【java虚拟机】之java虚拟机划分
一、java虚拟机划分脑图
-XX:NewRatio=1 |
表示新生代占
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-XX:SurvivorRatio=8 |
表示Eden:Survivor=8:1 |
| -Xms20m | 表示堆空间初始大小为 20 M |
| -Xmx20m | 表示堆空间最大大小为 20 M |
| -Xmn10m | 表示新生代大小为 10M |
| -XX:+UseParNewGC | 表示年轻代使用serial的多线程版本，它是server模式下首选的新生代收集器，因为能与cms配合（我们生产也是这么配的） |
| -XX:+UseConcMarkSweepGC |
表示老年代用cms收集器（我们生产也是这么配置的）
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| -XX:+PrintGC |
简单打印gc日志 |
| -XX:+PrintGCDetails | 详细打印gc日志 |
二、对象的创建
1、对象生成的步骤
（1）new关键字+类构造器
（2）根据类名，去常量池查询类是否被加载，如加载则从堆上找一块空闲内存，生成对象。
（3）不存在，则进行类加载（同步），一个类只会被加载一次，生成类对象，存放至方法区。然后在堆上找一块空闲内存，生成对象。
2、对象分配内存的方式（取决于堆内存是否规整，堆内存是否规整取决于垃圾收集器，其收集器是否存在内存压缩功能）
（1）指针碰撞：空闲内存和使用内存整齐分布，中间有一个指针，需要生成对象，将指针向空闲内存移动一段距离，足够分配对象。
（2）空闲列表：空闲内存和使用内存交错分布，jvm维护内存的列表指针，当需要分配对象时，从列表的指针里找一块足够对象生成的内存进行生成对象。
3、对象分配比较频繁，如果对内存做同步。
（1）一种方式：cas操作，通过循环重试，进行对象分配。
（2）一种方式：每个线程预先分配一个块内存，称为本地线程分配缓冲，线程产生的对象，就在该区域内存进行分配，无需进行同步操作。只有当本地线程缓冲使用完，会进行同步，再次分配一块本地线程缓冲，进行对象分配。用-XX:+/-UseTLAB
三、垃圾收集器
（1）那些对象可以做GCRoot
==>虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象。
==>方法区中静态属性引用的对象
==>方法区中常量引用的对象
==>本地方法栈中JNI（一般说的是native方法）引用的对象。
==>Java虚拟机内部的引用，如基本数据类型对应的Class对象，一些常驻的异常对象（比如NullPointExcepiton、OutOfMemoryError）等，还有系统类加载器。
==>所有被同步锁（synchronized关键字）持有的对象。
==>反映Java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回调、本地代码缓存等
（2）类卸载（被回收）的前提条件
==》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
==》加载该类的classLoader已经被回收
==》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。
虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄（Age）计数器。如果对象在Eden出生并经过第一次Minor GC后仍然存活，并且能被Survivor容纳的话，将被移动到Survivor区，并将对象年龄设为 1。对象在Survivor区中每熬过一次Minor GC，年龄就增加1，当它的年龄增加到一定程度（默认为15）时，就会被晋升到老年代中。对象晋升老年代的年龄阈值，可以通过参数 -XX:MaxTenuringThreshold 来设置。
（3）虚拟机垃圾收集器
强弱分代假说
- 弱分代假说（Weak Generational Hypothesis）：绝大多数对象都是朝生夕灭的。
- 强分代假说（Strong Generational Hypothesis）：熬过越多次垃圾收集过程的对象就越难以消亡。
- 跨代引用假说（Intergenerational Reference Hypothesis）：跨代引用相对于同代引用来说仅占极少数。
垃圾回收类型
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Minor GC/Young GC：只局限于新生代区域内的收集
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Major GC/Old GC：目标只是老年代的垃圾收集。目前只有CMS收集器会有单独收集老年代的行为。另外请注意“Major GC”这个说法现在有点混淆，在不同资料上常有不同所指，读者需按上下文区分到底是指老年代的收集还是整堆收集。
-
Full GC：收集整个Java堆和方法区的垃圾收集
-
Mixed GC：指目标是收集整个新生代以及部分老年代的垃圾收集。目前只有G1收集器会有这种行为。
算法实现细节
【STEP1】根节点枚举（停顿）：寻找GC-ROOT , Stop The World必须发生。(保证一致性)即使是号称停顿时间可控，或者（几乎）不会发生停顿的CMS、G1、ZGC等收集器，枚举根节点时也是必须要停顿的。
【STEP2】存活对象标记（GC线程和用户线程可并发）：可达性分析，三色标记法进行存活对象标记（寻找GC-ROOT标记为黑色，从GC-ROOT开始遍历）
- 黑色：标识存活的对象。表示对象已经被垃圾收集器访问过，且这个对象的所有引用都已经扫描过。黑色的对象代表已经扫描过，它是安全存活的，如果有其他对象引用指向了黑色对象，无须重新扫描一遍。黑色对象不可能直接（不经过灰色对象）指向某个白色对象。
- 灰色：标识扫描过程为彻底完成标记的对象。表示对象已经被垃圾收集器访问过，但这个对象上至少存在一个引用还没有被扫描过。
- 白色：表示对象尚未被垃圾收集器访问过。显然在可达性分析刚刚开始的阶段，所有的对象都是白色的，若在分析结束的阶段，仍然是白色的对象，即代表不可达。
解决并发标记过程中，对象引用关系发生变化的方案：
- 增量更新（Incremental Update）【被GC收集器采用】：当黑色对象插入新的指向白色对象的引用关系时，就将这个新插入的引用记录下来，等并发扫描结束之后，再将这些记录过的引用关系中的黑色对象为根，重新扫描一次。这可以简化理解为，黑色对象一旦新插入了指向白色对象的引用之后，它就变回灰色对象了。
- 原始快照（Snapshot At The Beginning，SATB）：当灰色对象要删除指向白色对象的引用关系时，就将这个要删除的引用记录下来，在并发扫描结束之后，再将这些记录过的引用关系中的灰色对象为根，重新扫描一次。这也可以简化理解为，无论引用关系删除与否，都会按照刚刚开始扫描那一刻的对象图快照来进行搜索。
垃圾收集器：
Serial收集器（单线程收集器【标记清除法+标记复制法-新生代】）
ParNew收集器（并行收集器【标记清除法+标记复制法-新生代】）
-XX：SurvivorRatio
-XX：PretenureSizeThreshold ：线程数
-XX：HandlePromotionFailure
-XX：+UseConcMarkSweepGC 开启CMS收集器
-XX：+/-UseParNewGC 开启和禁用ParNew收集器
Parallel Scavenge收集器（追求吞吐量的垃圾收集器，并行收集器【标记清除法+标记复制法-新生代】）
-XX：MaxGCPauseMillis：每次GC的最长时间
-XX：GCTimeRatio ： GC时间占比（1-吞吐量）
Serial Old收集器（【标记整理法-老年代】）
Parallel Old收集器（【标记整理法-老年代】）
CMS收集器（追求停顿时间，并发垃圾收集器【标记清除法-老年代】）
-XX：CMSInitiatingOccupancyFraction：当老年代内存占用达到多少时，触发。百分比。
过程：
1）初始标记（CMS initial mark） => 标记GC-root(Stop the world)
2）并发标记（CMS concurrent mark） => 用户线程和GC线程一起运行，GC线程基于GC-root基于三色法标记垃圾对象
3）重新标记（CMS remark）=>修正并发标记的内容（Stop the world）
4）并发清除（CMS concurrent sweep）
Garbage First收集器G1 (年轻代region标记复制算法，老年代并发标记+整理算法（无分代概念,但多个region可以在逻辑上组成年轻代和老年代）)
JDK 9及以上版本的HotSpot虚拟机使用参数-XX：+UseConcMarkSweepGC来开启CMS收集器的话，用户会收到一个警告信息，提示CMS未来将会被废弃
G1不再坚持固定大小以及固定数量的分代区域划分，而是把连续的Java堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），每一个Region都可以根据需要，扮演新生代的Eden空间、Survivor空间，或者老年代空间。收集器能够对扮演不同角色的Region采用不同的策略去处理，
Region中还有一类特殊的Humongous区域，专门用来存储大对象。G1认为只要大小超过了一个Region容量一半的对象即可判定为大对象。每个Region的大小可以通过参数-XX：G1HeapRegionSize设定，取值范围为1MB～32MB，且应为2的N次幂。
虽然G1仍然保留新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是固定的了，它们都是一系列区域（不需要连续）的动态集合。G1收集器之所以能建立可预测的停顿时间模型，是因为它将Region作为单次回收的最小单元，即每次收集到的内存空间都是Region大小的整数倍，这样可以有计划地避免在整个Java堆中进行全区域的垃圾收集。更具体的处理思路是让G1收集器去跟踪各个Region里面的垃圾堆积的“价值”大小，价值即回收所获得的空间大小以及回收所需时间的经验值，然后在后台维护一个优先级列表，每次根据用户设定允许的收集停顿时间（使用参数-XX：MaxGCPauseMillis指定，默认值是200毫秒），优先处理回收价值收益最大的那些Region，这也就是“Garbage First”名字的由来。这种使用Region划分内存空间，以及具有优先级的区域回收方式，保证了G1收集器在有限的时间内获取尽可能高的收集效率。
-XX：G1HeapRegionSize： 每个region的大小
-XX：MaxGCPauseMillis：每次GC，允许最大的停顿时间长度（单位毫秒）
-XX：G1HeapRegionSize ： 设置固定区域存储大对象的阈值。
过程：
- 初始标记（Initial Marking）【stop the world】：仅仅只是标记一下GC Roots能直接关联到的对象。
- 并发标记（Concurrent Marking）：从GC Root开始对堆中对象进行可达性分析，递归扫描整个堆里的对象图，找出要回收的对象
- 最终标记（Final Marking）【stop the world】：对用户线程做另一个短暂的暂停，用于处理并发阶段结束后仍遗留下来的最后那少量的SATB记录。
- 筛选回收（Live Data Counting and Evacuation）【stop the world】：负责更新Region的统计数据，对各个Region的回收价值和成本进行排序，根据用户所期望的停顿时间来制定回收计划，可以自由选择任意多个Region构成回收集，然后把决定回收的那一部分Region的存活对象复制到空的Region中，再清理掉整个旧Region的全部空间。
（3）内存分配和回收策略
对象分配规则以及对象如何从年轻代晋升至老年代
1、优先在Eden区进行内存分配。(少数情况下，会直接在老年代分配内存，分配规则不是百分百固定的，其细节取决使用哪一种垃圾收集器和jvm中与内存相关的参数)
2、当Eden区没有足够的内存时，会触发一次Minor GC(Yong GC)。
3、当设置了-XX:PretenureSizeThreshold=xx(单位为K）（对象大于xxk时，直接在老年代分配内存）
4、当设置了-XX:MaxTenuringThreshold=m (单位为次数)（对象经历Minor GC的次数大于等于该值，对象从年轻代迁移至老年代）
5、当Survivor空间中相同年龄大小的对象之和>Survivor空间一半大小（from或者to空间），则大于或等于该年龄的对象，从年轻代迁移至老年代。
6、(Minor GC会转换成FullGC)在进行Minor GC前，会进行老年代连续空间大小检查。
【1】jdk1.6之前的规则
==>如果老年代连续空间>年轻代对象之和，则正常进行Minor GC
==>如果老年代连续空间<年轻代对象之和，并且允许内存担保失败（-XX:HandlePromotionFailure=true）>>>并且老年代连续空间>历届晋升老年代对象之和的平均数，则正常进行Minor GC.
>>>老年代连续空间<历届晋升老年代对象之和的平均数，则老年代要先进行一次FullGC （腾出更多空间），再进行Minor GC,让年轻代对象可以平稳晋升到老年代。
==>如果老年代连续空间<年轻代对象之和，并且允许内存担保失败（-XX:HandlePromotionFailure=false）:老年代要先进行一次FullGC （腾出更多空间），再进行Minor GC,让年轻代对象可以平稳晋升到老年代。
【2】jdk1.6之后的规则
==>在进行Minor GC前,检查老年代连续空间。如果(连续空间>年轻代对象之和 或者 连续空间>历届晋升老年代对象之和的平均数)其中一个成立，则进行Minor GC
==>在进行Minor GC前,检查老年代连续空间。如果(连续空间>年轻代对象之和 或者 连续空间>历届晋升老年代对象之和的平均数)两个都不成立，则老年代要先进行一次FullGC （腾出更多空间），再进行Minor GC,让年轻代对象可以平稳晋升到老年代。
对象分配规则以及对象如何从年轻代晋升至老年代（新总结）
【1】新对象创建的规则
1、eden内存充足：优先在eden区分配内存。
2、eden区内存不足时：触发yongGC,采用复制算法,将eden区存活的对象和from或to中使用中的存活对象汇总，copy至to或from中。清理无用对象腾出空间，存活对象年龄+1；
3、eden区内存不足时：触发完yongGC后，依然无充足内存，eden区的对象也无法复制到from或to中，则直接将eden区中的对象，从年轻代迁移至老年代。
4、大对象规则，如果设置了对象大小大于某个阀值（-XX:PretenureSizeThreshold=xxK）时，大于阀值的对象，直接在old区分配内存。
【2】对象从年轻代晋升至老年代的规则
1、在发生yongGC时，from或to区中的对象年龄值>晋升阀值（-XX:MaxTenuringThreshold=m），该类对象从年轻代迁移至老年代。
2、在发生yongGC时，from或to区中的相同年龄的对象之和的大小>from或to区的一半大小时，大于或等于该年龄的一类对象，从年轻代迁移至老年代。
3、在发生yongGC前，检查老年代的连续空间大小>年轻代eden和（from或to）中对象之和 或者 老年代的连续空间大小>历届晋升对象之和的平均数，正常触发yonggc。伴随对象迁移。
4、在发生yongGC前，检查老年代的连续空间大小<=年轻代eden和（from或to）中对象之和 并且 老年代的连续空间大小<=历届晋升对象之和的平均数，先触发fullGC对老年代回收,再触发yongGC对年轻代回收。
四、汇总
五、G1垃圾收集器
参考：https://www.cnblogs.com/ASPNET2008/p/6496481.html
