浅聊JVM内存模型以及垃圾处理机制

• Java虚拟机
• • JVM的内存模型
  • • 1. 虚拟机栈(virtual stack)
    • 2. 本地方法栈(Native method stack)
    • 3. 程序计数器(PC计数器)
    • 4. 方法区（non-heap）
    • 5. 堆(heap)
  • JVM调优之可能的途径

Java虚拟机

Java虚拟机也就是Java Virtual Machine,简称JVM。是Java中用来运行程序的虚拟机，它可以帮助Java程序屏蔽各种操作系统指令集的差异，从而做到跨系统运行。

JVM的内存模型

JVM内存区由几大部分组成

1. 虚拟机栈(virtual stack)

2. 本地方法栈(Native method stack)

3. 程序计数器(PC计数器)

4. 方法区（non-heap）

5. 堆(heap)

接下来我们讲解一下这几块主要的作用是什么，以及是如何相互协作的

虚拟机栈(virtual stack)

虚拟机栈主要存储栈帧，所属栈帧就是一种数据结构，包含局部变量、操作数、动态链接、方法出口。在jvm中每一个线程都拥有一个栈帧。

本地方法栈(Native method stack)

本地方法栈跟虚拟机栈类似，区别就在于本地方法一般是被Java程序用到并且被native修饰的方法，这些方法不是用Java语言写的代码，但是也需要分配内存空间来运行，所以本地方法栈就是用来存放这些栈帧的。

程序计数器(PC计数器)

程序计数器是线程私有的，它是一个指针，指向当前线程下一条代码的内存空间地址。当cpu调度算法将执行权交给其他线程时，有了程序计数器才能恢复到之前的操作。

方法区

方法区主要存储常量、静态变量、类型信息等。

堆(heap)

堆中存储的是程序在运行过程中产生的对象，这篇blog重点想讲的就是JVM中的堆，因为堆所占的内存最大，垃圾回收机制(GC)回收的就是堆中的对象，它也是jvm调优的重点对象。堆的组成分为年轻代(young heap)和老年代(old heap)，而年轻代中又分Eden(伊甸园)区和Survival（幸存者）区，在年轻代这里Java会开一个线程，叫Minor GC, 专门用来处理没有被使用的垃圾对象，它利用可达性分析算法来推算对象是否是垃圾，原理大概是：每次Minor GC周期来临时，如果Eden的内存被占满，那么Minor GC就会找到每个在栈中的变量，名叫GC roots，通过GC root指向的堆内存地址找到相应的对象，然后一步一步找，找到那些没有被任何其他对象引用的对象，把它们标记为垃圾，然后回收掉，那些没有被标记为垃圾的则会进入幸存者区，并且年龄+1岁，当幸存者区的对象达到了15岁(默认是15，可以修改)之后，GC会把它移到老年代中，而到了老年代中，只有当老年代的内存被占满了之后才会触发一次Full GC，Full GC是将所有的年轻代和老年代中的GC roots扫描一遍，一般来说Full GC的执行时间是Minor GC的10倍,而每次GC程序执行时都会STW（stop the world），如果Full GC太多的话，用户体验肯定是不好的，所以才要jvm调优。

堆的组成如下图

在我的理解中，为什么绿色框叫Eden。因为JVM的设计者是歪果仁，然后西方神话中伊甸园是人类诞生的地方，也就是亚当夏娃偷吃禁果的地方，然后因为自然灾害啊饥荒之类的，导致很多人灭绝，然后存活下来的人就是幸存者，最后经过重重考验才能步入老年，而步入老年的概率是极低的。对应Java堆模型的分析，GC的垃圾回收线程就是自然灾害，每经过一段时间就会发生一次，只有经得住GC筛选的才能活下来。从这里可以看出底层设计者的高明之处。

JVM调优之可能的途径

从上述堆模型和内存回收机制我们可以看出，因为每次GC都会stop the world，Minor GC因为保存的对象并不多，所以基本是无感的，对于小型系统来说。但是Full GC会对整个GC roots进行扫描，stop the world的时间较长，用户就会感知到这种卡顿。除了15岁后GC会把对象放入老年代以外，还有一种动态对象年龄判定机制，即要从Eden中幸存到Survival的对象总大小大于Survival的内存空间的50%时，会直接移入老年代，所以尽量是对象在进入老年代之前能被销毁掉。也就是对象能放在幸存者中等待下一次GC回收，而不是进入老年代。