JVM原理浅析

1. JVM运行时数据区

• 方法区：JVM用来存储加载的类信息、常量、静态变量、编译后的代码等数据。该部分数据是线程共享的。jdk1.8之前方法区放在永久代，jdk1.8开始方法区放在元空间，元空间并不在JVM中，而是使用本地内存。
• 堆内存（heap）：在JVM启动时创建，存放对象的实例。该部分数据是线程共享的。堆内存分为老年代和新生代。新生代又分为Eden和Survivor区。Survivor区由FromSpace和ToSpace组成。Eden区占大容量，Survivor两个区占小容量，默认比例是8:1:1。
• 栈内存（stack）：栈分为虚拟机栈和本地方法栈。
  虚拟机栈：在线程创建的时候，会分配一个独立的虚拟机栈，其它线程是无法访问当前线程的虚拟机栈的。虚拟机栈由栈帧组成，一个方法对应一个栈帧。栈帧内容包括局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址、附加信息等。
  本地方法栈：本地方法栈是虚拟机调用Native本地方法栈时使用。
• 程序计数器：记录当前线程执行字节码的位置。在CPU切换线程使用权时，通过程序计数器来恢复当前线程在上次交出CPU使用权时程序执行到的位置，从而确保程序能连续正确的执行。

2. 堆内存的分代和垃圾回收

2.1 堆内存分代概念

新生成的对象首先放到年轻代Eden区，当Eden空间满了，触发Minor GC，存活下来的对象移动到Survivor0区，Survivor0区满后触发执行Minor GC，Survivor0区存活对象移动到Suvivor1区。经过多次Minor GC仍然存活的对象移动到老年代。
老年代存储长期存活的对象，占满时会触发Major GC=Full GC，GC期间会停止所有线程等待GC完成，所以对响应要求高的应用尽量减少发生Major GC，避免响应超时。
Minor GC ： 清理年轻代
Major GC ： 清理老年代
Full GC ： 清理整个堆空间，包括年轻代和永久代
所有GC都会停止应用所有线程。

2.2 垃圾回收算法（GC，Garbage Collection）

• 标记-清除（Mark-Sweep）
  GC分为两个阶段，标记和清除。首先标记所有可回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。同时会产生不连续的内存碎片。碎片过多会导致以后程序运行时需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存，而不得已再次触发GC。
• 复制（Copy）
  将内存按容量划分为两块，每次只使用其中一块。当这一块内存用完了，就将存活的对象复制到另一块上，然后再把已使用的内存空间一次清理掉。这样使得每次都是对半个内存区回收，也不用考虑内存碎片问题，简单高效。缺点需要两倍的内存空间。
• 标记-整理（Mark-Compact）
  也分为两个阶段，首先标记可回收的对象，再将存活的对象都向一端移动，然后清理掉边界以外的内存。此方法避免标记-清除算法的碎片问题，同时也避免了复制算法的空间问题。
  一般年轻代中执行GC后，会有少量的对象存活，就会选用复制算法，只要付出少量的存活对象复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高，没有额外过多内存空间分配，就需要使用标记-清理或者标记-整理算法来进行回收。
  问题1：为什么分代？
  将对象根据存活概率进行分类，对存活时间长的对象，放到固定区，从而减少扫描垃圾时间及GC频率。针对分类进行不同的垃圾回收算法，对算法扬长避短。
  问题2：为什么survivor分成两块内存相等的S0和S1区？
  解决内存碎片化问题（内存碎片化是指对象占用不连续的内存，剩下未占用的连续内存不够新对象存放）。为垃圾回收算法“标记-清楚-复制”而准备。