JVM 学习笔记 一 JVM 内存结构 垃圾回收

JVM 内存结构

1. 线程独占的
   （1）程序计数器 PC
   （2）虚拟机栈：线程运行需要的内存空间，其中是一个一个栈帧。栈帧是每个方法运行时需要的内存，当前正在执行的方法对应的栈帧叫做活动栈帧。
   （3）本地方法栈：调用到本地方法时对应的内存空间。
2. 线程共享的
   （1）堆：主要存放 new 出来的对象。
   （2）方法区：一种规范，逻辑上属于堆内存，但也可以不在其中。1.6实现为永久代；1.8 实现为元空间，使用系统内存。

StringTable 串池

1. 位置：1.6 在永久代的常量池中（回收效率低），1.8在堆内存中
2. 原理：底层通过哈希表实现，避免对相同对象的重复创建
3. 字符串变量之间的拼接原理时 StringBuilder（1.8），通过 new 的方式在堆中创建对象
4. 字符串常量之间的拼接在编译期间优化，对象在串池中
5. 可以使用 String 的 intern() 方法，将不在串池中的对象放入串池。
   （1）1.8 中，如果串池中没有此对象，则将该对象放入串池，如果有则不放入，并返回串池中的对象。
   （2）1.6 中，如果串池中没有此对象，则会创建一个副本放入串池，如果有则不创建，并返回串池中的对象。

直接内存

1. 特点
   （1）常见于 NIO 操作时，用于数据缓冲区
   （2）分配回收成本较高，但读写性能高
   （3）不受 JVM 内存回收管理

2. 分配和回收原理
   （1）使用 Unsafe 类对其进行分配和回收，回收需要手动调用 freeMemory方法
   （2）ByteBuffer 的实现类内部，使用了 Cleaner （虚引用）来监测 ByteBuffer 对象，一旦ByteBuffer 对象被垃圾回收，那么就会由 ReferenceHandler 线程通过 Cleaner 的 clean 方法调用 freeMemory 来释放直接内存

垃圾回收

如何判断对象是否应该被垃圾回收

1. 引用计数法：当对象被引用的个数为 0 时，才被判定应该被回收。缺点：循环引用无法回收。
2. 可达性分析（JVM 采用）：判断是否可从 GCROOT 达到该对象
3. 哪些对象可以作为 GCROOT ？
   （1）System Class 系统核心类
   （2）Native Stack 本地方法栈中的类
   （3）Busy Moniter 锁对象
   （4）Thread 中用到的对象

五种引用

1. 强引用：由 GCROOT 直接或间接引用
2. 软引用：发生 GC 之后仍然内存不足，就会释放软引用的对象。（可以关联引用队列）
3. 弱引用：只要发生 GC，就会回收弱引用指向的对象。（可以关联引用队列）
4. 虚引用：主要配合 ByteBuffer 用于释放直接内存。（必须关联引用队列）
5. 终结器引用：用于释放对象，调用 finalize 方法。（必须关联引用队列）

当引用关联了引用队列后，一旦所引用的对象被回收，自己也会进入索引队列，等待被回收。

垃圾回收算法

1. 标记清除：优点：快，不用真正删，只需将需要删除的区域设为空闲。缺点：会产生内存碎片
2. 标记整理：优点：无碎片。 缺点：慢，因为需要移动。
3. 复制算法：优点：快，没有碎片。缺点：需要占用双倍空间。
4. 分代算法：将堆内存区域划分为新生代和老年代，新声代又划分为伊甸园和幸存区，进行分代回收。

垃圾回收器

1. 串行：单线程工作，工作时需要 STW
   （1）Serial：工作在新生代，使用复制算法
   （2）SerialOld：工作在老年代，使用标记整理算法

2. 吞吐量优先：多线程工作，工作时需要 STW，在垃圾回收时占用全部 cpu
   （1）ParallelGC：工作在新生代，使用复制算法
   （2）ParallelOldGC：工作在老年代，使用标记整理算法

3. 响应时间优先：ConncurrentMarkSweep，简称 CMS ，并发标记清理，分为以下四个个阶段。工作在老年代
   （1）初始标记：会 STW，只标记和 GCROOT 直接相连的对象，耗时很短
   （2）并发标记：与用户线程一起执行，标记其他可达对象
   （3）重新标记：会 STW，在并发标记的过程中，用户线程可能会改遍一些引用，所以需要重新标记。
   （4）并发清理：与用户线程一起执行，使用标记清除算法
   CMS 的缺点：
   （1）由于使用的是标记清除算法，会产生内存碎片。
   （2）在并发清理的过程中，用户线程又会产生新的垃圾，这些垃圾无法在此次垃圾回收过程中被回收，只能等待下一次，这些垃圾又被称作浮动垃圾，所以 CMS 不能等到内存不足时在执行垃圾回收，一般当内存占比超过一定阈值时就触发垃圾回收。
   （3）当碎片过多或浮动垃圾过多导致内存不足，会导致并发失败，此时会将垃圾回收器退化为串行回收器，导致响应时间急剧上升。

4. G1（Garbage First）