java - JVM知识总结

JVM ( Java Virtual Machine）：Java虚拟机
 

目录

一、java内存区域与内存溢出异常

1、运行时数据区域

1.1 程序计数器（线程私有）

1.2 java虚拟机栈（线程私有）

1.3 本地方法栈（线程私有）

1.4 Java堆（线程共享）

1.5 方法区（线程共享）

1.6 运行时常量池（线程共享）

2、Java堆溢出

二、垃圾回收与内存分配策略

1、垃圾回收

1.1 何判断对象已死

1.2  finalize( )方法：

1.3  引用类型

1.4   回收方法区

1.5  垃圾回收算法

1.6  垃圾回收器

2、内存分配策略

2.1 对象优先在Eden上分配

2.2   大对象直接进入老年代

2.3  长期存活对象进入老年代

2.4   动态对象年龄判定

2.5  空间分配担保

三、java内存模型

1、主内存与工作内存

四、volatile变量的特殊规则

1、保证此变量对所有线程可见性

2、使用volatile变量的语义是禁止指令重排

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一、java内存区域与内存溢出异常

1、运行时数据区域

JVM会在会在java程序运行的过程中，将它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些数据区域各有各的用途，各有各的创建于销毁时间，有的区域随着JVM的创建与启动而存在，有的区域依赖用户线程的启动与结束而创建和销毁。一般来说，JVM锁管理的区域包含以下几个运行时数据区域：

线程私有：程序计数器、java虚拟机栈、本地方法栈

线程共享：java堆、方法区、运行时常量池，直接内存

1.1 程序计数器（线程私有）

程序计数器是一块较小的内存空间；

如果当前线程正在执行一个java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令地址；

如果正在执行的是一个Native方法，这个计数器值为空。

所谓的线程私有，就是说各个线程的计数器独立存储，互不影响。

1.2 java虚拟机栈（线程私有）

虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型：每一个java方法执行的同时，都会创建一个栈帧用于存放局部变量表，操作数栈，动态链接，方发出口等信息。每一个方法从调用到执行完成的过程，就对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈和出栈的过程。生命周期与线程相同。

之前一直说的栈区域实际上就是此处的虚拟机栈，再详细一点，就是虚拟机栈中的局部变量表。

局部变量表：存放了编译器所知的各种基本数据类型（8中基本数据类型），对象引用。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这些方法需要在栈帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在执行期间不会改变局部变量表大小。

 

在这个区域会产生以下两种异常：

1. 如果线程请求栈的深度大于虚拟机所允许的最大深度，会抛出StackOverflowError异常(这里可以通过-Xss这个虚拟机参数来指定栈容量)
2. 虚拟机在动态扩展时无法申请到足够的内存，或抛出OOM（OutOfMemoryError）异常

1.3 本地方法栈（线程私有）

本地方法栈与java虚拟机栈的作用是一样的，两者的区别是本地方法栈为虚拟机使用Native方法服务，而虚拟机栈为虚拟机使用java方法服务。

本地方法（Native方法）：使用一些其他语言（C, C++ 或 汇编语言等）编写的，并且被编译为基于本机硬件和操作系统的程序，对待这些方法需要特别处理。

在Hotspot虚拟机中，Java虚拟机栈和本地方法栈是同一块内存区域。

1.4 Java堆（线程共享）

Java堆是JVM所管理的最大区域，Java堆是所有线程共享的一块区域，在JVM启动时创建。此内存存放的都是对象实例。JVM规范中说到：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。

java堆是垃圾回收器管理的主要区域，因此又叫“GC 堆”。根据JVM规范规定的内容：Java堆可以处于物理上内存不连续的内存空间中。Java堆在主流的虚拟机中都是可扩展的（-Xmx设置最大值， -Xms设置最小值）。

如果堆中没有足够的内存完成实例分配并且对也无法在扩展时，会抛出OOM（OutOfMemoryError）异常。

1.5 方法区（线程共享）

方法区用于存放已被加载过的类信息，常量，静态变量，即时编译器编译（它把字节码转换为可执行的机器码）后的代码等数据。

和堆一样不需要连续的内存，可以动态扩展，当方法区无法满足动态内存需求时（扩展失败），一样会抛出OutOfMemoryError异常

对这块区域进行垃圾回收的主要目标是对常量池的回收和对类的卸载，但是一般比较难以实现。

在JDK8之前的HotSpoot虚拟机中，方法区也被称为“永久代”（永久代并不是意味着进入方法区之后就永久存在），但是永久代的大小很难确定，因为它收很多因素的影响，并且每次FullGC后永久代的大小都会改变，所以经常会抛出OutOfMemoryError异常，为了更方便管理方法区，JDK8移除永久代，并把方法区移至元空间，它位于本地方法中，而不是虚拟机内存中。

1.6 运行时常量池（线程共享）

运行时常量池是方法区的一部分，存放了 字面量 和符号引用

字面量：字符串（JDK1.7之后移到堆中）、final常量、基本数据类型的值

符号引用：类和结构的完全限定名，字段的名称和描述符、方法的名称和描述符。

2、Java堆溢出

在上面说过了Java堆是用来存放对象实例的，只要我们不停创建对象，并且保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免GC清除这些对象，那么在对象数量达到最大对容量后就会产生内存溢出异常。

Java堆内存的OOM异常是实际应用中最常见的内存溢出情况。当出现Java堆内存溢出时，异常堆栈信息java.lang.OutOfMemoryError会进一步提示Java heap space。当出现Java heap space 时，表示OOM发生在堆上。

内存溢出和内存泄漏：

• 内存泄漏：泄漏对象无法被GC（对象不能被回收）
• 内存溢出：内存对象确实还应该存活。此时要根据JVM堆参数与物理内存相比较检查是否还应该吧JVM堆内存调大；或者检查对象生命周期是否过长。（内存不够了，放不下）

二、垃圾回收与内存分配策略

1、垃圾回收

关于在这之前的Java运行时内存各个区域的分析：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈这三个部分的生命周期与线程相关，随线程而生，随线程而灭。并且这三个区域的内存分配与回收具有确定性，因为当方法结束或者线程结束时，内存自然就跟着线程回收了。因此下面说的内存分配和回收主要是针对Java堆区和方法区这两个区域。

1.1 如何判断对象已死

• 引用计数算法：

为对象添加一个 引用计数器，当对象增加一个引用时计数器加一；当对象减少一个引用时计数器减一；引用对象为0时对象可以被回收。

在两个对象出现循环引用的情况下，此时引用计数器永远不为0，导致无法对他们进行回收。正是由于这种循环引用的存在，Java虚拟机中不采用这种算法。

    /**
    *  循环引用举例
    * */
    public class Test
    {
        public Object instance = null;
        public static void main (String[] args)
        {
            Test a = new Test();
            Test b = new Test();
            a.instance = b;
            b.instance = a;
        }
    }

 

• 可达性分析算法：

在Java虚拟机中，采用的是可达性分析算法来判断对象该不该被回收。

此算法的核心思想是：通过一系列称为“GC Roots”的对象作为起始点向下搜索，搜索走过的路径称为“引用链”，当一个对象到GCRoots没有任何引用链时（不可达），表名此对象不可用。

在java语言中，虚拟机使用可达性分析法判断对象是否可以被回收，GC Roots一般包含以下内容：

  •    虚拟机栈中局部变量表中引用的对象

  •    本地方法栈中JNI（Native方法）引用的对象

  •    方法区中类静态属性引用的对象

  •    方法区中常量引用的对象

上面之所以说的是可能会被回收，主要是因为还有一个finalize方法：

1.2  finalize( )方法：

即使一个对象在可达性分析算法中不可达，这个对象也并非 “非死不可” ，这时候它只是出于暂缓 “行刑” 的一个阶段要宣告一个对象真正死亡，至少还要经过两次的标记过程：

1. 如果一个对象现在和GC Roots不可达，那么它将会被第一次标记并进行一次筛选筛选条件是此对象是否有必要执行finalize方法。
2. 当此对象没有覆盖finalize方法或者此方法已经被JVM调用过了，虚拟机将这两种情况视为 “没有必要执行finalize方法”，此时这个对象才真正的死亡。
3. 如果这个对象被判断有必要执行finalize方法，那么这个对象将被放进一个叫F-Queue的队列中，并在稍后由虚拟机自动建立一个低优先级的Finalize线程去执行它（也就是虚拟机会除法finalize方法）。finalize方法是一个对象脱离死亡的最后一次机会，稍后GC将对F-Queue中的对象进行二次标记，如果对象在finalize方法中自救成功（和GC Roots可达），那么在第二次标记时它将会被移出 “即将回收”的集合；如果对象这个时候还是没有逃离，那么它将被回收

注意：finalize方法只会执行一次，当一个对象快死了，它有可能直接死亡或者被finalize救活，当它被拯救后再一次快死亡的时候就直接死亡，不会再调用finalize方法。

1.3  引用类型

在JDK1.2之前，java中的引用定义很传统：如果引用类型的数据中存储的数值代表的是另一块内存的起始地址，就称这块内存代表着一个引用。（这种定义很狭隘，一个对象在这种定义下只有引用和被引用两种状态）

在JDK1.2之后，对引用的概念进行了扩充，将引用分为强引用， 软引用， 弱引用和虚引用 四种，这四种引用强度依次递减。

• 强引用：强引用指的是在程序代码之中普遍存在的，类似于 “Object obj = new Object( ) ;”这类引用，只要强引用还存在，垃圾回收器永远不会回收掉被引用的对象（被强引用关联的对象不会被回收）
• 软引用：软引用是用来描述一些还有用但是不是必须的对象。对于软引用关联的对象，在系统将要发生内存溢出之前，会把这些对象列入回收范围之中进行二次回收，如果这次回收还是没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。JDK1.2之后，提供了SoftReference类来实现软引用。（被软引用关联的对象只有在内存不够的情况下才会被回收）

        Object obj = new Onject();
        SoftReference