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一个进程在运行的时候,会向操作系统申请到内存资源,从来存放程序运行的相关数据。
JVM本质上就是一个java进程,在运行的时候也会从操作系统那搞一块内存#xff0c;供Java代码执行使用。
JVM又把申请的一块内存根据不同的用途划分出了不同区域。 每一…一、JVM的内存区域划分
一个进程在运行的时候,会向操作系统申请到内存资源,从来存放程序运行的相关数据。
JVM本质上就是一个java进程,在运行的时候也会从操作系统那搞一块内存供Java代码执行使用。
JVM又把申请的一块内存根据不同的用途划分出了不同区域。 每一个线程中都独有一份自己的栈空间和程序计数器(PC)
栈存放方法调用关系,局部变量。
程序计数器(PC)记录当前线程执行的下一条指令的内存地址。
堆存放对象的实例,即new出来的对象都在这里。
方法区(元数据区)存放类对象,常量池,静态成员。
二、JVM类加载机制
类加载本质上就是将.class文件(硬盘)加载到内存(方法区)中。
Java程序最开始在编写的时候是一个.java文件,然后通过编译生成.class(字节码)文件,运行java程序,JVM就会读取.class文件,把文件的内容放到内存中,构造.class对象。
类加载的过程 加载:找到.class文件,打开文件,读取文件内容。 验证:检查当前.class文件的格式。 准备:给类对象分配内存空间。给类对象分配空间并进行默认初始化(一般置为0)。 解析:主要针对字符串常量,将常量池中的符号引用替换为直接引用。 符号引用:相对的位置 直接引用:真是的内存地址 在.class文件中,由于还未加载到内存中,无法确定内存地址,只能使用一个相对偏移量来表示内存地址。当JVM将.class文件进行加载分配了内存地址此时字符串常量就有了真实地址,然后将一些引用变量中的符号引用替换成直接引用。 初始化:对类对象进行初始化。初始化静态成员,执行静态代码块,加载父类.....
双亲委派模型
双亲委派模型描述的是类加载的过程中,如何找.class文件。
JVM在加载.class文件的时候,需要用到类加载器,在JVM中就自带了三个类加载器。 这三个类加载器存在父子关系,这里的父子关系并不是通过继承形成的,而是对象中有一个引用指向父类加载器实例 Bootstarp ClassLoader 负责加载标准库中的类(Java标准文档中规定了需要提供哪些基本类) Extension ClassLoader 负责加载JVM扩展库中的类(JVM厂商可能还会添加一些类) Application ClassLoader 负责加载第三方库的类(mysql、jackson.......以及一些自己写的类)
双亲委派模型就描述了类加载的流程: 1.先从Application ClassLoader开始此时并不会立即搜索第三方库的类,而是先把加载任务委派给父亲,让父亲先尝试加载 2.到了Extension ClassLoader此时也不会立即搜索扩展库的类,而是再把加载任务委派给父亲,让父亲先尝试加载 3.到了Bootstrap ClassLoader此时Bootstrap ClassLoader没有父亲了,只好自己去加载类了。如果找到了这个类,就会进行下一个类的加载,如果没找到了就会回到委派的那个类加载器,即Extension ClassLoader 4.任务回到Exension ClassLoader此时只能自己去搜索扩展库的类了。如果找到了这个类,就会进行下一个类的加载,如果没找到了就会回到委派的那个类加载器,即Application ClassLoader 5.任务回到Application ClassLoader此时只能自己去搜索第三方库的类了。 如果找到了这个类,就会进行下一个类的加载,如果没找到了会抛出异常。 总结:双亲委派模型就是一个找.class文件的过程。平时如果我们创建一个跟标准库中名字一样的类,使用的时候依旧是标准库中的那一个,因为双亲委派模型机制,会优先使用标准库的类,这也是这个机制的意义。
类加载时机
类加载使用了懒汉模式,即当使用的时候才会进行加载。
大致可以分为三个时机: 构造类的实例 使用了类的静态方法/静态属性 子类的加载会触发父类 一旦类被加载好了,后续使用就不必再加载了,直接使用即可。
三、JVM垃圾回收机制
在C语言中使用malloc手动申请完内存后需要手动释放,如果光申请而不去释放的话,到达一定程度后,内存被耗尽,程序就会崩溃,但是通过程序猿来手动操作就非常考验个人水平了,无法保证可靠。
Java为了解决上述问题,就引入了垃圾回收机制,自动的把垃圾释放掉。
虽然这个垃圾回收(GC)这个机制非常香,但是也是需要付出代价的,即消耗额外的系统资源和性能开销,同时也出现STW问题。 STW问题: Stop-The-World 简称 STW是指在执行垃圾回收的过程冻结所有用户线程的运行直到垃圾回收线程执行结束。 垃圾回收的主战场在堆区,进行垃圾回收需要两步:判断对象是否为垃圾; 释放对象的内存。
判断对象是否为垃圾
当一个对象,在后续代码中不会被继续使用了,即这个对象已经没有任何引用指向它了,就可以认为是垃圾了。
如何判断,有如下两种思路:引用计数和可达性分析。
引用计数
核心思路给每个对象里面安排一个计数器,每当有引用指向它的时候,就把计数器的值1,每当引用被销毁,计数器的值-1.当计数器为0的时候,表示这个对象为垃圾。
优点简单好实现。
缺点空间利用率低,浪费内存空间(当对象本身比较小的时候,会大大降低空间利用率)
存在循环引用问题,导致对象不能被正确识别为垃圾。如图: 此时对象A,B在外部已经没有人指向了,即此时我们无法通过代码再去操作A和B了,按理来说已经成为了垃圾,但此时他们的计数器都不为0,无法正确的被识别为垃圾。
在Java中没有使用这种方式,但在Python,PHP的虚拟机中就是使用了引用计数的方式来完成的。
可达性分析
在Java中就采用了这个方案。
核心思路JVM首先会从现有代码中的能直接访问到的引用出发,尝试遍历所有能访问的对象,只要对象能访问到,就会被标记为可达。完成整个遍历后,除开可达对象外,其它的也就是不可达对象,也就相当于是垃圾了。
优点能够很好的解决引用计数中的循环引用问题。
缺点需要消耗更多的时间。
释放对象内存
释放对象内存主要有三种方式:标记清除;复制算法;标记整理。
标记清除
标记清除是一种直接释放对象内存的方式。这种方式简单粗暴,但会遇到如下问题,即当GC对象是离散,空间不连续的时候 此时如果直接释放对象的话,就会引起内存碎片。在申请内存空间的时候都是申请一块连续的内存,当使用标记清除直接释放的话,此时如果申请的内存空间比正GC对象大的话,就无法使用这块已经被回收的内存。
例如:假设上图中的每个GC对象的大小是1MB,但我们此时要申请一个2MB的内存空间,由于每个GC对象内存的前后的内存被占用了,我们就无法申请到空间.
复制算法
复制算法的核心思路是将空间分成两份,把有效对象复制到另一部分内存空间,来避免内存空间。 先是将左侧有效对象进行复制,放到右侧,然后再释放内存,当用了一段时间后,右侧也会有许多需要GC的对象,此时就将有效对象复制到左侧,循环往复。
虽然这种方式能有效的解决内存碎片问题,但当需要复制的对象内容比较多,就会引发不小的开销,并且由于会将内存进行划分,也会造成内存利用低的问题。
标记整理
标记整理是使用顺序表删除元素的思路。
每当要GC一个对象,会将后面的对象往前搬运。 这种方式,不仅可以解决内存碎片问题,也解决了内存利用率低的问题,但是会涉及频繁搬运的问题,这就会带来不小的开销。 分代回收
设计JVM的大佬集百家之长,搞了一个综合性的解决方法:分代回收。
分代回收是基于一个对象存在的越久,那么它将继续存在的可能性就越高的事实,然后对每个对象使用年龄标记,根据年龄来制定不同的回收策略。 分代回收将整个堆分成了两部分:新生代和老年代。在新生代中又划分了两个不同的区域:伊甸区和幸存区。
在新生代中以复制算法为主,在老年代中以标记整理算法为主。
伊甸区中存放的是新生的对象,在经过一轮的GC后,没有被回收的对象就会被通过复制算法复制到幸存区中。
幸存区中又划分了两块不同的空间,用来针对后续的复制算法,当第二轮GC后,没有被回收的对象就会被复制到幸存区中另一块空间。
如果一个对象在幸存区中存活了好多轮都没有挂,这个对象的年龄就比较大了,就会被复制到老年代中。
在新生代中每一轮GC留下的对象并不会很多,所以进行复制算法的开销并不会很大,而在老年代中,对象比较重要,所以销毁的也很少此时标记整理开销也不会很大。
