Java内存结构及GC原理

我最想要了解的内容

1. 内存结构，jvm由哪些部分组成？它们分别起到什么作用？

2. GC什么时候发生？GC的日志如何查看？GC调优的依据是什么？如何判断 ？

JVM内存结构/布局

根据java8虚拟机规范，JVM内存结构，就是 Run-Time Data Areas ，运行时数据区域

jvm定义了6个运行时区域，

• 程序计数器pc (program counter) register
• jvm栈 jvm stack
• 本地方法栈 native method stack
• 堆 heap
  • java8虚拟机规范中这样描述：a heap that is shared among all Java Virtual Machine threads
• 方法区 method area
• 运行时常量池 Run-Time Constant Pool

从是否可被线程共享，可以分为

• 线程私有： pc register，jvm stack，native method stack
• 被所有jvm线程共享：heap，method area（包含运行时常量池）。

6个数据区域的作用

• 程序计数器：

  • 每个线程都有自己的pc register，
  • 如果正在执行的方法不是native，那么程序计数器包含当前正在执行的java虚拟机（jvm）指令的地址
  • 如果线程当前正在执行的方法是native，那么jvm的程序计数器的值是undefined（即null）
  • 程序计数器的内存足够保存返回地址和本地指针，不会内存异常

• jvm栈

  • 用于方法调用和返回，
  • 保存方法的局部变量和部分结果

• native method stack（也称为本地方法栈，我觉得称为“本机方法栈”也合适）

  • 因为java8虚拟机规范中有这样一段描述：to support native methods (methods written in a language other than the Java programming language)

• 堆

  • 存放所有类实例和数组
  • java8虚拟机规范中这样描述：The heap is the run-time data area from which memory for all class instances and arrays is allocated
  • 允许用户初始化大小，并控制最大最小值

• 方法区

  • 类似于C语言中编译代码的存储区域或操作系统进程中的”text”段，
  • 存储每个类的结构，例如，运行时常量池，字段和方法，以及方法和构造函数的代码，还包括用于类和对象初始化及其接口初始化的特殊方法
  • 逻辑上是heap的一部分，同时java规范中仅规定一定要有这个data area，但是没有规定具体的实现，
  • 与heap一样允许用户初始化大小，并控制最大最小值
  • 可能抛出OOM

• 运行时常量池
  运行时常量池是类文件（第4.4节）中constant_pool表的按类或按接口的运行时表示。
  它包含多种常量，从编译时已知的数字文字到必须在运行时解析的方法和字段引用。
  运行时常量池的功能类似于常规编程语言的符号表，尽管它包含的数据范围比典型的符号表还大。

问题：
可达性分析 需要分析与GC Roots的关联，那么对象产生是如何与GC Roots的关联的？什么时候失去与GC Roots的关联？

heap中，young generation 与old generation 中的各个区域默认分配多大内存空间呢？

GC原理

如何判断哪些对象是需要回收的垃圾对象？

两种常用的方法：

1. 引用计数算法
   • 逻辑：在对象在中添加一个引用计数器，对象被引用，计数器+1，引用失效，计数器-1，统计计数器为0的对象视为需要回收的对象
   • 缺点：难以解决对象之间的循环应用，即A引用B，B引用A
   • 应用范围：微软COM技术，python
2. 可达性分析算法
   • 逻辑：将GC Roots作为起点，通过起点向下遍历，走过的路径作为引用链，仅判定引用链包含的对象作为可达对象，不可达对象即为需要回收
   • GC Roots范围： 1. 虚拟机栈中引用的对象；2. 方法区中类静态属性引用的对象；3. 方法区中常量引用的对象；4. 本地方法栈中JNI引用的对象
   • 应用范围：主流jvm虚拟机

问题：关于循环引用的问题，如果A引用B，B引用A，这两个对象是否能被GC回收？
答：关键不在于A、B之间是否有引用，而是A、B是否可以一直向上追溯到GC Roots。如果与GC Roots没有关联，则会被回收，否则即可继续存活。

内存区域中哪些区域需要GC

1. 不需要GC的：jvm线程独享的区域，pc register（程序计数器），jvm stack（jvm栈），native method stack（本地方法栈），其生命周期与线程相同（线程启动时创建，线程结束时销毁），不需要GC。

2. 需要GC的：heap（虚拟机堆），method area（方法区），这两个数据区域，在jvm中是所有线程共享的，同时它们在虚拟机启动时创建，内存分配和回收具有不确定性。

   • 因为常量池在method area中，所以也需要GC

常见的GC算法

以Hotspot为例，来分析下GC的主要过程

垃圾收集器

【问题1】，标记-整理(/压缩)法，会让整理后的对象内存地址发生变化，那么暂定的线程是如何正常运行的？重启启动后重新获取对象的内存地址？