JVM架構體系及GC命令有哪些

這篇文章給大家介紹JVM架構體系及GC命令有哪些，內(nèi)容非常詳細，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對大家能有所幫助。

1. Overview
2. JVM架構體系
    1) 垃圾回收
        - 對象存活性判斷
        - 垃圾回收算法
        - 垃圾回收器（回收算法的具體實現(xiàn)）
    2) 類裝載子系統(tǒng)
        - 啟動類加載器
        - 擴展類加載器
        - 應用程序類加載器
        - 自定義類加載器
    3) 執(zhí)行引擎
        - 解釋器
        - 即時編譯器
    4) 運行時數(shù)據(jù)區(qū)
        - 堆Heap
        - 方法區(qū)
        - 程序計數(shù)器
        - 虛擬機棧
        - 本地方法棧
3. 垃圾回收器開啟命令
4. Reference

Overview

Java虛擬機Java virtual machine(JVM) 是物理機器的軟件實現(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架構圖如下。

JVM Architecture

JVM架構體系

1. 垃圾回收（garbage collection）：負責回收堆內(nèi)存heap中沒有被使用的對象

判斷對象是否存活，可達性檢測

1. 引用計數(shù)算法：給對象添加一個引用計數(shù)器，每當有一個地方引用它時，計數(shù)器值就加1，當引用失效時，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

2. 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

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

• 效率問題：標記和清除動作都不是高效動作

• 空間問題：標記清除之后產(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

2. 復制算法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。當這一塊的內(nèi)存用完了，就將還存活著的對象復制到另外一塊上面，然后再把已使用過的內(nèi)存空間一次清理掉
   

1. 可用內(nèi)存縮小為原來的一半

2. 每次收集時，所有的標記對象都要被拷貝，從而導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

3. 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再滿再YGC，Eden和S0中的存活對象被復制到S1（復制算法保證了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。如果對象的復制次數(shù)達到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)運行，而垃圾收集程序運行于另一個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：垃圾回收器正在運行時，應用程序的暫停時間（for streaming pipeline）

回收器類型

1. NEW

• serial，單線程

• parNew，serial多線程版

• Parallel Scavenge，復制算法，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。

2. OLD/tenured

• Serial Old，Serial回收器的老年代版本，單線程，標記-整理算法

• Parallel Old，Parallel Scavenge回收器的老年代版本，多線程，標記-整理算法

• Concurrent Mark Sweep, CMS：優(yōu)先最短回收停頓時間，用戶體驗好，標記-清除算法

3. NEW and OLD

• 關鍵點：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

• 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）：定位和導入二進制class文件，校驗導入類的正確性，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，負責加載JAVA_HOME/lib下的合法類文件

• 擴展類加載器extension classloader，負責加載JAVA_HOME/lib/ext下的合法類文件

• 應用程序類加載器application classloader，負責加載用戶路徑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，然后即時編譯為機器碼并執(zhí)行

• Java虛擬機是可運行Java代碼的假想計算機，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器上的機器碼
  即，源碼/源代碼/Source code/.java -> 字節(jié)碼/Bytecode/.class -> 機器碼/Machine code/原生碼/Native Code

運行時數(shù)據(jù)區(qū)（runtime data areas）：JVM運行時需要從整個計算機內(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)別不過是虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務，而本地方法棧則是為虛擬機執(zhí)行的Native方法服務

垃圾回收器開啟命令

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。

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