Jvm 内存模型 —— GC

一、Jvm 原理

 

 

二、Jvm 运行时数据区( Run-Time Data Areas )

 

（主要是关于 non-stack 区域的详细划分）

 

从上图可以清楚地看到：程序计数器、Jvm 栈、本地方法栈 —— 线程级别的（随线程的创建和退出而存在销毁），堆内存、方法区—— Jvm 级别 （堆内存和方法区被所有线程共享）。

Program Counter Register用于控制每个线程的执行。

 

 三、Jvm 栈空间（方法相关）

 

栈表示的是 Java方法的内存模型。方法从开始执行到结束，都对应了一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。每个方法在执行的时候都会创建一个 “栈帧” 用来存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等，每一个方法从开始执行到结束，都对应了一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。操作数栈存放运行中的各种指令。

 

四、堆内存

用以存储数组（貌似数组也是对象）和实例，在 jvm启动时就创建了，gc 就在这个区域里工作。

 

五、Gc 中的堆与非堆内存划分

 

Ⅰ 堆内存：

 

heap：

　　|__ eden space （1 of Young Generation

　　|__ survivor （2 of Young Generation

　　|__ tenured/old

 

1> 新生代

用于存放新创建的对象，当新生代填满时，GC 开始执行。这个GC 被称为 Minor GC。新生代（Young Generation）被划分为 3 个部分：1 Eden + 2 Survivor

• 大多数新创建的对象位于 Eden memory space.
• 当 Eden space  填满对象时, Minor GC 开始执行 并且 survivor对象移动到 其中之一的 survivor spaces。
• Minor GC 也会检查 survivor 对象 并且移动他们到另一个 survivor space. 因此, 有一时其中一个 survivor space总是空的。
• 经过多次 GC幸存下的对象,被移动到老年代区域 Tenured/Old Generation Space）。

 

2> 老年代

通过多次 Minor GC 循环，活跃/幸存时间较长的对象被存放在老年代。当老年代内存填满时，执行 Major GC，通常需要花费更长时间。

 

Ⅱ非堆内存

 

non-heap:

　　|__ code cache

　　|__ Native Method Stack

　　|__ memory used by the JIT compiler (compiled native code)

　　|__ Jvm Stack

　　|__ perm gen / Metaspace in HotSpot 8

 

 

 

永久代（perm gen）不属于堆内存。它包含应用的 classes 与 methods 的元数据（其中包括反射的类、 JavaSe 的类与方法等）。虽然不属于堆，但是有逻辑联系，取决于相关实现，永久代在 full garbage collection 进行垃圾回收。Jdk1.8 使用元空间代替永久代，并将原来存放在永久代中的字符串常量移动到堆内存中（Jdk1.7 亦实现）。

 

六、方法区（类相关的）

用以存储每个类的主要构成，包含常量池、域、方法数据，以及方法及构造器的代码。

元空间是方法区在 HotSpot jvm 中的实现，方法区主要用于存储类的信息、常量池、方法数据、方法代码等。方法区逻辑上属于堆的一部分，但是为了与堆进行区分，通常又叫“非堆”。（关于元空间的更多介绍）

 

七、方法区中的常量池

作用：用于存放各种字面量和符号引用。字面量：如文本字符串，final 字段等，符号引用：类和接口的全限定名、字段名称和描述符、方法名称和描述符。JVM在执行某个类的时候，必须经过加载、连接、初始化，而连接又包括验证、准备、解析三个阶段。加载阶段，虚拟机 将class常量池中的内容存放到运行时常量池中；解析阶段，将符号引用替换为直接引用。

分类：字符串常量池，class 常量池，运行时常量池。

 

垃圾收集器分类

序号	收集器	收集范围	算法	执行类型
1	Serial	新生代	复制	单线程
2	ParNew	新生代	复制	多线程并行
3	Parallel	新生代	复制	多线程并行
4	Serial Old	老年代	标记整理	单线程
5	CMS	老年代	标记清除	多线程并发
6	Parallel Old	老年代	标记整理	多线程
7	G1	全部	复制算法，标记整理	多线程

 

STW总会发生 不管是新生代还是老年代 就算是CMS也有STW的时候，重点是 时间长短。新生代的串行、PartNew，Part scavenge 收集器都需要stw。这些收集器中，串行肯定是停止用户线程的，并行和并发是有区别的，这里并行是指多个GC线程同时进行，用户线程还是需要被挂起。CMS里面有一个并发标记阶段是不需要stw的，和用户线程一起执行，但是初始标记和重新标记需要stw。

 

内存管理选项

参考

查看参数默认值命令 java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep HeapSize，一般初始堆内存为物理内存 1/64，最大堆内存为物理内存的 1/4。比如物理内存为 8g，则理论上其值分别为 128m, 2048m 内存。

用法示例：java -Xms1024m -Xmx2048m Program

 

VM SWITCH	VM SWITCH DESCRIPTION
-Xms	For setting the initial heap size when JVM starts
-Xmx	For setting the maximum heap size.
-Xmn	For setting the size of the Young Generation, rest of the space goes for Old Generation.
-XX:StringTableSize	For setting  the string pool map size
-XX:+PrintStringTableStatistic	Print you the string pool usage when your program terminates
-XX:PermGen	For setting the initial size of the Permanent Generation memory
-XX:MaxPermGen	For setting the maximum size of Perm Gen
-XX:SurvivorRatio	For providing ratio of Eden space and Survivor Space, for example if Young Generation size is 10m and VM switch is -XX:SurvivorRatio=2 then 5m will be reserved for Eden Space and 2.5m each for both the Survivor spaces. The default value is 8.
-XX:NewRatio	For providing ratio of old/new generation sizes. The default value is 2.
-XX:+PrintGCDetails	Print more details at garbage collection.

 

 

参考资料

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https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/sizing.html

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gc-ergonomics.html

https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se7/html/jvms-2.html#jvms-2.5

https://arhipov.blogspot.com/2011/01/java-bytecode-fundamentals.html

https://www.yourkit.com/docs/kb/sizes.jsp

https://www.journaldev.com/2856/java-jvm-memory-model-memory-management-in-java

https://dzone.com/articles/understanding-the-java-memory-model-and-the-garbag

http://www.oracle.com/webfolder/technetwork/tutorials/obe/java/gc01/index.html

https://stackoverflow.com/questions/41358895/permgen-is-part-of-heap-or-not

https://www.cnblogs.com/paddix/p/5309550.html