟机栈。当线程调用方法时，会创建一个栈帧，入栈，方法执行完毕栈帧出栈。

栈帧会在调用方法的时候把存局部变量表，操作数栈，动态连接，方法出口等信息存进去，然后压入java虚拟机栈。

3.本地方法栈

其他变成语言的接口。

4.java堆

所有线程共享的一块区域，优化GC主要优化的部分。

用来存一些实例对象（数组/普通对象）。

我们new Entity（）的时候会分配一块空间存这个Entity。

 

5.方法区

用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据

1）类信息：java程序运行，java虚拟机会把类的信息存在方法区。包括类的名称、父类的名称、类的修饰符、类的字段、方法等信息

2）  运行时常量池：方法区的一部分，存一些字面量和符号引用。其中包括字符串常量、类和接口的全限定名、字段和方法的名称和描述符等信息。

3）静态变量：由于静态变量是类级别的变量，因为这个是类的属性不属于对象的属性，所以存方法区。

4）即时编译后的代码

7.直接内存

与Java堆不同，直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。直接内存的分配不受Java堆大小的限制，但是会受到本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制

 

常量池的作用？为什么是-128~127?

1.常量池把所有的常量存储在一起，避免了重复分配的问题，如果用到就要重新分配，太浪费内存空间。

2.使用频繁，用常量池避免查找和创建的消耗。

3.动态解析：符号引用是通过类名、方法名、字段名等符号来引用类、方法、字段等元素的。在程序运行时，Java虚拟机需要将这些符号引用解析成实际的内存地址，才能进行方法调用、字段访问等操作

这个过程称为符号引用的动态解析。常量池存符号引用进行动态解析，符合java语言的动态语言特性。

-128~127：

这个范围的数字使用频率高，java虚拟机把这个范围作为常量池缓存而不是每次都重新创建。这个范围是整数常数，像Boolean、String、Double等没有常量池缓存限制。

 

永久代1,.8为什么会被移出到堆外？

之前永久代在java堆内的特殊区域，存元数据，静态变量，常量池等等。但是由于永久代大小有限，经常出现内存溢出。

所以1.8之后把元数据、静态变量、常量池等存储到本地内存（Native Memory），称之为元空间。

元空间相比之前的永久代的好处是：

元空间的大小是动态的，根据策略进行动态调整防止OOM。

避免了java堆的内存碎片化问题，提高内存使用率。

减少了FULL GC，提高程序响应速度和性能。

 

栈和堆：

栈主要存方法调用的东西。

堆主要存对象、数组等动态分配的东西，和类息息相关。对象创建时，java虚拟机在堆分配一个连续的空间并返回引用来存对象，对象不再被引用的时候，会通过垃圾回收算法对其进行回收操作。

栈溢出的情况:

1.递归调用过深。递归自身或其他方法，栈帧被大量创建打满java栈的大小。

2.方法调用层数过多

3.局部变量过多，方法的局部变量过多打满java虚拟机栈大小

 

如何进行垃圾回收：

1).标记阶段：Java虚拟机从根对象（如线程、静态变量等）出发，递归遍历所有可达对象，将它们标记为“存活”。

2).清除阶段：Java虚拟机清除所有未被标记的对象，释放它们所占用的内存空间。

3).整理阶段：Java虚拟机将所有存活对象向一端移动，从而使剩余的内存空间变成一块连续的空间，便于后续的对象分配。

首先，标记阶段有一个问题，如何判断对象是否可达？

引用计数器法：引用计数法是一种简单的判断对象是否可达的方法。它的原理是在每个对象中记录一个引用计数器，每当有一个对象引用它时，引用计数器加1，每当一个对象取消对它的引用时，

引用计数器减1。当某个对象的引用计数器为0时，就可以判断它已经不再被引用，可以被回收了。但是，引用计数法无法解决循环引用的问题，即两个或多个对象相互引用，导致它们的引用计数器永远不为0，无法被回收。

可达性分析：可达性分析法是一种更加可靠的判断对象是否可达的方法。它的原理是从一组根对象出发，遍历所有对象，将所有可达的对象标记为“存活”，所有不可达的对象标记为“死亡”，

从而回收它们所占用的内存空间。在可达性分析法中，通过一系列算法和数据结构，可以高效地判断对象是否可达，避免循环引用的问题。

1,从一组根对象（如线程、静态变量等）出发，将它们作为起始点，遍历所有与之相连的对象，将它们标记为“存活”。（根搜索）

2.将所有可达的对象标记为“存活”，不可达的对象标记为“死亡”。（对象标记）

3.清除所有被标记为“死亡”的对象，回收它们所占用的内存空间。（清除死亡对象）

4.将所有存活的对象向一端移动，从而使剩余的内存空间变成一块连续的空间，便于后续的对象分配（压缩存活对象）

具体的实现方法：

标记-清除算法：

最简单的方法。

1.标记所有可达对象存活，不可达对象死亡。

2.清除死亡对象回收空间

优缺点：内存碎片，回收效率低

标记-复制算法：

1.标记所有可达对象存活，不可达对象死亡。

2.在复制阶段，将所有存活的对象复制到另一个内存区域中，保证存活对象之间的空间是连续的。在清除阶段，将原来的内存空间清空，回收它们所占用的内存空间

加大内存负担，用更多空间保证内存碎片问题。

 

三色标记法：

白色：没有被标记过，一开始都是白色。（没有引用）
灰色：已经被标记过，但是该对象下的属性没有全被标记完（由引用，但是没有处理完引用关系）
黑色：已经标记过，并且该对象下的属性全部标记完毕。（有引用，不用清除）

1.从一组根对象出发，将它们标记为灰色，加入待处理队列

2.从待处理队列中取出一个灰色对象，将它标记为黑色，遍历所有与之相连的对象，将它们标记为灰色，加入待处理队列。

重复步骤2，直到待处理队列为空

3.清除所有被标记为白色的对象，回收它们所占用的内存空间。

结束后，白色里仍然没有标记的，是不可达，进行回收。

并发标记带来的问题：

1.并发修改导致标记结果不准确。 加锁/CAS等性能损失换原子性

2.漏标情况，应用程序动态产生新对象，漏标，内存泄漏。可以使用增量标记优化。

3.并发标记过程中，应用程序可能会持续地分配内存空间，导致垃圾回收器无法回收内存空间，从而导致内存空间的不足。为了解决这个问题，需要使用内存分配器的优化策略，如分代回收、TLAB等，以提高内存分配的效率和减少内存空间的浪费

 

如果并发标记，标记期间对象间的引用可能发生变化，就会出现多标漏标情况。
多标:
黑色，灰色变成白色，但是之前标记成了黑色，变成了不会被发现的浮动垃圾，交给下次gc处理即可,影响不大。
漏标：
并发标记的过程中，白色断开引用成为垃圾，黑色引用白色对象。但是黑色已经被完全扫描过不会重新扫描，导致对象需要被引用但是又面临被回收。CMS和G1都对此进行了优化

CMS:

对于CMS垃圾回收器而言，它采用增量标记的方式来解决漏标问题。增量标记是指在垃圾回收过程中，将标记过程分解成多个阶段，每个阶段只标记一部分对象，然后让应用程序继续执行一段时间，再继续标记下一部分对象。这样可以避免垃圾回收线程一次性占用太多CPU资源，同时也减少了漏标的可能性。

G1:

即使用 remembered set 来解决漏标问题。remembered set 是一种数据结构，用于记录从年轻代到老年代的引用关系，当年轻代中的对象被回收时，G1垃圾回收器会扫描 remembered set 中的引用关系，从而标记所有与之相关的对象。这样可以避免漏标问题，并且也减少了垃圾回收的开销。