JVM内存模型
1、虚拟机栈和栈帧
(1)每个线程对应一个虚拟机栈,线程中方法的调用则对应栈中栈帧的入栈和出栈。
栈帧:每个栈帧对应一个被调用的方法,可以理解为一个方法的运行空间。每个栈帧中包括局部变量表(Local Variables)、操作数栈(Operand Stack)、指向运行时常量池的引用(A reference to the run-time constant pool)、方法返回地址(Return Address)和附加信息。
局部变量表:方法中定义的局部变量以及方法的参数存放在这张表中 局部变量表中的变量不可直接使用,如需要使用的话,必须通过相关指令将其加载至操作数栈中作为操作数使用。
操作数栈:以压栈和出栈的方式存储操作数的。
动态链接:每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用,持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接(Dynamic Linking)。
方法返回地址:当一个方法开始执行后,只有两种方式可以退出,一种是遇到方法返回的字节码指令;一种是遇见异常,并且 这个异常没有在方法体内得到处理。
(2)栈、方法区和堆的几种指向关系:
栈指向堆:如果在栈帧中有一个变量,类型为引用类型,比如Object obj=new Object(),这时候就是典型的栈中元素指向堆中的对象。
方法区指向堆:方法区中会存放静态变量,常量等数据。如private static Object obj=new Object();,就是典型的方法区中元素指向堆中的对象。
堆指向方法区:方法区中会包含类的信息,堆中会有对象,那怎么知道对象是哪个类创建的呢?Java对象内存布局如下:对象头、实例数据和对齐填充
从图中可以看出,对象头中记录着类元数据的内存地址。
2、内存模型
(1)图解
一块是非堆区,一块是堆区。 堆区分为两大块,一个是Old区,一个是Young区。 Young区分为两大块,一个是Survivor区(S0+S1),一块是Eden区。 Eden:S0:S1=8:1:1 S0和S1一样大,也可以叫From和To。
(2)对象创建所在区域
一般情况下,新创建的对象都会被分配到Eden区,一些特殊的大的对象会直接分配到Old区。
比如有对象A,B,C等创建在Eden区,但是Eden区的内存空间肯定有限,比如有100M,假如已经使用了 100M或者达到一个设定的临界值,这时候就需要对Eden内存空间进行清理,即垃圾收集(Garbage Collect), 这样的GC我们称之为Minor GC,Minor GC指得是Young区的GC。 经过GC之后,有些对象就会被清理掉,有些对象可能还存活着,对于存活着的对象需要将其复制到Survivor 区,然后再清空Eden区中的这些对象。
(3)Survivor区
Survivor区分为两块S0和S1,也可以叫做From和To 。 在同一个时间点上,S0和S1只能有一个区有数据,另外一个是空的。
接着上面的GC来说,比如一开始只有Eden区和From中有对象,To 中是空的。此时进行一次GC操作,From区中对象的年龄就会+1,Eden区中所有不能被回收的对象会被复制到To 区,From区中不能回收的对象会有两个去处。若对象年龄达到之前设置好的年龄阈值(或是From区中相同年龄所有对象大小的总和大于From区空间的一半,大于等于该年龄的对象可以直接进入老年区),此时对象会被移动到Old区,如果Eden区和From区没有达到阈值的对象会被复制到To 区。此时Eden区和From区已经被清空(被GC的对象肯定没了,没有被GC的对象都有了各 自的去处)。 这时候From和To交换角色,之前的From变成了To ,之前的To 变成了From。也就是说无论如何都要保证名为To的Survivor区域是空的。Minor GC会一直重复这样的过程,直到To 区被填满,然后会将所有对象复制到老年代中。
(4)Old区
从上面的分析可以看出,一般Old区都是年龄比较大的对象,或者相对超过了某个阈值(-XX:MaxTenuringThreshold)的对象。 在Old区也会有GC的操作,Old区的GC我们称作为Major GC。
(5)对象生命周期图
3、问题分析
(1)如何理解Minor/Major/Full GC
Minor GC:新生代 Major GC:老年代 Full GC:新生代+老年代
(2)为什么需要Survivor区,只有Eden区不行吗?
如果没有Survivor,Eden区每进行一次Minor GC,并且没有年龄限制的话,存活的对象就会被送到老年代。 这样一来,老年代很快被填满,触发Major GC(因为Major GC一般伴随着Minor GC,也可以看做触发了Full GC)。 老年代的内存空间远大于新生代,进行一次Full GC消耗的时间比Minor GC长得多。 执行时间长有什么坏处?频繁的Full GC消耗的时间很长,会影响大型程序的执行和响应速度。
可能你会说,那就对老年代的空间进行增加或者较少咯。 假如增加老年代空间,更多存活对象才能填满老年代。虽然降低Full GC频率,但是随着老年代空间加大,一旦发生Full GC,执行所需要的时间更长。假如减少老年代空间,虽然Full GC所需时间减少,但是老年代很快被存活对象填满,Full GC频率增加。
所以Survivor的存在意义,就是减少被送到老年代的对象,进而减少Full GC的发生,Survivor的预筛选保证,只有经历16 次Minor GC还能在新生代中存活的对象,才会被送到老年代。
(3)为什么需要两个Survivor区?
最大的好处就是解决了碎片化。也就是说为什么一个Survivor区不行?第一部分中,我们知道了必须设置Survivor区。假设现在只有一个Survivor区,模拟一下流程:刚刚新建的对象在Eden中,一旦Eden满了,触发一次Minor GC,Eden中的存活对象就会被移动到Survivor区。这样继续循 环下去,下一次Eden满了的时候,此时进行Minor GC,Eden和Survivor各有一些存活对象,如果此时把Eden区的 存活对象硬放到Survivor区,很明显这两部分对象所占有的内存是不连续的,也就导致了内存碎片化。永远有一个Survivor space是空的,另一个非空的Survivor space无碎片。
(4)新生代中Eden:S1:S2为什么是8:1:1?
新生代中的可用内存:复制算法用来担保的内存为9:1
可用内存中Eden:S1区为8:1
即新生代中Eden:S1:S2 = 8:1:1