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java中JVM虚拟机内存模型详细说明  

2012-12-12 18:36:03|  分类: JAVA |  标签: |举报 |字号 订阅

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JVM的内部结构如下图:


java中JVM虚拟机内存模型详细说明 - 天涯草 - 天涯草
 

一个优秀Java程序员,必须了解Java内存模型、GC工作原理,以及如何优化GC的性能、与GC进行有限的交互,有一些应用程序对性能要求较高,例如嵌入式系统、实时系统等,只有全面提升内存的管理效率,才能提高整个应用程序的性能。

本文将从JVM内存模型、GC工作原理,以及GC的几个关键问题进行探讨,从GC角度提高Java程序的性能。


1 java内存分为:

程序计数器(当前线程所执行字节码的行号指示器,字节码解释器要通过改变这个计数器的值来选择下一条字节码指令,分支、循环、异常处理等。每条线程都有一条独立的程序计数器,属于线程私有的内存区)、

java虚拟机栈(也是线私有的,存储局部变量、操作栈,每个方法执行时创建一个栈帧,执行过程就是栈的出栈入栈操作)、

本地方法栈(执行native方法)、

年轻代堆(eden、from survivor、to survivor)、年老代堆(经过几次垃圾回收,保存下来的)、

持久代堆(也叫方法区,保存常量池和类型数据信息,不会被回收)、

直接内存(使用native方法直接分配堆外内存,再通过堆内的DirectByteBuffer作为这块内存的引用进行操作)

2 对象访问有两种:通过句柄池和直接通过指针,句柄池的好处是垃圾回收后,不需要改变对象引用,只要改变句柄引用;直接指针的好处是效率较高。

引用《深入java虚拟机第二章》

解释了minor gc和major gc,和两个survivor区之于复制收集算法的意义


3 jvm内存机制

java内存中的四种引用解析,强引用、弱引用、软引用、虚引用

4 垃圾回收算法

4.1 引用计数,效率高,但是无法解决无用对象循环引用的问题。及时引用计数大于0,但却不可用。

4.2 根对象可达,java虚拟机使用的方式。可以作为根对象的有:虚拟机栈帧中引用的对象,方法区中(持久区)类静态属性引用的对象(类静态属性在创建实例之前就已经为这个属性分配好空间,创建好实例,在所有的类实例中共享),方法区中常量引用的对象(比如常量字符串),本地方法栈中引用的对象(native方法)。

4.3 引用强度,强(即传统理解的引用,obj=new obj()),软(softReference,在内存溢出之前,GC会将这部分纳入回收范围,进行二次回收,如果还是没有足够内存,那么OOM),弱(weakReference,一旦GC进行回收,无论内存是否充足都会被回收),虚(有虚引用不会影响生命周期,无法通过虚引用来获得一个对象,唯一作用是对象被回收时能得到一个系统通知,PhantomReference)

4.4 对象在回收之前会调用仅有一次finalize(),可以在finalize中自救,把自己被引用。只有当对象覆盖finalize()方法才会被放入执行finalize()的队列。不建议使用这个,可以用try{} finally代替。

4.5 java回收算法

标记清除法,效率低下,会产生内存碎片。

复制收集算法,较为主流的算法,分区,eden,survivor,将未被回收的对象移动到survivor区,然后一次性清理eden区。这种算法适用于对象存活率不高的情况,要牺牲一部分分配空间,一般来说eden:survivor=8:1。

当对象存活率很高的时候,复制收集算法的效率会出现问题,所以有了标记-整理算法。把所有存活对象整理到一端,再把另一端直接清理掉。

分代算法,java内存一般都分为新生代和年老代,根据两个区域对象存活率的特点,分别采用了复制-收集算法和标记-清理(标记-整理)算法。

4.6 垃圾收集器

serial收集器,单线程收集。很可恶,会停掉其他用户线程。糟糕的用户体验。但是适用于client端,因为产生的垃圾量少,回收快,几十毫秒解决。

parNew收集器,和serial一样。区别是收集时采用多线程机制。

CMS收集器,可以让收集线程和用户线程并发执行,可惜的是作为年老代的收集器,只能和上面两个不靠谱的收集器一起配合使用。它是以最短停顿时间为目标的年老代收集器,使用mark-sweep算法(标记-清除)。回收步骤是初始标记(stop world),并发标记,重新标记(stop world),并发清除。stop world的时间很短,所以可以认为是用户线程并发的收集器。

parallel scavenge收集器,是并发收集器,可以和用户线程并存。可以通过参数控制吞吐量=用户线程时间/(用户时间+垃圾收集时间),前台程序适用低吞吐量,减少用户操作每次停顿的时间;而后台程序适用于高吞吐量,尽快完成后台的计算。也称作吞吐量优先收集器。该收集器还能设置自适应模式,会根据实际情况动态调整吞吐量。

serial old收集器和serial一样,用于年老代收集。使用标记整理算法。

parallel old收集器,用于和parallel scavenge配合使用的年老代收集器,是parallel scavenge的最佳搭档。

G1(garbage first)收集器,最前沿的,jdk1.6进入试用期。采用标记-整理算法,并且对新生区分区,分区有不同的优先级,优先收集内存较满的区域。有着很高的并发和较低的停顿,也算是敏捷的一种收集器。

5  基本经验

minor gc是运行在新生代的gc,major GC是运行在年老代的GC,比minor慢十倍。

大对象很有可能直接进入年老代,程序中尽量避免短命大对象(数组、列表)。

一次minor没被收集,从eden进入survivor,每过一次GC,survivor加一岁,直到N岁进入年老区。

根据GC的工作原理,我们可以通过一些技巧和方式,让GC运行更加有效率,更加符合应用程序的要求。一些关于程序设计的几点建议:

1)最基本的建议就是尽早释放无用对象的引用。大多数程序员在使用临时变量的时候,都是让引用变量在退出活动域(scope)后,自动设置为 null.我们在使用这种方式时候,必须特别注意一些复杂的对象图,例如数组,队列,树,图等,这些对象之间有相互引用关系较为复杂。对于这类对象,GC 回收它们一般效率较低。如果程序允许,尽早将不用的引用对象赋为null,这样可以加速GC的工作。

2)尽量少用finalize函数。finalize函数是Java提供给程序员一个释放对象或资源的机会。但是,它会加大GC的工作量,因此尽量少采用finalize方式回收资源。

3)如果需要使用经常使用的图片,可以使用soft应用类型。它可以尽可能将图片保存在内存中,供程序调用,而不引起OutOfMemory.

4)注意集合数据类型,包括数组,树,图,链表等数据结构,这些数据结构对GC来说,回收更为复杂。另外,注意一些全局的变量,以及一些静态变量。这些变量往往容易引起悬挂对象(dangling reference),造成内存浪费。

5)当程序有一定的等待时间,程序员可以手动执行System.gc(),通知GC运行,但是Java语言规范并不保证GC一定会执行。使用增量式GC可以缩短Java程序的暂停时间。

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