java虚拟机知识点总结(二)

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Java虚拟机知识点总结(二)

1、垃圾收集器与分配策略

1.1 对象是否死亡

​ 对堆垃圾回收前的第一步就是要判断那些对象已经死亡(即不能再被任何途径使用的对象) 。

1、引用计数法

给对象中添加一个引用计数器,每当有一个地方引用它,计数器就加1;当引用失效,计数器就减1;任何时候计数器为0的对象就是不可能再被使用的。

这个方法实现简单,效率高,但是目前主流的虚拟机中并没有选择这个算法来管理内存,其最主要的原因是它很难解决对象之间相互循环引用的问题

public class Count {
    private Object instance;
    
    public Count() {
        // 占据20M内存
        byte[] m = new byte[20 * 1024 *1024];
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Count c1 = new Count();
        Count c2 = new Count();
        
        c1.instance = c2;
        c2.instance = c1;
        // 断掉引用
        c1 = null;
        c2 = null;
        
        //垃圾回收
        System.gc();
    }
}

2、可达性分析法

此算法的核心思想:通过一系列称为“GC Roots”的对象作为起始点,从这些节点开始向下搜索,搜索走过的路径称为“引用链”,当一个对象到GC Roots没有任何的引用链相连时(从GC Roots)到这个对象不可达)时,证明此对象不可用。

可作为GC Roots的对象包括下面几种:

(1)虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中的引用对象

(2)方法区中类静态属性引用的对象

(3)方法区中常量引用的对象

(4)本地方法栈中JNI(即一般说的Native方法)引用的对象。

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1.2 四种引用

1、强引用

以前我们使用的大部分引用实际上都是强引用,类似于“Object obj = new Object()” ;这是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用,那就类似于必不可少的生活用品,垃圾回收器绝不会回收它。当内存空 间不足,Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误,使程序异常终止,也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足问题。

2、软引用

如果一个对象只具有软引用,那就类似于可有可物的生活用品如果内存空间足够,垃圾回收器就不会回收它,如果内存空间不足了,就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它,该对象就可以被程序使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。

3、弱引用

如果一个对象只具有弱引用,那就类似于可有可物的生活用品。弱引用与软引用的区别在于**:只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它 所管辖的内存区域的过程中,一旦发现了只具有弱引用的对象,不管当前内存空间足够与否,都会回收它的内存**。不过,由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程, 因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。

4、虚引用

"虚引用"顾名思义,就是形同虚设,与其他几种引用都不同,虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用,那么它就和没有任何引用一样,在任何时候都可能被垃圾回收

注意:虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动

虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于: 虚引用必须和引用队列(ReferenceQueue)联合使用。当垃 圾回收器准备回收一个对象时,如果发现它还有虚引用,就会在回收对象的内存之前,把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。程序可以通过判断引用队列中是 否已经加入了虚引用,来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。程序如果发现某个虚引用已经被加入到引用队列,那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。

特别注意,在程序设计中一般很少使用弱引用与虚引用,使用软引用的情况较多,这是因为软引用可以加速JVM对垃圾内存的回收速度,可以维护系统的运行安全,防止内存溢出(OutOfMemory)等问题的产生

5、生存还是死亡

即使在可达性分析法中不可达的对象,也并非是“非死不可”的,这时候它们暂时处于“缓刑阶段”,要真正宣告一个对象死亡,至少要经历两次标记过程;可达性分析法中不可达的对象被第一次标记并且进行一次筛选,筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize方法。当对象没有覆盖finalize方法,或finalize方法已经被虚拟机调用过时,虚拟机将这两种情况视为没有必要执行。被判定为需要执行的对象将会被放在一个队列中进行第二次标记,除非这个对象与引用链上的任何一个对象建立关联,否则就会被真的回收。

6、回收方法区

方法区(或Hotspot虚拟中的永久代)的垃圾收集主要回收两部分内容:废弃常量和无用的类。

判定一个常量是否是“废弃常量”比较简单,而要判定一个类是否是“无用的类”的条件则相对苛刻许多。类需要同时满足下面3个条件才能算是 “无用的类”

(1)该类所有的实例都已经被回收,也就是Java堆中不存在该类的任何实例。

(2)加载该类的ClassLoader已经被回收。

(3)该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用,无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

1.3 垃圾收集算法

1、标记–清除算法

算法分为“标记”和“清除”阶段:首先标记出所有需要回收的对象,在标记完成后统一回收所有被标记的对象。它是最基础的收集算法。

会带来两个明显的问题;

1、效率问题

2、空间问题(标记清除后会产生大量不连续的碎片

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2、复制算法(新生代)

为了解决效率问题,“复制”收集算法出现了。它可以将内存分为大小相同的两块,每次使用其中的一块。当这一块的内存使用完后,就将还存活的对象复制到另一块去,然后再把使用的空间一次清理掉。这样就使每次的内存回收都是对内存区间的一半进行回收。

现在的商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代,而是将内存分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间,每次使用Eden和其中一块Survivor。当回收时,将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性的复制到另外一块Survivor空间上,最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8:1,也就是每次新生代中可用内存为整个新生代容量的90%(80%+10%),只有10%的内存会被“浪费”。当Survivor空间不够用时,需要依赖其他内存(这里只老年代)进行分配担保。

img

3、标记–整理算法(老年代)

根据老年代的特点特出的一种标记算法,标记过程仍然与“标记-清除”算法一样,但后续步骤不是直接对可回收对象回收,而是让所有存活的对象向一段移动,然后直接清理掉端边界以外的内存

img

4、分代收集算法(HotSpot为什么要分为新生代和老年代 )

当前虚拟机的垃圾手机都采用分代收集算法,这种算法没有什么新的思想,只是根据对象存活周期的不同将内存分为几块。一般将java堆分为新生代和老年代,这样我们就可以根据各个年代的特点选择合适的垃圾收集算法

比如在新生代中,每次收集都会有大量对象死去,所以可以选择复制算法,只需要付出少量对象的复制成本就可以完成每次垃圾收集。而老年代的对象存活几率是比较高的所以我们可以选择“标记-清理”或“标记-整理”算法进行垃圾收集

1.4 垃圾收集器

1、Serial 收集器

单线程垃圾收集器、最基本、发展最悠久。它的单线程的意义并不仅仅说明它只会使用一个CPU或一条收集线程去完成垃圾收集工作,更重要的是在它进行垃圾收集时,必须暂停其他所有的工作线程,直到它收集结束。偶尔用在桌面应用中。 Serial收集器对于运行在Client模式下的虚拟机来说是个不错的选择

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2、ParNew 收集器

ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本,除了使用多线程进行垃圾收集外,其余行为(控制参数、收集算法、回收策略等等)和Serial收集器完全一样。

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它是许多运行在Server模式下的虚拟机的首要选择,除了Serial收集器外,只有它能与CMS收集器(真正意义上的并发收集器,后面会介绍到)配合工作 。

两个概念:

(1)并行:指多条垃圾收集线程并行工作,但此时用户线程仍然处于等待状态。

(2)并发:指用户线程与垃圾收集线程同时执行(但不一定是并行,可能会交替执行),用户程序在继续运行,而垃圾收集器运行在另一个CPU上。

3、Paraller Scavenge 收集器

Parallel Scavenge收集器是一个新生代收集器,它也是使用复制算法的收集器,又是并行的的多线程收集器。。。那么它有什么特别之处呢?

Parallel Scavenge收集器关注点是吞吐量(高效率的利用CPU)。CMS等垃圾收集器的关注点更多的是用户线程的停顿时间(提高用户体验)。所谓吞吐量就是CPU中用于运行用户代码的时间与CPU总消耗时间的比值。

-XX:MaxGCPauseMillis 垃圾收集器最大停顿的时间,但最大停顿时间过短必然会导致新生代的内存大小变小,垃圾回收频率变高,效率可能降低。
-XX:CGTIMERatio 吞吐量大小(0-100),默认为99。

4、Serial Old 收集器

Serial收集器的老年代版本,它同样是一个单线程收集器,采用标记–整理算法。它主要有两大用途:一种用途是在JDK1.5以及以前的版本中与Parallel Scavenge收集器搭配使用,另一种用途是作为CMS收集器的后备方案。

5、Parallel Old 收集器

Parallel Scavenge收集器的老年代版本。使用多线程和“**标记-整理”**算法。在注重吞吐量以及CPU资源的场合,都可以优先考虑 Parallel Scavenge收集器和Parallel Old收集器。

6、CMS 收集器(重点掌握)

CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。它而非常符合在注重用户体验的应用上使用,目前很大一部分的java应用集中在互联网站或者B/S系统的服务端上。

采用标记-清除算法,用于老年代,常与ParNew协同工作。优点在于并发收集与低停顿注:并行是指同一时刻同时做多件事情,而并发是指同一时间间隔内做多件事情

enter description here 四个步骤:

(1)初始标记:标记老年代中所有的GC Roots对象和年轻代中活着的对象引用到的老年代的对象,时间短;

(2)并发标记:从“初始标记”阶段标记的对象开始找出所有存活的对象 ;

(3)重新标记:用来处理前一个阶段因为引用关系改变导致没有标记到的存活对象,时间短;

(4)并发清除:清除那些没有标记的对象并且回收空间。

三个明显的缺陷:

(1)对CPU资源非常敏感

(2)无法处理浮动垃圾(由于CMS在并发清理过程中用户还在运行,这过程产生的无法本次进行处理的垃圾城称为浮动垃圾)

(3)空间碎片过多(因为其采用的是标记–清除算法)

7、G1 收集器(重点掌握)

G1 (Garbage-First)是一款面向服务器的垃圾收集器,主要针对配备多颗处理器及大容量内存的机器. 以极高概率满足GC停顿时间要求的同时,还具备高吞吐量性能特征。

四大特征:

(1)并行与并发:G1能充分利用CPU、多核环境下的硬件优势,使用多个CPU(CPU或者CPU核心)来缩短 stop-The-World停顿时间。部分其他收集器原本需要停顿Java线程执行的GC动作,G1收集器仍然可以通过并发的 方式让java程序继续执行。

(2)分代收集:虽然G1可以不需要其他收集器配合就能独立管理整个GC堆,但是还是保留了分代的概念。

(3)空间整合:与CMS的“标记–清理”算法不同,G1从整体来看是基于“标记–整理”算法实现的收集器;从局部上来看是基于“复制”算法实现的。

(4)可预测的停顿:这是G1相对于CMS的另一个大优势,降低停顿时间是G1和CMS共同的关注点,但G1除了追求低停顿外,还能建立可预测的停顿时间模型,能让使用者明确指定在一个长度为M毫秒的时间片段内。

G1之所以能够建立可预测的停顿时间模型,是因为他可以有计划地避免在整个Java堆进行全区域的扫描。G1跟踪各个Region里面的垃圾堆的价值大小,在后台维护一个优先列表,每次根据允许的收集时间,优先回收价值最大的Region。这种使用Region划分内存空间以及有优先级的区域回收方式,保证了GF收集器在有限时间内可以尽可能高的收集效率(把内存化整为零)。

四个步骤:

(1)初始标记:只是标记一下GC Roots能直接关联到的对象,并且修改TAMS的值,让下一个阶段用户程序并发运行时,能在正确可用的Region中创建新对象 ,耗时短。

(2)并发标记:并发标记阶段是从GC Root开始对堆中对象进行可达性分析,找出存活的对象,这阶段时耗时较长,但可与用户程序并发执行 。

(3)最终标记:为了修正在并发标记期间因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分标记记录,虚拟机将这段时间对象变化记录在线程Remenbered Set Logs里面,最终标记阶段需要把Remembered Set Logs的数据合并到Remembered Set Logs里面, 这一阶段需要停顿线程,但是可并行执行 。

(4)筛选回收:先对各个Region的回收价值和成本进行排序,根据用户所期望的GC停顿时间来制定回收计划 。

与CMS收集器对比:

(1)因为G1采用的是标记–整理算法,故不会产生碎片;

(2)因为G1在筛选回收阶段,用户不在运行,故不会产生浮动垃圾。

1.5 内存分配与回收策略

1、对象优先在Eden区分配

大多数情况下,对象在新生代中Eden区分配。当Eden区没有足够空间进行分配时,虚拟机将发起一次Minor GC

2、大对象直接进入老年代

大对象就是需要大量连续内存空间的对象(比如:字符串、数组)。

我们认为大对象不是朝生夕死的,如果放在新生代,则需要不断移动,性能较差。

  • XX:PretenureSizeThreshold=6M 设置大文件大小。

3、长期存活的对象将进入老年代

既然虚拟机采用了分代收集的思想来管理内存,那么内存回收时就必须能识别那些对象应放在新生代,那些对象应放在老年代中。为了做到这一点,虚拟机给每个对象一个对象年龄(Age)计数器。

-XX:MaxTenuringThreshold最大年龄,默认为15; Age 1 + 1 + 1 使用年龄计数器

4、动态对象年龄判断

为了更好的适应不同程序的内存情况,虚拟机不是永远要求对象年龄必须达到了某个值才能进入老年代,如果Survivor 空间中相同年龄所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半,年龄大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代,无需达到要求的年龄

1.6 空间分配担保

-XX:+HandlePromotionFailure 开启

-XX:-HandlePromotionFailure

禁用 取之前每一次回收晋升到老年代对象容量的平均值大小作为经验值,与老年代的剩余空间进行比较,决定是否FullGC来让老年代腾出更多空间。

未完待续----------

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