JVM架構(gòu)體系與GC命令都有哪些

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JVM運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)

Overview

Java虛擬機(jī)Java virtual machine(JVM)  是物理機(jī)器的軟件實現(xiàn)。java編譯器javac將源碼文件.java編譯成字節(jié)碼文件.class，然后這個字節(jié)碼文件.class被放到JVM中，裝載并執(zhí)行字節(jié)碼文件.class。JVM架構(gòu)圖如下。

JVM Architecture

JVM架構(gòu)體系

垃圾回收(garbage collection)：負(fù)責(zé)回收堆內(nèi)存heap中沒有被使用的對象

判斷對象是否存活，可達(dá)性檢測

• 引用計數(shù)算法：給對象添加一個引用計數(shù)器，每當(dāng)有一個地方引用它時，計數(shù)器值就加1，當(dāng)引用失效時，計數(shù)器值就減1。任何時刻計數(shù)器為0的對象就是不可能再被使用的

• 根搜索算法：通過一系列名為“GC Roots”的對象作為起始點，從這些節(jié)點開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈，當(dāng)一個對象到 GC Roots  沒有任何引用鏈相連時，就證明此對象是不可用的

垃圾回收算法

• 標(biāo)記-清除算法Mark-Sweep：首先標(biāo)記出所有需要回收的對象，在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的對象

• 效率問題：標(biāo)記和清除動作都不是高效動作

• 空間問題：標(biāo)記清除之后產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，碎片太多導(dǎo)致分配較大對象時無法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存而不得不提前觸發(fā)另一次gc

• 復(fù)制算法Copying：它將可用內(nèi)存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊。當(dāng)這一塊的內(nèi)存用完了，就將還存活著的對象復(fù)制到另外一塊上面，然后再把已使用過的內(nèi)存空間一次清理掉

可用內(nèi)存縮小為原來的一半

每次收集時，所有的標(biāo)記對象都要被拷貝，從而導(dǎo)致一些生命周期很長的對象被來回拷貝多次，消耗大量的時間 ->分代回收來解決這個問題

分代回收算法Generational  Collecting：根據(jù)對象存活周期的不同將內(nèi)存劃分為幾塊新生代：內(nèi)存分為一塊較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間。新建object在Eden，Eden滿時觸發(fā)YGC，Eden中存活對象被移動到S0區(qū)，清空Eden;等Eden再滿載YGC，Eden和S0中的存活對象被復(fù)制到S1(復(fù)制算法保證了S1中來自Eden和S0兩部分的存活對象占用連續(xù)的內(nèi)存空間，避免了碎片化);清空Eden和S0。下一輪的時候S0和S1交換角色，如此循環(huán)往復(fù)。如果對象的復(fù)制次數(shù)達(dá)到15次，該對象就會被送到老年代。老年代：對象存活率高

垃圾回收器(垃圾回收算法的具體實現(xiàn))

并行與并發(fā)

• 并行Parallel：指多條垃圾收集線程并行工作，但此時用戶線程仍然處于等待狀態(tài)

• 并發(fā)Concurrent：指用戶線程與垃圾收集線程同時執(zhí)行，用戶程序在繼續(xù)運(yùn)行，而垃圾收集程序運(yùn)行于另一個CPU上

• 新生代minor gc：新生代內(nèi)存不是很大，miinor gc回收速度一般比較快

• 老年代major gc/ full gc：老年代內(nèi)存一般比較大，用于緩存大對象，所以回收速度約minor gc的10倍以上

• 吞吐量throughput：JVM總共運(yùn)行了100分鐘，其中垃圾收集花掉1分鐘，那吞吐量就是99%，即(all-gc)/all(for batch  pipeline)

• 停頓時間：垃圾回收器正在運(yùn)行時，應(yīng)用程序的暫停時間(for streaming pipeline)

回收器類型

1. NEW

2. serial，單線程

3. parNew，serial多線程版

4. Parallel Scavenge，復(fù)制算法，并行，優(yōu)先保證吞吐量，不顧及用戶STW感受，吞吐量方面優(yōu)化的系統(tǒng)，停頓時間長是可以接收的。

5. OLD/tenured

6. Serial Old，Serial回收器的老年代版本，單線程，標(biāo)記-整理算法

7. Parallel Old，Parallel Scavenge回收器的老年代版本，多線程，標(biāo)記-整理算法

8. Concurrent Mark Sweep, CMS：優(yōu)先最短回收停頓時間，用戶體驗好，標(biāo)記-清除算法

9. NEW and OLD

10. 關(guān)鍵點：region內(nèi)存劃分，優(yōu)先級區(qū)域回收方式。優(yōu)先回收價值最大的region

11. garbage first,  G1：它將整個Java堆劃分為多個大小相等的獨立區(qū)域(Region)，雖然還保留有新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是物理隔離的了，它們都是一部分Region(不需要連續(xù))的集合。

類裝載子系統(tǒng)(classloader  sub-system)：定位和導(dǎo)入二進(jìn)制class文件，校驗導(dǎo)入類的正確性，為類變量分配并初始化內(nèi)存，解析符號引用

• 啟動類加載器bootstrap classloader，負(fù)責(zé)加載JAVA_HOME/lib下的合法類文件

• 擴(kuò)展類加載器extension classloader，負(fù)責(zé)加載JAVA_HOME/lib/ext下的合法類文件

• 應(yīng)用程序類加載器application classloader，負(fù)責(zé)加載用戶路徑classpath下的合法類文件

• 自定義類加載器user defined classloader，class MyClassLoader extends ClassLoader

• JVM通過雙親委派模型進(jìn)行類的加載，先交給其最底層父類去加載，父類無法加載時才自己試著去加載。if(parent != null)  parent.loadclass(name) 遞歸recursion，application classloader -> extension  classloader -> bootstrap classloader

• 先看user defined  classloader是否緩存了，如果緩存了，就直接返回，如果沒有，委派父classloader去加載，如果父緩存了，就直接返回，否則再委派給父classloader;直到最后的bootstrap  classloader，如果其緩存找不到，則在其路徑下找，找到則至二級返回，否則往其子類返回，讓其子類在其路徑下找;最后又回到自定義classloader，如果還找不到就拋異常

執(zhí)行引擎(execution engine)：執(zhí)行classloader中的方法指令

• 解釋器Interpreter：讀取源碼或字節(jié)碼，并逐條直接執(zhí)行(javac是在JVM外的)

• 即時編譯器Just-In-Time compiler/JIT: 讀取源碼，更多情況下是字節(jié)碼，然后即時編譯為機(jī)器碼并執(zhí)行

• Java虛擬機(jī)是可運(yùn)行Java代碼的假想計算機(jī)，java源文件(.java)通過java編譯器javac生成字節(jié)碼文件(.class)，字節(jié)碼文件(.class)通過JVM中的解釋器再翻譯成特定機(jī)器上的機(jī)器碼

即，源碼/源代碼/Source code/.java -> 字節(jié)碼/Bytecode/.class -> 機(jī)器碼/Machine  code/原生碼/Native Code

運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)(runtime data areas)：JVM運(yùn)行時需要從整個計算機(jī)內(nèi)存中劃出一塊內(nèi)存區(qū)域存儲jvm需要用到的東西

• 堆Heap：JVM內(nèi)共享/線程間共享，保存了所有類實例/對象本身instance，不存儲基本數(shù)據(jù)類型對象和自定義對象引用(這些存在各線程的JVM  Stack中)，是gc的主要回收區(qū)

• 方法區(qū)Method Area/永久代Permanent  Generation：JVM內(nèi)共享/線程間共享，保存了每個類的信息(類的名稱、字段信息、方法信息)class、靜態(tài)變量static等

• 程序計數(shù)器Program Counter  Register/PC寄存器：線程內(nèi)共享，保存每個線程正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令的地址;若該方法為Native的，則計數(shù)器置空Undefined

• 虛擬機(jī)棧JVM Stack/線程棧：線程內(nèi)共享，保存基本數(shù)據(jù)類型的對象和自定義對象的引用，執(zhí)行環(huán)境的上下文

• 本地方法棧Native Method Stacks：線程內(nèi)共享，與JVM  Stack所發(fā)揮的作用是非常相似的，其區(qū)別不過是虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法(也就是字節(jié)碼)服務(wù)，而本地方法棧則是為虛擬機(jī)執(zhí)行的Native方法服務(wù)

垃圾回收器開啟命令

Command  line新生代gc模式老年代gc模式-XX:+UseSerialGCserial串行回收器serialOld串行回收器-XX:+UseParNewGCparNew并行回收器default-XX:+UseParallelGCparallel并行回收器default-XX:+UseParallelOldGCdefaultparallel并行回收器-XX:+UseConcMarkSweepGCdefaultCMS并行回收器-XX:+UseG1GCG1回收器G1回收器

根據(jù)上表新生代與老年代的gc模式互為搭配一起為垃圾回收器服務(wù)。

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