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JVM内存模型你只要看这一篇就够了,大厂Java研发岗面试复盘

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JVM内存模型你只要看这一篇就够了,大厂Java研发岗面试复盘

栈的大小还影响到一个就是如果单个栈超过了这个大小,就会抛出StackOverflowError,一般来说递归调用是常见的原因。

如何查看线程栈

使用命令 jstack 可以列出当前pid对应jvm的所有线程栈描述,描述主要包括了每个线程的状态以及堆栈内各栈帧的方法全限定名,代码位置。注意这只是为了可阅读性,并不是说栈里存着的就是这些字符串。

截取一段tomcat的jstack输出(线程方面的知识可以参考另一篇拙作《Java多线程你只需要看这一篇就够了》,本文不再赘述):

tomcat的jstack输出片段

2.堆和垃圾收集

堆的结构

对于大多数应用来说,Java 堆(Java Heap)是Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java 堆是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

分代的内存管理

首先堆可以划分为新生代和老年代。

新生代

然后新生代又可以划分为一个Eden区和两个Survivor(幸存)区。

按照规定,新对象会首先分配在Eden中(如果对象过大,比如大数组,将会直接放到老年代)。在GC中,Eden中的对象会被移动到survivor中,直至对象满足一定的年纪(定义为熬过minor GC的次数),会被移动到老年代。

新生代 ( Young ) 与老年代 ( Old ) 的比例的值为 1:2 ( 该值可以通过参数 –XX:NewRatio 来指定 )

默认的,Eden : from : to = 8 : 1 : 1 ( 可以通过参数 –XX:SurvivorRatio 来设定 ),即: Eden = 8/10 的新生代空间大小,from = to = 1/10 的新生代空间大小。

然后讲讲垃圾收集

堆内存和垃圾收集是密不可分的两个主题,讲垃圾收集的资料很多,但总的来说讲的比较混乱,在这里我试图从一个系统的视角展示垃圾收集。

  • 垃圾收集的意义

  • 垃圾收集的出现解放了C++中手工对内存进行管理的大量繁杂工作,手工malloc,free不仅增加程序复杂度,还增加了bug数量。

  • 分代收集。即在新生代和老生代使用不同的收集方式。在垃圾收集上,目标主要有:加大系统吞吐量(减少总垃圾收集的资源消耗);减少最大STW(Stop-The-World)时间;减少总STW时间。不同的系统需要不同的达成目标。而分代这一里程碑式的进步首先极大减少了STW,然后可以自由组合来达到预定目标。

  • 可达性检测

  • 引用计数:一种在jdk1.2之前被使用的垃圾收集算法,我们需要了解其思想。其主要思想就是维护一个counter,当counter为0的时候认为对象没有引用,可以被回收。缺点是无法处理循环引用。目前iOS开发中的一个常见技术ARC(Automatic Reference Counting)也是采用类似的思路。在当前的JVM中应该是没有被使用的。

  • 根搜算法:思想是从gc root根据引用关系来遍历整个堆并作标记,称之为mark,等会在具体收集器中介绍并行标记和单线程标记。之后回收掉未被mark的对象,好处是解决了循环依赖这种『孤岛效应』。这里的gc root主要指:

  • a.虚拟机栈(栈桢中的本地变量表)中的引用的对象

  • b.方法区中的类静态属性引用的对象

  • c.方法区中的常量引用的对象

  • d.本地方法栈中JNI的引用的对象

  • 整理策略

  • 复制:主要用在新生代的回收上,通过from区和to区的来回拷贝。需要特定的结构(也就是Young区现在的结构)来支持,对于新生成的对象来说,频繁的去复制可以最快的找到那些不用的对象并回收掉空间。所以说在JVM里YGC一定承担了最大量的垃圾清除任务。

  • 标记清除/标记整理:主要用在老生代回收上,通过根搜的标记然后清除或者整理掉不需要的对象。

整理的过程

![](https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly91cGxvYWQtaW1hZ2VzLmppYW5zaHUuaW8vdXBsb2FkX2ltYWdlcy8xNjg5ODQxLTgxMjExOTliNDU2Mm

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清除的过程

这里可以看到清除会产生碎片空间,对内存利用不是很好,但不是说整理优于清除,毕竟整理会更慢。比如CMSGC就是使用清除而不是整理的。

思考一下复制和标记清除/整理的区别,为什么新生代要用复制?因为对新生代来讲,一次垃圾收集要回收掉绝大部分对象,我们通过冗余空间的办法来加速整理过程(不冗余空间的整理操作要做swap,而冗余只需要做move)。同时可以记录下每个对象的『年龄』从而优化『晋升』操作使得中年对象不被错误放到老年代。而反过来老年代偏稳定,我们哪怕是用清除,也不会产生太多的碎片,并且整理的代价也并不会太大。

  • 具体的垃圾收集器

  • 新生代收集器:有Serial收集器、ParNew收集器、Parallel Scavenge收集器

  • 老生代收集器:Serial Old收集器、Parallel Old收集器、CMS收集器、G1收集器

垃圾收集器大家庭

以上所有的垃圾收集器都会发生STW,只不过FGC的STW时间更长。

几款重点研究的垃圾收集器:

CMSGC:

CMS(Concurrent Mark-Sweep)是以牺牲吞吐量为代价来获得最短回收停顿时间的垃圾回收器。对于要求服务器响应速度的应用上,这种垃圾回收器非常适合,因此我们又叫它低延迟垃圾收集器。在启动JVM参数加上-XX:+UseConcMarkSweepGC ,这个参数表示对于老年代的回收采用CMS,注意此时新生代默认使用的是ParNew。CMS采用的基础算法是:标记—清除。

MSCGC vs CMSGC

和普通序列化整理(MSC)区别在于有三个mark阶段(实际上还有个预清理过程,但对于解释清楚CMSGC没有帮助就忽略了)。CMSGC的精髓在于因为做到了不STW的情况下进行mark,我们得到了更短的总STW时间,代价是因为并行mark产生了『脏数据』即在mark的同时又生成了需要mark的对象,我们必须再进行一次STW,并收尾(remark)。

同时,我们要注意到得到更短的STW的同时,我们牺牲了系统吞吐量,CMSGC总吞吐量比ParOld要更低。

G1GC

作为最新的垃圾收集器,有可能在jdk9中成为默认的垃圾收集器。

主要思路是将新生代老生代进一步分为多个region,每次gc可以针对部分region而不是整个堆内存。由此可以降低stw的单次最长时间,代价是可能在总时间上会更高。

G1GC让系统在整体吞吐量略降的情况下变得更加平滑稳定。

为了比较ParOld,CMSGC和G1GC,附上从某篇博客上转载的评测截图:

静态方法区

最后讲一讲静态方法区,又称为永久代(Perm Generation)。它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

常见的JVM配置包括:

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