一文搞懂: JVM内存模型以及GC回收机制

前言

JVM内存模型: JVM就是java虚拟机,顾名思义,就是以软件的方式模拟具有完整硬件系统功能、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统,是物理机器的软件实现。综上所述,JVM虚拟机是一个软件,它所在的结构是处于下图所示

一: JVM内部由哪些组成

如下图所示JVM主要由以下几部分组成:

  • 类装载子系统
  • 执行引擎
  • JVM内存模型(本文主要讲的是这个)

PS:如图所示,如果一个Math.class类要加载到JVM中需要经过的步骤:类装载子系统会把字节码装载到内存区域,执行引擎执行程序

JVM组成

二:JVM内存模型由哪几部分组成

如下图可知,JVM内存模型分为线程私有和线程共有,我们从这两个角度分别展开说


JVM内存模型

2.1 线程私有

①:程序计数器:记录字节码行号,唯一不会产生内存溢出的地方
②:java虚拟机栈
当java中的方法被执行时,会形成栈帧被放入栈内存中,这种行为称为“压栈”
方法执行完,栈内存弹出,这个过程叫做”弹栈”
由下图我们可以看到,栈帧包含:局部变量表、操作数栈、方法出口,所以为什么我们平时说一个局部变量在方法执行完毕之后,就会在内存中释放,就是因为”弹栈”这个过程,局部变量表释放了

java虚拟机栈

③:本地方法栈:主要控制一些native方法的调用

2.2 线程共有

①:方法区(元数据区):类信息、常量、静态变量
ps1:我们刚才所说了一个例子:如果一个Math.class类要加载到JVM中需要经过的步骤:类装载子系统会把字节码装载到内存区域,执行引擎执行程序
这里math.class的类信息就和静态变量一起保存到了方法区当中

ps2:String类型的字符串有两种创建方式
第一种:String s1 =“abc”; 这种情况此时这个“abc”就是直接在这个方法区的常量池中,如果下次还有相同的常量是“abc”的话,那么直接取这个值赋给它,这种情况只会开辟一个内存空间(即:方法区)
第二种:String s2 = new String("abc") 此时会和普通创建对象一样,开辟两个内存空间(即栈中一个用来保存句柄,堆中一个用来保存对象)

②:堆:创建的对象就放在这里,gc的主要场所
new 出来的对象都放这里

三:堆内存中的GC机制是怎么运作的

3.1 堆中的内存分配

分为新生代老年代
新生代中eden区、survivor1区(也就是我们称的From区)、survivor2区(也就是我们称的To区)按照 8:1:1进行分配

堆内存分配

3.2 新生代运作机制

new 出来的对象直接放入 eden区

当eden区满了之后会触发一次minor GC,存活的对象会放入survivor区1,再下次minorGC后又存活的对象,会把survivor区1的存活数据复制到survivor区2,并清空survivor区1(复制算法)

3.3 老年代运作机制

①:大对象直接进入老年代,这里的大对象指的是字符串、数据这种在内存中连续的对象
②:长期存活的对象将进入老年代,minor gc后存活的对象有个计数器age +1,每熬过一次minor GC ,age都会+1,age= 15的时候,此时对象直接进入老年代
③:minorGC后survivor区放不下,那么一部分也会被放入老年代

3.4 GC触发条件

Minor GC触发条件:Eden区满时

Full GC触发条件:
(1)调用System.gc时,系统建议执行Full GC,但是不必然执行
(2)老年代空间不足
(3)方法去空间不足
(4)通过Minor GC后进入老年代的平均大小大于老年代的可用内存
(5)由Eden区、From Space区向To Space区复制时,对象大小大于To Space可用内存,则把该对象转存到老年代,且老年代的可用内存小于该对象大小。

3.5 JVM如果判断对象是否存活

①:引用-计数法:对象被引用时,计数器+1,断开时-1,为0时表示可以回收,但是存在循环引用问题,即A引用B,B有引用了A,此时计数器不会为0,也就回收不了

②:可达性分析法


可达性分析法图解

3.6 JVM垃圾回收算法

①:标记-清除算法:标记可回收垃圾,统一回收,缺点是产生大量碎片


标记-清除算法

②:标记-整理算法:同标记-清除算法一个原理,只是会对碎片进行整理,缺点是效率低(整理碎片需要时间)


标记-整理算法

③:复制算法:把内存分为相同的两个区域,每次只用一块,一块用完了再把存活的对象复制到另一块,清空之前一块,缺点是不适合大量内存复制使用,新生代minorGC中两个survivor区就是用的该算法
复制算法

④:分代收集算法:
新生代:复制算法
老年代:标记清除、标记整理算法

END

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