破晓行动----带你总结JVM的知识大全（二）

JVM运行时内存 + 垃圾回收与算法

3、JVM运行时内存

java堆从GC的角度还可以细分为：新生代（Eden去、From Survivor区和To Surivivor区）和老年代。

3.1 新生代

是用来存放新生的对象。一般占据堆的1/3空间。由于频繁创建对象，所以新生代会频繁触发MinorGC进行垃圾回收。新生代又分为Eden区、ServivorFrom、ServivorTo三个区。

3.1.1 Eden区

java新对象的出生地（如果新创建的对象占用内存很大，则直接分配到老年代）。当Eden区内存不够的时候就会触发MinorGC，对新生代区进行一次垃圾回收。

3.1.2 ServivorFrom

上一次GC的幸存者，作为这一次GC的被扫描者。

3.1.3 ServivorTo

保留了一次MinorGC过程中的幸存者。

3.1.4 MinorGC的过程（复制->清空->互换）

MinorGC采用复制算法

①、eden、servicorFrom复制到ServicorTo，年龄 + 1

首先，吧Eden和ServivorFrom区域中存活的对象复制到ServivorTo区域（如果有对象的年龄达到了老年的标准，则赋值到老年区），同事把这些对象的年龄+1（如果ServicorTo不够位置了就放到老年区）；

②、清空eden、servicorFrom

然后，清空Eden和ServicorFrom中的对象；

③、ServicorTo和ServicorFrom互换

最后，ServicorTo和ServicorFrom互换，原ServiTo称为下一次GC时的ServicorFrom区。

3.2 老年代

主要存放应用程序中生命周期长的内存对象。

老年代的对象比较稳定，所以MajorGC不会频繁执行。在进行MajorGC前一般都先进行了一次MinorGC，使得有新生代的对象跻身入老年代，导致空间不够用是才触发。当无法找到足够大的连续空间分配给新创建的较大对象时也会提前出发一次MajorGC进行垃圾回收腾出空间。

MajorGC采用标记清除算法：首先扫描一次所有老年代，标记处存活的对象，然后回收没有标记的对象。MajorGC的耗时比较长，因为要扫描再回收。MajorGC会产生内存碎片，为了减少内存损耗，我们一般需要进行合并或者标记出来方便下次直接分配。当老年代也满了装不下的时候，就会抛出OOM（out of Memory）异常。

3.3 永久代

指内存的永久保存区域，主要存放Class和Meta（元数据）的信息，Class在被加载的时候被放入永久区域，它和存放实例的区域不同，GC不会在主程序运行期对永久区域进行清理。所以这也导致了永久代的区域会随着加载的Class的增多而胀满，最终抛出OOM异常。

3.3.1 java8与元数据

在java8中，永久代已经被移除，被一个称为“元数据区”（元空间）的区域所取代。元空间的本质和永久代类似，元空间与永久代的最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅仅受本地内存限制。类的元数据放入native memory，字符串池和类的静态变量放入java堆中，这样可以加载多少类的元数据就不再由MaxPermSize控制，而由系统的实际可用空间来控制。

4、垃圾回收与算法

4.1 如何确定垃圾

4.1.1 引用计数法

在java中，引用和对象是有关联的，如果要操作对象则必须用引用进行。因此，很显然一个简单的办法是通过引用计数来判断一个对象是否可以回收。简单说，即一个对象如果没有任何与之关联的引用，即他们的引用计数都不为0，则说明对象不太可能再被用到，那么这个对象就是可回收对象。

4.1.2 可达性分析

为了解决引用计数法的循环引用问题，Java使用了可达性分析的方法。通过一系列的“GC roots”对象作为七点搜索。如果在“GC roots”和一个对象之间没有可达路径，则称该对象时不可达的。要注意的是，不可达对象不等价于可回收对象，不可达对象变为可回收对象至少要经过两次标记过程。两次标记后仍然是可回收对象，则将面临回收。

4.2 标记清除算法（Mark-Sweep）

最基础的垃圾回收算法，分为两个阶段，标记和清除。标记阶段标记处所有需要回收的对象，清除阶段回收被标记的对象所占用的空间。

从图中我们就可以发现，该算法最大的问题是内存碎片化严重，后续可能发生大对象不能找到可利用空间的问题。

4.3 复制算法（copying）

为了解决Mark-Sweep算法内存碎片化的缺陷而被提出的算法。按内存容量将内存划分为等大小的两块。每次只是用其中一块，当这一块内存满后将尚存活的对象复制到另一边去，把已使用的内存清掉。

这种算法虽然实现简单，内存效率高，不易产生碎片，但是最大的问题是可用内存压缩到原本的一半。且存活对象增多的话，Copying算法的效率会大大降低。

4.4 标记整理算法（Mark-Compact）

结合了以上两个算法，为了避免缺陷而提出。标记阶段和Mark-Sweep算法相同，标记后不是清理对象，而是将存活对象移向内存的一端。然后清除端边界外的对象。如图：

 

 

4.5 分代收集算法

分代收集法是目前大部分JVM所采用的方法，其核心思想是根据对象存活的不同生命周期将内存划分为不同的域，一般情况下将GC堆划分为老生代(Tenured/Old Generation)和新生代(Young Generation)。老生代的特点是每次垃圾回收时只有少量对象需要被回收，新生代的特点是每次垃圾回收时都有大量垃圾需要被回收，因此可以根据不同区域选择不同的算法。

4.5.1 新生代与复制算法

目前大部分 JVM 的 GC 对于新生代都采取 Copying 算法，因为新生代中每次垃圾回收都要回收大部分对象，即要复制的操作比较少，但通常并不是按照 1：1 来划分新生代。一般将新生代划分为一块较大的 Eden 空间和两个较小的 Survivor 空间(From Space, To Space)，每次使用Eden 空间和其中的一块 Survivor 空间，当进行回收时，将该两块空间中还存活的对象复制到另一块 Survivor 空间中。

4.5.1 老年代与标记复制算法

而老年代因为每次只回收少量对象，因而采用 Mark-Compact 算法。

1. JAVA 虚拟机提到过的处于方法区的永生代(Permanet Generation)，它用来存储 class 类，常量，方法描述等。对永生代的回收主要包括废弃常量和无用的类。
2. 对象的内存分配主要在新生代的 Eden Space 和 Survivor Space 的 From Space(Survivor 目前存放对象的那一块)，少数情况会直接分配到老生代。
3. 当新生代的 Eden Space 和 From Space 空间不足时就会发生一次 GC，进行 GC 后，Eden Space 和 From Space 区的存活对象会被挪到To Space，然后将 Eden Space 和 From Space 进行清理。
4. 如果 To Space 无法足够存储某个对象，则将这个对象存储到老生代。
5. 在进行 GC 后，使用的便是 Eden Space 和 To Space 了，如此反复循环。
6. 当对象在 Survivor 区躲过一次 GC 后，其年龄就会+1。默认情况下年龄到达 15 的对象会被移到老生代中。

 

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