20200317-1、JVM垃圾回收重要理论剖析【纯理论】

红太狼 2021-06-10 20:38 242阅读 0赞

JVM学习到这里，终于到学习最兴奋的地方了---垃圾回收，在学习它之前还得对JVM垃圾回收相关理论知识进行了解，然后再通过实践来加深对理论的理解，下面直接开始了解相关的理论：

**JVM运行时内存数据区域：**

这个在之前其实已经介绍过了，对于JVM的垃圾回收一定是回收内存里面的内容，所以如果不对内存区域的划分，区域存放的内容有所了解，那何谈垃圾回收呢？所以看一下下图对内存区域的划分描述：

![format_png][]

其这以上区域在上一次【[https://www.cnblogs.com/webor2006/p/10618362.html][https_www.cnblogs.com_webor2006_p_10618362.html]】都已经讲过了，下面再来整体回顾一下。

**方法区域：**

![format_png 1][]

其中它是数据是线程共享的：

![format_png 2][]

那所谓方法区域是线程共享的是指的啥意思呢？比如说一个类的class元信息就会映射到方法区域当中，那么这个元信息会被所有的线程所访问，因为只有一份，所以该区域是线程共享的。

下面再来阐述一下它：

*  存放了每个Class的结构信息，包括常量池、字段描述、方法描述。
 *  GC的非主要工作区域。

**Java虚拟机栈（JVM Stack）：**

![format_png 3][]

下面再对其进行一些阐述：

*  Java虚拟机描述的是Java方法的执行模型：每个方法执行的时候都会创建一个帧（Frame），栈用于存放局部变量表，操作栈，动态链接，方法出口等信息。一个方法的执行过程，就是这个方法对于栈帧的入栈出栈过程。
 *  它是线程隔离的，如图上所示。

**本地方法栈：**

![format_png 4][]

**堆：**

![format_png 5][]

它里面的数据也是线程共享的：

![format_png 6][]

下面再来阐述一下它：

*  堆里存放的是对象的实例。
 *  是Java虚拟机管理内存中最大的一块。
 *  GC主要的工作区域，为了高效的GC，会把堆细分更多的子区域。【这个在之后会细说】
 *  它是线程共享的，如图所示。

**程序计数器：**

![format_png 7][]

**JVM运行时数据区域例子：**

对于这样一个方法代码：

![format_png 8][]

以上方法在执行之后在内存中发生的变化如下：

*  生成了2部分的内存区域：1、obj这个引用变量，因为是方法内的变量，放到JVM Stack里面；2、真正Object class的实例对象，放到Heap里面。
 *  上述的new语句一共消耗12个bytes，JVM规定引用占4个bytes（在JVM Stack），而空对象是8个bytes（在Heap），实际占用16个字节，因为对象在jvm中占据字节数是8的倍数，还有4个padding字节。
 *  方法结束后，对应Stack中的变量马上回收，但是Heap中的对象要等到GC来回收。

**JVM垃圾回收（GC）模型：**

**垃圾判断算法：**

*  引用计数算法（Reference Counting）  
    ①、给对象添加一个引用计数器，当有一个地方引用它，计数器加1，当引用失效，计数器减1，任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的，比较好理解。  
    ②、引用计数算法无法解决对象循环引用的问题。啥意思，下面用图来说明一下：![format_png 9][]
    
    JVM中存在A、B两个对象，而A、B是相互引用着的，也就是A里面持有B的引用，而B里面又持有A的引用，如下：  
    ![format_png 10][]  
    而开始这两对象是被其它地方所引用着的，比如方法栈中，如下：  
      
    ![format_png 11][]  
    而之后虚拟机栈的这两个引用消失了，也就是整个虚拟机中就只有这两个相互引用的对象了，而这两对象不被任何对象所引用着了：  
    ![format_png 12][]  
    而根据引用计数器的定义规则，A和B的引用计数器都是1，但是实际这俩都是孤立的对象，所以如果采用引用计数来进行垃圾回收，则这俩对象永远不会被回收。
 *  根搜索算法（GC Roots Tracing）   
    既然引用计数算法存在对象循环引用的问题，所以此算法出现了，下面具体看下该算法：  
    ①、在实际的生产语言中（Java、C\#等），都是使用根搜索算法判断对象是否存活。  
    ②、算法基本思路就是通过一系列的称为“GC Roots”的点作为超始进行向下搜索，当一个对象到GC Roots没有任何引用链（Reference Chain）相连，则证明此对象是不可用的。   
    ③、在Java语言中，GC Roots包括【也就是什么是GC Roots?】：  
         a、在vm栈（帧中的本地变量）中的引用。  
              所以根据根搜索算法，由于目前没有栈中的引用指向A和B对象，所以这个算法规则这俩对象是可以被回收的了，如下：  
              ![format_png 13][]  
         b、方法区中的静态引用。  
         c、JNI(既一般说的Native方法)中的引用。

**方法区：**

*  Java虚拟机规范表示可以不要求虚拟机在这区域实现GC，这区域GC的“性价比”一般比较低。
 *  在堆中，尤其是在新生代，常规应用进行一次GC一般可以回收70%~80%的空间，而方法区的GC效率远小于此。
 *  当前的商业JVM都有实现方法区的GC，主要是回收两部分内容：废弃常量与无用类。
 *  类加收需要满足如下3个条件【条件是极其苛刻的】：  
    1、该类所有的实例都已经被GC,也就是JVM中不存在该Class的任何实例。  
    2、加载该类的ClassLoader已经被GC。  
    3、该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，如不能在任何地方通过反射访问该类的方法。
 *  在大量使用反射、动态代理、CGLib等字节码框架、动态生成JSP以及OSGi这类频繁自定义ClassLoader的场景都需要JVM具备类卸载的支持以保证方法区不会溢出。

**JVM常见GC算法：**

*  标记-清除算法（Mark-Sweep）
 *  标记-整理算法（Mark-Compact）
 *  复制算法（Copying）
 *  分代算法（Generational）

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