JVM內(nèi)存分區(qū)及GC知識點(diǎn)是什么，很多新手對此不是很清楚，為了幫助大家解決這個(gè)難題，下面小編將為大家詳細(xì)講解，有這方面需求的人可以來學(xué)習(xí)下，希望你能有所收獲。

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Java 內(nèi)存分區(qū)

1. 本地方法棧：native方法調(diào)用時(shí)的方法調(diào)用棧，存儲(chǔ)本地棧幀

2. 虛擬機(jī)方法棧：Java的棧，每個(gè)線程有一個(gè)線程調(diào)用棧，棧的元素是棧幀。棧幀包括：局部變量表、操作數(shù)棧、指向堆中對象的引用、返回地址、附加信息。每個(gè)方法調(diào)用時(shí)，回向當(dāng)前指向的線程棧頂部壓入一個(gè)棧幀，棧幀的大小是固定的，虛擬機(jī)通過解析.class文件可以得知。

3. 堆：堆是所有Java線程共享的一個(gè)內(nèi)存區(qū)域，用于分配對象。

4. 方法區(qū)：存儲(chǔ)類的信息（類名、方法信息、字段信息）、靜態(tài)變量、常量池。

5. 程序計(jì)數(shù)器：用于記錄下一條要執(zhí)行的指令，每個(gè)線程都有自己的程序計(jì)數(shù)器，配合線程棧用于在線程調(diào)度時(shí)的線程上下文切換。執(zhí)行本地方法時(shí)程序計(jì)數(shù)器中沒有值或?yàn)閡ndefined。

HotSpot堆內(nèi)存

1.8之前，在HotSpot中堆內(nèi)存分為新生代、老年代、永久代。永久代就是方法區(qū)的實(shí)現(xiàn)，占用一部分堆內(nèi)存，但永久代不參與垃圾回收。 1.8及置換，HotSpot將堆內(nèi)存分為新生代、老年代。用元數(shù)據(jù)區(qū)實(shí)現(xiàn)方法區(qū)，且元數(shù)據(jù)區(qū)占用堆外內(nèi)存。

常見的GC算法

1. 引用計(jì)數(shù)：每個(gè)對象引用被持有時(shí)，引用計(jì)數(shù)+1。引用賦值為null或銷毀時(shí)引用計(jì)數(shù)-1。引用計(jì)數(shù)為0說明沒有再被使用，可以回收。無法解決循環(huán)引用問題。

2. 標(biāo)記-清除算法：第一個(gè)階段標(biāo)記，將存活的對象標(biāo)記出來；第二個(gè)階段是清除，將死亡對象占用的內(nèi)存回收利用。

3. 標(biāo)記-整理算法：第一個(gè)節(jié)點(diǎn)標(biāo)記，標(biāo)記處存貨的對象；第二個(gè)階段整理，將存活的對象整理放到另一處空間中去，然后把當(dāng)前空間的內(nèi)存全部回收。

4. 復(fù)制算法：每次只利用內(nèi)存的一半，當(dāng)內(nèi)存滿時(shí)，將存貨對象復(fù)制到另一半中去，這一半內(nèi)存全部回收。

垃圾回收算法并沒有最好的一種，為了達(dá)到降低整體GC時(shí)間的目的，一般是采用對內(nèi)存分代進(jìn)行垃圾回收，每個(gè)代采用不同的回收算法。

HotSpot堆內(nèi)存分代

1. 新生代 新生代與老年代內(nèi)存占比默認(rèn)為1:2。 新生代又可分為Eden區(qū)、Survivor0、Survivor1區(qū)，默認(rèn)占用新生代內(nèi)存比例為8:1:1。

2. 老年代 老年代是一大塊連續(xù)內(nèi)存，沒有再細(xì)分。

HotSpotGC類型

1. MinorGC，也叫做Young GC，YGC， 是發(fā)生在新生代的GC，當(dāng)Eden區(qū)滿時(shí)觸發(fā)，HotSpot中新生代均GC采用復(fù)制算法實(shí)現(xiàn)。 新分配的對象一般是在Eden區(qū)，除非滿足條件時(shí)，對象會(huì)直接分配到堆上。Eden區(qū)滿之后會(huì)將Eden存活對象拷貝到survivor0區(qū)。當(dāng)survivor0內(nèi)存不足時(shí)，將survivor0中存活的對象拷貝到survivor1區(qū)，并回收survivor0區(qū)，然后交換survivor0和survivor1的名稱。一般也叫from和to。 每次從from到to的拷貝，都會(huì)記錄對象的年齡+1，當(dāng)對象年齡達(dá)到一個(gè)設(shè)定的值后(默認(rèn)15)，對象會(huì)被分配到老年代。 如果從from向to的拷貝過程中發(fā)現(xiàn)to內(nèi)存不夠用，也會(huì)將對象轉(zhuǎn)存到老年代。

直接老年代分配內(nèi)存的情況：

• 對象所需內(nèi)存大小超過Eden區(qū)大小，所有收集器都支持。

• Eden區(qū)內(nèi)存不足，且對象所需內(nèi)存大小超過Eden區(qū)一半，直接分配到老年代，且不觸發(fā)MinorGC。使用ParallelScavenge時(shí)支持。

• 對象大小超過XX:PretenureSizeThreshold設(shè)置時(shí)，直接進(jìn)入老年代分配。Serial、ParNew、CMS收集器支持。

2. FullGC FullGC是發(fā)生在老年代的GC，觸發(fā)時(shí)機(jī)有：

• 調(diào)用System.gc()時(shí)，系統(tǒng)會(huì)建議執(zhí)行GC，但不是立即執(zhí)行。

• 從新生代晉升到老年代的對象所需內(nèi)存大于老年代可用內(nèi)存時(shí)。

GC吞吐量 = 用戶代碼執(zhí)行時(shí)間 / (用戶代碼執(zhí)行時(shí)間 + GC時(shí)間)

HotSpot垃圾收集器

jdk1.7和1.8默認(rèn)采用ParallelGC，也就是Parallel Scavenge（新生代）+Parallel Old（老年代）GC。 jdk9采用G1垃圾收集器。

其他的垃圾收集器還有CMS、ParaNew、Serial等 查看java默認(rèn)垃圾收集器命令：

java -XX:+PrintCommandLineFlags -version

-XX:+UseParallelGC 表示使用Parallel Scavenge + Parallel Old
-XX:+UseConcMarkSweepGC 在啟動(dòng)應(yīng)用加上這個(gè)參數(shù)表示使用CMS垃圾收集器
-XX:+UseG1GC 在啟動(dòng)應(yīng)用時(shí)添加這個(gè)參數(shù)表示使用G1垃圾收集器，jdk8中支持開啟

Serial、Serial Old

使用單線程進(jìn)行垃圾回收，GC時(shí)停止用于線程工作。單CPU環(huán)境下表現(xiàn)好，因?yàn)闆]有GC線程間的交互。 Serial用于新生代，復(fù)制算法。Serial Old用于老年代，基于標(biāo)記-整理

ParNew

Serial的多線程版本，采用復(fù)制算法。在單CPU時(shí)不如Serial，多CPU效果較好。 ParNew用于新生代。

Parallel Scavenge

Parallel Scavenge采用復(fù)制算法。算法目的是提高吞吐量，降低GC時(shí)間（但可能提升GC次數(shù)），讓用戶代碼得到更多執(zhí)行時(shí)機(jī)。 Parallel代表并行，即多個(gè)GC線程同時(shí)進(jìn)行，但還是會(huì)暫停用戶線程，在GC完成后用戶線程才繼續(xù)執(zhí)行。 相比較于ParNew收集器，可以添加啟動(dòng)參數(shù)XX+UseAdaptiveSizePolicy，添加參數(shù)后可以不用設(shè)置Eden和Survivor區(qū)比例，也不用設(shè)置晉升老年代對象年齡等細(xì)節(jié)參數(shù)，該算法會(huì)自動(dòng)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)參數(shù)。

Parallel Old

Parallel Old是Parallel Scavenge的老年代版本，采用標(biāo)記-整理算法?？梢圆l(fā)GC，整個(gè)GC過程是暫停用戶線程執(zhí)行的。

CMS垃圾收集器

CMS全名Concurrent Mark Sweep，并發(fā)標(biāo)記-回收垃圾收集器。是老年代的GC處理器。 CMS分為四個(gè)步驟：

1. 初始標(biāo)記：僅標(biāo)記GCRoots和新生代能夠直接引用到的老年代對象，速度較快，觸發(fā)STW。

2. 并發(fā)標(biāo)記：此階段GC標(biāo)記線程與用戶線程同時(shí)執(zhí)行，遍歷初始標(biāo)記的對象，并遞歸標(biāo)記這些對象引用的全部對象，這個(gè)過程比較慢，但是不觸發(fā)STW。 因?yàn)檫@個(gè)階段是并發(fā)標(biāo)記，可能發(fā)生 對象從新生代晉升到老年代、直接在老年代分配對象、老年代引用對象關(guān)系發(fā)生變化、新生代對老年代對象引用發(fā)生變化 等現(xiàn)象，對于這些對象都是要重新標(biāo)記的。 做法是將這些對象所在的Card Table中的位設(shè)置為dirty，把并發(fā)標(biāo)記階段新產(chǎn)生的對象和對象引用關(guān)系的變化記錄下來（記錄到Mod-Union Table）。

Card Table：將老年代內(nèi)存分為相等大小的CardPage，每個(gè)CardPage用一個(gè)二進(jìn)制位表示其內(nèi)部的對象在并發(fā)標(biāo)記階段是否發(fā)生了引用變化，這個(gè)二進(jìn)制位數(shù)組就是CardTable。 Mod-Union Table：是一個(gè)和CardTable類似的結(jié)構(gòu)； 3. 并發(fā)預(yù)清理：從Mod-Union Table中找到并發(fā)標(biāo)記階段標(biāo)記為dirty的內(nèi)存區(qū)域，重新標(biāo)記這些引用關(guān)系發(fā)生過變化的對象?？梢酝ㄟ^參數(shù)CMSPrecleaningEnabled來關(guān)閉這個(gè)階段，默認(rèn)開啟的。
4. 并發(fā)可中斷預(yù)清理：循環(huán)處理From和To區(qū)對象，標(biāo)記可達(dá)的老年代對象；并且循環(huán)處理DirtyCard的標(biāo)記，不觸發(fā)STW。循環(huán)的退出條件有三種

1. 循環(huán)次數(shù)超過CMSMaxAbortablePrecleanLoops設(shè)置，默認(rèn)0，沒有次數(shù)限制；

2. 循環(huán)時(shí)間超過CMSMaxAbortablePrecleanTime設(shè)置，默認(rèn)5s，超過會(huì)退出；

3. 并發(fā)預(yù)清理時(shí)Eden使用率低于10%，而某一次循環(huán)后Eden使用率達(dá)到CMSScheduleRemarkEdenPenetration（默認(rèn)50%）后會(huì)退出；

這個(gè)階段循環(huán)執(zhí)行的目的是盡量減小下一個(gè)重新標(biāo)記階段需要處理的新生代對象引用老年代對象的情況，因?yàn)橄乱粋€(gè)階段會(huì)觸發(fā)STW，為提高吞吐量自然是dirty狀態(tài)的內(nèi)存越少越好。如果剛好在這個(gè)循環(huán)執(zhí)行的5秒內(nèi)觸發(fā)了YGC，然后這個(gè)階段又并發(fā)了處理了dirty的引用，則下個(gè)節(jié)點(diǎn)需要重新標(biāo)記的對象就沒那么大，STW時(shí)間也就短了。 上一個(gè)并發(fā)預(yù)清理節(jié)點(diǎn)可以不要的原因就是這一步其實(shí)也能達(dá)到預(yù)清理的效果，而且是循環(huán)操作的。 5. 重新標(biāo)記：較慢，CMS的瓶頸點(diǎn)，觸發(fā)STW，并發(fā)重新標(biāo)記。雖然Preclean和AbortablePreclean已經(jīng)盡量處理了DirtyCard，但是不能保證完全處理掉，因此還需要重新標(biāo)記，要進(jìn)行如下處理：

1. 遍歷新生代對象，重新標(biāo)記； 這個(gè)節(jié)點(diǎn)要遍歷新生代對象，如果新生代使用率很高，對象很多的話會(huì)耗時(shí)很久去遍歷，因此如果在進(jìn)行重新標(biāo)記之前觸發(fā)了YGC，這個(gè)步驟的耗時(shí)會(huì)減少很多。CMS可以通過參數(shù)CMSScavengeBeforeRemark來強(qiáng)制在重新標(biāo)記階段之前進(jìn)行一次YGC，該配置默認(rèn)關(guān)閉。開啟的話可能會(huì)出現(xiàn)連續(xù)的兩次YGC，也挺浪費(fèi)時(shí)間。 進(jìn)行一次YGC之后并不是要把DirtyCard交給重新標(biāo)記階段的5.3執(zhí)行，而是交給4可中斷預(yù)處理來執(zhí)行。

2. 遍歷GCRoots，重新標(biāo)記；

3. 遍歷DirtyCard，重新標(biāo)記，這時(shí)候經(jīng)過前兩個(gè)階段的處理，DirtyCard已經(jīng)減少了很多。

4. 并發(fā)清除：根據(jù)標(biāo)記結(jié)果清除垃圾對象，不觸發(fā)STW，速度較慢。

5. 并發(fā)重置：重置CMS內(nèi)部的數(shù)據(jù)，如CardTable、Mod-Uniod Table等，為下一次GC做準(zhǔn)備，不觸發(fā)STW。

CMS的兩個(gè)標(biāo)記階段，都會(huì)觸發(fā)STW，不一樣之處在于，初始標(biāo)記僅標(biāo)記GCRoots和新生代可達(dá)的老年代對象，沒有再遞歸遍歷標(biāo)記，較快完成；而重新標(biāo)記階段，標(biāo)記GCRoots、新生代可達(dá)、DirtyCard中的老年代對象，且遞歸遍歷標(biāo)記，比較耗時(shí)。

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