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JVM内存笔记

凌渡
 凌渡
发布于 10/21 22:27
字数 2260
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Hotspot JVM 中的 Java 线程与原生操作系统线程有直接的映射关系。当线程本地存储、缓 冲区分配、同步对象、栈、程序计数器等准备好以后,就会创建一个操作系统原生线程。 Java 线程结束,原生线程随之被回收。操作系统负责调度所有线程,并把它们分配到任何可 用的 CPU 上。当原生线程初始化完毕,就会调用 Java 线程的 run() 方法。当线程结束时,会释放原生线程和 Java 线程的所有资源。

Hotspot JVM 后台运行的系统线程主要有下面几个:

虚拟机线程 (VM thread)

这个线程等待 JVM 到达安全点操作出现。这些操作必须要在独立的线程里执行,因为当 堆修改无法进行时,线程都需要 JVM 位于安全点。这些操作的类型有:stop-the- world 垃圾回收、线程栈 dump、线程暂停、线程偏向锁(biased locking)解除。

周期性任务线程

这线程负责定时器事件(也就是中断),用来调度周期性操作的执行。

GC 线程

这些线程支持 JVM 中不同的垃圾回收活动。

编译器线程

这些线程在运行时将字节码动态编译成本地平台相关的机器码。

信号分发线程

这个线程接收发送到 JVM 的信号并调用适当的 JVM 方法处理。

 

程序计数器(线程私有)

一块较小的内存空间, 是当前线程所执行的字节码的行号指示器,每条线程都要有一个独立的程序计数器,这类内存也称为“线程私有”的内存。

正在执行 java 方法的话,计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址(当前指令的地址)。如 果还是 Native 方法,则为空。

这个内存区域是唯一一个在虚拟机中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

虚拟机栈(线程私有)

是描述 java 方法执行的内存模型,每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧(Stack Frame) 用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成 的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

栈帧( Frame)是用来存储数据和部分过程结果的数据结构,同时也被用来处理动态链接 (Dynamic Linking)、 方法返回值和异常分派( Dispatch Exception)。栈帧随着方法调用而创建,随着方法结束而销毁——无论方法是正常完成还是异常完成(抛出了在方法内未被捕获的异 常)都算作方法结束。

本地方法区(线程私有)

本地方法区和 Java Stack 作用类似, 区别是虚拟机栈为执行 Java 方法服务, 而本地方法栈则为 Native 方法服务, 如果一个 VM 实现使用 C-linkage 模型来支持 Native 调用, 那么该栈将会是一个 C 栈,但 HotSpot VM 直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

堆(Heap-线程共享)-运行时数据区

线程共享的一块内存区域,创建的对象和数组都保存在 Java 堆内存中,也是垃圾收集器进行 垃圾收集的最重要的内存区域。由于现代 VM 采用分代收集算法, 因此 Java 堆从 GC 的角度还可以 细分为: 新生代(Eden 区、From Survivor 区和 To Survivor 区)和老年代。

方法区/永久代(线程共享)

即我们常说的永久代(Permanent Generation), 用于存储被 JVM 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. HotSpot VM 把 GC 分代收集扩展至方法区, 即使用 Java 堆的永久代来实现方法区, 这样 HotSpot 的垃圾收集器就可以像管理 Java 堆一样管理这部分内存, 而不必为方法区开发专门的内存管理器(永久带的内存回收的主要目标是针对常量池的回收和类型 的卸载, 因此收益一般很小)。

运行时常量池(Runtime Constant Pool)是方法区的一部分。Class 文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述等信息外,还有一项信息是常量池(Constant Pool Table),用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用,这部分内容将在类加 载后存放到方法区的运行时常量池中。 Java 虚拟机对 Class 文件的每一部分(自然也包括常量 池)的格式都有严格的规定,每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求,这样才会被虚拟机认可、装载和执行。

 

Java 堆从 GC 的角度还可以细分为: 新生代(Eden 区、From Survivor 区和 To Survivor 区)和老年代。

 

新生代:是用来存放新生的对象。一般占据堆的1/3空间。由于频繁创建对象,所以新生代会频繁触发MinorGC 进行垃圾回收。新生代又分为 Eden区、ServivorFrom、ServivorTo 三个区。

Eden 区 :Java新对象的出生地(如果新创建的对象占用内存很大,则直接分配到老 年代)。当Eden区内存不够的时候就会触发MinorGC,对新生代区进行一次垃圾回收。

ServivorFrom :上一次 GC 的幸存者,作为这一次 GC 的被扫描者。

ServivorTo:保留了一次 MinorGC 过程中的幸存者。

MinorGC 的过程(复制->清空->互换)

 

老年代:主要存放应用程序中生命周期长的内存对象。

老年代的对象比较稳定,所以 MajorGC 不会频繁执行。在进行 MajorGC 前一般都先进行 了一次 MinorGC,使得有新生代的对象晋身入老年代,导致空间不够用时才触发。当无法找到足 够大的连续空间分配给新创建的较大对象时也会提前触发一次 MajorGC 进行垃圾回收腾出空间。

MajorGC 采用标记清除算法:首先扫描一次所有老年代,标记出存活的对象,然后回收没 有标记的对象。MajorGC 的耗时比较长,因为要扫描再回收。MajorGC 会产生内存碎片,为了减 少内存损耗,我们一般需要进行合并或者标记出来方便下次直接分配。当老年代也满了装不下的 时候,就会抛出 OOM(Out of Memory)异常。

 

永久代:指内存的永久保存区域,主要存放 Class 和 Meta(元数据)的信息,Class 在被加载的时候被 放入永久区域,它和和存放实例的区域不同,GC 不会在主程序运行期对永久区域进行清理。所以这也导致了永久代的区域会随着加载的 Class 的增多而胀满,最终抛出OOM异常。

在Java8中,永久代已经被移除,被一个称为“元数据区”(元空间)的区域所取代。元空间的本质和永久代类似,元空间与永久代之间最大的区别在于:元空间并不在虚拟机中,而是使用本地内存。因此,默认情况下,元空间的大小仅受本地内存限制。类的元数据放入native memory, 字符串池和类的静态变量放入java堆中,这样可以加载多少类的元数据就不再由MaxPermSize控制, 而由系统的实际可用空间来控制。

 

堆内内存由JVM管理,属于“用户态”;而堆外内存由OS管理,属于“内核态”。如果从堆内向磁盘写数据时,数据会被先复制到堆外内存,即内核缓冲区,然后再由OS写入磁盘,使用堆外内存避免了数据从用户内向内核态的拷贝。

主动回收(推荐): 对于Sun的JDK,只要从DirectByteBuffer里取出那个sun.misc.Cleaner,然后调用它的clean()就行;

基于 GC 回收:堆内的DirectByteBuffer对象被GC时,会调用cleaner回收其引用的堆外内存。问题是YGC只会将将新生代里的不可达的DirectByteBuffer对象及其堆外内存回收,如果有大量的DirectByteBuffer对象移到了old区,但是又一直没有做CMS GC或者FGC,而只进行YGC,物理内存会被慢慢耗光,触发OOM;

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