前言
与C语言不同,Java内存(堆内存)的分配与回收由JVM垃圾收集器自动完成,这个特性深受大家欢迎,能够帮助程序员更好的编写代码,本文以HotSpot虚拟机为例,说一说Java GC的那些事。
Java堆内存
我们知道Java堆是被所有线程共享的一块内存区域,所有对象实例和数组都在堆上进行内存分配。为了进行高效的垃圾回收,虚拟机把堆内存划分成新生代(Young Generation)、老年代(Old Generation)和永久代(Permanent Generation)3个区域。
新生代
新生代由 Eden 与 Survivor Space(S0,S1)构成,大小通过-Xmn参数指定,Eden 与 Survivor Space 的内存大小比例默认为8:1,可以通过-XX:SurvivorRatio 参数指定,比如新生代为10M 时,Eden分配8M,S0和S1各分配1M。
Eden:希腊语,意思为伊甸园,在圣经中,伊甸园含有乐园的意思,根据《旧约·创世纪》记载,上帝耶和华照自己的形像造了第一个男人亚当,再用亚当的一个肋骨创造了一个女人夏娃,并安置他们住在了伊甸园。
大多数情况下,对象在Eden中分配,当Eden没有足够空间时,会触发一次Minor GC,虚拟机提供了-XX:+PrintGCDetails参数,告诉虚拟机在发生垃圾回收时打印内存回收日志。
Survivor:意思为幸存者,是新生代和老年代的缓冲区域。
当新生代发生GC(Minor GC)时,会将存活的对象移动到S0内存区域,并清空Eden区域,当再次发生Minor GC时,将Eden和S0中存活的对象移动到S1内存区域。
存活对象会反复在S0和S1之间移动,当对象从Eden移动到Survivor或者在Survivor之间移动时,对象的GC年龄自动累加,当GC年龄超过默认阈值15时,会将该对象移动到老年代,可以通过参数-XX:MaxTenuringThreshold 对GC年龄的阈值进行设置。
老年代
老年代的空间大小即-Xmx 与-Xmn 两个参数之差,用于存放经过几次Minor GC之后依旧存活的对象。当老年代的空间不足时,会触发Major GC/Full GC,速度一般比Minor GC慢10倍以上。
永久代
在JDK8之前的HotSpot实现中,类的元数据如方法数据、方法信息(字节码,栈和变量大小)、运行时常量池、已确定的符号引用和虚方法表等被保存在永久代中,32位默认永久代的大小为64M,64位默认为85M,可以通过参数-XX:MaxPermSize进行设置,一旦类的元数据超过了永久代大小,就会抛出OOM异常。
虚拟机团队在JDK8的HotSpot中,把永久代从Java堆中移除了,并把类的元数据直接保存在本地内存区域(堆外内存),称之为元空间。
这样做有什么好处?
有经验的同学会发现,对永久代的调优过程非常困难,永久代的大小很难确定,其中涉及到太多因素,如类的总数、常量池大小和方法数量等,而且永久代的数据可能会随着每一次Full GC而发生移动。
而在JDK8中,类的元数据保存在本地内存中,元空间的最大可分配空间就是系统可用内存空间,可以避免永久代的内存溢出问题,不过需要监控内存的消耗情况,一旦发生内存泄漏,会占用大量的本地内存。
ps:JDK7之前的HotSpot,字符串常量池的字符串被存储在永久代中,因此可能导致一系列的性能问题和内存溢出错误。在JDK8中,字符串常量池中只保存字符串的引用。
如何判断对象是否存活
GC动作发生之前,需要确定堆内存中哪些对象是存活的,一般有两种方法:引用计数法和可达性分析法。
1、引用计数法
在对象上添加一个引用计数器,每当有一个对象引用它时,计数器加1,当使用完该对象时,计数器减1,计数器值为0的对象表示不可能再被使用。
引用计数法实现简单,判定高效,但不能解决对象之间相互引用的问题。
public class GCtest {
private Object instance = null;
private static final int _10M = 10 * 1 << 20;
// 一个对象占10M,方便在GC日志中看出是否被回收
private byte[] bigSize = new byte[_10M];
public static void main(String[] args) {
GCtest objA = new GCtest();
GCtest objB = new GCtest();
objA.instance = objB;
objB.instance = objA;
objA = null;
objB = null;
System.gc();
}
}
通过添加-XX:+PrintGC参数,运行结果:
[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 26982K->1194K(75776K)] 26982K->1202K(249344K), 0.0010103 secs]
从GC日志中可以看出objA和objB虽然相互引用,但是它们所占的内存还是被垃圾收集器回收了。
2、可达性分析法
通过一系列称为 “GC Roots” 的对象作为起点,从这些节点开始向下搜索,搜索路径称为 “引用链”,以下对象可作为GC Roots:
本地变量表中引用的对象
方法区中静态变量引用的对象
方法区中常量引用的对象
Native方法引用的对象
当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链时,意味着该对象可以被回收。
在可达性分析法中,判定一个对象objA是否可回收,至少要经历两次标记过程:
1、如果对象objA到 GC Roots没有引用链,则进行第一次标记。
2、如果对象objA重写了finalize()方法,且还未执行过,那么objA会被插入到F-Queue队列中,由一个虚拟机自动创建的、低优先级的Finalizer线程触发其finalize()方法。finalize()方法是对象逃脱死亡的最后机会,GC会对队列中的对象进行第二次标记,如果objA在finalize()方法中与引用链上的任何一个对象建立联系,那么在第二次标记时,objA会被移出“即将回收”集合。
看看具体实现
public class FinalizerTest {
public static FinalizerTest object;
public void isAlive() {
System.out.println("I'm alive");
}
@Override
protected void finalize() throws Throwable {
super.finalize();
System.out.println("method finalize is running");
object = this;
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
object = new FinalizerTest();
// 第一次执行,finalize方法会自救
object = null;
System.gc();
Thread.sleep(500);
if (object != null) {
object.isAlive();
} else {
System.out.println("I'm dead");
}
// 第二次执行,finalize方法已经执行过
object = null;
System.gc();
Thread.sleep(500);
if (object != null) {
object.isAlive();
} else {
System.out.println("I'm dead");
}
}
}
执行结果:
method finalize is runningI'm aliveI'm dead
从执行结果可以看出:
第一次发生GC时,finalize方法的确执行了,并且在被回收之前成功逃脱;
第二次发生GC时,由于finalize方法只会被JVM调用一次,object被回收。
当然了,在实际项目中应该尽量避免使用finalize方法。
利用JConsole工具监控java程序内存和JVM
一.找到java应用程序对应的进程PID
linux: ps -ef|grep java
windows: netstat -ano|findstr "java"
二.启动JConsole监控工具
方法一:
打开cmd命令窗口,进入jdk安装路径下/bin目录,
输入命令:JConsole “PID号” 如图:
如图自动启动并打开JConsole监控界面:
方法二:进入jdk安装目录bin目录下,双击运行JConsole.exe程序,选择应用程序对应的PID程序连接或双击即可
三.对图表进行性能分析
JConsole主要是监控java应用程序,它是jdk自带的工具,一个基于JMX用于连接正在运行的JVM,会启动com.sun.management.jmxremote实现默认地JMX管理客户端。
1) 概要
概要界面可以实时查看java应用程序的堆内存使用情况、线程、类以及CPU使用情况,如图:
2) 内存
内存界面可以在图表选择“堆内存使用情况”和“非堆内存使用情况”实时图,并显示内存详细信息:使用内存、分配:最大值等,如图:
PS:重点关注使用内存的占比,使用内存与最大值之间的合理比值为1:3,已使用内存不能大于1/2最大值,否则内存存在瓶颈。
3) 线程
线程图不是重点关注,只关注该线程情况,并可以检测是否有死锁线程。
4) 类
类图并不是重点关注图,与应用程序类的多少有关,无固定值。
1) VM摘要
VM摘要图是观察JVM使用情况图
堆是由Java虚拟机(JVM,下文提到的JVM特指Sun hotspot JVM)用来存放Java类、对象和静态成员的内存空间,Java程序中创建的所有对象都在堆中分配空间,堆只用来存储对象,应用程序通过存放在堆栈(Stack)内的引用来访问堆数据,一个JVM进程只能拥有一个堆。JVM通过-Xms和-Xmx参数分别设置堆的初始值和最大值。
此图需要关注分析当前堆大小、堆大小的最大值、分配的内存,以及物理总内存和可用物理内存。